SeyrüseferMühendishaneMakaleler → Sütçü Beygiri Düzeni ve Milgem Üzerindeki Etkisi

Sütçü Beygiri Düzeni ve Milgem Üzerindeki Etkisi

Mühendishane - Makaleler
Cuma, 30 Ocak 2015

Dış Kaplama Üzerinde Elektromanyetik Akım HatlarıBu devirde at besleyen bir sütçü görebilmek zor çünkü artık dağıtım için dört tekerlekli ve içten yanmalı motora sahip vasıtalar kullanıyorlar. Yine de bu beygirlerin Milgem ile ne gibi bir alâkası söz konusu olabilir? Aslına bakılırsa sadece Milgem ile değil bütün gemilerle doğrudan ilgisi var fakat donanmanın geleceği açısından çok önemli bir çalışma olması sebebiyle konunun Milgem temel alınarak incelenmesi mantıklı göründü, bir taşla iki kuş...

Radar teknolojisinin ortaya çıkmasıyla birlikte kaçınılmaz olarak deniz savaşlarında çok köklü değişiklikler meydana gelmeye başlamıştı. Radar kesit alanının azaltılabilmesi bir geminin daha geç tespit edilebilmesine olanak sağlayabilirdi. Basitçe ifade etmek gerekirse radar kesit alanı herhangi bir hedefin elektromanyetik dalgaları yansıtma seviyesinin ölçüsü olarak tanımlanabilir.

Azaltılmış RKA'ya sahip bir geminin tespiti zorlaşacağı gibi buna bağlı olarak savaş ortamında hayatta kalma ihtimali de yükselir. Dolayısıyla RKA1 kaçınılmaz olarak günümüz askeri gemi mühendisliğinde çok önemli bir tasarım değişkeni haline gelmiş bulunmaktadır. Buna bağlı olarak RKA'nın tasarım aşamasında iken hassas olarak tespit edilebilmesi de son derece önemlidir ve artık günümüzde yazılım kullanarak radar kesit alanı niteliklerini tespit etmeye çalışmak tercih edilen öncelikli yöntemdir.

 

Sütçü beygirlerini tanımlayan bazı temel nitelikler mevcuttur. Bu niteliklerinin kökenleri genellikle yaşlı, yorgun, ağır şartlarda çalışan, kötü bakılan hayvanlar olmalarında yatmaktadır. Bu yazıya konu olmalarına sebep olan nitelikleri ise biraz önce bahsedilen sebepler neticesinde son derece zayıf olmalarıdır. Çoğunlukla o kadar zayıf olurlar ki bütün kaburgaları derilerinin altından kolayca sayılabilir.

 

Gemiler söz konusu olduğunda, elde edilmeye çalışılan RKA çözümlerinin hassasiyetini ve doğruluğunu etkileyen bazı çok önemli ve buna rağmen sıklıkla göz ardı edilen etkenler de mevcuttur. İşte bu etkenlerden biri doğrudan sütçü beygirleri ile alâkalıdır. Bütün gemilerin ama özellikle çelik ile inşa edilenlerin dış kaplamaları gerek imalât esnasında gerekse geminin hayatı boyunca karşılaştığı şartlara bağlı olarak bir miktar burkulur ve şekil değiştirir. Bu şekil değiştirme daha çok çökme şeklinde gerçekleşir fakat bazen kabarma (resim.3) olarak da gözlemlenebilir. Nihayetinde gemi dış kaplamasının altındaki postaların, kemerelerin ve tülânilerin yerleri de dışarıdan kolayca görülebilir hale gelir; tıpkı sütçü beygirlerinin derileri altında beliren kaburgaları gibi!

 

TCG Heybeliada (F511)

Resim.1) Milgem çalışmasının ilk gemisi olan (F511) TCG Heybeliada'nın üstyapı bordaları üzerindeki sütçü beygiri düzeni oluşumu bu fotoğrafta rahatça görülebiliyor. Kırmızı ve yeşil bölgeleri takip eden resimlerde daha yakından görebilmek mümkündür. [1]

 

TCG Heybeliada (F511) Üstyapı dış kaplaması üzerindeki sütçü beygiri düzeni oluşumu

Resim.2) İlk resimdeki yeşil bölgeye daha yakında bir bakış. [1]

 

TCG Heybeliada (F511) Helikopter hangarı dış kaplaması üzerindeki sütçü beygiri düzeni oluşumu

