SU ALTI ARAÇLARI İÇİN DÜZLEMSEL HAREKET MEKANİZMASI TESTİNİN SAYISAL OLARAK MODELLENMESİ

Benzer belgeler
SES-ÜSTÜ KANARD KONTROLLÜ FÜZELER İÇİN SERBEST DÖNEN KUYRUĞUN ŞEKİL OPTİMİZASYONU

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. Akışkanlar Mekaniği MK-312 3/Güz (3+1+0) 3.5 7

İNSANSIZ HAVA ARACI PERVANELERİNİN TASARIM, ANALİZ VE TEST YETENEKLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

Ankara Ankara. kull lerden bahsedilmektedir. tematik modelin. (lead- pal,, yalpa hesaplamalara dahil edilmemesi yunuslama ; eyleyici kol rmektedir.

ANOVA MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ.

Numerical Investigation of the Effect of Needle Tilting Angle on Irrigant Flow Inside the Tooth Root Canal

FÜZE KANADININ SES-ÜSTÜ UÇUŞ KOŞULUNDAKİ AEROELASTİK ANALİZİ

İ çindekiler. xvii GİRİŞ 1 TEMEL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ BERNOULLİ DENKLEMİ 68 AKIŞKANLAR STATİĞİ 32. xvii

HELİKOPTER KANADINDA OLUŞAN AŞINMANIN CFD İLE 3D OLARAK MODELLENMESİ ÖZET GİRİŞ

AERODİNAMİK KUVVETLER

DENİZ HARP OKULU MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. Akışkanlar Mekaniği MKM-312 3/I (4+0+0) 4 3

TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMASI

Uluslararası Yavuz Tüneli

(b) Model ve prototipi eşleştirmek için Reynolds benzerliğini kurmalıyız:

YÜKSEK FROUDE SAYILARINDA ÇALIŞAN HİDROFOİLLER ÜZERİNDE SERBEST SU YÜZEYİ ETKİSİ ÖZET

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ II FİNAL SINAVI Numara: Adı Soyadı: SORULAR-CEVAPLAR

9.14 Burada u ile u r arasındaki açı ve v ile u θ arasındaki acının θ olduğu dikkate alınarak trigonometrik eşitliklerden; İfadeleri elde edilir.

GEMİ EĞİLME MOMENTİ ve KESME KUVVETİ KESİT ZORLARININ BUREAU VERITAS KURALLARI ve NÜMERİK YÖNTEM ile ANALİZİ

DİNAMİK - 1. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

DÜZ FLAPLI POZİTİF KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT PROFİLİNİN AERODİNAMİK PERFORMANSININ BİLGİSAYAR DESTEKLİ ANALİZİ

Bölüm 8: Borularda sürtünmeli Akış

HAVACILIK VE UZAY MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVAR CİHAZLARI ALIM İŞİ TEKNİK ŞARTNAME. Genel Çalışma Koşulları: 0-40 C. Sıcaklık

AKM 205 BÖLÜM 6 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 4

İzmir Adnan Menderes Havalimanı Yeni İç Hatlar Terminali ne Etkileyen Rüzgâr Yüklerinin CFD Metotlarıyla Belirlenmesi

KAYSERİ PINARBAŞİ RÜZGAR POTANSİYELİNE UYGUN KÜÇÜK ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ AERODİNAMİK TASARIMI

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

TAM EKLEMLİ ROTOR İÇİN PAL AÇILARI VE PAL YÜKLERİ KULLANILARAK HATVE ÇUBUKLARI VE EYLEYİCİ KOLLARI ÜZERİNDEKİ YÜKLERİN HESAPLANMASI ÜZERİNE BİR YÖNTEM

Sistem Dinamiği. Bölüm 3- Rijit Gövdeli Mekanik Sistemlerin Modellenmesi. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

