BB2 Joubert denizaltısının kıç geometrisinin sevk performansına etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of tail cone geometry on the propulsive performance of the BB2 Joubert submarine
Yazar: ALPAY ACAR
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, 2022
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Denizaltı = Submarine ; Direnç = Strength ; Kendi kendini engelleyen yapılar = Self-defeating patterns ; Sevk = Referral

Özet:
Denizaltıların sevk performansı ile ilgili açık literatürü oluşturan araştırmacılar, denizaltıların efektif iz katsayısı ve itme azalması değerlerinin kıç koniklik açısına göre değişiklik gösterdiği konusunda hem fikir olmakla beraber sevk veriminin ne yönde artış gösterdiği konusunda çelişmektedir. Bu durumun incelenmesi amacıyla, DARPA Suboff jenerik denizaltı formu ile çalışmalar yapılmıştır ancak bu geometrinin içbükey yapısından dolayı koniklik açısının etkisiyle ilgili kesin bir sonuca varılamamıştır. Bu nedenle daha gerçekçi bir denizaltı formu olan BB2 Joubert jenerik denizaltı modelinde de bu incelemenin tekrarlanmasına karar verilmiştir. Bu tezde geometrisi MARIN tarafından paylaşılan BB2 Joubert denizaltısının sabit deplasmanda kıç koniklik açıları değiştirilerek 4 adet yeni geometri türetilmiş ve yeni geometrilerin sevk performansları incelenmiştir. ITTC 1978 Performans Tahmin Yöntemi ve Sadece Değişken Yüklemeli Sevk Deneyi Yöntemi olmak üzere iki ayrı yöntem kullanılarak model ölçeğindeki hesaplardan gerçek ölçeğe geçilmiştir. Literatür ile karşılaştırarak doğrulama çalışması gerçekleştirilmiştir. İlk yöntemde denizaltının ve pervanenin ayrı ayrı performanslarının tahmin edilmesi gerektiğinden; pervane açık su analizleri, direnç analizleri ve sevk analizleri
gerçekleştirilmiştir. İkinci yöntem olarak özellikle pervane gövde etkileşiminin yoğun olduğu denizaltı gibi araçlar için kullanımı önerilen Sadece Değişken Yüklemeli Sevk Deneyi Yöntemi kullanılmıştır. Bu ikinci yöntemde denizaltı modeli pervane ile birlikte kullanılarak analizler gerçekleştirildiğinden direnç ve pervane açık su verilerine ihtiyaç
kalmamaktadır. Pervaneli denizaltı, sabit hızda farklı pervane yüklemelerinde çalıştırılmıştır. Aynı zamanda pervanenin boşta döndüğü ve sıfır itme ürettiği durum da incelenmiştir. İlk yöntem ile deney sonuçlarına göre pervane itmesi %3.8 hata oranı, devir sayısı %3.5 hata oranı ile elde edilirken ikinci yöntemle pervane itmesi %5.0 hata oranı ve devir sayısı %4.1 hata oranı ile elde edilmiştir. Sevk analizlerinden kıç koniklik açısı arttıça Taylor iz katsayısının ve itme azalmasının arttığı tespit edilmiştir. Sevk veriminin kıç koniklik açısına bağlı olarak çok belirgin bir şekilde değişmediği görülmüştür. Tekne veriminin kıç koniklik açısı arttıkça arttığı ve trend olarak Burchil&Rydill'de sunulan değerlerle daha uyumlu olduğu görülmüştür.

Abstract:
Researchers, who study the propulsion performance of submarines, agree that the effective wake coefficient and thrust deduction values of submarines vary according to the tail cone angle, but they disagree about how the propulsion efficiency increases. In order to evaluate this, studies were carried out with the DARPA Suboff generic submarine
form, but due to the concave structure of this geometry, exact conclusion could not be reached. For this reason, it was decided to repeat this investigation using a more realistic submarine form; BB2 Joubert generic submarine. In this thesis, 4 geometries were derived by designing tail cone angles at constant displacement of BB2 Joubert submarine, whose
geometry was shared by MARIN. Propulsion performances of new geometries were investigated. By using two different methods, ITTC 1978 Performance Prediction Method and LoadVarying Propulsion Test Method Alone, the model scale was extrapolated to full scale. A validation study was carried out by comparing it with the literatüre. Since in the
first method the performances of the submarine and the propeller has to be estimated separately; analyzes of propeller open water, resistance, and propulsion were carried out. The second method, LoadVarying Propulsion Test Method Alone is especially recommended to be used for cases where propeller-body interaction is intense. In this second method, since the analysis is carried out only by the propelled submarine model, resistance and propeller open water data are not required. Submarine with propeller was operated at constant speed for different propeller loads. The idling propeller condition is also studied. With the first method, according to experimental results the propeller thrust was obtained with 3.8% error and propeller speed with 3.5% error, while with the second method, the propeller thrust was obtained with 5.0% error and propeller speed with 4.1% error. From the propulsion analysis, it was determined that Taylor wake coefficient and the thrust deduction increases while the tail cone angle increased. It is observed that the propulsive efficiency is not very sensible to the tail cone angle but the hull efficiency increases with the increase of the tail cone angle and the results are nearer to the ones presented by Burchill&Rydill.