ATA NUTKU GEMİ MODEL HAVUZU DALGA CİHAZI

Transkript

1 İstabul Tekik Üiversitesi Gemi İşaatı ve Deiz Bilimleri Fakültesi Deiz Tekljisi Bölümü TEKNİK RAPOR ATA NUTKU GEMİ MODEL HAVUZU DALGA CİHAZI YENİLEME ÇALIŞMASI Dç. Dr. Barbars Oka

2

3 İstabul Tekik Üiversitesi Gemi İşaatı ve Deiz Bilimleri Fakültesi Deiz Tekljisi Bölümü Rapr N TR 07/02 Rapr Güü Kasım 2007 Rapr Türü Yazar(lar) Oay Tekik Rapr Barbars OKAN Barbars OKAN Yöetici Barbars OKAN Gü Kasım 2007 Bölüm Başkaı Prf. Dr. Abdi KÜKNER Gü Kasım 2007 Aahtar Kelimeler Gemi Hareketleri, Gemi Hidrdiamiği ATA NUTKU GEMİ MODEL HAVUZU DALGA CİHAZI YENİLEME ÇALIŞMASI

4

5 İÇİNDEKİLER SEMBOL DİZİNİ...ii ÖZET ABSTRACT GİRİŞ ÖN TASARIM ÇALIŞMASI YENİ SİSTEM SİSTEMİN KALİBRASYONU SONUÇLAR KAYNAKLAR i

6 SEMBOL DİZİNİ s Flapı ı hareketii geliği H a f h d θ g k ω A k T t T i T d T T a ρ b c s l r α β Dalga yüksekliği Dalga geliği Flap deriliği Tak deriliği Tpuğu tak dibide yüksekliği Flapı döme geliği Yer çekimi ivmesi Dalga sayısı Dalga açısal frekası Hiperblik dalgaları gelik katsayıları Dura (Hiperblik) dalgaları dalga sayıları Tplam trk İlerleye dalga trku Dura dalga trku Hidrstatik trk Atalet trku Su yğuluğu Tak (Flap) geişliği Flap ağırlık merkezii tpuka yüksekliği Pistu kumu Pist kluu uzuluğu Pist kluu flapa bağladığı kta ile tpuk arası mesafe Pist ile düşey dğrultu arasıdaki açı Flap alt kearı ile yatay dğrultu arasıdaki açı ii

7 ψ φ F P β w Pist kluu zamala değişmekte la hareket açısı Pist kluu hareket açısıı başlagıç değeri Pist kuvveti Kalibrasy katsayısı φ a Tak içide herhagi bir ktada ölçüle faz açısı φ f s k ω φ a Flap hizasıdaki faz açısı Pist hareketii geliği Karışık dalgalarda bileşke dalgaı dalga sayıları Karışık dalgalarda bileşke dalgaı açısal frekasları Karışık dalgalarda bileşke dalgaı faz açıları Karışık dalgalarda bileşke dalgaı gelikleri iii

8 iv

9 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig ÖZET İstabul Tekik Üiversitesi Gemi İşaatı ve Deiz Bilimleri Fakültesi büyesideki Ata Nutku Gemi Mdel Havuzuda dalgalı deiz kşullarıı yaratabilmek amacı ile kullaıla flap türü dalga cihazı 1970 li yıllarda yapılmış lup ldukça eski bir teklji ile çalışmaktaydı. Ayrıca bu cihazı kapasitesi Fakülte içeriside yapılması plalaa dalga eerjisi araştırmaları içi gerekli dalga yüksekliklerii altıda kalmaktaydı. Arada geçe süre içeriside tekljideki gelişmeleri yaı sıra cihazdaki eskime göz öüe alııp yakı gelecekte gemi işa saayide gelecek talebi artacağı da düşüüldüğüde bu cihazı yeilemesi gerekiyrdu. Yapılacak yeileme içi gerekli bütçe bir TÜBİTAK prjesi ile sağlaması plaladığıda maliyeti düşük seviyede tutabilmek esas alımıştır. Bu edele maliyeti büyük ölçüde artırabilecek la işaat işleride kaçımak amacı ile mevcut flapta yararlama ylua gidilmiş, sistemi gücüü artırılması ve ktrl sistemii yeilemesi ile yetiilmiştir. Flapı byutlarıı büyütülmemesi dalga yüksekliği açısıda sıırlayıcı lmakla birlikte artırıla güç edei ile daha geiş bir frekas aralığıda yüksek dalgaları elde edilebilmesi şimdilik yeterli görülmüştür. Ayrıca bu güç artışıı ileri bir tarihte ikici bir prje çerçeveside flap deriliğii büyüterek bütü frekaslarda dalga yüksekliklerii artırılabilmesie laak vereceği göz öüe alımıştır. Bu raprda yapıla tasarım çalışması ve uygulamalar özetlemektedir. 1