ÜÇ BOYUTLU SINIR TABAKA AKIŞLARININ KARARLILIK ÖZELLİKLERİNİN DOĞRUSAL KARARLILIK TEORİSİ YAKLAŞIMI İLE BELİRLENMESİ

BİR BALIKÇI GEMİSİ FORMU İÇİN DÖNME VE ZİG-ZAG TESTİ SİMÜLASYONU

Hidrostatik Güç İletimi. Vedat Temiz

SORU #1. (20 p) (İlişkili Olduğu / Ders Öğrenme Çıktısı: 1,5,6 Program Çıktısı: 1)

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

ORTA BÜYÜKLÜKTE BİR NAKLİYE UÇAĞININ EKİPMAN RAFI TASARIMI

SENTETİK JET PARAMETRELERİNİN ELİPTİK PROFİL VE KANAT KESİDİ ÜZERİNDEKİ AKIŞIN KONTROLÜ İÇİN YANIT YÜZEYİ YÖNTEMİ İLE ENİYİLEŞTİRİLMESİ

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANAT YÜZEYLERİNİN AERODİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ DAVRANIŞLARI

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

Akışkanların Dinamiği

GEMİ DİRENCİ ve SEVKİ

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ-II

3. İzmir Rüzgar Sempozyumu Ekim 2015, İzmir

AERODİNAMİK KUVVETLER

AKM 205 BÖLÜM 8 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

SOLIDWORKS SIMULATION EĞİTİMİ

Bulanık Mantık Tabanlı Uçak Modeli Tespiti

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

T.C. ONDOKUZ MAYIS ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ SANTRĠFÜJ POMPA DENEY FÖYÜ HAZIRLAYANLAR. Prof. Dr.

Kx, Ky, Kz ; Birim kütleye etki eden kütlesel kuvvet bileşenleri

Borularda Akış. Hesaplamalarda ortalama hız kullanılır.

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ. Doç. Dr. Tahsin Engin. Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

EMAT ÇALIŞMA SORULARI

Bernoulli Denklemi, Basınç ve Hız Yükleri Borularda Piezometre ve Enerji Yükleri Venturi Deney Sistemi

İSTANBUL BOĞAZI SU SEVİYESİ DEĞİŞİMLERİNİN MODELLENMESİ. Berna AYAT. İstanbul, Türkiye

Turning Circle and Zig-Zag Test Simulation for a Fishing Vessel Form

NACA VE NREL S 809 KANAT KESİTLERİNİN HAD İLE ANALİZİ ANALYSING OF NACA AND NREL S 809 AIRFOILS BY CFD

FEN FAKÜLTESİ MATEMATİK BÖLÜMÜ YAZ OKULU DERS İÇERİGİ. Bölümü Dersin Kodu ve Adı T P K AKTS

ATIK SULARIN TERFİSİ VE TERFİ MERKEZİ

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

Corresponding author: Özet. Bu çalışmada yamuk kesit alanına sahip bir kanal içerisindeki hidrodinamik olarak

Yeni Deprem Yönetmeliği ve İstinat Yapıları Hesaplarındaki Değişiklikler

Taşınım Olayları II MEMM2009 Akışkanlar Mekaniği ve Isı Transferi bahar yy. borularda sürtünmeli akış. Prof. Dr.

Bölüm 5: Sonlu Kontrol Hacmi Analizi

Su Debisi ve Boru Çapı Hesabı

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

DENEY 2. Şekil 1. Çalışma bölümünün şematik olarak görünümü

Mekanik Karıştırıcıların Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği ile Sayısal Modellenmesi

İdeal Akışkanların 2 ve 3 Boyutlu Akımları

AKM BÖLÜM 11 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ Doç.Dr. Ali Can Takinacı

Musa DEMİRCİ. KTO Karatay Üniversitesi. Konya

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ LABORATUVARI

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

Bölüm 2. Bir boyutta hareket

ÇEV-220 Hidrolik. Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Demet KALAT

