Bir savaş gemisinin yalpa hareketinin kontrolü
Control of a warship's roll motion
Yazar: MUSTAFA TAŞKIN
Danışman: PROF. DR. RAHMİ GÜÇLÜ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Gemi hareketleri günümüzde araştırmacılar tarafında ilgi odağı olan bir konu olamayı sürdürmektedir. Gemi hareketleri içerisindeki yalpa hareketi ise geminin selameti açısından en önemli harekettir. Özellikle yüksek genlikli yalpa hareketlerinin genliklerinin, kontrol edilmesi ve güvenli sınırlar içerisinde tutulması gerekmektedir.
Bir gemi için, farklı deniz durumlarında farklı genliklerde yalpa hareketi ile karşılaşmak olağan bir durumdur. Bu farklılıkların sebebi, dalgaların gemiye geliş açısı, dalga modeli ve frekansı, gemi boyu ve gemi doğal frekansı, gemi ileri hızı gibi değişkenlerdir. Yalpa hareketi içerisinde çok fazla değişkeni bulunduran, matematiksel olarak modellenmesi zor bir harekettir. Yalpa matematiksel modelini oluşturan sönüm momenti ve doğrultucu moment ifadelerine ait değişkenlerin doğru tespit edilmesi, yalpa hareketinin dinamiği açısından önemli bir durumdur. Bunun yanında, bu hareketin kontrol edilmesi, yalpa genliklerinin azaltılması amacıyla çeşitli araçlar kullanılmaktadır. Bunlar içerisinde, literatürdeki
2
çalışmalarda yaygın kullanılan aktif yalpa sönümleyici kanat yapıları, bu çalışmada da yalpa genliklerini azaltmak amacıyla kullanılmıştır. Aktif kanat yapıları kontrol için gerekli momenti oluşturan yapılar olup bu çalışma kapsamında NACA0015 kanat yapısı kullanılmıştır.
Farklı deniz durumlarında geminin baş bodoslamasından alınan dalgalar karşısında, DTMB 5415 Muhrip Gemisinin yalpa hareketinin kontrolü amacıyla, doğrusal matris eşitsizliği tabanlı, durum geri beslemeli H2, H∞ ve H2/H∞ hibirit denetleyiciler kullanılmıştır. Yalpa hareketinin denetimi için H∞ denetleyici yapısının yeterli ve başarılı bir denetleyici olduğu sonucuna varılmıştır. Tüm deniz durumları için ortak bir denetleyici kazancı önerilmiş olup, bu denetleyici kazancı için iki kademeli kontrol kanadı yapısı önerilmektedir. Çalışma kapsamında, iki kademeli (4m ve 8,5m) kontrol kanadı ve doğrusal matris eşitsizliği tabanlı, durum geri beslemeli H∞ denetleyici yapısı kullanılarak tüm deniz durumlarında %90 üzerinde bir başarımla yalpa genlikleri sönümlenmiştir.

Abstract:
Ship motions continue to be a focus of interest for researchers today. Roll motion within the ship motions is the most important motion for safety of ships. Especially, the amplitudes of high-amplitude roll motions must be controlled and kept within safe limits.
It is common to encounter roll motion with different amplitudes in different sea situations. The reasons for these differences are the variables such as the angle of encounter of the waves to the ship, the wave model and frequency, the length of the ship and the natural frequency of the ship, the forward speed of the ship. As it can be understood from here, roll motion is a motion that contains many variables and is difficult to model mathematically. Accurate determination of the variables of damping moment and restoring moment expressions that form the roll mathematical model is an important situation in terms of the dynamics of the roll motion. In addition, various tools are used to control this motion and to reduce roll amplitudes. Among these tools, the active roll fin stabilizer structures are the most
2
widely used in the studies in the literature and used in this study to reduce roll amplitudes. Active fin structures are the structures that form the moment required for control and within this study NACA0015 fin structure is used.
In order to control the roll motion of the DTMB 5415 Combatant in the face of the waves encountered from stem of the ship in different sea conditions, linear matrix inequality-based state feedback H2, H∞ and H2 / H∞ hybrid controllers have been used. It has been concluded that the H∞ controller structure is sufficient and successful for control of the roll motion. A same controller gain is proposed for all sea situations, and a two-stage control fin structure is proposed for this controller gain. Roll amplitudes are damped with a performance of over 90% in all sea situations with two-stage (4m and 8,5m) control fins and linear-matrix inequality-based state feedback H∞ controller structure.