BİTİRME TASARIM PROJESİ Askeri Gemilerde Kullanılan Bir Sonar Domu Formunun Viskoz Analiz Yoluyla İyileştirilmesi İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ FAKÜLTESİ Aralık 2014 Hazırlayan: Necmi Anıl Kırıkkanat Danışman: Prof. Dr. Ömer Gören
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BİTİRME TASARIM PROJESİ Askeri Gemilerde Kullanılan Bir Sonar Domu
Formunun Viskoz Analiz Yoluyla İyileştirilmesi
AY YIL İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
GEMİ İNŞAATI VE DENİZ BİLİMLERİ
FAKÜLTESİ
Aralık 2014
Hazırlayan: Necmi Anıl Kırıkkanat
Danışman: Prof. Dr. Ömer Gören
TEŞEKKÜR
Tüm çalışma sırasında beni yönlendiren, okul hayatım boyunca bana ve bütün
arkadaşlarıma örnek olan hocam Prof. Dr. Ömer Gören' e, çalışmam sırasında
yardımlarını benden esirgemeyen hocam Y.Doç.Dr. Devrim Bülent Danışman' a ve
dönem arkadaşım Gürbüz Bilici‟ye, öğrenim hayatım boyunca yanımda olan
arkadaşlarım Soner Çetin, Harun Elmas ve Hakan Boz‟a, benden desteklerini en zor
günde dahi esirgemeyen annem Serpil Leyla KIRIKKANAT ve babam Ökkeş Alp
KIRIKKANAT‟a teşekkür ederim.
Necmi Anıl KIRIKKANAT
ÖZET
Bu çalışmada örnek gemilerin sonar domu formları incelenerek referans bir sonar
domu oluşturulmuş, HAD ile direnç bileşenleri ve akım hatları incelenmiş, ardından
iyileştirme çalışmasına gidilmiştir. Referans formdan çıkarılan 3 su hattı üstündeki
akım hatlarının iyileştirilmesi için , form üstünde oynanmış.Yeni oluşturulan form,
aynı ilk formda yapıldığı gibi HAD ile direnç bileşenleri hesaplanmış ve akım hatları
çıkarılmıştır.İkinci yapılan form ile referans form değerleri karşılaştırılmıştır.
KISALTMALAR
HAD : Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği
DM : Ansys Design Modeler
RANS : Reynold Ortalama Navier-Stokes çözümleri
Tu : Tübülans yoğunluk değeri
TLS : Türbülans uzunluk ölçeği
SEMBOL LİSTESİ
Ø = Çap [m]
L = Uzunluk [m]
B = Genişlik [m]
D = Derinlik [m]
y Boyutsuz duvar katsayısı
u Duvar bitişiğindeki sürtünme hızı [m/s]
Kinematik viskozite [m^2/s]
y = Duvardan olan uzaklık [m]
1. GİRİŞ
Sonar domu; su altındaki cisimleri belirlemek, izlemek ve dinlemek gibi genellikle
askeri amaçla kullanılan elektronik sistemimlerin konulduğu yerdir. Askeri
gemilerde kaideye monteli veya yumrubaş formuna yedirilmiş uygulamaları
bulunmaktadır. Çalışmada kaideye monteli sonar domu geometrisi ele alınmıştır.
Sonar sensörlerinin çalışabilmesi için gemi formuna ekstra takıntı gerekmektedir.