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Akışkanların Dinamiği

BİR OFİS İÇİN TERMAL KONFOR ANALİZİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ VE SAYISAL ÇÖZÜMÜ

HİDROLİK. Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU

Yapısal Analiz Programı SAP2000 Bilgi Aktarımı ve Kullanımı. Doç.Dr. Bilge Doran

AKM 205 BÖLÜM 3 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ. Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

Journal of ETA Maritime Science

RÜZGAR TÜNELĐNDEKĐ KANAT PROFĐLĐNĐN DĐKEY HAREKETĐNĐN MODELLENMESĐ

MUKAVEMET FATİH ALİBEYOĞLU

HAFİF TİCARİ KAMYONETİN DEVRİLME KONTROLÜNDE FARKLI KONTROLÖR UYGULAMALARI

GÜZ DÖNEMİ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ ÇÖZÜMLÜ SORULARI Bölüm 7 (Boyut Analizi ve Benzerlik) Prof. Dr. Tahsin Engin

Karadeniz Teknik Üniversitesi

SORU #1. (20 p) (İlişkili Olduğu / Ders Öğrenme Çıktısı: 1,5,6 Program Çıktısı: 1)

Derece Alan Üniversite Yıl Lisans Hidrodinamik, Gemi Model İstanbul Teknik Üniversitesi

Fiziksel bir olayı incelemek için çeşitli yöntemler kullanılır. Bunlar; 1. Ampirik Bağıntılar 2. Boyut Analizi, Benzerlik Teorisi 3.

Soru No Puan Program Çıktısı 3, ,8 3,10 1,10

VENTURİMETRE DENEYİ 1. GİRİŞ

Transkript:

IV. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 8-10 Eylül 2014, EÜ, Kayseri SU ALTI ARAÇLARI İÇİN DÜZLEMSEL HAREKET MEKANİZMASI TESTİNİN SAYISAL OLARAK MODELLENMESİ Mustafa Can * A.Ş., Ankara Bora Atak A.Ş., Ankara İskender Kayabaşı A.Ş., Ankara Doç. Dr. Sinan Eyi ODTÜ, Ankara ÖZET Otonom su altı araçlarının sistem benzetimi için gerekli olan hidrodinamik katsayıları veya manevra türevlerini elde etmek için düzlemsel hareket (Planar Motion Mechanism), döner kol (Rotating Arm) ve konileme hareketi (Conic Motion Mechanism) gibi çeşitli testler gerçekleştirilir. Düzlemsel hareket testinde diğerlerinden farklı olarak model için kombine hareketler tanımlanabilmektedir. Bu sayede bir düzlemsel hareket testi ile hıza, dönüye ve ivmeye bağlı türevler elde edilebilir. Düzlemsel hareket mekanizmasında modele bağlı iki adet dikme (oscilator) bulunmaktadır. Dikmelerden bir tanesi ağırlık merkezinin önünde diğeri arkasında konumlandırılır. Bu iki dikmenin koordineli hareketi ile modele çekme tankı içerisinde yunuslama (pure pitch), kaldırma (pure heave) ve bu hareketlerin kombinasyonu yaptırılabilir. Bu çalışmada ilk olarak DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) ve Autosub denek-taşı modellerinin çekme testleri hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemleri kullanılarak modellenmiştir. Bu denek-taşlarına ait çekme testi verileri ile HAD analizlerinden elde edilen statik katsayılar kıyaslanarak, statik HAD modelleme yönteminin doğrulanması amaçlanmıştır. Statik HAD modelleme yöntemi doğrulandıktan sonra Autosub denek-taşı modeli için düzlemsel hareket testi sayısal olarak modellenmiş ve HAD yöntemleri ile zamana bağlı olarak çözülmüştür. Elde edilen analiz sonuçları düzlemsel hareket test verileri ile kıyaslanmıştır. Bu bildiride yapılan çalışmalarla; otonom su altı araçların hidrodinamik tasarım ve analizlerinde kullanılabilecek modelleme yöntemlerinin doğrulaması yapılmıştır. GİRİŞ Bir otonom su altı aracının tasarım sürecinde test olanaklarının kısıtlı ve pahalı olması nedeniyle sistem benzetiminin yapılabilmesi büyük önem taşımaktadır. Sistem benzetiminin yapılabilmesi için ilk olarak statik ve dinamik hidrodinamik katsayıların elde edilmesi gereklidir. Bu katsayılar yüzdürme tanklarında gerçekleştirilen testlerle elde edilebilir. Ancak bu testlerin gerçekleştirilebileceği merkezlerin kısıtlı olması ve test maliyetlerinin yüksek olması alternatif çözümler gerektirmektedir. Yüzdürme tanklarında gerçekleştirilen testlerin HAD yöntemleri kullanılarak modellenmesi hidrodinamik katsayıların hesaplanması için alternatif bir yöntemdir. Statik hidrodinamik katsayıların elde edilmesi için çekme testlerinin HAD yöntemleri ile zamandan bağımsız modellenmesi yeterlidir. Ancak dinamik hidrodinamik katsayıların elde edilebilmesi için düzlemsel hareket testi, konileme hareketi testi veya döner kol testinin HAD yöntemleri kullanılarak modellenmesi gerekir. Bu çalışmada; 3-Boyutlu Navier-Stokes denklemleri zamana bağlı olarak çözülerek düzlemsel hareket testi modellenmiştir. * Mühendis, A. Ş., E-posta: mustafa.can@roketsan.com.tr Uzman Mühendis, A. Ş., E-posta: ikayabasi@roketsan.com.tr Uzman Mühendis, A. Ş., E-posta: batak@roketsan.com.tr Doçent Doktor, ODTÜ, E-posta: seyi@metu.edu.tr

