ÖN DİZAYN AŞAMASINDA GEMİ GÜCÜNÜN BELİRLENMESİ ve DEĞİŞİK TİP GEMİLER İÇİN MODEL DENEYLERİ ile KARŞILAŞTIRILMASI

Transkript

1 Yapım Matbaacılık Ltd., İstanbul, 1999 Editörler :A. İ. ALDOĞAN Y. ÜNSAN E BAYRAKTARKATAL GEMİ İNŞAATI VE DENİZ TEKNOLOJİSİ TEKNİK KONGRESİ 99 BİLDİRİ KİTABI ÖN DİZAYN AŞAMASINDA GEMİ GÜCÜNÜN BELİRLENMESİ ve DEĞİŞİK TİP GEMİLER İÇİN MODEL DENEYLERİ ile KARŞILAŞTIRILMASI Cemil DİKİLİ 1 ÖZET Bir geminin dizaynınına başlarken dikkate alınması gereken parametreler, geminin tipi, taşıyacağı yük miktarı ve belirli bir servis hızının sağlanmasıdır. Geminin istenen hızı sağlayabileceği makine gücünün belirlenmesinde en güvenilir yol model deney sonuçlarıdır. Bununla beraber ön dizayn aşamasında çeşitli yöntemler kullanılarak makine gücünün belirlenmesine çalışılabilir. Bu yöntemlerden biride çok sayıda parametre içeren ve tanım aralığı da oldukça geniş olan yöntemidir. Bu çalışmada yöntem, tüm ayrıntıları ile tanıtılmış ve oluşturulan bilgisayar programı aracılığıyla, daha önce İTÜ Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarında deneyleri yapılmış gemilere uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlardan bir kismi eğriler halinde sunulmuştur. 1. GİRİŞ Gemi gücünün hesabında, genel amaç geminin istenen hızdaki direnç değerinin bulunmasıdır. Gemi direncinin belirlenmesinde ise en genel yol model deney sonuçlarıdır. Deney yapma olanağı olmadığı zamanlarda ve öndizayn aşamasında, ampirik veya sistematik model deneylerine dayalı yöntemlerden yararlanılır. Bu yöntemlerin geçerlilik alanı ile, değişik tip gemiler için model deney sonuçlarına yakınlıklarıda farklıdır. Mümkün olduğunca güvenilir değerler elde etmek için, bu yöntemlerin çeşitli tip ve hızdaki gemilerde, model deney sonuçlarına olan yakınlıkları incelenmelidir. Bu çalışmada, gerek 1 Y. Doç. Dr., İ.T.Ü. Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi, Deniz Tek. Müh. Bölümü, 8626, Ayazağa İstanbul. 389

2 geniş tanım aralığı, gerekse gemilere ait çok sayıda parametreyi kullanmayı sağlayan yöntemi incelenmistir. Oluşturulan bilgisayar programı yardımıyla bu yöntem, daha önce İTÜ Ata Nutku Gemi Model Deney Laboratuarında deneyleri yapılmış bir çok gemiye uygulanarak, oluşturulan eğriler yardımıyla varılan sonuçlara değinilmiştir. Bu eğri gruplarından bir kismida yine bu çalışma içinde yer almaktadır. 2. HOLTROP - MENNEN GÜÇ HESAPLAMA YÖNTEMİ Bu yöntem, Hollanda gemi model deney havuzunda (The Netherlands Ship Model Basin - NSMB) yapılmış, çok sayıda gemi model deneyleri ile gemilerde yapılan ölçümlerin regresyon analizi ile incelenmesi ve sonuçların gemi form parametreleri cinsinden ifade edilmesi ile ortaya çıkmıştır. Gemi direncinin ön dizayn aşamasında, yaklaşık olarak bulunmasını amaçlayan bu yontemde efektif beygir gücü değeri aşağıdaki formül ile hesaplanabilir. P E = R T (kg).v(m/sn)/75 Gemi toplam direnci, değişik direnç bileşenlerinin toplamı olarak aşağıdaki gibi ifade edilmiştir. Burada, R T = R F (1+k 1 ) + R App + R W + R B + R Tr + R A R T : Gemi toplam direnci. R F : ITTC 1957 ye göre sürtünme direnci. R F = C F.ρ/2.S.V 2, C F =.75/(LogRn-2) 2 1+k 1 : Form faktörü. R App : Takıntıların direnci. R W : Dalga yapma ve dalga kırılma direnci. R B : Yumru başın ilave basınç direnci. R TR : Ayna kıçın ilave basınç direnci. R A : Gemi-model korelasyon direnci. S Tekne ıslak alanı ise aşağıdaki formül yardımı ile belirlenebilir. S = L.(2.T+B) C M ( C B C M B/T C WL ) A BT /C B A BT = baş dikeyden itibaren yumru başın yanal alanı. Form faktorü için, kullanılan formül ise, 39

