SeyrüseferSeyir DefteriMühendislik → Tip214 Denizaltılarının Hidrodinamiği - 2.Bölüm | Basınç İzi

Tip214 Denizaltılarının Hidrodinamiği - 2.Bölüm | Basınç İzi

Seyir Defteri - Mühendislik
Cumartesi, 08 Aralık 2018

Denizaltı Basınç İziDeniz araçlarının basınç izleri iki temel açıdan önemlidir; mayın harbi ve pasif algılama/erken uyarı. Bunlardan ilki daha eski bir çalışma alanı olmakla birlikte ikincisi özellikle belli durumlarda önemini yakın zamanda iyice arttıran görece yeni bir saha olarak kabûl edilebilir.

Birkaç sene önce DDG-1000 tasarımı temelinde konuyla ilgili kısa bir çözüm ve değerlendirme denemesi gerçekleştirilmişti. Bu kez ise Tip214 denizaltı tasarımı üzerinden ve ilk çalışmadan daha farklı bir hesaplama yaklaşımı kullanılarak elde edilen sonuçlar hakkında bir iki satır ve resim yayınlanacaktır.

Tip214 Sınıfı araçların yüzeye yakın şartlarda sualtı seyri esnasındaki direnç niteliklerinin ele alındığı ilk çalışmanın bir nevi devamı niteliğinde olduğundan oradaki bazı temel kavramlar aynen kullanılacaktır.

Öncelikle seyir bölgesi, ilk bölümdeki gibi Adalar Denizinin merkez bölgesindeki önemli ve hassas bir geçit olan ve günümüzde Yunan işgâli altında bulunan; Kuzeyde Mukene ve Sira, güneyde ise Nakşa ve Bara adaları arasındaki denizdir, söz konusu bölgenin haritasını görmek isteyen buraya tıklayabilir.

Ve yine söz konusu çalışmadaki gibi inşa edilen ilk Tip214 ile birlikte, kulenin hemen gerisinden paralel gövdenin 1m, 3m, 5m, 7m ve 9m uzatılmasıyla üretilen beş ilave türevle toplam altı farklı Tip214 gövdesi ile buradaki hesaplar geçekleştirilmiştir.


Hesaplamalar için Kullanılan Ortam

Resim.1) Hesaplamalar için kullanılan ortam. Derinlik sabit ve 93m.
Hesaplama hacmi ölçüleri; X=900m, Y=300m, Z=93m ve XZ simetri düzlemidir.
Omurga ile deniz tabanı arasındaki mesafe (d) değişkendir ve hesaplar 40m, 30m, 20m ve 10m için gerçekleştirilmiştir.
Burada tercih edilen dalış derinlikleri serbest yüzey etkileri açısından yeteri kadar yüksek olduğundan çift safhalı serbest yüzey modellemesine ihtiyaç duyulmamıştır.
Son olarak, kuyruk dümenlerinin ve pervanenin etkileri de ihmâl edilmiştir.


Basınç izlerinin hesaplamasında tercih edilen şimdiki yaklaşım RANS1 olarak belirlenmiştir. Çözüm için genelde olduğu gibi yine OpenFOAM araçkutusu [1] tercih edilmiştir. Aranan çözümün doğasına uygun olarak SIMPLE2 algoritması kullanılmış ve 1:1 ölçeğinde modellenen bu problem için Spalart-Allmaras türbülans modeli duvar fonksiyonları ile beraber kullanılmıştır ki ortalama y+ değerleri 80-90 civarında gerçekleşmiştir.

Önişlem amacıyla cfMesh adlı kartezyen örgü yazılımının açık-kaynaklı sürümü [2], sonişlem için Paraview [3] ve gnumeric [4] kullanılmıştır.

Farklı dalış derinlikleri, farklı uzunluktaki gövde seçeneklerinin deniz tabanı üzerindeki meydana getirecekleri basınç değişimlerini inceleyebilmek için dört farklı (1,5432 - 3,0864 - 4,6296 - 6,1728) m/sn doğrusal seyir hızında, toplam 12 farklı çözüm elde edilmiştir. Ulaşılan sonuçlara ait özet veriler aşağıda görülebilir.


Hesaplamalardan Biri için Elde Edilen Deniz Tabanındaki Basınç Dağılımı

Resim.2) Hesaplama şartlarından biri için elde edilen deniz tabanındaki hidrodinamik basınç dağılımı.