Düzlemsel hareket testi ile otonom su altı araçları, kaldırma (pure heave), yunuslama (pure pitch) ve kombine (combined) gibi farklı hareketler yapmaya zorlanır. Bu hareketler Şekil 1 de gösterilmiştir. Şekil 1: Otonom su altı araçların düzlemsel hareket testi için hareketlerin tanımlanması [Ikeda, Katayama, Okumura, 2000] Bu çalışma kapsamında kaldırma (pure heave) ve kombine hareketler modellenmiştir. HAD MODELLEME ÇALIŞMALARI Su altı araçları için kullanılan hidrodinamik eksen takımı Şekil 2 de verilmiştir. Şekil 2: Hidrodinamik eksen takımı Kuvvet ve moment katsayıları için boyutsuzlaştıma parametreleri Tablo 1 de verilmiştir. 2

Tablo 1: Katsayılar ve boyutsuzlaştırma parametreleri Katsayı X ꞌ Z ꞌ M ꞌ Boyutsuzlaştırma Parametresi 1/2 ρu 2 S ref 1/2 ρu 2 S ref 1/2 ρu 2 S ref L ref DARPA Denek-Taşı Hidrodinamik Modelleme Çalışmaları DARPA denek-taşı çekme testlerinin HAD yöntemleri ile modellenmesi çalışmasında kullanılmıştır. HAD analizlerinde kullanılan DARPA denek taşı katı modeli Şekil 3 te verilmiştir. Şekil 3: DARPA denek taşı katı modeli DARPA denek-taşı için çözüm ağı GAMBIT ve TGRID ticari yazılımları kullanılarak oluşturulmuştur. DARPA modeli yüzey ve hacim ağı Şekil 4 te gösterilmiştir. Şekil 4: DARPA modeli hacim ve yüzey çözüm ağı HAD analizleri de FLUENT ticari yazılımı ile yapılmıştır [FLUENT, 2009]. HAD analizleri Tablo 2 de verilen seyir koşullarında gerçekleştirilmiştir. 3

