Fırkateyn tipi tekne serisi geliştirilmesi ve hidrodinamik form optimizasyonu
Developing of frigate type hull form serie and hydrodynamic form optimization
Yazar: BEKİR ŞENER
Danışman: PROF. DR. TAMER YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Parametre optimizasyonu = Parameter optimization

Özet:
Geleneksel gemi dizaynı süreci çoğunlukla tekne formunun geometrik olarak modellenmesinin kontrolündedir. Bu işlemin ardından modelin performansı çeşitli yönlerden analiz edilir. Elde edilen sonuç tatmin edici düzeyde değilse bu adımlar iteratif olarak istenen performans elde edilinceye kadar tekrar edilir. Bu yöntemlerle ortaya çıkarılmış olan formlar, optimum olmaktan çok genellikle değişik performans kriterlerini kısmen sağlayan uzlaşılmış bir çözümü yansıtmaktadır.Bu tezin amacı Simülasyon Yönetimli Tasarım yaklaşımını baz alarak yeni nesil form tasarımı, analiz ve optimizasyon yaklaşımlarını bir arada kullanarak otomatik bir tekne formu optimizasyon metodolojisi geliştirmektir. Bu amaç doğrultusunda bir parametrik modelleme yazılımı kullanılmış ve çeşitli ara işlemler ile optimizasyon sürecinin tüm adımları tek bir çatı altında toplanarak tüm sürecin otomatik olarak işlemesi sağlanmıştır. Söz konusu metodoloji kullanılarak fırkateyn tipi su üstü savaş gemilerine yönelik bir form serisi üretilmiştir. Öncelikle belirlenen tipteki tekneler ile aynı sınıftaki tekneler detaylı olarak incelenmiş ve sistematik bir ön dizayn süreci sonucunda üretilmesi düşünülen serininin tasarım aralıkları belirlenmiştir. Sonrasında seriyi oluşturmak için temel teşkil etmesi bakımından ana tekne formu parametrik olarak modellenmiştir. Parametrik formun oluşturulması esnasında kullanılan parametreler değişken ve sabit olarak tanımlanarak değişken parametreler belli bir düzende değiştirilmiş ve 450 adet formdan oluşan bir seri oluşturulmuştur. Seriyi oluşturan her bir tekne formunun eşzamanlı olarak yedi farklı hızda direnç analizleri, servis hızı ve maksimum hız olmak kaydıyla iki farklı hızda da denizcilik analizleri gerçekleştirilmiştir. Direnç ve denizcilik analizleri hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) tabanlı yazılımlar ile hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar grafikler ile temsil edilerek serinin direnç ve denizcilik özellikleri hakkında bilgi verilmiştir.Bir sonraki aşamada ise oluşturulan tekne serisinden örnek olarak iki adet tekne formu seçilmiş ve çok amaçlı bir optimizasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon işleminin ardından başlangıç form ile optimum formun karşılaştırılması yapılarak uygulanan çeşitli lokal değişiklikler sonucunda formların direnç ve denizcilik değerlerinde bir miktar daha iyileştirme yapılabileceği gösterilmiştir.Sunulan bu tez çalışmasının sonucunda otomatik bir tekne formu modelleme, analiz ve optimizasyon metodolojisi üretilmiş ve fırkateyn tipi savaş gemileri için yeni bir sistematik form serisi geliştirilmiştir. Geliştirilen form serisi sözkonusu tipteki teknelerin dizaynı sürecinde tasarımcıya hidrodinamik performans açısından bilgi vererek ön dizayn sürecini kısaltacaktır. Geniş bir tasarım aralığını kapsayan bu seri ile farklı dizayn isteklerinin karşılanabileceği tekne formlarına ulaşmak mümkün olacaktır. Ayrıca seçilen tekne formunun lokal değişiklikler sonucunda daha optimum bir hale getirilmesi de sağlanabilecektir.

Abstract:
The traditional ship design process is often under the control of geometric modeling of the boat form. After this, model performance is analyzed with various simulations. If the result is not satisfactory, the iterative steps are repeated until the desired performance is obtained. These hull forms, which revealed by these method, are usually a negotiated solution rather than the optimum, that partially reflects the different performance criteria.The purpose of this thesis is developing an automatic methodology based Simulation Driven Design method with using new generation of design, analysis and optimization software combination. For this purpose, parametric modeling software called FRIENDSHIP-Framework is used to collect the optimization process under one roof and handle the process automatically. Aforementioned methodology is used to develop a systematical hull form series for frigate-type surface warships. First a detailed research about same class ships is realized and the design ranges of the systematical series are specified. Then the main hull form is modeled fully parametric to be the basis of the systematic series. The parameters that are used in fully parametric model are classified as variable and fixed. The frigate series is created by changing the design variables systematically and consist of 450 hull forms. Resistance analyses for 7 speeds and seakeeping analyses for 2 speeds are performed simultaneously for each hull forms. Resistance and seakeeping analyses are performed with softwares based computational fluid Dynamics (CFD) methods. The results obtained are represented by graphs and given information about resistance seakeeping characteristics of the systematic series.Next stage, two hull form are chosen as sample and a multi-objective optimization process is performed. After optimization, initial and optimum hull forms are compared to show that how to improve the resistance and seakeeping results with some local changes.As a result of the presented work, an automatic hull form modeling, analyze and optimization methodology is created and a new systematic series for frigate-type surface warship is developed. The systematic series will shorten the preliminary design stage of the similar type vessels providing information to the designer about hydrodynamic performance of the hull forms. The series is covering a wide design range and it is possible to obtain hull forms that satisfy different design requirements. Besides, it will be provided to optimize the hull forms with some local changes.