Bir denizaltının deniz tabanında oluşturduğu hidrodinamik basınç dağılımı genel hatlarıyla baş bodoslamanın biraz ilerisinde azami basınç noktası, baş bodoslamanın gerisinde alçak basınç (emme) bölgesi ile kıç bodoslama civarında yine bir yüksek basınç noktası olarak kendini belli eder.

Basınç dağılımının büyüklüğü ve şekli; omurga altında kalan derinliğin, seyir hızının, denizaltının boyutlarının, baş ve kıç şeklinin bir fonksiyonu olarak meydana gelir. Aslında pervane ve kuyruk dümenlerinin etkileri de basınç dağılımının kıç bölgesi üzerinde etkilidir fakat söz konusu etkenler bu çalışmada modellenmemiştir.


Tek hız için farklı derinliklerde hesaplanan basınç izlerinin dağılımı

Resim.3) Uzatılmamış temel Tip214 gövdesi ile 9dnm doğrusal hız için, boyuna simetri ekseni hizasında deniz tabanından oluşan kinematik basınç dağılımlarının derinlikle değişimi.


Hemen yukarıdaki [Resim.3] üzerinde elde edilen bâzı sonuçlar sadece derinlik değişkenine bağlı olarak gösterilmiştir. Bu verilerden hareketle örneğin Tip214 gövdesi etrafında oluşacak azami ve asgari boyutsuz basınç değerleri aşağıdaki iki denklem ile ve yaklaşık ±%5 sapma ile hesaplanabilir.


$$ C_{p,azami} = e^{-2,03311\ln (d)+1,0993} \quad\quad\quad\quad (e.1) $$


$$ C_{p,asgari} = -e^{-1,21075\ln (d)-0,533723} \quad\quad\quad\quad (e.2) $$

Aşağıdaki [Resim.4] üzerinde ise sabit derinlik ve hızda, uzatılmış Tip214 gövdesinin basınç izi üzerindeki etkisini özetleyen sonuçlar görülebilir.


Uzatılmış Gövdenin Tip214 Basınç İzi Üzerindeki Etkisi

Resim.4) Uzatılmış gövdenin Tip214 basınç izi üzerindeki etkisi, +0m temel tasarım.
Ölçüm bölgesi boyuna simetri ekseni düzlemi ile deniz tabanı kesişimi, d=10m ve u=9dnms.


Aslında bu denemede yukarıda özetlenen çözüm yaklaşımı ile neler elde edilebileceği hakkında bir kavram denenmiştir. Doğrulama çalışması için ihtiyaç duyulan bu konudaki denel verilere açık-kaynaklarda ulaşabilmek mümkün olmadığından yöntemin hassasiyetinin henüz tam olarak doğrulanamamış olduğunu belirtmek uygun olur. Yine de sonuçların yeteri kadar hassas ve en azından nitelik açısından bir karşılaştırma yapmaya yetecek doğrulukta olduğunu tahmin ediyorum.

Basınç izinin gelecekte daha da önemli bir uygulama alanı olması kuvvetle muhtemel olduğu için hem daha iyi sualtı araçlarının tasarlanabilmesi hem de düşman sualtı unsurlarına karşı daha etkin çözümler üretilebilmesi için çift yönlü bu sahada bağımsız olarak çalışmayı ihmâl etmemek uygun olur. Bugüne kadar yürüdüğü şekliyle; Nato'nun verdiği kırıntılar bize yeter, gerisini boşver gitsin şeklindeki tutumdan artık kurtulmak lâzım gelmez mi?

♦ Açıklamalar

1. RANS: Reynolds Averaged Navier Stokes [geri]
2. SIMPLE: Semi Implicit Method for Pressure Linked Equations [geri]

♦ Kaynaklar

1. OpenFOAM genelağ sitesi - https://openfoam.org
2. cfMesh açık-kaynak sürümü - https://github.com/wyldckat/cfMesh
3. Paraview genelağ sitesi - https://www.paraview.org
4. gnumeric genelağ sitesi - http://www.gnumeric.org
 







Telif Hakkı © 1997-2019 [uskudar.biz] - sürüm 5.5.1 - Bütün Hakları Saklıdır. Kullanım şartları için tıklayın!
Joomla! GNU/GPL lisansı altında özgür bir yazılımdır.