SeyrüseferSeyir DefteriMühendislik → DOR Gövdesi

DOR Gövdesi

Seyir Defteri - Mühendislik
Salı, 23 Ekim 2018

DOR gövdesi için bir melez örgüManevra yapan bir denizaltının etrafında oluşan akış, gövdeden ve takıntılardan dökülen karmaşık ve üç boyutlu girdap yapılarının [Resim.1] hakimiyeti altındadır. Bu girdapların, değişen hücum açılarına göre, kaldırma ve moment üzerinde doğrusal-olmayan bir değişime sebep olmaları da meseleyi zorlaştırdığı gibi konunun hidrodinamik tasarım çalışmalarındaki önemini iyice arttırmaktadır.

1980'ler denizaltı hidrodinamiğine yönelik denel çalışmalar açısından önemli gelişmelerin yaşandığı bir dönem olarak tanımlanabilir. ABD'de Darpa tarafından desteklenen Suboff ağırlıklı çalışmalar gerçekleştirilirken okyanusun diğer tarafında, İngiltere'de de biraz daha dar kapsamlı olsa da bazı faaliyetler yürütülmekteydi.

Denizaltı manevralarını iki temel altbaşlığa ayırmak gerekirse:

  1. Dikey düzlem üzerinde derinlik değiştirme
  2. Yatay düzlem üzerinde yön değiştirme

olarak bir sınıflama yapılabilir. Doğal olarak bu ikisinin bileşiminden meydana gelen tam 3B manevralar da mevcuttur fakat şimdilik ilk ikisine odaklanmak yeterli olur.

Birinci madde, gerek denel gerekse hesaplamalı olarak, görece daha kolay bir akış yapısına sahiptir ve problem büyük ölçüde sabit hücum açılarında denizaltının incelenmesi yoluyla çözülebilir. Bu yaklaşım ile gerek deney havuzlarında ve su tünellerinde gerekse HAD kullanılarak gerçekleştirilen çözümlerde çalışmak nispeten daha kolaydır.


Darpa Suboff Aff-2 yapılandırması HA=30derece, Girdap Yapıları

Resim.1) Darpa Suboff Aff-2 yapılandırması üzerinde Re 14e06 ve HA=30derece sürükleme açısında OpenFOAM ile hesaplanan girdap yapılarının Lambda2 (5) kıstası ile ve akış hızı ile renklendirilmiş hâline rüzgâraltı tarafından bakış.
Gövde-Kule girdaplarının etkileşimi dikkât çekici. Bununla birlikte burada kullanılan çözüm yaklaşımı dönüş esnasında oluşan gerçek akış şartlarını göz önüne almadığı için yeterli kabûl edilemez!
Bu Suboff çalışmasını tamamlayabilmek için artık süre kalmadığından ayrıntıları daha sonra ele alınamayacak...


İkinci madde ise çok daha karmaşık bir problem sunmaktadır çünkü yatay düzlemde dönmeye başlayan bir denizaltının etrafında oluşan akış şartlarında, gelen akışın doğrusal değil eğrisel olmasının etkisi ihmâl edilemeyecek kadar önemlidir. Bu sebeple hesaplamalı çalışmalar gerçekleştirilirken yukarıdakinden daha farklı ve uygulanması daha zahmetli bazı yaklaşımlar kullanmak gerekli olur.

Denel hidrodinamik açısından da bu tür bir problemi incelemek kaçınılmaz olarak özel yöntemler gerektirecektir ki bunlar deney amacıyla:

  1. Serbest yüzen bir model
  2. Döner Kiriş Havuzu [Resim.2] olarak tanımlanan bir tesis

kullanmak olarak sıralanabilir. Muhtelif sebeplerle bu sahanın en önemli seçeneğini ikinci madde oluşturmaktadır ki bu yazının temel konusu da doğrudan bu seçeneğe bağlıdır.


ARL-U/L Döner Kiriş Deney Havuzu, İngiltere

Resim.2) ARL-U/L Döner Kiriş Deney Havuzu, İngiltere.[3]


Soğuk Savaşın başlamasıyla henüz 1950'lerin başında İngiltere'de gelecek nesil gemi, denizaltı ve torpil tasarımları alanında sağlam bir bilimsel temel oluşturabilmek gayesiyle Akışkan Dinamiği Grubu adlı bir yapılanma oluşturuldu.

Gerekli çalışmaların en önemli ayağını meydana getiren denel yeteneklerin kazanılması için de bazı yeni hidrodinamik araştırma tesisleri inşa edildi ki yazının içeriğine bağlı olarak bunlardan en önemlisi ARL U/L1 bünyesinde kurulan ve önce 3m çapındaki küçük bir tesis vasıtasıyla öngörülen kavramın doğrulanmasından sonra inşa edilen ~37m çapındaki2 Döner Kiriş Havuzu3 [Resim.2] oldu. Bu tesis Stringray ve Spearfish torpidoları başta olmak üzere yakın döneminin pek çok torpil, denizaltı ve gemi tasarımında en önemli mühendislik katkılarından bazılarını sağlamıştır.

Her ne kadar bu tesiste gerçekleştirilen çalışmalar, artık hizmet dışına çıkartıldığı4 günümüzde bile hâlen gizli tutulmaktaysa da yazının başlığında belirtilen DOR Gövdesi adlı eksensimetrik deney modeli bu kapsamın dışında sayılır.