Sonar domunun oluşumu bu sayede olmuştur. Gemi formu üstünde fazladan takıntı
ekstra direnç demektir. Günümüz ortamında savaş gemilerinin daha yüksek sürat ve
daha ekonomik çalışması istendiğinden, tasarımda bu direnci minimuma indirmek
temel hedefimizdir. Bu noktada sonar domu geometrisi ve buna bağlı olarak akım
hatlarının düzgünlüğü önem kazanmaktadır. Akım üniformluğu bizim için önemli
olup, akım ayrılması ve vortekslerden kaçınmamız lazımdır. Sonar domu
tasarımlarında teorik çalışma, hesapların karmaşıklığından dolayı pek tercih
edilmemektedir. Gittikçe artan dizayn hedefleri ve engellemelerine karşı baş
edebilmesi zor olan kompleks mühendislik sistemleri; artık Reynold Ortalama
Navier-Stokes çözümleri(RANS), bilgisayar destekli dizayn ve verimli optimizasyon
algoritmaları gibi bütün pahalı analiz araçlarını birlikte sunan similasyon bazlı
yazılımlara evrilmiştir[1]. Mesleki tecrübeye ek olarak, model deneyleri ve
hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımları tasarımcılara yardım etmektedir.
Daha doğru sonuç vermelerine ragmen, farklı modeler üretmenin pahalılığı ve
zorluğu; model deneylerinin, HAD‟a kıyasla daha az tercih edilmesine sebep
olmaktadır. Bu çalışma kapsamında, daha once yapılmış sonar domlarından boyutlar
çıkarılmış, bu boyutlara göre temel sonar domu formu oluşturulmuş ve HAD ile
analizi yapılmıştır. Rhinoceros 5.0 programı ile sonar domu çizilmiş ve akış hacmi
oluşturulmuştur. ANSYS-Meshing ile ağ örgüsü oluşturulup , ANSYS-FLUENT‟te
analizler yapılmıştır. Ağ örgüsü oluşturulurken akışkan hacmi içerisinde sonar
domuna yakın yerlerde ve muhtemel sınır tabaka içinde kalacak yerlere özel
boyutlandırma yapılmıştır. Analizde çıkan akım hatlarına göre form narinleştirilerek
yeni bir form oluşturulmuştur. Yeni formda akım hatları düzgünleştirilmiş ve buda
direncimize yansımıştır.
Çalışmada sonar domu üzerine tekne formu ilave edilmemiştir.Böylece tekne formu
ile sonar domu arasındaki girişim etkileri göz ardı edilmiştir.
2. SONAR DOMU GEOMETRİSİ
2.1. Dizayn Kısıtları
Sonar domu geometrileri üzerinden geçen akımın uniform olması amacıyla
tasarlanmaktadır. Bu noktada sonar elektroniğinin boyutlarıda bizi sınırlandıran bir
husustur. Askeri gemilerde sonar elektroniği genelde silindir şeklinde olup, sonar
domu kabuğuyla aralarında belirli bir mesafe bulunmak zorundadır. Ayrıca sonar
domunun hidrostatik ve hidrodinamik basıçlara karşı gelebilmesi, ses dalgalarının
düzgün ilerleyebilmesi için; sonar domu kabuğuyla sonar elektroniği arasına su
konulur[2]. Sonar domu yapısı Şekil 2.1 „de gösterilmiştir.
Şekil Error! No text of specified style in document.1 Sonar domu yapısı
Bu elektroniklerin koyulabileceği temel formlara bakıldığında; ıslak alanı azaltmak
amacıyla küre formu koyulabilir. Ancak bu durumda akım düzgünlüğü sağlanamaz,
akım ayrılmaları ve vorteksler görülür. Akımın en düzgün sağlanabileceği
geometrilere baktığımızda, gemi dümenleri, uçak kanatları, yelkenli tekne salmaları
ve skeglerde de kullanılan NACA profilleri öne çıkmaktadır. Çalışmada ilk
geometrimiz belirlenirken bu hususlara dikkat edilmiştir.
Şekil 2.2 Kürenin Akım Hatları Şekil 2.3 NACA Profilinin Akım Hatları
2.2. Sonar Domu Formunun Boyutlarının Belirlenmesi
Sonar domu geometrrisi belirlenirken açık kaynak bulmakta zorlanılmıştır.
Çalışmada sonar domu suyu hacminden boyutlarla ilgili çıkarımlar yapılmaya
çalışılmıştır.Tablo 2.1‟de kullanılan sonarlar ve sonar suyu hacimleri gösterilmiştir.