10 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 2

11 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig ABSTRACT The flap type wave geeratr aimed at geeratig cfused sea cditis i the Ata Nutku mdel tak withi the Departmet f Naval Architecture ad Ocea Egieerig at Istabul Techical Uiversity was built i the 1970 s with the perids techlgy ad had falle behid times i terms f its techlgy. I additi t its ld techlgy the wave heights prduced by it fell shrt f the wave heights required fr the tests plaed t ivestigate wave eergy devices withi the Faculty i the ear future. Csiderig the age f the wave device ad the impedig icrease i the use f the wave geeratr due t the rampat Shipbuildig Idustry, upgradig the wave geeratr was deemed essetial. As the cst f the upgradig was plaed t be fuded frm a TÜBİTAK prject, keepig the cst f the upgrade t a miimum became cetral t the study. Therefre cstructi wrk which was likely t icrease the cst drastically was avided ad the existig flap arragemet was preserved, thus ly icreasig the pwer ad upgradig the ctrl system. Althugh keepig the depth f the flap the same limits the chage i the wave heights higher waves ver a brader frequecy spectrum due t the icreased pwer is see sufficiet fr the time beig. I additi a icrease i the pwer allws the pssibility f icreasig the flap depth i future fr higher waves withut the eed fr a rise i pwer thrugh a secd prject fudig. I this reprt the desig study ad the wrk udertake is summarised. 3

12 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 4

13 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 1. GİRİŞ İstabul Tekik Üiversitesi Gemi İşaatı ve Deiz Bilimleri Fakültesi büyesideki Ata Nutku Gemi Mdel Havuzuda dalgalı deiz kşullarıı yaratabilmek amacı ile Kempf-Remmers firması tarafıda yapılmış flap türü dalga cihazı kullaılmaktadır. Cihaz 1972 yılıda yılları tekljisie göre tasarlamış lup elektrik güç pasu, mekaik ktrl üitesi, hidrlik sistem ve flapta luşmaktadır (Şekil 1). Elektrik güç üitesi Mekaik ktrl üitesi Hidrlik üite Flap üitesi Şekil 1 : Dalga cihazıı yeileme öcesi durumu Dalga cihazıı temel üitesi la hidrlik sistem bir yağ depsu etrafıda düzelemiş la 12.5 kw lık bir elektrik mtru ile tahrik edile bir pmpa ve flapa hareketi vere pist ile bu pistu besleye iki devrede luşmaktadır (Şekil 2). İki hidrlik devrede biri yüksek basıç devresi lup flapı iki tarafıdaki su seviyesi farkıda luşa statik basıcı karşılamaktadır. Bu devre gücü sıırlılığı edeiyle düşük hızda çalışmaktadır ve gereke basıçlı yağı bir yağ şişeside deplamaktadır. İkici devre düşük basıç devresi lup flapı hareketii luştura silidire dğruda bağlı lup yüksek hızda çalışmaktadır. Flapı hareketi mekaik ktrl üiteside ayarlaa seleid valfler aracılığıyla ktrl edilmektedir. Mekaik ktrl üitesi elle ayarladığı içi sıırlı hassasiyet sağlamakta ve karışık dalgaları yaratılması ldukça güç lmaktadır. 5

14 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig Basıçlı Yağ Şişesi Silidir ve Pist Elektrik mtru Pmpa Şekil 2: Dalga cihazıı hidrlik üitesi Flap 1350mm yükseklikte lup 4500mm derilikteki havuzda dipte 3150mm yüksekteki bir tpuk üzeride mafsallamış üçge bir yapıdır. Flap, hareketi vere silidiri pistua mafsala uzak la ktasıda 1.4m uzuluğudaki bir şaft aracılığı ile bağlıdır. Pistu silidir içerisideki lieer hareketi bu mekaizma vasıtası ile flapı tpuktaki mafsal etrafıda döme hareketi yapmasıa ve tak içeriside dalgaları luşmasıa ede lur. Pistu hareketi ile flapı hareketii ilişkisi Şekil 3 de gösterilmiştir. Mevcut sistem 1960 lı yılları tekljisii ürüüdür ve güümüz tekljisii ldukça geriside kalmıştır. Mekaik ktrl üitesiyle yaratılabilecek frekaslar sıırlı lduğu içi karışık dalgaları yaratılması açısıda çk sıırlı kalmaktadır. Mekaik ktrl üitesii ayarlaması bir süredir bir bilgisayar aracılığı ile yapılacak şekilde yeilemiş lmakla birlikte bu sistem de yetersiz kalmaktadır. Ayrıca mdel byutlarıı büyümesiyle gerekli la dalga yükseklikleri de arttığıda deeyler sırasıda isteile dalga yükseklikleri elde edilememektedir. Buu yaı sıra arada geçe süre içeriside çeşitli parçaları eskimiş, cihazı perfrması ldukça düşmüş ve sistem yağ sızdırmaya başladığıda geel bir bakıma ihtiyaç göstermektedir. Bütü bu faktörler göz öüe alıdığıda sistemi fazla masrafa yl açmayacak şekilde yeilemesii uygu lacağıa karar verilmiştir. 6