Resim.3) Heybeliada'nın helikopter hangarı dış kaplaması üzerindeki burkulmaların seviyesi bu resimde gayet iyi anlaşılabiliyor. Bu şekil değişiklikleri geminin genel sıhhati açısından çoğunlukla ciddi bir sıkıntı oluşturmasa da RKA açısından durum oldukça farklı olabilir. [1]

 

Gemi yapıları üzerinde oluşan bu tür şekil değiştirmelerin rastgele bir dağılımı yoktur ve herhangi bir gemi için; toplam tasarıma, imalât yöntemine, hidrodinamik davranışa, yaşa, seyir yapılan denizlere, hava şartlarına vesaire bağlı olarak tamamen belli bir düzene sahip ve kendine özgü olarak oluşur.

 

Her ne kadar daha önce Türkçe'de böyle bir ifade kullanıldığını duymamış olsam da söz konusu oluşumu "Sütçü Beygiri Düzeni" olarak tanımlamak gayet uygun olarak kabul edilebilir.

 

Doğrusu Milgem için söylenen "hayalet gemi", "radara yakalanmayan gemi" gibi fantastik ifadelerin gerçek dünyada bir anlamı yok. Evet Milgem üzerinde bazı temel RKA azaltma yöntemleri uygulanmış durumda fakat bunlar gerçek savaş ortamında yeterli seviyede bir fayda sağlayabilir mi? Bu sorunun cevabını birkaç alt başlık altında incelemek gerekir. İlk olarak ele alınacak olan husus ise yazının girişinden de anlaşılabileceği gibi sütçü beygiri düzeninin Milgem'in radar kesit alanı üzerindeki etkisi olacak. Bilâhare konuyla ilgili diğer birkaç etken de belki ayrıca el alınabilir.

Gemilerin radar kesit alanı hesaplamaları için gerçekleştirilen çalışmalarda yapılan başlıca hatalardan biri yukarıda tanımlanan sütçü beygiri düzeninin göz ardı edilmesi olarak gerçekleşir. Bunun temel sebebi belki böyle çalışmalarda gerçek denizciler yerine gemiyi ve denizi tanımayan başka mühendislik sahalarından insanların kullanılması olabilir. Ayrıca çalışmanın kolaylaşmasını, süresinin kısalmasını ve maliyetinin azalmasını sağlama istekleri vesaire de öne çıkan diğer bazı etkenler olabilir. Tabii bu göz ardı edişin bir de bedeli olması beklenmelidir ve bu bedelin büyüklüğü gemi gerçek bir savaş ortamına girmedikçe ortaya çıkmayacağı için pek de önemsenmez.

Sebep ne olursa olsun buradaki temel hedef Milgem üzerindeki sütçü beygiri düzeninin gemiden beklenen azaltılmış radar izi nitelikleri üzerinde olumsuz (ya da belki olumlu?) bir etki yapıp yapamayacağı hakkında kısa bir değerlendirme yapmaya çalışmaktan ibarettir. Konu bir bütün olarak fazlasıyla karmaşık olduğundan başarılı bir nihai tasarım çözümü oluşturabilmek ise gerçekten çok büyük bir emek gerektirecektir...

 

RKA hesapları için kullanılan geometrik kaplama modelleri

Resim.4) Buradaki çalışmalarda kullanılan ve gemi dış kaplamasını temsil eden iki geometrik model ve F1 frekansı için oluşturulmuş çözüm ağı.

 

Her ne kadar Milgem'in endazesi daha önceki çalışmalar için tersine mühendislik ile hazırlanmış olsa da üstyapının geometrik modeli henüz tamamlanmadı. Belki tamamlandıktan sonra bütün gemi için radar kesit alanının değerlendirilmesi de düşünülebilir ama bunun önünde bazı büyük engeller var; öncelikle eldeki bilgisayar donanımı. Bütün geminin elimdeki imkânlarla hesaplanabilmesi için GO2/PO3 yöntemleri kullanmak gerekiyor. Ama çeşitli sebeplerle tercih ettiğim yöntem ise MoM4 ve bütün gemiyi bu yöntemle çözebilmek için binlerce işlemciye sahip bir süperbilgisayara ihtiyaç var ;) Daha önce bu yöntem ile alâkalı muhtelif orta frekans ve yüksek frekans doğrulama çalışmaları hakkında bazı veriler yayınlanmıştı.

