Gemi pervanesi kaynaklı hidrodinamik yüklerin tekne bünyesinde oluşturduğu titreşimin azaltılması
Reduction of ship hull vibration caused by propeller induced hydrodynamic loads
Yazar: MUHAMMED ÇINAR
Danışman: PROF. DR. FERHAT DİKMEN ; DR. HAKAN UÇAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Gemilerdeki titreşim ve gürültü konusunda yapılan çalışmalar, pervane 
sistemlerinin önemli bir gürültü ve titreşim kaynağı olduğunu göstermektedir. 
Pervane tekne etkileşimi sonucu oluşan hidrodinamik yükler gemi kıç bölgesinde 
tekne titreşimine neden olan önemli bir sorun kaynağıdır. Oluşan titreşim yolcu ve 
mürettebat konforunu olumsuz yönde etkilemekle birlikte yapısal elemenlarda 
yorulmalara ve müteakiben deformasyonlara neden olmaktadır. Bu nedenle, oluşan 
zarar verici titreşimin öngörülmesi, izlenmesi ve kontrol altında tutmaya yönelik 
yöntemlerin çalışılması büyük önem arz etmektedir. Tekne bünyesinde titreşime 
neden olan basınç büyüklüğünü hesaplamak için kullanılan ana yöntemler analitik
hesaplama, test ve nümerik yöntemdir. Bilgisayar yazılımı teknolojisinde 
gerçekleşen önemli gelişmelerle, nümerik yöntem, gerçeğe oldukça yakın sonuç 
vermenin yanı sıra hesaplama ve zaman maliyetini de en aza indirmiştir. Bu nedenle, 
bu çalışmada, tekne bünyesine etki eden hidrodinamik yük büyüklüğünü tespit 
etmek, pervane tarafından indüklenen basınç dalgalanması sonucu tekne bünyesine 
iletilen yapısal gürültüyü tespit etmek ve azaltılması maksadıyla yapılan
iyileştirmelerin etkisini incelemek amacıyla sonlu elemanlar metodu kullanılmıştır.
Pervane kaynaklı titreşim, tekne bünyesine şaft yoluyla ve doğrudan su vasıtasıyla 
iletilir. Pervane kaynaklı tekne titreşimi, pervane kanat geometrisinde yapılan 
optimizasyonlarla kaynağında azaltılabildiği gibi şaft yataklarında yapılan 
iyileştirmelerle ve titreşim görülen bölgenin yapısal elemanlarla ve izolasyon
malzemeleriyle takviye edilmesi sonucu titreşimin iletim yolunda azaltımı 
sağlanabilmektedir. Bu çalışmada tekne bünyesine iletilen basınç büyüklüğünü 
nümerik olarak elde etmek amacıyla öncelikle, KCS KP505 pervanesi açık su 
performans karakteristiklerinin ve tekne-pervane etkileşiminin incelendiği tekne 
sevk performansının doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Pervane tekne etkileşimi 
sonucu su vasıtasıyla tekne bünyesine iletilen titreşimin azaltılması amacıyla tekne 
yapısına stifner takviyesi yapılmıştır. Yapılan iyileştirme ile pervane üstü tekne kıç 
aynalık bölgesinde tespit edilen yapısal gürültü makul seviyeye düşürülmüş ve 
stifner kalınlığının ve sayısının titreşim azaltımına olan etkisi incelenerek mevcut 
durumda tekne yapısına ilave edilmesi gereken en uygun stifner sayısı ve kalınlığı 
belirlenmiştir.

Abstract:
Studies on vibration and noise on ships demonstrate that propeller systems are an 
important source of noise and vibration. Hydrodynamic loads caused by pressure 
fluctuations resulting from propeller hull interaction are an important source of hull 
vibration at stern region of the ship. The generated structural noise and vibration 
negatively affect passenger and crew comfort, and causes fatigue and deformations 
in hull structure. Therefore, it has a vital importance to study methods for 
predicting, detecting and controlling harmful hull vibrations. The main methods 
used to calculate the pressure magnitude that causes vibration in the hull are 
analytical calculation, test and numerical method. With the important developments 
in computer software technology, the numerical method has minimized the cost of 
calculation and time as well as giving results very close to reality. Therefore, in this 
study, numerical method was used to determine the structural noise transmitted to 
the hull as a result of the pressure fluctuation induced by the propeller and to 
examine the effect of the improvements made to reduce it. The propeller-induced 
vibration is transmitted to the hull body via the shaft and directly through the water.
The generated vibration can be eliminated at the source by optimizing the propeller 
blade geometry. Besides this solution, the resulting structural noise transmitted by 
shaft can be reduced by equipping the shaft bearings with vibration and shock 
absorbers as well as the structural noise carried by water can be reduced by 
reinforcing the vibration area with structural elements. In this study, in order to 
obtain the magnitude of the pressure transmitted to the hull numerically, the open 
water performance characteristics of the KCS KP505 propeller and the self 
propulsion performance of the KCS container ship were validated. Afterwards, 
stiffener reinforcement was made to the hull structure plate above the propeller in 
order to reduce the hull vibration. With the stiffened plate, the structural noise 
detected in the ship hull was reduced to a reasonable level, and the most appropriate 
number and thickness of stiffeners that should be added to the hull plate was 
determined by examining the effect of stiffener thickness and number on structural 
noise.