Tablo 2: Çekme Testi Analiz Koşulları [Roddy, 1990] Reynolds Number (Re) 14,500,000 Hız (m/s) 3.34 Viskozite Katsayısı (m 2 /s) 1.0E-06 Yoğunluk (ρ) (kg/m 3 ) 998.2 Hücum Açısı ( ) 0,2,4,6,8,10,12,14,16,18 Hidrodinamik katsayıların boyutsuzlaştırılmasında kullanılan referans değerler ve referans moment noktası Tablo 3 de verilmiştir. Tablo 3: DARPA denek-taşı modeli referans bilgileri [Groves, Huang, Chang, 1989] Referans Uzunluk (L ref ) (m) 4.261 m Referans Alan (S ref ) (m 2 ) 18.156 m 2 Moment Ref. Noktası (m) 2.009 m Autosub Denek-Taşı Hidrodinamik Modelleme Çalışmaları Autosub denek-taşı modeli kullanılarak; çekme testi, düzlemsel hareket testindeki kaldırma ve kombine hareketlerinin HAD yöntemleri ile modellenmesi çalışmaları yapılmıştır. HAD analizlerinde kullanılan Autosub denek-taşı katı modeli Şekil 5 te verilmiştir. Şekil 5: Autosub denek-taşı katı modeli Autosub denek-taşı modeli için de çözüm ağları GAMBIT ve TGRID ticari yazılımları kullanılarak oluşturulmuştur. Sayısal modelleme tekniklerinin gereksinimlerinden kaynaklı olarak Autosub denek-taşı için 3 farklı çözüm ağı oluşturulmuştur. Oluşturulan tüm çözüm ağlarında aynı yüzey ve sınır tabaka çözüm ağı kullanılmıştır. Düzlemsel hareket testleri için oluşturulan akış hacmi, çekme testi analizlerinde kullanılan çözüm ağından farklı olarak, 2 alt-hacimden oluşmaktadır. Çekme testleri için oluşturulan Autosub modeli yüzey ve hacim çözüm ağı Şekil 6 da gösterilmiştir. 4

Şekil 6: Autosub modeli hacim ve yüzey çözüm ağı Kaldırma hareketi için modellenen akış hacmi ve hacim çözüm ağı Şekil 7 de gösterilmiştir. İç kısımdaki alt-hacim, modele tanımlı hareketin yaptırılmasını sağlamak amacı ile oluşturulmuştur. Kombine hareket için de benzer bir çözüm ağı oluşturulmuştur. Kaldırma hareketinde iç kısımdaki alt-hacme z ekseni boyunca sinüzoidal-yukarı aşağı hareketi tanımlanmıştır. Kombine hareket için ise alt-hacme y ekseninde sinüzoidal-dönü hareketi tanımlanmıştır. Şekil 7: Kaldırma hareketi için oluşturulan akış hacmi ve hacim çözüm ağı Autosub çekme testi HAD analizleri Tablo 4 de verilen seyir koşullarında gerçekleştirilmiştir. 5