Velhasıl elimde böyle bir donanım olmadığına göre problemi küçülterek (ölçeklendirerek değil!) incelemekten başka bir çare mevcut değil. Resim.4'de görülebildiği gibi gemi üstyapı dış kaplamasının bir bölümünü gerçekçi olarak temsil eden yüzey modelleri hazırlandı. Küçük yüzey gemi üzerinde karşılaşılabilen boyutlardaki bir kaplama hücresini temsil etmektedir; (a x b) ölçülerindeki bu yüzey iki posta ve iki tülâni tarafından sınırlanmış en küçük dış kaplama yüzey birimidir. Bu model kullanılarak (2a x 5b) ölçülerinde daha büyük bir dış kaplama birimi daha oluşturulmuştur.

Kaplama üzerindeki çökme miktarları a ölçüsünün yüzdesi ile belirlenmiştir; %0 tam düz kaplamayı tanımlarken %5 kaplama merkezindeki azami çökme miktarının a'nın %5'i kadar olduğunu belirtir vesaire...

Konunun kendi çapında bir hassasiyeti olduğu düşünüldüğünden ve kullanılan boyutlar ve frekanslar gerçekçi olduğundan benzetimlerle elde edilen bütün verilerin ve sınır şartlarının değerleri gizli tutulmuştur. Yine de temel sınır şartlarını kısaca açıklamak gerekirse;

 

Dış kaplama hücresi;
a: iki posta arası mesafe (Resim.4)
b: iki tülani arası mesafe (Resim.4)
c: kaplama merkezindeki dikey yer değiştirme; a'nın yüzdesi olarak %0, %5, %10, %-5, %-10
Burkulma kesitini tanımlamak için Nurbs5 yaklaşımı kullanıldı. Eşdeğer burkulma değerleri için iki farklı kesit şekli değerlendirildi.

Büyük dış kaplama numunesi; (toplam 10 hücreden oluşur)
uzunluk: 2 x a
yükseklik: 5 x b

Kullanılan frekanslar;
F0, F1, F2, F3, F4
F1=2xF0 - F2=2xF1 - F3=2xF2...

 

Bu basit değerlendirme beklediğimden daha zahmetli olunca bir ara yarım bıraktım. Yine de başlangıçta düşündüğüm seviyede bir değerlendirme seviyesine ulaşamamış olsam bile en azından bu aşamaya kadar elde edilebilen verileri sunulabilecek kadar toparlamaya karar verdim. Bütün değerlendirmeler sadece monostatik durum içindir! Sütçü beygiri düzenin etkisi hakkındaki bu kısa değerlendirme aşağıda resimlerle birlikte görülebilir. Eh hiç yoktan iyidir...

 

 

Radar Kesit Alanı Eğrileri

Resim.5) Tek dış kaplama hücresi üzerinde elde edilen phi=45-135 derece için radar kesit alanı değerleri.
Yüzey mükemmel düzlükte (burkulma %0)
Frekans=F1
Y ekseni için aralıklar 10 dB
Yeşil çizgi; theta=pi/2
Kırmızı çizgi; theta=(pi/2+pi/18)
Kutuplanma; DD


Resim.5'de Milgem'de de kullanılan türde bir dışa kaplama şekillendirmesinin sağlayacağı kazanç mekanizmasının işleyişi basitçe görülebilir. Bu tür bir yaklaşımda temel amaç vericiden gelen radar enerjisinin olabildiği kadar büyük bölümünü farklı bir yöne yansıtmaktır. Yeşil çizgi elektromanyetik dalgalara dik durumda (theta=pi/2) yüzeye ait sonuçları verir, kırmızı çizgi ise dik yüzeyin (pi/18) kadar  yani 10 derece yatırılmasının etkisini temsil eder. Bu şekilde gelen elektromanyetik dalgaların bir bölümü geldiklerinden farklı bir yöne saptırılır ve monostatik açıdan bakıldığında ciddi bir RKA kazancı elde edilebilir. Bu grafikteki hesaplama için sadece tek bir hücre kullanmıştır.