3 1+k 1 = c 14.(B/L) (T/L).4616.(L/L R ) (L 3 / ) (1-C P ) olarak verilmektedir. Burada,, B : Kalıp genişliği. : Kalıp deplasman hacmi. T : Su çekimi. C P : Prizmatik katsayı. L : Su hattı boyu. L R : Giriş boyu. L R /L = 1 - C P +.6C P.LCB/(4.C P -1) c kıç = -25 gondollarda. = -1 V kesitli kıç formlarında. = normal kıç kesitlerinde. = 1 U kesitli kıç formlarında. c 14 = c kıç Dalga direncinin hesabı ise şu formüller yardımı ile yapılır. Fn.4 ise R W-A = c 1.c 2.c 5..ρ.g. Fn.55 ise R W-B = c 17.c 2.c 5..ρ.g. e (. d 1 2.cos(. 2 m Fn + m λ Fn )) e (. d 3 4.cos(. 2 m Fn + m λ Fn )).4 < Fn <.55 ise R W = R W-A(.4) + (1.Fn - 4)(R W-B(.55) - R W-A(.4) )/1.5 Burada, R W-A(.4) : Fn =.4 için R W-A ifadesinden elde edilen değer. R W-B(.55) : Fn =.55 için R W-B ifadesinden elde edilen değer. c 1 = c (T/B) (9 - i E ) B/L <.11 ise c 7 = (B/L) < B/L <.25 ise c 7 = B/L B/L >.25 ise c 7 = (L/B) c 2 = ( c3) e c 3 =.56A BT 1.5 /{B.T.(.31 T F, gemi başındaki su çekimidir. c 5 = 1 -.8A T /(B.T.C M ) A BT + T F + h B )} 391

4 Bu ifadelerde c 2, dalga direncinin yumru başlı gemilerde düştüğünü gösteren bir parametredir. c 5 ise, ayna kıçın dalga direncine etkisini göstermektedir. Buradaki A T sıfır hızda ayna kıçın suya batmış kısmının alanını göstermektedir. Dalga direnci formülünde yer alan diğer parametreler ise, aşağıdaki ifadelerden hesaplanabilir. L/B < 12 ise λ = 1.446C P -.3L/B L/B > 12 ise λ = 1.446C P -.36 m 1 =.1447L/T / 3 /L B/L - c 16 C P <.8 ise c 16 = C P C 2 3 P C P C P >.8 ise c 16 = C P m 2 = c 15.C P 2. e (. 1 2) L 3 / < 512 ise c 15 = L 3 / > ise c 15 =. 512 < L 3 / < ise c 15 = (L 3 / 1/3-8.)/2.36 Fn c 17 = C M ( /L 3 ) (L/B - 2) m 3 = (B/L) (T/B) m 4 = c e ( ) d = -.9 i E, giriş açısı, derece olarak su hattının gemi başında simetri düzlemi ile yaptığı açıdır. Bilinmiyor ise, aşağıdaki formül ile hesaplanabilir. X = ( L / B) (1 CWL) i E = e X.3484.(1. / L 3 ) R App takıntı direncinin hesabı için aşağıdaki ifade verilmektedir. Fn.(1 C P.225LCB).6367.( L R / B) R App =.5ρ.V 2.S App.(1+k 2 ) eq.c F 392