1980'lerin ilk yarısında ARL-U/L RBM tesisinde, Lloyd ve Campbell tarafından gerçekleştirilen denel çalışmalara [1] ait bazı veriler 1986 yılında yayınlanmıştı. Bu çalışma temel olarak DOR adı verilen 5m uzunluğundaki temsili bir takıntısız denizaltı/torpil eksensimetrik modelinin etrafında, devamlı dönüş şartlarında oluşan girdap yapısının büyüklük ve dağılım açısından ölçülmesine dayanmaktaydı.

Geçmişte bu hususta bazı hesaplamalı çalışmalar üzerinde uğraşmama rağmen henüz tamamlayamadığım için sonuçlardan bahsedemiyorum, belki daha sonra... Ama yine de konuyla ilgilenebilecek olanlar için bahsi geçen modelin geometrisini Gmsh adlı açık-kaynak önişlem yazılımında kullanılmaya hazır olarak aşağıda veriyorum.


♦ gmsh:
  1. // Gmsh için DOR gövdesi kesiti
  2. // Üsküdar Mühendishanesi - http://uskudar.biz
  3.  
  4. lc1 = 0.02; // Düğüm mesafesi değişkeni
  5.  
  6. // Kafa
  7. Point(300) = { 0.00000000, 0.00000000, 0, lc1/4 };
  8. Point(301) = { 0.88200000, 0.00000000, 0, lc1 };
  9. Point(302) = { 0.88200000, 0.29400000, 0, lc1 };
  10. Ellipse(1)={300,301,300,302};
  11.  
  12. // Kuyruk
  13. Point(400) = { 3.25000000, 0.29400000, 0, lc1 };
  14. Point(401) = { 3.33335000, 0.29400000, 0, lc1 };
  15. Point(402) = { 3.50019400, 0.29055900, 0, lc1 };
  16. Point(403) = { 3.75049500, 0.27599800, 0, lc1 };
  17. Point(404) = { 4.00091300, 0.24918300, 0, lc1 };
  18. Point(405) = { 4.25140700, 0.20850800, 0, lc1 };
  19. Point(406) = { 4.50118500, 0.15387600, 0, lc1 };
  20. Point(407) = { 4.88373800, 0.04141300, 0, lc1 };
  21. Point(408) = { 4.95000000, 0.01828200, 0, lc1/4 };
  22. Point(409) = { 4.95000000, 0.00000000, 0, lc1/4 }; // kısaltılmış firar kenarı
  23. //Point(409) = { 5.00000000, 0.00000000, 0, lc1/4 }; // gerçek firar kenarı
  24. BSpline(3)={400:408};
  25. Line(4)={408,409};
  26.  
  27. // Vasat
  28. Line(2) = {302,400};
  29.  


Örgüyü oluşturmak amacıyla kullanılabilecek tam betiği özellikle vermedim ki eliniz alışsın. Zaten yukarıdaki geometriyi kullanarak daha önce anlatıldığı şekliyle; gerek düzenli örgü ve gerekse melez örgü [Resim.4] yaklaşımı kullanarak hesaplamalar için ihtiyaç duyulabilecek önişlem verilerini kolayca oluşturabilirsiniz...


DOR Gövdesi için Gmsh ile oluşturulan bir hesaplama örgüsü

Resim.4) DOR Gövdesi için Gmsh ile oluşturulan bir melez hesaplama örgüsü. Bu tür bir örgü yaklaşımından daha iyi sonuç alabilmek için gerçek firar kenarı biraz değiştirildi.


Bu yazının devamında, eğer zamanında tamamlanabilirse DOR gövdesinin doğrusal (sürüklenme) ve eğrisel (devamlı dönüş) akış şartları altındaki davranışlarını incelemeye yönelik yaklaşımlar ve sonuçlar kısaca ele alınabilir.

Ve son olarak denel hidrodinamiğin bu önemli sahası ile alâkalı olarak Türkiye bağlamında ele alınması gereken önemli hususların değerlendirileceği bir yazı daha gelebilir...

♦ Açıklamalar

1. Admiralty Research Laboratory - Upper Lodge [geri]
2. Tesisin kubbe çapı ise 47,5m kadardır. [geri]
3. Orijinal ismiyle Rotating Beam Channel (RBM) [geri]
4. Bu tesis soğuk savaşın bitmesiyle uzun zaman önce kapatıldı fakat aynı amaçla inşa edilen daha gelişmiş başka bir deney havuzu İngiltere'de hâlen kullanılmaktadır. [geri]

♦ Kaynaklar

1. Experiments to Investigate Vortices Shed from a Submarine-Like Body of Revolution, 1986, A.R. Lloyd - I.M. Campbell
2. Analysis of Experiments to Measure Body Vortices in Curved Flow, 1988, B. Ward - A.R. Lloyd
3. ARL-U/L genelağ sitesi - http://arl.g3w1.com/arl_upper_lodge.htm
4. Influence of Turbulence Closure Models on the Vortical Flow Field Around a Submarine Body Undergoing Steady Drift, 2010, Alexander B. Phillips - Stephen R. Turnock - Maaten Furlong
 







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.