 

 

Radar Kesit Alanı Eğrileri

Resim.6) Büyük dış kaplama geometrisi üzerinde elde edilen phi=45-90 derece için radar kesit alanı değerleri.
Yüzey mükemmel düzlükte (burkulma %0)
Frekans=F2
Y ekseni için aralıklar 10 dB
Mavi çizgi; theta=pi/2
Pembe çizgi; theta=(pi/2+pi/18)
Kutuplanma; DD

 

Resim.6'da bu defa tek hücre için değil 10 adet hücreden oluşan ve tam düz yüzeyli büyük dış kaplama birimi için phi=45-90 derece değerlerinde elde edilen RKA değerleri. Boyut büyüdükçe ve frekans arttıkça RKA ve kazanç artar ama merkez yumru giderek daralır ve yan yumruların etkileri zayıflar vesaire...

 

Radar Kesit Alanı Eğrileri

Resim.7) Büyük dış kaplama geometrisi üzerinde elde edilen phi=45-90 derece ve theta=pi/2 için radar kesit alanı değerleri.
Yüzey burkulma seviyeleri; %0 - %5 - %10
Frekans=F2
Y ekseni için aralıklar 10 dB
Mavi çizgi; burkulma %0 (yüzey tam düz)
Pembe çizgi;
burkulma %5
Yeşil çizgi; burkulma %10
Kutuplanma; DD

 

Radar Kesit Alanı Eğrileri

Resim.8) Büyük dış kaplama geometrisi üzerinde elde edilen phi=45-90 derece ve theta=(pi/2+pi/18) için radar kesit alanı değerleri.
Yüzey burkulma seviyeleri; %0 - %5 - %10
Frekans=F2
Y ekseni için aralıklar 10 dB
Mavi çizgi; burkulma %0 (yüzey tam düz)
Pembe çizgi;
burkulma %5
Yeşil çizgi; burkulma %10
Kutuplanma; DD

 

Resim.7 ve 8 konunun ilginçleşmeye başladığı yerler olarak değerlendirilebilir. İlk olarak resim.7 için konuşursak; dış kaplama üzerindeki burkulmalar RKA üzerinde belirgin seviyede olumsuz etki yapmaya başlıyor. Evet belki yüzeydeki burkulma (theta=pi/2 için) en önemli husus olan merkez yumrunun yankı şiddetini azaltıyor ve bu iyi bir şey gibi görünebilir ama pek de değil çünkü yan yumruların hem şiddeti hem de genişlikleri artmaya başlıyor ki temel monostatik kazanç ihtiyaçları da bu noktada zarar görebiliyor.

Fakat resim.8 daha da ilgi çekici. Kaplama pi/18 kadar eğildiğinde ki bu değer Milgem için kullanılana yakındır; burkulma seviyesi ile orantılı olarak merkez yumrunun tam düz yüzey durumuna göre ne kadar şiddetlendiğine ve yan yumrularla birleşip adeta tek bir geniş ve güçlü bir yankı oluşturduğuna bir bakın. Üstelik bu sadece orta seviyede bir frekans için! Maalesef daha yüksek frekanslarda aynı hesaplamayı yapamadım, benim emektar bilgisayarın altı çekirdeği bu yükü kaldıramazdı ama gidişat belli...

 

Radar Kesit Alanı Eğrileri

Resim.9) Büyük dış kaplama geometrisi üzerinde elde edilen phi=pi/2 ve {theta=pi/2} - {theta=(pi/2+pi/18)} için azami radar kesit alanı kazanç değerleri.
Yüzey burkulma seviyeleri; %0 - %5 - %10 - %10k
Frekanslar; F0 - F1 - F2 - F3
Kırmızı çizgi; burkulma %0
Pembe çizgi;
burkulma %5
Yeşil çizgi; burkulma %10
Siyah çizgi; burkulma %10k
Kutuplanma; DD

 

Ve nihayet resim.9 bütün bu değerlendirmenin sonucunu gayet iyi özetleyebilecek gibi görünüyor. Bu defa büyük dış kaplama birimi için phi=pi/2'de ulaşılabilen azami RKA değerleri kazanç açısından sunuldu. Kazanç olarak ifade edilen değer herhangi bir frekans için dış kaplamanın dikey ile dikeyden 10 derece saptırılması arasında elde edilen doğrudan m2 cinsinden azami RKA değerleri arasındaki farktır, basitçe dik yüzeyin 10 derece yatırılması sonucunda RKA değerlerinin kaç metrekare azalacağıdır. Burada YY ve DD kutuplanmalardan büyük olan değerler kullanıldı.

