03 Ekim 2007 Çarşamba (G1)alkanad@yildiz.edu.tr www.yildiz.edu.tr/~alkanadA.D.Alkan 0212.259 70 70 / 2459

High Speed: Yüksek süratli. Fast ships : Hızlı tekneler.

Hızlı Teknelere Talepler:- Dünya ticaret hacminin ve hızının artması- Denizcilik alanında gelişen kurallar (emniyet, yangın, çevre..) Bu genel olarak yeni gemi inşaatını artırdı. Hızlı teknelere de etkisi oldu. - Hızlı taşımacılık veya nakliye ihtiyacı (taşınan yüke özel)

Transport efficiency : Taşıma verimliliği. ( = Taşınan yük ağırlığı × Hız / Makine Gücü)Bkz. dosya: AMV.pdf , 11_out…pdf .

Deniz tutması : Sea sickness. RTitreşim ve gürültü : Vibration and noise.

Hız arttıkça dirençte artan bir yükselme oluşur.PEgemi = R V PMakina = PEgemi / = R V /

Genel sevk verimi = 0.50 ÷ 0.65 aralığındadır.

V- deniz ve hava taşıtlarının sınıflandırılması (Şema, Prof.Papanikolau) [Norv_Forum_...pdf]

Hızı engelleyen hidrodinamik olaylar:

Dalga direnci Dalgalı deniz

Çözüm: Dalga direncini en aza indirecek ve dalgalı denize mukavim form ve işletme şartlarına ulaşmak.

- Surface ships: Su üstü gemiler. (Surface combatants: Su üstü savaş gemileri)- Submarine: Denizaltı.- Buoyancy : Sephiye, kaldırma kuvveti. ( Stabilitedeki: K, B, G, M noktaları)- Buoyant force: Sephiye / deplasman kuvveti.SWATH: Small Waterplane Area Twin Hulls.- Lift: Kaldırma.- Shaft inclination , Meyilli gemi: Inclined ship = heeled ship.

HIZLI TEKNELER DERS ESNASI NOTLARI

Yarı kayıcı Kayıcı Bölge

Erbil Serter, Türk : Deep Vee yani Derin Ve tipi teknelerin patent sahibi.Planing craft: Kayıcı tekne. (oku:Pleyning) bk. AMV.pdfWIG: Wing in ground effect (zemin etkili kanatlı taşıtlar)

04 Ekim 2007 Perşembe (G2)(üstteki konu anlatıldı.)

10 Ekim 2007 Çarşamba (G1)Hidrostatik sephiye (Hydrostatic Buoyancy) sınıfındaki tekneler DEPLASMAN (Displacement) tipi teknelerdir.

Bunun dışında Yarı Deplasman (Semi-Displacement) ve Kayıcı tekneler (Planing crafts) sınıflandırılması yapılmıştır. (dosya: AMV.pdf)

Deplasman tipi teknelere örnek.

U ve V kesitler:Yarı-deplasman tipi bir tekne.

U kesit daha çok kıç kesitlerde V ise baş kesitlerde kullanılır.

C

V kesitler U kesitler Kayıcı tekne (planing hull)

(Yarı-deplasman, su-çekimi, açık-su gibi terimlerde tire kullanmak düzgün imlâdır.)

Froude Sayısı ve büyüklük bölgeleri (Fr number regimes): (AMV.pdf, Sayfa 2)

Boyutsuz Froude sayısı (V, m/s Gemi hızı; L , m, Gemi su-hattı boyu; g: 9.81 m/s2,

yerçekimi ivmesi). m/s / ( m/ s2 * m)0.5 boyutsuz çıkacaktır.Atalet kuvvetleri / Yerçekimi kuvvetleri oranı Fr sayısıdır.Atalet kuvvetleri / Viskoz kuvvetler oranı Re sayısını verir. (Bkz. Akışkanlar kitapları)Boyut Analizi (Dimensional analysis), Bkz. Buckingham Pi Teoremi.

Re= Reynolds sayısı (-). [ V ] [ L ] /[ ] = 1 (boyutsuz)

Kinematik viskozite [ ] = m2/s .V: Akışkan ortamdaki cisme ait hız (m/s) L : Cisme ait “karakterisik” boy veya uzunluk. Borunun enine akışta L=D alınır. Boyuna akışta L=L olur.

L

V kesitlerU kesitler

Yüksek süratli teknelerde “Deplasman Froude sayısı” da kullanılır. olup,

m3 olarak deplasman hacmidir.

Deneysel analizde akışkan ortamdaki cismin direnç kuvveti R = f (x1,x2,x3..) olarak modelendipinde X değişkenleri arasında FR ve RE sayıları yer almaktadır. ? Bkz. Akışkanlar ders notları.

(17-18.10.2007 G1, G2, tekne boyutları, seyiryarıçapı, yük ve ağırlığın yüksek süratli tekne perfomansına etkileri işlendi)

24-25 Ekim 2007 G1.G2

KISA SINAVLAR Grup 1 (31.10.2007) ve Grup 2 (01.11.2007)

Dalga direnci(Lazauskas Ylisans tezi)

….

