SeyrüseferSeyir DefteriMühendislik → Denizaltı Mühendisliğinde Tecrübî Hidrodinamik

Denizaltı Mühendisliğinde Tecrübî Hidrodinamik

Seyir Defteri - Mühendislik
Cuma, 30 Mart 2018

Denizaltı Teknolojisi ve Denel HidrodinamikFransa, nükleer caydırıcılık gücünün temelini meydana getiren birinci nesil Le Redoutable ile devamında geliştirilen L'Inflexible sınıfı nükleer balistik füze denizaltılarını değiştirmek amacıyla o zamanlar SNLE-NG olarak adlandırılan ve daha sonra Le Triomphant sınıfı olacak, ikinci nesil bir denizaltı geliştirme kararını 1981'de resmen almıştı.

İlk kavramsal tasarım 170m uzunluğunda ve dalışta 16.000ton ağırlığındaydı fakat ilerleyen mühendislik süreci sonucunda nihâi tasarım 138m/14.300ton olarak gerçekleşti. Tasarım ve inşa sürecinde yaşanan zorluklar ve bunlara bağlı gecikmeler neticesinde Le Triomphant sınıfının mâliyeti büyük bir artışa mâruz kaldı ve bazı kaynaklara göre birim mâliyet 3milyar dolar civarına ulaştı, çok daha yüksek mâliyetlerden bahseden kaynaklar da mevcuttur.

Aşırı mâliyet artışı sebebiyle başlangıçta altı adet araç inşa edilmesi öngörülmüşken program önce üç denizaltıya indirildi fakat daha sonra dördüncü geminin de inşa edilmesine karar verildi.

Le Triomphant sınıfı, 100HLES kullanılarak inşa edildi ki kabaca HY130'a eşdeğer olan bu çeliğin tercih edilmesi ile zamanın ABD/İngiltere kökenli eşdeğer araçlarına göre daha üstün nitelikli bir mukavim tekne elde edebilmek de mümkün olmuştu.

İlk SNLE-NG1 için sipariş Mart 1986'da, ikincisi için Ekim 1989'da, üçüncüsü için Mayıs 1993'de ve dördüncüsü için de 2000'de verildi. Program ortalama dört sene kadar bir gecikmeyle ilerledi. Sınıfa ismini veren ilk denizaltı Le Triomphant'ın inşası 1987'de başladı, omurgası 1989'da kızağa kondu, 1994'de denize indi ve nihayet gemi 21 Mart 1997'de donanmaya kabûl edildi. Dördüncü ve son denizaltı olan Le Terrible'in Fransız donanmasına teslimi ise 2010'un üçüncü çeyreğinde gerçekleşti.


Le Triomphant Sınıfı Fransız Balistik Füze Denizaltısının Kesiti

Resim.1) Le Triomphant sınıfı Fransız balistik füze denizaltısının kesiti.
Vasatta, 16 adet M45/TN75 çoklu nükleer başlığa sahip balistik füzeyi barındıran silah bölmesinin hemen gerisinde 150MW'lık K15 basınçlı-su reaktörü bulunuyor. Kıça doğru devam edildiğinde turbo-elektrik tahrik sistemi bileşenlerini barındıran bölme mevcut ve ucunda bir tulumba-jet sevk sistemi yerleşik.[3]


Programın başlama ve bitiş aralığının genişliği düşünüldüğünde, yaşanan teknolojik gelişmelere bağlı olarak son denizaltı olan Le Terrible sahip olduğu tamamen yeni yazılımlar ve elektronik donanımlar sebebiyle ilk üç araçtan daha gelişmiş olarak ortaya çıktı ki 2,5.Nesil olarak da tanımlanabilir.

Aslında burada konumuz doğrudan Le Triomphant sınıfının ayrıntılarıyla ilgilenmek değildi ama mevzuya da bir şekilde uygun bir açıdan girebilmek gerekliydi ve şimdi asıl meseleye bağlanabiliriz.

Le Triomphant için en büyük öncelik böylesine özel görev tanımına sahip türden bir araçtan bekleneceği üzere, denizaltının başkaları tarafından tespit edilebilme ihtimâlini azamî oranda düşürebilmek ve dolayısıyla da hayatta kalma ihtimâlini yükseltmek temelinde kurgulanmıştı.

