Hızlı tekne form serileri için optimizasyona dayalı bir metodoloji geliştirilmesi
Development a optimization based methodology for high speed craft series
Yazar: SADIK ÖZÜM
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Bir deniz taşıtının kendisinden beklenen görevleri iyi bir biçimde yerine getirebilmesinin yolu, amaç fonksiyonu ile uyumlu bir su altı formuna sahip olmasından geçer. Bunu sağlayabilmek titiz ve karmaşık analizler gerektirmektedir. Bir geminin stabilite, direnç, denizcilik gibi özelliklerinin istenilen düzeyde olması ancak iyi bir gemi dizaynı sürecinden sonra mümkün hale gelir.
Gemi dizaynında günümüze kadar gelen ve hala çoğunlukla kullanılmakta olan geleneksel yöntemlerin yanında, gelişen dijital sistemler ile birlikte yeni alternatifler ortaya çıkmaya başlamıştır. Günümüzün teknolojisine ayak uydurarak bu dijital sistemlerden yararlanmak, gemi tasarımını çok daha verimli hale getirebilmektedir.
Geleneksel yöntemler temelde bir gemi formu oluşturarak bunu analiz ve/veya deneyler ile değerlendirip, istenilen özellikleri sağlar hale getirmeyi amaçlamaktadır. En iyiye ulaşma esas amaç değildir. Bunun sebebi deneysel yöntemlerin maliyet ve zaman açısından çok fazla iterasyona izin vermemesidir. Ampirik formülasyonlar ile yapılan analizlerin, her form için doğruluğunun kesinliği yoktur.
Bu çalışmanın amacı günümüz teknolojik gelişmelerine ayak uydurarak daha verimli bir tasarım metodolojisi geliştirmeyi kapsamaktadır. Bilgisayar tabanlı simülasyonlar ile analiz metotları uygulanarak otomatikleştirilmiş bir algoritma ile en iyi çözüme ulaşmanın yolları ortaya konulmuştur. Metodolojinin uygulama kısmında yüksek süratli form karakteristikleri incelenmeye çalışılmıştır.
Bu kapsamda ilk olarak metodolojinin akış şeması ortaya konmuş ve sistemin otomatik bir şekilde işleyebilmesi için, ön dizayn aşaması sonucunda ortaya çıkan sınırlar içerisinde bir parametrik model oluşturulmuştur. Belirlenen dizayn değişkenleri yardımı ile sistematik varyasyon sağlanarak 120 adet tekne türetilmiş ve bunların her biri stabilite, denizcilik ve direnç açısından incelenmiştir. Denizcilik ve direnç için hesaplamalı akışkanlar dinamiği tabanlı yazılımlar kullanılmıştır.
Yapılan analizler sonucunda yüksek süratli form karakteristiğine sahip geometrilerin etkin parametrelerinin performansa olan etkisi değerlendirilmiştir. 
Hidrodinamik analizler sonucunda ortaya çıkan 120 adet form içerisinden bir optimizasyon yöntemi kullanarak farklı deplasman gruplarında optimum bir tekne ailesi ortaya konulmuştur.
Bunun haricinde farklı hızlarda yapılan analizler neticesinde direnç açısından bu tarz formları karşılaştırabilmek için regresyon analizi ile bir bağıntı elde edilmiştir.
Sunulan bu tez çalışmasında otomatik olarak işleyebilen bir metodoloji ortaya konulmuştur. Bu metottan yararlanarak optimizasyon uygulaması yapılmış ve sonucunda kayıcı forma sahip yüksek hızlarda seyredebilen belli bir boyda farklı deplasman gruplarına sahip optimum bir tekne ailesi meydana getirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, çok kriterli optimizasyon, parametrik modelleme, sistematik varyasyon, form serileri.

Abstract:
The way in which a marine vehicle can fulfill its expected functions is in case it has an underwater hull form compatible with its objective function. Providing this requires meticulous and complex analysis. Stability, resistance and maritime characteristics of a ship can only be achieved at a desired level as a result of a good ship design process.
New alternatives have emerged in the design of ships, with the ever-present and often used conventional methods, along with developing digital systems. Keeping up with today's digital technology and benefit from this system can make the ship design much more efficient.
Traditional methods are basically aimed at creating a ship form and evaluating it by analysis or experiments and providing the desired characteristics. Achieving the best is not the main objective. This is why experimental methods do not allow too much iteration in terms of cost and time. Also, there is no certainty of accuracy of analysis by empirical formulations for each hull type.
The aim of this study is to develop a more efficient design methodology by keeping up with today's technological developments. By means of computer based simulations and analysis methods, an automated algorithm has been introduced to reach the best solution. In the application part of the methodology, high speed craft form characteristics have been studied.
In this context, firstly the flow chart of the methodology is presented and a parametric model is created within the boundaries resulting from the preliminary design phase so that the system can operate automatically. With the help of determined design variables, 120 hull forms were derived by systematic variation and each of alternative hull forms was examined in terms of stability, seakeeping and resistance. Computational fluid dynamics software are used for seakeeping and resistance analysis.
As a result of the analyses, the effect of the active parameters of the geometries with high speed form characteristics on performance was evaluated.
Using an optimization method, an optimum form series has been demonstrated from 120 alternative hull forms for different displacement groups.
Additionally, a formula was created by regression analysis of the results of hydrodynamic analyses made at different speeds in order to compare similar type hull forms in terms of resistance.
In this study, an automatically operated methodology is presented. Optimization has been applied by using this methodology and as a result, an optimal series for planing hulls with a certain length and different displacement groups has been introduced. 

Keywords: Computational fluid Dynamics, multi-objective optimization, parametric modeling, systematic variation, hull series.