Tablo 4: Autosub çekme testi analiz koşulları [Philips, Furlong, Turnock, 2007] Reynolds Number (Re) 13,900,000 Hız (m/s) 2.69 Viskozite Katsayısı (m 2 /s) 1.0E-06 Yoğunluk (ρ) (kg/m 3 ) 998.2 Hücum Açısı ( ) 0,2,4,6,8,10 Autosub denek-taşı modeli için kaldırma hareketi ve kombine hareketi Tablo 5 ve Tablo 6 da verilen koşullarda analiz edilmiştir. Bu hareketler sinüzoidal fonksiyonlar ile tanımlanmıştır. Tablo 5: Autosub kaldırma hareketi analiz koşulları [Kimber, Scrimshaw] Genlik (m) 0.1 Frekans (s -1 ) 1.5 Hız (m/s) 2.69 Viskozite Katsayısı (m 2 /s) 1.0E-06 Yoğunluk (ρ) (kg/m 3 ) 998.2 Tablo 6: Autosub kombine hareket analiz koşulları [Kimber, Scrimshaw] Genlik ( ) 10 Frekans (s -1 ) 1.5 Hız (m/s) 2.69 Viskozite Katsayısı (m 2 /s) 1.0E-06 Yoğunluk (ρ) (kg/m 3 ) 998.2 Autosub modeline ait hidrodinamik katsayıların boyutsuzlaştırılmasında kullanılan referans değerler ve referans moment noktası Tablo 7 de verilmiştir. Tablo 7: Autosub denek-taşı model referans bilgileri [Griffiths] Referans Uzunluk (L ref ) (m) 5.2 Referans Alan (S ref ) (m 2 ) 27.04 Moment Ref. Noktası (m) 2.357 SONUÇLAR Çekme Testi HAD Analizleri Çekme testi HAD analizleri için DARPA ve Autosub denek-taşı modelleri kullanılmıştır. DARPA denek-taşı için analiz sonuçlarından elde edilen statik hidrodinamik katsayılar deney verileri ile kıyaslanmıştır. HAD analizleriyle elde edilen eksenel kuvvet katsayısının hücum açısına göre değişimi ve deney verileri ile kıyaslanması Şekil 8 de verilmiştir. 6

-Z' -X' 0,0014 0,0012 0,0010 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002 0,0000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Hücum Açısı[ o ] Şekil 8: DARPA denek-taşı modeli eksenel kuvvet katsayısının hücum açısına göre değişimi [Roddy, 1990] HAD analizlerinden elde edilen normal kuvvet katsayısının hücum açısına göre değişimi ve deney verileri Şekil 9 da verilmiştir. 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000-0,002 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Hücum Açısı[ o ] Şekil 9: DARPA denek-taşı modeli normal kuvvet katsayısının hücum açısına göre değişimi [Roddy, 1990] HAD analizlerinden elde edilen yunuslama moment katsayısının hücum açısına göre değişimi ve deney verileri ile kıyaslanması Şekil 10 da verilmiştir. 7

-Z' M' 0,0025 0,0020 0,0015 0,0010 0,0005 0,0000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Hücum Açısı [ o ] Şekil 10: DARPA denek-taşı modeli yunuslama momenti katsayısının hücum açısına göre değişimi [Roddy, 1990] Doğrusal çekme testi için gerçekleştirilen HAD analizleri sonuçları ile deney verileri arasında %7 den az farklılık belirlenmiştir. Autosub denek-taşı için de çekme testi HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. HAD analiz sonuçlarından elde edilen statik hidrodinamik katsayılar deney verileri ile kıyaslanmıştır. HAD analizleriyle elde edilen normal kuvvet katsayısının hücum açısına göre değişimi ve deney verileri ile kıyaslanması Şekil 11 de verilmiştir. 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0,000-0,001 0 2 4 6 8 10 Hücum Açısı [ o ] Şekil 11: Autosub denek-taşı modeli normal kuvvet katsayısının hücum açısına göre değişimi [Philips, Furlong, Turnock, 2007] Autosub modeli için gerçekleştirilen HAD analizlerinden elde edilen yunuslama moment katsayısının hücum açısına göre değişimi ve deney verileri ile kıyaslanması Şekil 12 de verilmiştir. 8