Bu doğrultuda Le Triomphant için gerçekleştirilen son derece kapsamlı çalışmalar neticesinde; kullanımda olan, Le Redoutable sınıfının iyileştirilmesiyle ulaşılmış L'Inflexible'a göre yaklaşık 1.000 kat, başka bir ifadeyle 30dB gibi son derece büyük bir hidroakustik kazanç elde edilebildiği belirtilmektedir ki işte sağlanabilen bu büyük iyileşme seviyesine nasıl ulaşılabildiği de yazının temel konusunu meydana getirmektedir:


Tecrübî (Denel) Hidrodinamik

Gayet eski ve köklü bir bilim dalı olan hidrodinamik çalışmaları, sergilediği zorluklar sebebiyle uzun zaman boyunca tecrübî ağırlıklı olarak devam edegelmiştir. Gemi tasarımı amacıyla ölçekli modeller kullanılarak gerçekleştirilen deneylerin ilk uygulamaları bilinen tarihe göre 19.yüzyılda İngiltere'de başlamıştır. Fransa da bu alanda öncü ülkelerden biridir ki bugünkü mânada havuz deneylerinin Fransa'da kullanılmasının bir asırdan daha uzun (ilk havuz 1906) geçmişi vardır.


Brezilyanın nükleer denizaltı projesi (SN-Br) için imâl edilmiş bir deney modeli

Resim.2) Fransa tarafından Brezilya'ya satılan ve hâlen tasarım safhasında olan 6.000tonluk nükleer hücum denizaltı projesi (SN-Br) için imâl edilmiş bir deney modeli.[7]
Yine de bugün için söz konusu projenin akıbetinin biraz belirsiz olduğu söylenebilir.


Yukarıda bahsi geçtiği üzere, açık kaynaklarda Le Triomphant için ulaşıldığı söylenen 30dB kazancın kökleri hakkında, Fransız donanmasının gemilerini tasarlayıp inşa etmekten sorumlu kamu kuruluşu DCNS'nin2  ar-ge müdürü Alain Bovis'in 2012 senesinde gerçekleştirilen bir mülâkatta konuyla ilgili verdiği bazı ipuçları dikkât çekicidir:

Bu bilgi ışığında, SNLE-NG'nin tasarımı için ellibin saat(!) gibi inanılmaz bir ölçekte model deneyi yapıldığı da böylece ortaya çıkmış oldu. Şunu da belirtmek gerekir ki meslekten olmayan kişilerin bu verinin büyüklüğünü tam olarak kavrayabilmeleri pek mümkün olamayacaktır.

Ortalama bir havuz tesisi için ancak senelik bin saat civarında deney süresinin mümkün olabildiği göz önüne alınırsa yapılan çalışmanın zorluğu daha da iyi anlaşılabilir. Le Triomphant sınıfı için gerçekleştirilen bütün bu kapsamlı model deneylerinin aynı zaman dilimi içinde ve direnç, manevra, kavitasyon, hidroakustik, AYE3 vs. gibi muhtelif hidrodinamik altbaşlıkların tamamını kapsayacak şekilde Fransa'daki çeşitli havuz tesislerinde, kavitasyon ve su tünellerinde ve ayrıca göllerde ve denizlerde gerçekleştirildiği de bilinmektedir.

Kabaca 1981-91 aralığındaki sınırlı bir sürede gerçekleştirildiği tahmin edilebilecek bütün bu deneylerin pek çok farklı tesis ve ortamda ve çeşitli hidrodinamik alanlarda yapıldığı düşünüldüğünde söz konusu çalışmaları sadece gerçekleştirebilmek için bile ne büyüklükte bir tecrübeli ve yetişmiş mühendis/bilimadamı gücüne ihtiyaç olacağı, elde edilecek muazzam miktardaki deney verisini doğru olarak değerlendirmenin ise muhtemelen daha da büyük bir güç gerektireceği az çok tahmin edilebilir olsa gerek.


Joubert deney modeli üzerinde sutünelinde gerçekleştirilen akış deneyi

Resim.3) Su tünelinde gerçekleştirilen bir denizaltı model deneyi ve girdap yapısının boya ile incelenmesi.[2]
Yeni nesil denizaltı tasarımları için dümensuyu izinin azaltılması büyük önem taşımaktadır, bu konunun ayrıntıları için buraya tıklanabilir.


İşte yukarıda bahsi geçen seviyede çok yüksek bir akustik kazanç elde edebilmek de ancak bu şekilde kapsamlı bir çalışma ile mümkün olabilirdi. Başka bir ifadeyle başarmak için çalışmak, çok çalışmak gerekir; acaba bu olgu bizim güncel kültürümüze mi biraz ters yoksa sadece bana mı öyle geliyor bilmiyorum...


Geçtiğimiz Pazartesi günü bilgisayarda meydana gelen bir donanım arızası önemli miktarda veri kaybı ile sonuçlandı. Zâten yedekleme ile aram hiç iyi olmamıştır ve bu vesileyle de son veri yedeklemesinin üzerinden neredeyse iki yıl geçmiş olduğunu anlamış oldum, oysa ki bu geçen süre bana iki ay gibi gelmişti!

