Pumping the mainsail for performance gain
Performans kazancı için ana yelken pompalamak
Yazar: OSMANCAN ERŞAHİN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA İNSEL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Deniz Bilimleri = Marine Science

Özet:
Bu çalışmada özel şartlar altındaki bir yelkenin etrafındaki akım incelenmiştir. Yelkencilerin rüzgar altı seyrindeyken neden ana yelkeni pompaladıkları ve bu hareketle ne kadar performans kazandıkları sorularına cevap aranmıştır. Pratikte sürekli uygulanan ve verimliliği gözlenen bir hareketin teorik olarak açıklanması amaçlanmıştır. Yelkenin pompa yapması bir foilin kanat çırpma (flapping) ile özdeşleştirilebileceği için literatür taraması bu alanda yoğunlaştırılmıştır. Amaçlanan çalışmanın yapılabilmesi için çözüm yöntemi olarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi belirlenmiştir. Karşılaştırma çalışmasındaki foil ve ortam aynı şekilde amaçlanan çalışmanın da yapılacağı hesaplamalı akışkanlar dinamiği programında modellenmiştir. Bu çalışmada piyasada bulunan yazılımlardan biri olan CFX programı kullanılmıştır. Çalışmada modellenen kanat NACA 0012 profiline sahiptir ve düşük açıda baş-kıç vurma hareketi yapmaktadır. Karşılaştırma sonucunda verimliliği ispatlanan model ana çalışmanın için de kullanılmıştır. Farklı frekanslar ve farklı açılar içeren bir matris için bütün hesaplamalar yapılmıştır. Sonuçta, pompa yapan ve yapmayan  yelkenlerin ürettiği götürücü kuvvet katsayısı kıyaslandığında ciddi bir performans kazancı göze çarpmaktadır. Hesaba katılan ve çeşitlendirilen her iki parametrenin de (açı ve frekans) artışının performans kazancına neden olduğu görülmüştür. Performans kazancını belirleyen en önemli etken pompa yapan yelkenin bir salınımının ne kadar uzun sürdüğüdür. Yani burada açının büyüklüğü birinci etkendir. Sonrasında ise salınım hızı (frekans) önem taşır. Kısacası, ana yelkende pompa yapmak yelken performansını arttırmaktadır.

Abstract:
On this project, it is tried to understand the nature of the flow around the sail on a special condition. It is aimed to understand why sailors are pumping the mainsail on downwind sailing and how much is the performance gain with the help of this motion. Because no study has been found on this topic during the literature search, the most familiar ones has been investigated; flapping foils. After these papers were read the air flow behaviours around the flapping foils were understood. After determining a study as a guide which has both experimental and numerical results on the same study, a model on CFX has been generated and the calculations are made through CFD (Computational Fluid Dynamics). The data was about a pitching foil (NACA 0012) with low angle (2 degrees). The results showing the thrust coefficients on different reduced frequencies are compared to the validation data. The results were reasonable, so it has been decided to continue with this model. Following, the tested model modified for the main study. The forces on the main sail were calculated on different conditions; non pumping and pumping with different frequencies and angles. As a result, it is seen that there is a performance gain which can not be ignored when the thrust values non-pitching and pitching main sail are compared. On the performance gain, first important parameter is the pitching angle and second parameter is the frequency.