Denizaltı yalpa hareketinin matematiksel modellenmesi
Mathematical modeling of submarine roll motion
Yazar: MUHAMMET YUŞA CANSIZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK YILDIZ
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, 2020
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Denizaltılar ülkelerin savunma güçlerinin en önemli araçlarından birtanesidir. Hem görünmezlik hem de vuruş gücü açısından oldukça etkilidirler. Bilinenin aksine, denizaltılar ömürlerinin %80' ini su yüzeyinde seyir yaparak geçirmektedirler. Denizaltılar oksijen yetersizliğinden, gelen emirlerden veya operasyonel zorluklardan dolayı satıhta seyir yapmaktadırlar. Satıh seyirleri sırasında denizaltılar, denizlerdeki olumsuz hava şartlarından oldukça etkilenirler ve yüksek yalpa açılarına maruz kalırlar. Yalpa hareketi, personelin ve ekipmanların düzgün bir şekilde çalışabilmesi ve görevlerini yerine getirebilmesi açısından denizaltılar için kritik öneme sahiptir.
Askeri gemi ve denizaltıların görevlerini yerine getirebilmeleri için, farklı deniz durumlarındaki yalpa hareketinin öngörülmesi gerekmektedir. Bu öngörüler doğrultusunda gemi veya denizaltının operasyon yapıp yapamayacağı belirlenmektedir. Bu sebeplerden ötürü denizaltılar için yalpa hareketinin ön dizayn aşamasında belirlenmesi kritik öneme sahiptir.
Yalpa hareketinin belirlenebilmesi için yalpa sönümünün doğru tahmin edilmesi gerekmektedir. Yalpa sönümü hesabı için günümüzde ampirik, yarı ampirik formüller, deneysel ve HAD yöntemleri kullanılmaktadır.
Bu çalışmada satıhta bulunan askeri mini bir denizaltının yalpa hareketinin matematiksel modellenmesi yapılmıştır. Denizaltının yalpa hareketi 3 farklı deniz durumu ve iki farklı hız için incelenmiştir. Yalpa sönümü, RANS denklemlerini sayısal olarak çözen Star CCM+ programı yardımıyla hesaplanmıştır. Serbest bırakma testi bu program yardımıyla sayısal olarak modellenmiştir. Elde edilen yalpa azalım eğrileri ile lineer olmayan sönüm katsayıları bulunmuştur. Bu katsayılar ile oluşturulan matematiksel model zaman düzleminde Euler denklemi ile çözülmüştür.
Uluslararası kriterlerde askeri araçlar için yalpa hareketinin maksimum değeri 4 derecedir. Bu çalışmada deniz durumları için elde edilen sonuçlar 4 derecenin üzerinde çıkmaktadır. Bu kriteri sağlamak için denizaltılar yalpa sönümleyici sistemler kullanmaktadırlar. Ayrıca yalpayı azaltmak için bulundukları duruma göre balast almakta veya boşaltmaktadırlar.

Abstract:
Submarines are one of the most important vehicles of defense forces of countries. They are very effective in terms of both invisibility and striking power. Contrary to general opinion, submarines spend 80% of their life cruising on the water surface. Submarines cruise on the surface due to lack of oxygen, orders from chief or operational difficulties. During surface cruising, submarines are highly affected by adverse weather conditions in the seas, and they are exposed to high roll angles. The roll motion is vital for submarines in terms of staff and equipment to function properly and to perform their duties.
In order for military ships and submarines to perform their duties, the roll motion in different sea states should be predicted. With the help of these predictions, it is determined whether the ship and submarine will be able to operate. Because of these reasons, it is critical for submarines of the roll motion to be determined at the preliminary design stage.
The roll damping must be estimated correctly to determine the roll motion. Nowadays, empirical, semi-empirical formulas, experimental and CFD methods are used for roll damping calculation.
In this study, a mathematical modeling of the roll motion of a military mini submarine on the surface was made.The roll motion of the submarine was studied for three different sea states and two different speeds. Roll damping was calculated with the help of the Star CCM + program, which numerically solves RANS equations. xvi
The roll-decay test was modeled numerically with the help of this program. The nonlinear damping coefficients were found with the roll decay curve. The mathematical model created with these coefficients is solved by the Euler equation in the time domain.
The maximum value of roll motion for military ships in international criteria is 4 degrees. In this study, the results obtained for sea states are above 4 degrees. Submarines use roll damping systems to meet this criterion. In addition, to reduce the roll they take or discharge ballast according to the situation.