Kırmızı çizgi mükemmel düzlükte (%0 burkulma) bir dış kaplama için elde edilebilen azami RKA kazancıdır ki ulaşılmaya çalışılan hedeftir. İsveçin Visby veya kısmen de olsa Fransanın La Fayette sınıfı gibi gemilerde sadece monostatik şekillendirme performansı açısından ulaşılabilen kazanç seviyesi hemen hemen bu civardadır.

Şimdi bu eğrileri Milgem açısından değerlendirirsek elde edilebilen RKA kazancının aslında gayet yetersiz bir durumda olduğumuz söylenebilir çünkü dış kaplamanın burkulmasına yani sütçü beygiri düzenine bağlı olarak söz konusu kazancın büyük bir kayba uğradığı açıkça ortadadır.

Hatta burkulan kaplamanın kesit şeklindeki küçük değişiklikler bile kazanç üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilmektedir. Yeşil ve siyah çizgilerle belirtilen iki burkulma düzeni arasında ki tek fark burkulma kesitinin şeklidir, azami çökme miktarları eşittir ama bu göreceli küçük değişim bile özellikle yüksek frekanslarda sonuç üzerinde çok büyük değişikliklere sebep olabilmektedir.

 

Görülüğü gibi, ya geminin bilgisayar ortamında hazırlanmış 3B tasarım modelinin cillop gibi yüzeylerini kullanarak elde edilen RKA benzetimlerinin sonuçlarından  fazla bir şey beklememek ya da gemiyi hazırlanan modele uygun hassasiyette inşa edebilmek gerekir.

Bu soruna bir çözüm bulabilmek için ise ya sütçü beygiri düzenini RKA benzetimlerin içine dahil edebilmek ya da yapıların tasarımlarını ve imalât yöntemlerini gözden geçirmek kaçınılmaz bir ihtiyaçtır!

Doğrusu burada bahsi geçen mühendislik sahası için geleceğe dönük olarak gemi üzerinde ciddi bir iyileştirmeye ihtiyaç var ve işin güzel tarafı milli imkânlarla bu yönde bir gelişme sağlayabilmek mümkün...

 

Milgem için dış kaplama yüzey modeli üzerinde elektromanyetik akış hatları

Resim.10) %5 burkulmuş büyük dış kaplama birimi üzerinde F1 frekansı için oluşan elektromanyetik akım hatlarından havalı ;) bir görüntü.

 

Daha hassas sonuçlar elde edilebilmesi için Milgem dış kaplaması üzerinde ölçümler yapıp gerçek yüzey modelinin elde edilmesi gerekir. Bu noktada zaman da önemli bir değişkendir. Şöyle ki eğer Milgem'in yeni denize inmiş durumdaki fotoğrafları ile mesela resim.3'deki durumu karşılaştırırsanız zamana bağlı olarak sütçü beygiri düzeni üzerinde değişim (genellikle burkulmaların artması yönünde) gözlemleyebilirsiniz. Buna bağlı olarak Milgem'in radar kesit alanının zaman içinde (olumsuz yönde) değiştiği/değişeceği de öngörülebilir.

Eğer mümkün olursa sonraki makalede Milgem tasarımına ait ikinci RKA zaafından ve bunu düzeltirken aynı zamanda geminin savaş yeteneğinin de nasıl artırılabileceğinden bahsetmek düşünülüyor ama önce bazı hesaplar yapmak gerektiği için biraz zaman alabilir...

 

♦ Açıklamalar

1. RKA: Radar Kesit Alanı [geri]
2. GO: İngilizce Geometric Optics adı verilen çözüm yönteminin kısaltması [geri]
3. PO: İngilizce Physical Optics adı verilen çözüm yönteminin kısaltması [geri]
4. MoM: İngilizce Method of Moments adı verilen çözüm yönteminin kısaltması [geri]
5. Nurbs: İngilizce Non-Uniform Rational B-Splines olarak tanımlanan geometrik modelleme yaklaşımının kısaltması [geri]

♦ Kaynaklar

1. Resim.1,2 ve 3) Niki Zlatev; http://niki-zlatev.blogspot.com.tr/2013_04_01_archive.html
 







Telif Hakkı © 1997-2017 [uskudar.biz] - sürüm 5.5.1 - Bütün Hakları Saklıdır. Kullanım şartları için tıklayın!
Joomla! GNU/GPL lisansı altında özgür bir yazılımdır.