15 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig Şekil 3: Dalga cihazıı çalışma presibi Mevcut sistemi yeilemeside e büyük masrafı işaat işleride kayaklaacağı göz öüe alıarak işaat işleride kaçıılması tasarımı e temel ilkesi larak belirledi. Flap gemetriside herhagi bir değişikliği işaat işlerie yl açacağı göz öüe alıarak mevcut flapı, mafsal düzeeğii ve pist kluu aye krumaya karar verildi. Flap deriliğii sabit tutulmasıyla dalga yükseklikleride sağlaacak artış sıırlı kalacaktır ama hidrlik sistemi gücüdeki artış ile bu sıırlı artışı ldukça geiş bir spektrumda sağlamak laaklıdır. Ayrıca bu güç artışı ileri bir tarihte ikici bir prje ile flap yüksekliğii artırarak dalga yükseklikleride öemli artışlar sağlamasıa da laak verecektir. Bu sıırlamaları dışıda herhagi bir sıırlama gerekmeksizi hidrlik düzeeği ve ktrl sistemii gücel tekljiye uygu larak yeide tasarlaması ögörülmektedir. Bu amaçla hidrlik sistem tamame elde geçirilerek gücü artırılacak ayrıca mekaik ktrl sistemi terk edilip tamame bilgisayarda ktrl edile bir elektrik sistem ile değiştirilecektir. Bu tasarımı yapılabilmesi içi pistu hareketi ile ilgili karakteristikleri saptaması gerekmektedir. Pistu 7

16 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig hareketi ile ilgili iki karakteristik bilgi pistu maksimum hızı ve taşıdığı maksimum yüktür. Bu çalışma öcelikle arzu edile dalga cihazı perfrması içi gerekli flap hareketlerii belirlemeyi ve burada hareketle pistu maksimum hız ve kuvvetii belirlemeyi gerektirmektedir. İkici bölümde bu tasarım çalışması ele alıacaktır. 8

17 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 2. ÖN TASARIM ÇALIŞMASI 2.1: Flap Hareketii tasarımı Herhagi bir mdel havuzuda flap türü bir dalga cihazıı göz öüe alalım. Bu cihaz h deriliğideki bir havuzda dipte d kadar yüksekte mafsallamış lsu. Flapı θ açısal geliği ve ω açısal frekası ile siüzidal hareket yaptığıı varsayalım (Şekil 4). Bu durumda takta ω frekasıa bağlı larak dalgalar meydaa gelir. Bu dalgaları iki bileşeide biricisi tak byuca var la siüzidal dalgalardır, ikicisi de flapta uzaklaştıkça üstel larak söe hiperblik dalgalardır. Hiperblik dalgalar flapta deriliği 4-5 katı kadar uzakta ihmal edilecek byutlarda lacağıda takı geri kala kısmıdaki dalgaları siüzidal dalga larak değerledirebiliriz. θ y ω s a f h d x Şekil 4 : Flap tipi dalga cihazıı çalışma şeması ve ekseleri taımı Bu şekilde yaratıla siüzidal dalgaı geliği ile flap hareketi ve tak byutları arasıdaki ilişki şu şekilde verilir[1]: s = 4 Burada kf [ Sih( kh) Csh( kh) + kh] H s = arcta [ kfsih( kh) Csh( kh) + Csh( kd) ] Sih( kh) f θ (1) s flap hareketii geliği, H dalgaı yüksekliği, h, f ve d Şekil 4 de gösterile ve tak gemetrisii belirleye büyüklükler, k da ilerleye dalgaı dalga sayısı lup gk Tah(kh) = ω (2) 2 deklemii sağlayacak şekilde belirleir. Bu ilişkide yararlaarak sıama yaılma ylu ile her frekasta uygu dalga yükseklikleri tayi edilir. Bu çalışma sırasıda iki 9

18 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig tip sıırlamayı dikkate almak gerekmektedir. Öcelikle fiziksel byutlar edei ile flap hareketii sıırlamak gerekecektir. Flap byu 1350mm lup flapı e üst ktasıı emiyetli larak e fazla 420mm hareket edebildiği içi maksimum flap açısıı 17 ile sıırlamak gerekir. Ayrıca, özellikle yüksek frekaslarda, dalga yüksekliklerii belirli bir değeri aşmasıda sra dalga kırılması lacağıda dlayı flap hareketide sıırlama gereklidir. Böylece elde edile dalga yükseklikleri ve flap gelikleri ve kırılma sıırlarıa göre kumları Şekil 5 de gösterilmektedir. Elde edile dalga yükseklikleri ve gerekli açısal flap gelikleri de çeşitli periytlar içi Tabl 1de verilmiştir. Şekil 5: Dalga yükseklikleri ve bu yüksekliklere karşı gele flap hareketi gelikleri ve dalgaları kırılma ktrlleri T (s) H (m) θ ( ) Tabl 1 Dalga yükseklikleri ve gerekli gelik açılarıı peridla değişimi Dura dalgalar, her e kadar tak içide öem arz etmese de, flap üzerideki basıca ve dlayısı ile de kuvvetlere katkıları edei ile göz öüe almak gereklidir. İlerleye dalgalarda farklı larak dura dalgalar tek bir frekas içi ssuz sayıda lurlar. Acak buları sadece sıırlı sayıdaki ilk bileşeleri öemseecek düzeyde katkıda buluur, geri kalaları ihmal edilebilir. Bu dalgaları gelik katsayıları A k fsi(k h) + Cs(k h) Cs(k d) = 2s 1,2,3,... (3) kf [ Si(k h)cs(k h) + k h] = larak verilmektedir. Burada h, d, f yie takı gemetrisii belirleye büyüklükler k ise ici dalga bileşeii 10