Neyse, bu durumda yayınlanmış bâzı makalelerin ikinci veya üçüncü bölümleri dâhil olmak üzere pek çok tamamlanmaya yakın çalışma yok oldu. Artık kalan süre zarfında aynı çalışmaları baştan başlayarak tekrar tamamlamak pek mümkün görünmediği için de önümüzdeki dönemde yayınlanacak içeriklerin sayısında ve niteliğinde ciddi bir düşüş yaşanması kaçınılmaz hâle geldi.

Doğrusu tam olarak bu makâle için hazırlanmış bulunan pek çok önemli ayrıntı, veri ve bileşen de kayboldu, geriye sadece bunlar kaldı ama demek ki böyle olması gerekiyormuş...

 

Denel hidrodinamik alanında başlıca iki önemli değişkenden bahsedilebilir; öncelikle uygun tesisler ve daha önemlisi gereken çalışmaların altından kalkabilecek yeteneğe ve tecrübeye sahip geniş bir mühendis altyapısının sürekliliğinin sağlanabilmesi.

Fransa bilhassa ikinci madde açısından son derece başarılı olarak kabûl edilebilir ki bu konuya verdiği önem sayesinde böylesine zorlu bir teknoloji alanında tamamen dışa bağımsız kalabilmektedir ve bu husus ilk anda düşünülebilenden çok daha stratejiktir. Belirtmek uygun olur ki tesis anlamında Fransa'dan çok daha büyük imkânlara sahip ülkelerin sayısı da az değildir.

Başka bir örnek vermek gerekirse İngiltere bu açıdan oldukça başarısız sayılabilir zîrâ ellerinde yeterli miktarda tesis olmasına rağmen zaman içinde yetişmiş mühendis altyapısını idâme ettirmemiş ve kaybetmiştir. Bir örnek ile açıklamak gerekirse bütün yeni nesil ingiliz denizaltılarının tulumba-jet sevk sistemlerinin hidrodinamik optimizasyonları için gereken tecrübî çalışmalar Fransa'da gerçekleştirilmişti.


>> Dünya Üzerindeki başlıca hidrodinamik araştırma tesislerine göz atamak için buraya tıklanabilir (bağlantı yeni sekmede/pencere açılır!)


Tecrübî hidrodinamik sahasındaki önde gelen ülkeler içinde toplam yetenek ve tecrübe açısından Fransa belki üçüncü sırada kabûl edilebilir. Bu alanda liderlik tahmin edileceği üzere ABD'nin elindedir, ikinci sırada ise Rusya gelmektedir. İlk üç ülkeye ilave olarak Japonya, Çin, Almanya, İsveç, İngiltere, İtalya ve Güney Kore de önemli yeteneğe sahip ülkeler arasında sayılmalıdır.


Denizaltı teknolojisi bir bütün olarak ele alındığında dünya üzerinde karşılaşılabilecek en zorlu mühendislik sahasıdır. Bu sebeple sadece birkaç ülke bu alanda gerçekten söz sahibi olabilmektedir çünkü böylesine zorlu bir sahada başarılı olabilmek için gereken; azim, dirâyet, çalışkanlık, dürüstlük, sabır gibi nitelikler herkesin harcı değildir.


Ne yazıktır ki yapılan çalışmalar ve yetenek açısından Türkiyenin bu son derece hassas mühendislik sahasında esâmesi okunmamaktadır ve bugün İran dahi bizden ileri durumdadır. Ama neyse ki denizaltı mühendisliği alanından dünyanın en önde gelen ülkelerinden olduğumuzu(!) basın-yayın aracılığıyla öğrenebilmiş durumdayız.


LSV-2 Cutthroat Büyük Ölçekli Deney Modeli

Resim.4) LSV-2 Cutthroat büyük ölçekli deney modeli, ABD. Tecrübî hidrodinamik çalışmalarda alınan neticelerin hassasiyeti ölçekle orantılıdır ki buradaki ölçeğe dikkâtinizi çekerim![1]
Bu konunun ayrıntılar için buraya tıklanabilir.


Şubat 2012 itibarı ile DGA4 yöneticisi Laurent Collet-Billon Fransız stratejik sistemleri için yapılacak araştırma-geliştirme kaynağının senelik 132milyon $'a yükseltildiğini duyurmuştu ki bu durum aynı zamanda Le Triomphant sınıfının yerini alacak SNLE-3G tanımlamalı üçüncü nesil denizaltıların geliştirme çalışmalarının başladığına da işaret etmekteydi.