M' 0,0008 0,0007 0,0006 0,0005 0,0004 0,0003 0,0002 0,0001 0,0000-0,0001 0 2 4 6 8 10 Hücum Açısı [ o ] Şekil 12: Autosub modeli yunuslama momenti katsayısının hücum açısına göre [Philips, Furlong, Turnock, 2007] Doğrusal çekme testi için gerçekleştirilen HAD analizleri sonuçları ile deney verileri arasında %4 den az farklılık belirlenmiştir. Çekme testi analizlerinde kullanılan HAD modelleme yöntemlerinin detay hidrodinamik tasarım ve sistem benzetim çalışmaları için yeterli doğruluk seviyesinde olduğu değerlendirilmektedir. Düzlemsel Hareket Testi HAD Analizleri Düzlemsel hareket testi HAD analizleri kapsamında Autosub denek-taşı modeli için kaldırma ve kombine olmak üzere iki farklı hareket tanımlanmıştır. Aşağıda her iki harekete ait HAD analizlerinin sonuçları verilmiştir. Autosub denek-taşı modeli için kaldırma hareketi HAD yöntemleri ile modellenmiş ve zamana bağlı olarak çözülmüştür. HAD analizi sonucunda norma kuvvet ve yunuslama momenti katsayıları zamana bağlı olarak elde edilmiştir. Analiz sonuçları deney verileri ile birlikte Şekil 13 ve Şekil 14 te verilmiştir. Grafiklerde gösterilen deney sonuçları referans dokümanda verilen hareket denklemleri ve dinamik katsayılar kullanılarak elde edilmiştir. 9

M' -Z' 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05-0,10-0,15-0,20 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Zaman (s) Şekil 13: Kaldırma hareketi için normal kuvvet katsayısı değerlerinin zamanla değişimi [Kimber, Scrimshaw] 0,004 0,003 0,002 0,001 0,000-0,001-0,002-0,003-0,004 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Zaman (s) Şekil 14: Kaldırma hareketi için yunuslama momenti katsayısı değerlerinin zamanla değişimi [Kimber, Scrimshaw] HAD analizi sonuçları frekans değeri ve faz açısından deney verileri ile uyumludur. Genlik değerlerinde ise kuvvet katsayısı değerleri ile deney verileri arasında %10 un altında, moment katsayısı değerleri ile deney verileri arasında %25 in altında farklılık belirlenmiştir. Kaldırma hareketi için uygulanan bu hidrodinamik modelleme yönteminin doğruluk seviyesi, ön ve detay tasarım aşamalarında kullanılabilecek düzeydedir. Ayrıca HAD analizi sonucunda oluşan akış hacmi zamana bağlı olarak incelenmiştir. Akış hacmi içerisindeki hız dağılımı zamana bağlı olarak Şekil 15 de verilmiştir. 10

-Z' Şekil 15: Farklı zamanlarda kaldırma hareketi analizi için akış hacmi hız dağılımı Autosub denek-taşı modeli için kombine hareket HAD yöntemleri ile modellenmiş ve zamana bağlı olarak çözülmüştür. HAD analizi sonucunda normal kuvvet ve yunuslama momenti katsayıları zamana bağlı olarak elde edilmiştir. Analiz sonuçları deney verileri ile birlikte Şekil 16 ve Şekil 17 de verilmiştir. Grafiklerde gösterilen deney sonuçları referans dokümanda verilen hareket denklemleri ve dinamik katsayılar kullanılarak elde edilmiştir. 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05-0,10-0,15-0,20-0,25 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Zaman (s) Şekil 16: Kombine hareket için normal kuvvet katsayısı değerlerinin zamanla değişimi [Kimber, Scrimshaw] 11

