Manevra yapan bir denizaltının etrafında oluşan akış, gövdeden ve takıntılardan dökülen karmaşık ve üç boyutlu girdap yapılarının [Resim.1] hâkimiyeti 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 bâzı 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 bu ikisine odaklanmak yeterli olacaktır.

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 HAD¹ kullanılarak gerçekleştirilen çözümlerde çalışmak nispeten daha kolaydır.

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 bâzı 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.

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 gâyesiyle "Akışkan Dinamiği Grubu" adlı bir yapılanma oluşturuldu.

Gerekli çalışmaların en önemli ayağını meydana getiren denel yeteneklerin kazanılması için de yeni hidrodinamik araştırma tesisleri inşa edildi ki yazının içeriğine bağlı olarak bunlardan en önemlisi ARL U/L² bünyesinde kurulan ve önce 3m çapındaki küçük bir tesis vasıtasıyla öngörülen kavramın doğrulanmasından sonra inşa edilen ~37m çapındaki³ Döner Kiriş Havuzu⁴ [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 çıkartıldığı⁵ 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:
// Gmsh için DOR gövdesi kesiti
// Üsküdar Mühendishanesi - http://uskudar.biz
 
lc1 = 0.02;  // Düğüm mesafesi değişkeni
 
// Kafa
Point(300) = { 0.00000000, 0.00000000, 0, lc1/4 };
Point(301) = { 0.88200000, 0.00000000, 0, lc1 };
Point(302) = { 0.88200000, 0.29400000, 0, lc1 };
  Ellipse(1)={300,301,300,302};
 
// Kuyruk
Point(400) = { 3.25000000, 0.29400000, 0, lc1 };
Point(401) = { 3.33335000, 0.29400000, 0, lc1 };
Point(402) = { 3.50019400, 0.29055900, 0, lc1 };
Point(403) = { 3.75049500, 0.27599800, 0, lc1 };
Point(404) = { 4.00091300, 0.24918300, 0, lc1 };
Point(405) = { 4.25140700, 0.20850800, 0, lc1 };
Point(406) = { 4.50118500, 0.15387600, 0, lc1 };
Point(407) = { 4.88373800, 0.04141300, 0, lc1 };
Point(408) = { 4.95000000, 0.01828200, 0, lc1/4 };
Point(409) = { 4.95000000, 0.00000000, 0, lc1/4 };    // kısaltılmış firar kenarı
//Point(409) = { 5.00000000, 0.00000000, 0, lc1/4 };  // gerçek firar kenarı
  BSpline(3)={400:408};
  Line(4)={408,409};
 
// Vasat
Line(2) = {302,400};

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...

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, belki...