Kayıcı teknelerde denizciliğin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the seakeeping of the planing hulls
Yazar: EMRE KAHRAMANOĞLU
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Dünyanın globalleşmesi ile birlikte yalnızca kara ve demiryolu değil aynı zamanda denizyolunda da zaman oldukça önemli bir olgu haline gelmiştir. Bu sebeple yüksek süratli gemiler tasarlamak hem ticari hem de askeri alanda gün geçtikçe önemli hale gelen bir konu olmaya başlamıştır. Bu bağlamda, bu doktora tezi kapsamında kayıcı bir teknenin genel denizcilik performansı farklı sayısal yöntemlerle incelenmiştir.
Giriş bölümünde problem tanıtılmış ve genel literatür araştırması sunulmuştur. Temel literatür araştırmasının ardından sunulan ikinci bölümde sakin suda ilerleyen kayıcı bir teknenin hidrodinamik performansı sıkça kullanılan ampirik bir yöntem, bu çalışmada ortaya konulan hibrit bir yöntem ve günümüzde sıkça kullanılan hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemleri ile incelenmiştir. İncelenen hidrodinamik parametreler toplam direnç, dinamik trim ve sudan çıkmadır. Elde edilen sonuçlar hem birbiri ile hem de deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler neticesinde özellikle geliştirilmiş hibrit yöntemin ön dizayn aşamasında hassasiyet/maliyet oranı açısından oldukça kullanışlı bir yöntem olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca, geliştirilen yöntemin kayıcı teknelerin hidrodinamik performansını tahmin etmede yaygın olarak kullanılan ampirik yönteme iyi bir alternatif olabileceği düşünülmektedir. HAD sonuçlarının ise deney ile oldukça uyumlu olduğu ve derinlemesine analizler için güvenli bir araç olduğu sonucuna varılmıştır.
Sakin su hidrodinamiğinin incelenmesinin ardından sabit ve değişken kalkıntı açısına sahip iki farklı kayıcı teknenin baştan gelen düzenli dalgalar altındaki dalıp-çıkma ve baş-kıç vurma hareketleri ve baş ivmelenme değerleri geniş bir frekans aralığında elde edilmiş ve bu değerler deneysel veriler ile kıyaslanmıştır. Yapılan analizler neticesinde hem hareketlerin hem de ivmelerin HAD yöntemi ile başarılı bir şekilde tahmin edilebildiği görülmüştür. Bu noktada özellikle deneye göre çok daha geniş şekilde her nevi parametrenin incelenebildiği bu yöntemlerin deneye iyi bir alternatif olabileceği düşünülmektedir.
Bir sonraki bölümde ise sakin suda kayıcı rejimde ilerleyen bir kayıcı teknenin tek serbestlik dereceli zorlamalı yalpa analizleri gerçekleştirilmiş ve toplam yalpa sönüm katsayısı hem ampirik bir yöntemle hem de HAD yöntemi ile elde edilmiştir. Yapılan inceleme neticesinde HAD yönteminin bu hidrodinamik problemi de yüksek doğruluk ile temsil edebildiği görülmüştür. Ayrıca kayıcı rejimde yalpa sönüm katsayısının yalpa genliği ve yalpa periyodundan kısmen bağımsız hale geldiği, fakat ileri hız katkısı ile önemli oranda değiştiği gözlenmiştir.

Abstract:
With the globalization of the world, time becomes important in terms of transportation not only in road and railway but also in a seaway. Due to this fact, the high-speed vessels' design is becoming an important topic both in commercial and military fields. Within this framework, in the scope of this Ph.D. thesis, the high-speed vessel's seakeeping performance is investigated using different numerical tools.
The problem is defined and the literature review is presented in the first part. Following the literature review part, the hydrodynamic performance of the planing hull is explored in calm water conditions using an empirical method, which is commonly used in the hydrodynamic field, developed hybrid method and computational fluid dynamics methods. The total resistance, dynamic trim and sinkage of the planing hull are examined in the numerical calculations. The results are compared with each other and available experimental data. The numerical results show that the developed hybrid method is found to be a cost-effective and useful tool, particularly for the preliminary design stage. Also, it is considered that the developed method can be an alternative tool for the commonly used empirical approach in the literature. Moreover, CFD results are found to be a good agreement with the experimental data and hence it can be used some confidence for the prediction of hydrodynamic performance of planing hulls.
After the investigation of hydrodynamic performance of planing hull in calm water condition, the pitch & heave motion and acceleration values of two different planing hull, which has constant and variable deadrise angles, are examined in regular head waves. The obtained results are also compared with the experimental data. The results indicate that the motions and accelerations are well predicted with the CFD approach. Therefore, the methods used in this thesis are considered to be alternative ones to the experiment in order to investigate different hydrodynamic characteristics of the planing hull forms.
In the following chapter, the 1 DOF forced roll motion of the planing hull is analyzed and the total roll damping coefficient is obtained by empirical calculation and CFD. It is found that the CFD method predicts those characteristics with good accuracy. In addition, the roll damping coefficient is found to be independent of roll amplitude and roll period in the planing regime. In contrast, it changes considerably with the variation of the advance velocity in the planing regime.