M' 0,12 0,08 0,04 0,00-0,04-0,08-0,12 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Zaman (s) Şekil 17: Kombine hareket için yunuslama momenti katsayısı değerlerinin zamanla değişimi [Kimber, Scrimshaw] HAD analizi sonuçları frekans değeri ve faz açısından deney verileri ile uyumludur. Genlik değerleri ise kuvvet katsayısı için deney verileri ile tutarsızken, moment katsayısı değerleri ile deney verileri arasında %15 in altında farklılık belirlenmiştir. Bu durum kuvvet-moment ilişkisine uyuşmamaktadır. HAD yöntemleri ile elde edilen normal kuvvet katsayısı değerleri deney verilerinden farklı iken yunuslama momenti katsayısı değerlerinin deney verileri ile tutarlı olması, basınç merkezi konumunun da deney verilerinden farklı hesaplandığını göstermektedir. Diğer bir deyişle moment katsayısı HAD sonuçları, deney verileri ile rastgele bir tutarlılık sağlamıştır. Bu sebeple kombine hareket için uygulanan bu hidrodinamik modelleme yönteminin doğruluk seviyesi, ancak ön tasarım aşamasında kullanılabilecek düzeydedir. Ayrıca HAD analizi sonucunda akış hacminde oluşan hız dağılımı zamana bağlı olarak incelenmiştir. Akış hacmi içerisinde farklı zamanlardaki hız dağılımı Şekil 18 de gösterilmiştir. Şekil 18: Farklı zamanlarda kombine hareket analizi için akış hacmi hız dağılımı 12

DEĞERLENDİRMELER Bu çalışmada hidrodinamik su-altı araçları için düzlemsel hareket testinin HAD yöntemleri ile modellenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda ilk olarak çekme testi HAD yöntemleri ile modellenmiş ve modelleme yöntemi deney verileri ile doğrulanmıştır. Bu doğrulama çalışmasında DARPA ve Autosub denek-taşı modelleri kullanılmıştır. Daha sonra benzer HAD yöntemleri ile Autosub denektaşı modeli için düzlemsel hareket testi kapsamındaki kaldırma ve kombine hareketler modellenmiştir. Kaldırma hareketi HAD analizi sonuçları genlik değerleri, frekans değeri ve faz açısından deney verileri ile uyumludur. Analizler sonucunda kaldırma hareketi için kullanılan HAD modelleme yönteminin detay tasarım aşamasında kullanılabilecek doğruluk seviyesinde olduğu değerlendirilmiştir. Kombine hareket HAD analizi sonuçları frekans değeri ve faz açısından deney verileri ile uyumludur. Genlik değerleri ise kuvvet katsayısı için deney verileri ile tutarsızken, moment değerleri için deney tutarlıdır. verileri üzerindeki belirsizliklerle birlikte değerlendirildiğinde, bu çalışmada kullanılan HAD modelleme yönteminin, ön tasarım aşamasında kullanılabilecek doğruluk seviyesinde olduğu değerlendirilmiştir. Detaylı hidrodinamik tasarım aşamasında, hidrodinamik testlerin yapılması kaçınılmazdır. Kaynaklar FLUENT, 12.0, 2009. User's Guide. s.l. : ANSYS. Griffiths, G., et al. Open Ocean Operational Experience with the Autosub-1 AUVs. Southapmton,UK : Southampton Ocean Centre. Groves, N.C., T.T., Huang ve Chang, M.S. 1989. Geometric Characteristics of DARPA SUBOFF Models. USA : David Taylor Research Center. Ikeda, Y., Katayama, T. ve Okumura, H. 2000. Characteristics of Hydrodynamic Derivatives in Maneuvering Equations for Super High-Speed Planning Hulls. Seattle, USA : Tenth International Offshore and Polar Engineering Conference. Kimber, N.I. ve Scrimshaw, K. H. Hydrodynamic Testing of A 3/4 Scale Autosub Model. Hampshire, UK : Defence Research Agency. Millard, N.W., et al. Remote Presence in the Marine Environment with the Autosub-1 AUV. Southampton, UK : Southampton Oceanography Centre. Philips, A., Furlong, M. ve Turnock, S.R. 2007. The Use of Computational Fluid Dynamics to Determine Dynamic Stability of an Autonomous Underwater Vehicle. Southampton : University of Southampton. Roddy, R. F. 1990. Investigation of The Stability and Control Characteristics od Several Configuration of The DARPA Suboff Model From Captive-Model Experiments. Bethesda, Maryland : David Taylor Research Center. 13