19 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 2 gk Ta(k h) = ω 1,2,3,... (4) = deklemii sağlaya dalga sayısıdır. Hidrlik sistemi karşılaması gerekli trk bu iki dalga sistemii yarattığı basıcı yaı sıra iki bileşei daha içerir. Bularda biricisi flap çalışırke arkasıdaki suyu bir pmpa aracılığı ile tahliye edilmiş lduğuda dlayı rtaya çıkacak hidrstatik yük ikicisi ise flapı kedi hareketii ataletide rtaya çıka trktur. Bu trklarda ilerleye dalga trku T i flapı hızı ile öte yada dura dalgalar ve flapı atalet trkları T d ve T a flapı ivmesi ile ayı fazdadır. Hidrstatik trk T ise sabit lup tplam trku zamala değişimi T t aşağıdaki gibi verilir. T = T Cs( ω t ) + (T + T )Si( ωt ) + T (5) t i d a Burada trk bileşelerii gelikleri dalga karakteristikleri ve tak byutları ciside T = ρgabh T T T i d a 2 = ρgbh A 3 ρgbh d = 1 6 h 2 2 mω s c = f 2 kfsih(kh) Csh(kh) + Csh(kd) 2 (kh) Csh(kh) [ k fsi(k h) + Cs(k h) Cs(k d) ] 3 (k h) 2 Cs(k h) Si(k şeklide hesaplaır. Bu trk bileşeleride e büyüğü hidrstatik trk ikici öemli bileşe ilerleye dalgaları trkudur. Bulara kıyasla atalet trku ve dura dalgaları trku ispete küçük kalmaktadır (Şekil 6a). Zamala değişimde de statik trku katkısıı öemi açıkça gözükmektedir (Şekil 6b). h) (6) Şekil 6 Trk bileşelerii gelikleri ve tplam trku zamala değişimi 11

20 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 2.2: Pist kiematiği ve diamiği Bu şekilde belirlemiş la trk değerlerii kullaarak gerekli hidrlik kuvvetlerii ve pist hızlarıı ve buları alacağı maksimum değerleri belirlemek mümküdür. Dalga cihazıı hareketi içi gerekli trku flapa bağlı bir pist aracılığı ile temi etmekteyiz. Bu pista mafsalla bağlı bir kl üçge şeklide la flapı tabaıı bir köşesie bağlı lup diğer köşe de zemideki tpuğa ikici bir mafsalla bağlamıştır (Şekil 3). Pist hareket ettikçe flap mafsallı lduğu B ktası etrafıda döme hareketi yapacak ve pistu bağlı lduğu C köşesi de B merkezli r yarıçaplı bir daire üzeride siüzidal larak hareket edecektir (Şekil 7). α s ψ φ l e l q β C r θ r h θ B h e q C r r β θ α B Şekil 7 Flap hareketi ile pist hareketi arasıdaki ilişki Flapı ω frekası ile θ açısal gelikli bir hareket yapması içi pistu da s gelikli ve ω frekaslı siüzidal bir hareket yapması gerekiği düşüülebilir. Pistu lieer hareketi s Şekil 7 deki gemetrik ilişkilerde e geel halde [ lcsφ e] s = lcsψ (7) larak yazılabilir. Burada a uzuluğu yie gemetrik ilişkiler yardımı ile [ Si( θ + α β) ( α β) ] e = r Si (8) larak elde edilir. Deklemdeki ψ açısı pistu flapa bağlaya şaftı pist eksei ile yaptığı açı lup hareket sırasıda sürekli değişmekte, φ açısı bu açıı başlagıç kumudaki değeridir. Bu açılarda φ açısı belli lup ψ açısı da gemetrik larak r Si ψ = [ Cs( α β) Cs( θ + α β) ] + Siφ (9) l 12

21 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig deklemide elde edilir. Ata Nutku mdel havuzudaki dalga cihazıda özel bir hal var lup φ = 0 ve α = β lduğuda 2 [ 1 Csθ] [ l θ] 2 2 s = l r rsi elde edilir. Bu deklemde görüleceği gibi geliği değişimi tam alamı ile siüzidal değildir. Acak r/l raı ve θ açısı ldukça küçük değerler aldığıda kök içerisideki terim yaklaşık larak l değerie eşit lacağıda s rsiθ = s Siθ (11) yazılabilir. Pist hızı pist hareketii zamaa göre türevii alarak hesaplaabilir. Burada (10) deklemide yararlaarak pist hızıı [ 1 Csθ] Siθ 2 r [ 1 Csθ] (10) 2 r v = s& = rcsθ θ& (12) 2 2 l şeklide buluruz. Bu şekilde hesaplaa pistu yer değiştirmesi ve hızıı zamala değişimi sırası ile Şekil 8a ve b de gösterilmektedir. Gerçekte de her iki değişimi de siüzidale çk yakı lacağı şekillerde gözükmektedir. Şekil 8 Pistu kumu ve hızıı zamala değişimi 13