5 Burada, S App (1+k 2 ) eq C F : takıntıların ıslak alanı. : takıntı direnç faktörü. : ITTC 1957 ye göre sürtünme direnç katsayısı. (1+k 2 ) eq = ( 1+ k ) S 2 S App App olarak verilmektedir. Takıntılar için belirlenmiş 1+k 2 değerleri ise şu şekildedir. Skeg + Dümen Asma dümen Çift pervaneli çift balanslı dümen 2.8 Şaft braketleri 3. Skeg Braket bosası 3. Pervane bosası 2. Şaft Stabilite kanatçıkları 2.8 Dom 2.7 Yalpa omurgası 1.4 Ayrıca baş itici pervane bulunuyorsa, takıntı direncine aşağıdaki ifade ilave edilir. ρ.v 2.π.d 2.C BTO Burada d değeri, baş itici pervane tunel çapıdır. C BTO katsayısı ise.3 ile.12 arasında değişmektedir. Eğer baş itici pervane yumru baş üzerinde yer alıyorsa küçük değerler kullanılmaktadır. R B yumru baş direnci için ise aşağıdaki formül kullanılmaktadır. R B =.11. ( 3. 2 P B ) e.f 3 ni.a 1.5 BT.ρ.g/(1+F 2 ni ) P B =.56 A BT /(T F - 1.5h B ) g. T h 25. A V 2 F ni = V/ ( F B BT) 393

6 h B = yumru baş, yanal alan (A BT ) merkezinin omurgadan itibaren yüksekliği. R Tr ayna kıç direnci için, R Tr =.5ρ.V 2.A T.c 6 ifadesi verilmektedir. Burada, olmak üzere, F nt < 5 ise c 6 =.2(1-.2F nt ) F nt 5 ise c 6 = olarak tanımlanmıştır. R A gemi-model korelasyon direnci ise, F nt = V/ 2. g. AT/ ( B+ B. CWL) R A = (1/2).ρ.V 2.S.C A ifadesi ile verilmektedir. C A =.6(L+1) L/ 75.C. 4 B.c 2.(.4 - c 4 ) T F /L.4 ise c 4 = T F /L T F /L >.4 ise c 4 =.4 Ayrıca standart k S = 15 µm pürüzlülük değerinden çok yüksek pürüzlülüğe sahip gemilerde, aşağıdaki ifade ile bulunacak değerde, C A değerine ilave edilir. ilave C A = (.15k S 1/ )/L 1/3 3. UYGULAMA güç hesaplama yöntemi için hazırlanan bilgisayar programı değişik tipte gemiler için uygulanmış olup, bunlardan 9 adet gemiye ait özellikler Tablo 1 de, bu gemilere ait sonuçlar ise eğriler halinde Şekil 1-9 da verilmektedir. 394

7 Tablo 1. Gemilere ait Özellikler. L(m) B(m) T(m) C B LCB (%L) -kıça Şehir Hattı Gemisi Kartal-Yalova Arabalı Vapuru Çift Pervaneli Çelik Yat Ton Konteyner Gemisi Tonluk Tanker DWT Konteyner Gemisi DWT Yük Gemisi Tonluk Tanker DWT Koster Şekil 1. Şehir Hattı Gemisi. 395

8 Şekil 2. Kartal-Yalova Arabalı Vapuru Şekil 3. Çift Pervaneli Çelik Yat. 396

9 Şekil 4. 6 Ton Konteyner Gemisi Şekil Deplasman Tonluk Tanker. 397

10 Şekil DWT Konteyner Gemisi Şekil DWT Yük Gemisi. 398

11 Şekil Tonluk Tanker Şekil DWT Koster. 399

12 4. SONUÇLAR İncelenen gemiler göz önüne alındığında, yöntemi deney sonuçlarına, diğer yöntemlerde de olduğu gibi düşük hızlarda daha yakın değerler vermektedir. Yüksek hız değerlerinde ise farklılıklar artmaktadır. Arabalı vapur ve yüksek tonajlı yük gemilerinde deney sonuçlarına göre oldukça farklı değerler elde edilmiştir. Şehir hattı gemileri ile yatlarda kısmen daha yakın sonuçlar elde edilmekle birlikte, yöntem en iyi sonucları 1 deplasman tonuna ve 2 knot hız değerlerine kadar olan yük gemilerinde vermiştir. Yine de kesin bir değerlendirmeye varabilmek için incelenen gemi sayısını, tipini ve hız aralığını arttırmakta fayda görülmektedir. KAYNAKLAR [1] Holtrop, J. and Mennen, G.G.J., An Aproximate Power Prediction Method, International Shipbuilding Progress, Vol.29, p:166-17, [2] Holtrop, J., A Statical Re-Analisys of Resistance and Propulsion Data, International Shipbuilding Progress, Vol.31, p: ,