Bu tarihten itibaren bilhassa DCNS ve DGA kaynakları tarafından gerçekleştirilen çeşitli beyanlar göz önüne alındığında 2030 civarında hizmete başlaması beklenen SNLE-3G için de en azından onbin saat civarında model deneyi çalışması yapılmasının öngörülmekte olduğu anlaşılmaktadır ve tasarım çalışmaları için ihtiyaç duyulan geri kalan hidrodinamik incelemeler için ise hesaplamalı yöntemlerin kullanılacağı ifade edilmektedir.


Dünya Süperbilgisayar ligindeki oyuncular ve kellebaşı hesaplama güçleri

Resim.5) 2015 itibarı ile Top500 sıralamasındaki ülkelerin kişi başına düşen hesaplama güçleri. Türkiye'nin gücü iyimser bir tahminle Fransanın yaklaşık olarak beşbinbeşyüzde biri!
Bu konunun ayrıntıları için buraya tıklanabilir.


Konuya Fransa'dan girdiğimize göre yine aynı ülke ile devam edersek; Fransa, tecrübî hidrodinamik çalışmalar sahasında, yukarıda kısaca ifâde edilmeye çalışıldığı üzere, üst düzey bir konumda iken doğal olarak hesaplamalı hidrodinamik çalışmalar alanında da benzer bir durum mevcuttur çünkü denel ve hesaplamalı mühendislik aslında bir bütündür.

Hesaplamalı hidrodinamik konusu zaten önceki bölümde ayrıntılı olarak ele alındığı için burada tekrar değerlendirilmesine gerek yok, merak edenler oraya bir göz atabilir. Yine de kısaca ifâde etmek gerekirse hesaplamalı mühendislik çalışmalarını yazılım ve donanım olarak iki temel çerçevede ele almak gerekeceği söylenebilir. Türkiyenin durumu yazılım açısından çok vahimdir ama bunu belki bir üçüncü bölümde ayrıca ele almak daha uygun olur. Donanım açısından da durumumuz zaten parlak değildir.

Fransızlar, geçtiğimiz çeyrek asır içinde sürdürdükleri denel hidrodinamik çalışmalara paralel olarak yürüttükleri yazılım projeleri neticesinde bu alanda SNLE-3G programı için ihtiyaç duyacakları yazılım altyapısına hâlihazırda ulaşmış durumdadırlar. Ve [Resim.5] üzerinde açıkça görülebildiği gibi, bu tür çalışmalar için vazgeçilmez olan süperbilgisayar liginin önemli bir oyuncusu da olduklarından ellerinde yeni nesil denizaltıyı tasarlayabilmek için gerekli bütün imkânlar mevcuttur.

Eldeki mevcut verilerden hareketle burada konu Fransa temelinde kısaca ele alınmaya çalışıldı. Fakat benzer yönde örnekler başka bâzı ülkeler üzerinden de gösterilebilirdi.

Bugün hâlâ Türkiye'de denel hidrodinamik umursanmayan bir alandır, gerek yazılım ve gerek donanım alanında da hâlimiz alenen ortadadır ve bütün bu şartlar altında mesela Milden için beklenebilecekler nelerdir? Bakalım bu illüzyonun sonunda şapkadan ne çıkacak?

>> Önceki Bölüm: Sayısal Yöntemler için Donanım İhtiyaçları

♦ Açıklamalar

1. SNLE-NG: Sous-marins Nucleaires Lanceurs Engins-Nouvelle Generation | Nükleer Silahlı ve Makinalı Denizaltı - İkinci Nesil [geri]
2. DCNS: Direction des Constructions Navales Services. Geçtiğimiz sene DCNS Group yeni bir yapılanmaya giderek ismini Naval Group olarak değiştirdi.[11] [geri]
3. AYE: Akış Yapı Etkileşimi [geri]
4. DGA: Direction Generale de l'Armement | (Fransa) Silahlanma Genel Müdürlüğü [geri]

♦ Kaynaklar

1. http://www.navsource.org/archives/08/08357.htm
2. Dye Visualisation of Wake Flow around a Model Submarine at Yaw, 2016, S. K. Lee - L. P. Erm - M. B. Jones
3. Resim.1) https://www.defense.gouv.fr
4. http://www.forecastinternational.com
5. https://fas.org
6. http://nuclearweaponarchive.org
7. Resim.2) Poder Naval - http://www.naval.com.br
8. https://www.lajauneetlarouge.com/article/cent-ans-dhistoire-du-bassin-dessais-des-carenes
9. http://www.meretmarine.com
10. La simulation des Interactions Fluide-Structure , Jean François SIGRIST - Fabien GAUGAIN - Lucie ROULEAU - Cédric LEBLOND
11. https://www.naval-group.com
 







Telif Hakkı © 1997-2018 [uskudar.biz] - sürüm 5.5.1 - Bütün Hakları Saklıdır. Kullanım şartları için tıklayın!
Joomla! GNU/GPL lisansı altında özgür bir yazılımdır.