22 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig Burada pist hareket ve hızıı gelikleri her periyt içi, hareket siüzidale çk yakı lduğuda, klayca hesaplamak mümküdür. Hareket ve hızı geliklerii periyda bağlı larak değişimleri Şekil 9 da vereilmiştir. Şekil 9: Pistu hareket ve hızıı geliklerii periyda göre değişimi Pista etki ede kuvvet daima pist eksei yöüde lur ve iki bileşede luşur. Pist kuvvetii ilk bileşei her a flapı döme yörügesi la daireye teğet lur. Bu kuvvet bileşeii flapı döme dairesii yarıçapıyla çarpımı flapı trkuu sağlar. Diğer bileşe ise flapı tpukta bağlı lduğu mafsala etki ede kuvvettir ve her a hareket dairesii çapı dğrultusudadır. Bu bilgiler ve Şekil 7 deki gemetrik ilişkiler yardımı ile pist kuvveti Tt F = (13) p rsiθ larak belirleir. Burada hesaplaa kuvvet tplam kuvvet lup statik trku da içermektedir. Statik trku ve diamik trku ayrı devrelerde sağlamakta lduğu ve her iki devre içi gerekli basıçları ayrı ayrı belirlemesi gerektiğide tplam pist kuvvetii diamik ve statik bileşelerii birbiride ayırmak gerekir. Yapıla hesaplar sucuda her perid içi statik ve diamik kuvvetleri maksimum değerleri elde edilmiş ve bu değerler Şekil 10 da gösterilmiştir. Burada statik kuvveti statik 14

23 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig trkta farklı larak periyda bağlı larak sabit kalmayıp periyt büyüdükçe arttığı acak bu artışı ldukça sıırlı kaldığı gözükmektedir. Şekil 10: Pist kuvvetlerii geliklerii periyta bağlı larak değişimi Burada dizay içi gerekli maksimum pist hızı 1.5 saiye periytta 0.41 ms -1, maksimum diamik pist kuvveti 2 saiye periytta 13.1 kn ve maksimum statik pist kuvveti 4 saiye periytta 28.3 kn larak belirlemiştir. Bu büyüklüklere göre hidrlik sistem ve bu sisteme uygu larak ktrl sistemi gücellemesi ögörülmüştür., 15

24 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 3. YENİ SİSTEM Yapıla ö tasarım çalışmasıı ardıda Rta Tekik Makia Saayii ve Ticaret AŞ ile dalga cihazıı bu tasarıma uygu bir şekilde gücellemesi içi alaşmaya varıldı. Rta Tekik Makia Saayii ve Ticaret AŞ hidrlik sistemi elde geçirilmesi ve gücüü artırılarak dalga cihazıı istee perfrması sağlayabilecek duruma getirmei yaısıra GEOTEK Geel Elektrik Otmasy Tekiği Müh. Taah. Sa. Tic. Ltd. Şirketii ürettiği ktrl sistemii hidrlik sistem ile bağlatısıı sağlamasıı krdie etmeyi de üstledi. İki ay süre bir çalışmada sra yei sistem çalışır hale getirildi (Şekil 11) Elektrik Ktrl Üitesi Ktrl Bilgisayar Gücellemiş Hidrlik Üitesi Şekil 11: Dalga cihazıı gücelleştirilmiş hali Hidrlik sistem valflerii ve keçelerii elde geçirilmesi yaısıra gerekli la ek gücü sağlayacak şekilde değiştirildi. Bu edele yağ takıda mevcut elektrik mtruu karşı tarafıda bulua pecere iptal edilerek bu pecerei yerie mevcut eletrik mtru ve pmpa sistemi ile eşdeğer bir elektrik mtru ve pmpa sistemi bağladı. Yei elektrik mtru ve pmpa sistemide beslee ve yie mevcut hidrlik devre ile eşdeğer iki basıç seviyeli iki devre de luşturuldu. Bu devrelerde yüksek basıçlı yağ yie yavaş çalışa bir devre lup basıçlı yağı ikici 16

25 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig bir basıçlı yağ şişeside tplamaktadır. Bu yağ şişeside deplaa yüksek basıçlı yağ statik basıcı sağlamak amacı ile kullaılmaktadır. Bu amaçla ikici yağ şişeside çıka basıçlı yağ devresi ilk şişede çıka basıçlı yağ devresi ile birleştikte sra hidrlik silidire gitmektedir. Düşük basıçlı devre ise hızlı çalışmakta ve eski düşük basıç devresi ile birleştikte sra dğruda pistlara gitmektedir. Hidrlik sistemde yapıla bu değişiklikler Şekil 12 de gösterilmiştir. Eski Elektrik Mtru Yei Elektrik Mtru a c Eski Şişe İki Devrei Bileşmesi Yei Devre b Eski Devre Yei Şişe Şekil 12: Dalga cihazıı hidrlik sistemide yapıla gücelleştirmeleri ayrıtıları Şekil 12a da sistemde yapıla geel değişiklikler gösterilmektedir. Burada ilave edile ikici hidrlik devrei eski hidrlik devreyle ilişkisi açıkça görülmektedir. Şekil 12b de iki düşük basıç devresii bağlatı ayrıtıları Şekil 12c de de iki yüksek basıç devresi ve basıçlı yağ şişeleri verilmiştir. Ktrl sistemi tamame değiştirilip mekaik ktrl üitesi yerie bilgisayar prgramı ile kumada edile dijital ktrl sistemie geçilmiştir. Mekaik ktrl üitesi içi gerekli la karmaşık ve çk büyük la elektrik pasu elektrik gücüü ve dijital ktrl üitesii içere küçük bir ksl ile değiştirildi. Ktrl sistemii yei düzei Şekil 13 de gösterilmektedir. 17

