Darpa suboff denizaltı modelinin pervanesiz ve pervaneli olarak statik drift durumunda manevra kuvvetlerinin incelenmesi
Investigation of maneuvering forces of different darpa submarine model configurations under static drift conditions with and without propeller
Yazar: HASAN ÖZTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN ARIKAN ÖZDEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Deniz Bilimleri = Marine Science ; Denizcilik = Marine ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Bu yüksek lisans tezi kapsamında Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yöntemlerinden yararlanılarak, DARPA Suboff denizaltı modelinin iki farklı konfigürasyonun değişik açılardaki statik sürüklenme durumu altında oluşan manevra kuvvetleri ve momentleri belirlenmeye çalışılmıştır. Denizaltı modelinin iki farklı konfigürasyonu; çıplak gövde ve dört kıç dümenden oluşan AFF-3 konfigürasyonu ve çıplak gövde, yelken ve dört kıç dümenden oluşan tam ekli konfigürasyon olan AFF-8 konfigürasyonu kullanılmıştır. Başlangıçta her HAD çalışmasında olduğu gibi ağdan bağımsızlık (mesh independence) çalışması yapılmıştır. Üç farklı durum için; sık, orta ve seyrek ağ yoğunluklarında küçük açılarda (0-2-4-6 dereceler) HAD analizleri yapılmıştır. Daha sonra elde edilen sonuçların doğrulanması yapılmış, orta ağ yoğunluğu seçilmiş ve daha geniş açılarda (60 den 200 dereceye kadar) ikişer derece aralıklarla analizlere devam edilmiştir. Elde edilen sonuçların doğruluğu, boyutsuz deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Yapılan HAD analizlerinin sonuçları ve literatürde bulunabilen deneysel verilerin karşılaştırmalarının yapılmasıyla, bu çalışmada kullanılan hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemlerinin etkinliğinin ve doğruluğunun yüksek düzeyde iyi bir uyum içerisinde olduğu gösterilmiştir. Daha sonra aynı analizler AFF-8 konfigürasyonu için de yapılmıştır. Bu çalışma, ilk olarak literatürde daha önce herhangi bir deneysel verisi bulunmayan AFF-8 tam takıntılı konfigürasyonun manevra kuvvetlerini ve momentlerini belirlemeyi amaçlamıştır. Daha sonra ise çalışmanın diğer kısmını oluşturan statik sürüklenme durumunda kendinden tahrikli modellerin incelenmesine geçilmiştir. Bu sebeple 00 den 200 dereceye kadar ikişer derece aralıklarla analizleri yapılan AFF-3 ve AFF-8 konfigürasyonlarına, kendilerini sevk edebilmeleri için yedi kanatlı, yüksek çalıklıklı temsili bir denizaltı pervanesi olan INSEAN E1619 pervanesi eklenmiştir. Bu pervanenin eklenmesi ile beraber her iki model içinde sevk noktası belirlenmiştir. Belirlenen sevk noktalarında farklı açılarda kendinden tahrikli olarak statik drift durumunda denizaltı modellerinin maruz kaldığı kuvvet ve moment değerleri elde edilmiş olup tablolar ve grafiklerle sunulmuştur. Bu anlatılanları yapabilmek için, önce Pointwise adı verilen programda ağ oluşturma işlemi yapılmış ve ticari yazılım olan ANSYS Fluent programında hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Literatürde yeteri kadar kıyas yapılabilecek statik sürüklenme sonucu olmayan DARPA Suboff AFF-8 denizaltı modelinin sonuçları ve kendinden tahrikli AFF-3 ile AFF-8 konfigürasyonlarının statik sürüklenme durumunda karşılaştığı kuvvet ve moment değerleri tablolar ve grafikler halinde açıklamaları yapılarak bu yüksek lisans tezi kapsamında sunulmuş ve literatüre kazandırılmıştır.

Abstract:
Within the scope of this master's thesis, Computational Fluid Dynamics (CFD) methods were employed to investigate the maneuver forces and moments generated by the DARPA Suboff submarine model in two different configurations under static drift conditions at various angles. The present study concentrate on that two similar configurations of DARPA Suboff submarine model. The first configuration also know like AFF-3 and AFF-5 names in the literature has bare hull and located four rudders at back of the model. Another model we made many analzzes on it is being full appended AFF-8 configuration. AFF-8 configuration has bare hull, four back rudders and only sail. Firstly a mesh independence study was conducted, as is customary in any CFD analysis. Computational Fluid Dynamics (CFD) analyses were performed at small angles like 0°-2°-4°-6° and  used three different mesh densities: fine, medium, and coarse. Subsequently, the accuracy of the obtained results was verified, the medium mesh density was selected, and analyses were continued at wider angles (from 60 to 200 degrees) with two-degree intervals. The reliability of the obtained results was assessed by comparing them with dimensionless experimental data. Thus, it is seen that there is a good agreement between the results of the computational fluid dynamics methods used in this study and experimental data can be reachable in the literature. 
Subsequently, the same analyses were conducted for the AFF-8 configuration. Firstly this study aimed to determine the maneuver forces and moments of the fully appended submarine model called AFF-8 which has no available experimental results. The next part of the study focused on the investigation of self-propelled models under static drift conditions. For this purpose, the INSEAN E1619 propeller, a representative submarine propeller with seven blades and high aspect ratio, was added to the AFF-3 and AFF-8 configurations, enabling them to propel themselves. With the addition of this propeller, the thrust point was determined for both models. The force and moment values experienced by the self-propelled submarine models in static drift conditions at different angles were obtained at the determined thrust points and presented in tables and graphs. To accomplish these, mesh generation was performed using a software called Pointwise and CFD simulations were conducted using the software like ANSYS Fluent. The obtained data from DARPA Suboff AFF-8 submarine model, which did not have sufficient static drift comparison in the literature and the force and moment values encountered by the self-propelled AFF-3 and AFF-8 configurations under static drift conditions at various angles were explained in tables and graphs, and presented within the scope of this master's thesis in order to contribute the literature.