26 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig Ktrl Pasu Ktrl Bilgisayarı Ktrl Kslu Şekil 13: Ktrl sistemii yei düzei Ktrl kslua akım aa şalterde gelmekte ve kslu yaıdaki düğmeyle aktif hale getirilmektedir (Şekil 14a). Kslu iç yapısı Şekil 14b de görülmektedir. Kslu alt kısmıda elektrik dağıtım şalterleri üst kısmıda da dijital ktrl üitesi ve 220 vlt elektrik sketi vardır (Şekil 14b). Sistemi çalıştırılması kslu üst kısmıdaki paelde yapılır (Şekil 15). 220 V Sket Dijital Ktrl Üitesi Aa Şalter Elektrik Dağıtım Pasu a b Şekil 14: Ktrl ksluu çalışma ayrıtıları 18

27 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig Reset Düğmesi Start Düğmesi Çalışma Mdu Seçim Düğmesi Ai Stp Düğmesi Filtre Göstergeleri Mauel Kumada Düğmeleri Şekil 15: Ktrl pasuu düzeleişi Sisteme elektrik geldikte sra cihaz ktrl paelii sl alt köşesideki start düğmesi ile devreye alıır. Sistemi devreye alıması ile hidrlik pmpalar devreye girer ve start düğmesii yeşil ışığı yaar. Sistem ilk çalıştırıldığıda bir kereye mahsus lmak üzere dijital ktrl üitesii ktrl paelii sl üst köşesideki reset düğmesi ile sıfırlamak gerekmektedir. Ktrl paelide hidrlik sisteme mauel ve tmatik lmak üzere iki şekilde kumada edilir ve kumada mdu start düğmesii yaıdaki md düğmesi ile seçilir. Maüel mdda flapı ktrl paelideki mauel kumada düğmelerie basarak ileri ve geri hareket ettirmek laaklıdır. Bu mdda ktrllu dalga üretmek mümkü değildir ve sadece flapı belli bir ktaya hareket ettirmek içi kullaılır. Dalga üretmek içi tmatik mdu seçerek dijital ktrl üitesii kumadasıı bilgisayara aktarmak gereklidir. Ktrl tmatik md seçilerek bilgisayara aktarıldıkta sra bilgisayarda prgramı (Rta Tekik Dalga Jeeratörü Sftware) üzerie çift tıklama ile açılır ve ekraa ktrl sistemi ile iletişim sayfası çıkar (Şekil 16). Ktrl açısıda bu sayfaı sadece üst kısmı öem taşımaktadır ve dalga bu paelde yapıla seçimlerle yaratılır. 19

28 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig Şekil 16: Bilgisayar ekraıda ktrl sistemi ile iletişim sayfası Dalgayı mauel larak luşturmak içi paelde dalgayı mauel luştur seçeeğie tıklaır ve istee hız değeri mm/s larak, dalga geliği de mm larak paeldeki kutularıa girildikte sra paeli sağ üst köşesideki başla düğmesie basılır. Bu ylla sadece periydik dalgalar luşturmak laaklıdır ve başla düğmesii altıdaki dur düğmesie basılarak durdurulur. Buradaki dalga geliği gerçekte pist hareketii geliği lup luşturulmak istee dalga geliği içi kalibrasy sabiti yardımı ile hesaplaması gerekir. Kalibrasy sabiti ve hesaplaış yötemi bir sraki bölümde ele alıacaktır. İstee hız değeri ise pistu rtalama hareket hızı lup hareket geliğii istee dalga periydu ile bölerek elde edilir. İkici ylda dalga luşturmak içi pist hareketii taımlaya bir veri dsyası hazırlamak gereklidir. Bu dsya üç klda luşur. Birici klda mm/s 2 larak pistu ivmesi, ikici klda mm larak pistu kumu ve üçücü klda mm/s larak pistu hızı verilir. Hazırlaa veriye bağlı larak karışık dalgalar da periydik dalgalar da üretilebilir. İsteile dalgaları yaratılabilmesi içi yie kalibrasy sabitleride yararlamak gerekir. Kalibrasy sabitleride 20

29 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig yararlaarak periydik ve karışık dalgalar içi veri dsyasıı hazırlaması da bir sraki bölümde ele alımaktadır. Veri dsyası hazırladıkta sra paelde dsyada al düğmesie tıklaır ve dsya seçilir. Dsyaı seçilmesiyle dsyadaki veriler paeli alt kısmıdaki pecerede gözükür ve sistem çalışmaya hazırdır. Başla düğmesie basılarak sistem çalıştırılır ve dur düğmesie basılarak durdurulur. Bir sraki bölümde dalga cihazıı kalibrasyu ve buda yararlaarak veri dsyasıı hazırlaması ele alıacak ve elde edile suçlar değerledirilecektir. 21

30 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 4. SİSTEMİN KALİBRASYONU 4.1: Dalga cihazıı kalibrasyu Herhagi bir dalgaı dalga cihazıı hareketi ile elde edilebilmesi içi pistu hareketi ile rtaya çıkacak dalga arasıdaki ilişkii bilimesi gerekmektedir. Bu ilişki periydik dalgalar içi faz farkıı herhagi bir öemi lmadığıda sadece periytta dalga geliği ile pist hareketii geliği arasıdaki ilişki ile sıırlı kalır. Karışık dalgalar bir çk periydik dalgaı tplamı lduğu ve her periyd arasıdaki faz farkıı öemli lması dlayısı ile sadece dalga gelikleri ile hareketi gelikleri arasıdaki ilişki yeterli lmaz ve her periytta pist hareketiyle dalga hareketii arasıdaki faz farkı da bilimesi gerekir. Bu ilişkileri belirlemesi işlemi dalga cihazıı kalibrasyudur. Dalga cihazıı kalibrasyuu iki ylda yapmak laaklıdır. Bularda ilki terik yl lup pist kiematiği ile luşması beklee dalgalar arasıdaki frmüllerde yararlaarak elde edilir. Bölüm 2 de (1) deklemide flapı hareketii geliği θ açısı dalga geliğie bağlı larak verilmektedir. Ayrıca yie Bölüm 2 de pist hareketii kumu θ açısı ciside (10) deklemiyle verilmektedir. Bu iki deklem periyda bağlı larak dalga yüksekliği ile pist hareketi arasıdaki ilişkiyi belirtmekte lup kalibrasy katsayısı seçile periyt içi pist hareketii geliği ile dalga yüksekliği arasıdaki rada hesaplaır. Hesaplaa bu katsayı yukarıdaki deklemlerde açıkça gözüktüğü gibi tak ve flap deriliklerie de bağlıdır ve taktaki su seviyesi değiştikçe kalibrasy katsayısı da değişir. Bu hesaplar değişik frekaslar içi tekrarladığıda dalga cihazıı terik kalibrasy fksiyu elde edilmiş lur. Kalibrasy fksiyuu geçerli labilmesi içi hesaplarda kullaıla dalga yükseklikleride tamame bağımsız lmalıdır. Yai hesaplarda kullaıla dalga yükseklikleri e lursa lsu elde edile kalibrasy fksiyu ayı fksiy lmalıdır. Aksi takdirde kalibrasy yapmak laaksız lur. Bu edele kalibrasy fksiyuu birde fazla yükseklik içi yapılarak ktrl edilmelidir. 22

31 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig Terik kalibrasyu tamamlaması içi ayrıca her periytta pist hareketi ile dalga arasıdaki faz farklarıı da belirlemesi gerekir. Faz farkı deklemlerde açıkça elde edilemediği içi sucu terik yrumla elde etmek gerekir. Flap ve pist dege durumuda lduğu zama dalga e düşük durumuda lduğu içi arada 90 faz farkı lduğua karar verilir. Acak terik larak hesaplaa gerek faz farkı gerekse kalibrasy fksiyu gerçek değerleri acak yaklaşık larak verir. Aradaki bazı kayıplar ve cihazı çalışmasıa bağlı larak rtaya bazı farklılıklar çıkar ve gerçek kalibrasy acak cihazı çalıştırıp ölçme yapılarak elde edilir. Deeysel kalibrasy sırasıda öce terik kalibrasy değerleri kullaılarak periydik dalgalar üretilir. Deey sırasıda hem dalga yükseklikleri hem de pist hareketii kumları sürekli larak ölçülür. Elde edile suçlar zama eksei üzeride birlikte çizildiğide hem gelikler hem de faz farkı elde edilir (Şekil 17). Gelikleri raıda ölçme yapıla periyd içi kalibrasy katsayısı H p pist geliğii ile H d dalga geliğie bağlı larak H p β w = (14) H d bağıtısıda elde edilir. Faz farkı φ f ise iki dalga prfili arasıdaki zama farkı larak şekilde ölçülür. φ f Hp H d Şekil 17: Deey verisii yrumu Burada faz açısı φ a i değerledirirke dikkat edilmesi gereke öemli bir kta vardır. Pist hareketi ile luşa ılerleye dalgaı deklemlerii 23

32 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig s(t) = s Si( ω t) ζ(x, t) = a Cs(k x ω t) (15) ldukları göz öüe alıırsa burada ölçüle faz açısıı ölçmei yapıldığı x = x ktasıa bağlı lacağı açıktır. Periydik dalgalarda faz açısıı öemi lmadığı içi burada sıfır larak alımıştır. Bu edele faz açısıı ölçme kumuda bağımsız degeri la φ f i değerii φ (16) f = kx φa frmülüde hesaplamak gerekir. Yapıla kalibrasy deeyleri sucu hesaplaa kalibrasy fksiyları ve faz açıları Şekil 18 de terik larak hesaplaa değerlerle karşılaştırılmaktadır. Şekil 18: Kalibrasy değerlerii karşılaştırılması 4.2: Dalgalarla yapıla çalışmalar Dalga cihazıı kalibrasyu taımladıkta sra dalga cihazı ile isteile dalgayı elde etmek mümküdür. Buu içi öce isteile dalgayı taımlamak sra da kalibrasy fksiyu ve faz açılarıı kullaarak bu dalgayı yaratacak pist hareketii belirlemek gerekir. İlk larak periydik bir dalga içi bu işlemi göz öüe alalım. Elde etmek istediğimiz dalgaı geliği ζ ve periydu da T ise dalgaı deklemii ( x, t) = a Cs( k x ω t + φ ) ζ (17) larak yazabiliriz. Burada k dalga sayısı, ω açısal frekas φ da keyfi seçilmiş faz açısıdır. Dalga sayısı ile açısal frekası tak deriliğiyle dalga periydu ciside 24

33 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 2 2π ω ω = k = (18) T gtah(k h) şeklide hesaplayabiliriz. Bu dalgayı elde edebilmek içi pist da ω açısal frekası ile periydik bir hareket yapmalıdır ve s hareketi geliği lmak üzere s () t s Cs( ω t + φ ) = (19) p larak verilir. Burada φ P flap ı pist hareketi ile arasıdaki faz açısıdır ve (17) deklemi ile verile dalgaı elde edilebilmesi içi s ile birlikte belirlemesi gerekecektir. Burada β w kalibrasy sabitlerii ve φ f flap faz açıları s = β a φ = φ φ (20) w P f şeklide hesaplaacağı açıktır. Flapı kum fksiyu s(t) bu şekilde belirledikte sra flap hızı ve ivmesi zamaa göre türev almak suretiyle v a () t = ω s Si( ω t + φ ) p 2 () t = ω s Cs( ω t + φ ) şeklide buluur. p (21) Karışık dalgalar içi de bezer bir yl izleir. Karışık dalgaları çk sayıda periydik dalgaı tplamı larak ifade edilebileceği göz öüe alıdığıda karışık dalgayı (, t) = a Cs( k x ω t + φ ) ζ x (22) şeklide ifade edebiliriz. Burada a, k, ω ve φ karışık dalgaı ici bileşeii sırasıyla geliği, dalga sayısı, açısal frekası ve faz açısıdır. Dalga sayısı ve açısal frekas değerleri her bileşe içi (18) deklemleride hesaplaırke dalga gelikleri herhagi bir dalga eerjisi spektrumuda faz açıları da tamame keyfi larak seçilebilirler. Bu dalgaları elde etmek içi her bileşee periydik dalgalara uygulaa (20) kalibrasy döüşümleri uygulaarak pist hareketi s () t s ( ) Cs ωt + φ P s = β a φ P = φf φ = (23) şeklide elde edilir. Gelik ve faz açıları kalibrasy katsayıları eterplasy ile hesaplaır. Bu şekilde elde edile pist hareketii zamaa göre türevleride hız ve ivme değerleri v a () t = ω s Si( ω t + φ ) 2 () t = ω s Cs( ω t + φ ) P P (24) 25

34 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig larak hesaplaır. Şekil 19 da hesaplaa bir karışık dalga ve bua karşı gele pist hareketi gösterilmektedir. Şekil 19: Karışık dalga ve bua karşı gele pist hareketi Bu şekilde geliştirile bir bir dalga serisi içi dalga cihazı çalıştırılmış ve elde edile dalgalar ölçülmüştür. Ölçüle bu dalgalar ile beklee dalgalar Şekil de verilmiştir. 26

35 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig 5. SONUÇLAR Dalga cihazıı yeilemesi içi gerekli bilgileri elde etmek üzere bir tasarım çalışma yapıldı. Bu çalışma sırasıda flapı geliğii 17 yi aşmayacak şekilde çalışmasıa ve dalga yüksekliklerii özellikle küçük periydlarda kırılmayacak şekilde seçilmelerie öze gösterildi. Bu çalışmalar sucu hidrlik sistemi maksimum 28.3kN kuvvet üretecek ve maksimum hızı 0.41ms -1 lacak şekilde dizay edilmesii uygu lacağıa karar verildi. Hidrlik sistemde ve ktrl sistemide yapıla gücellemeler sucu dalga cihazı güümüzü mder sistemleri ile ayı seviyeye getirilmiş ldu. Kalibrasy çalışmaları yapıla tasarımda ögörüle dalga yüksekliklerii elde edilebildiğii ve dalgaları periytlarıı kruabildiklerii göstermiştir. Yapıla güç artımı uzu dalga bylarıda daha yüksek dalgaları sağlaabilmesi yaısıra ileride flap deriliğii artırarak daha yüksek dalgaları elde edilmesie de laak verecek şekildedir. 6. TEŞEKKÜR Bu raprda alatılmakta la çalışma TÜBİTAK Mühedislik Araştırma Gurubu tarafıda desteklee 106M481 Nlu ve Gemileri Dalgalar Arasıdaki Hareketlerii Aalizi İçi Sayısal Bir Yötem Geliştirilmesi: Terik ve Deeysel Bir Çalışma adlı araştırma prjesi kapsamıda yürütülmüştür. Bu desteğide ötürü TÜBİTAK Mühedislik Araştırma gurubua teşekkürlerimi suarım. 27

36 I.T.U. Departmet f Ocea Egieerig KAYNAKLAR 1 J. M. Hyu, Thery f Higed Wavemakers f Fiite Draft i Water f Cstat Depth, J. Hydrautics, 10(1), 1975, pp