Soru : Gemi boyu Lwl=50 m ve hızı 40 knotdur. Bu geminin 1/10 ölçekli modelinin çekme tankında hangi karşıt hızda çekilmesi gerektiğini bulunuz.Yol: Frgemi=Frmodel alınmalıdır. V/(gL)0.5 = v/(g l)0.5 , v = 12.65 kn = 6.50 m/s.Soru devam: Modeli 20 m/s hızında çeken bir deney tankı ortamında hangi gemi karşıt hızının deneyi yapılmıştır. V = v (L/l)0.5 = 20 * (10/1)0.5 = 63.20 m/s = 122.95 kn.

X-Bow Ayna kıçlı Trimaran

Hızı daha da artırırsak ? Dalga oluşumu dikkat çekicidir. (Lobster balıkçı gemisi, P.Bray)

Fr = 0.43

Fr = 0.56

http://www.ulsteingroup.com/kunder/ulstein/cms66.nsf/pages/shipdesign.htm?open&qnfl=flash#shipdesign/p-series/p-series.itmhttp://www.akeryardsmarine.com/innovation.html

Özgül yakıt sarfiyatı:bsfc = bözgül = gr / kW h (1 Saatte 1 kW başına tüketilen yakıt miktarı)Pmak= 4000 kW için saatteki tüketim = bsfc * Pmak = bsfc * 4000 (gr/h)( sfc: specific fuel consumption )

80 millik mesafeyi ortalama 10 knot (=mil/h) ile alan bir tekne 8 saatlik bir süre harcayacaktır. Toplam yakıt sarfiyatı 8 h * bsfc * 4000 , (gr) olarak elde edilecektir.

Soru : 1500 kW’lık yüksek devirli bir diesel motora sahip bir tekne 13 knot ortalama hızı ile 80 millik bir rotayı kaç kg motorin tüketerek alabilecektir?Kaynak: Volvo-Penta sitesi, yüksek devirli diesellerin pdf makine katalogu.

Soru (devam): Yüksek devirli diesel makinelerdeki özgül yakıt sarfiyatı değerlerini200 – 2500 kW aralığında diyagram halinde gösteriniz.

Pmak bözgül

200 …280 ..475 ….. …1235 ……. …2322 ..2890 ….

Dalga direncinde ‘boyutsuz’ Froude sayısının 0.40’ı aştığı değerlerde artışlar olmaktadır. Ayrıca denizcilik (gemi hareketleri ve hareket ivmeleri) davranışı daolumsuz etkilenir.(Bkz. AMV.pdf Sayfa 1-3)

YÜKSEK HIZLARDA HİDRODİNAMİK OLAYLAR: DİRENÇ, DENİZCİLİK

Fr = 0.40 0.50 (Direncin tepe yaptığı ön bölge)Teknenin oluştuduğu dalga boyu tekne su-hattı boyundan daha büyüktür. (Ldalga>LWL)Teknenin baş tarafında dalga tepesi, kıç tarafında ise dalga çukuru yer alır. Dalga tepesinin baştaki desteği ile trim artışı görülür. Kıç aynalık (transom) genişliğinin fazla olması, düz batok hatları ile trim engellenebilir. Söz konusu direnç artışını (yani makina gücü gereksinimini) azaltmak amacı ile L / 1/3 oranının 8 değerinden büyük olması gerekir.(L / 1/3 , boyutsuz bir orandır, direnç ve gemi hareketleri için L/B gibi önemli parametreler arasında yer alır.)

Fr = 0.50 0.70 (Direncin tepe yaptığı bölge) Fr sayısının 0.500.70 arasındaki bölgede, teknenin oluşturduğu dalganın boyu teknenin su-hattı boyunun iki katını aşmaktadır (Ldalga > 2*LWL). Direncin ana kaynağını baş dalgası oluşturur. Güç gereksinimini en aza indirmek (minimise) için baş formunda değişiklik yapmak gerekir. Baş kesitlerin narinleştirilmesi ile narin tekne (slender hull)formu elde edilir. L / 1/3 oranının 10 değerinden büyük olması gerekir.

Fr = 0.70 1.00 (Yarı Deplasman veya Yarı Kayıcı Bölge) Bu bölge Yarı Deplasman veya Yarı Kayıcı Bölge olarak adlandırılır. Eğer tekne formu düz batoklardan oluşuyorsa, deplasmanın %20%30’u kadar bir hidrodinamik kaldırma kuvveti oluşacaktır. Hidrodinamik kaldırma ile teknenin su ile temas eden hacimsel

geometrisi azalacaktır (ıslak alan azalması, serbest su seviyesi etkileşimi de azalacaktır). Böyle bir hidrodinamik kaldırmaya sahip bir tekne L / 1/3 oranı 6 7 arasında seçilebilir. Teknenin genişliği dinamik kaldırma için önemli bir parametredir (L/B oranı). Örneğin, çeneli bir kayıcı tekne için genişlik artışı, çene genişliği artışını ve dolayısı ile kaldırma yüzeyini artıracaktır.

Fr = 0.70 1.00 ’ı aştığı bölge (Kayıcı Tekne bölgesi) Planing hull regimeFroude sayısı 0.70 değerini aştığı bölgede, teknenin kazandığı Dinamik kaldırma (lift) kuvveti, tekne deplasmanının %50 ’sini aşabilmektedir. Bu bölge Kayıcı Bölge olarak adlandırılır. Tekne form geometrisinde keskin çene ve/veya belirgin serpinti hatları bulunması gerekir. Tipik değerler olarak sakin-su işletimi için L / 1/3 oranı 4 5, dalgalı deniz şartlarındaki işletimde L / 1/3 oranı 6 -7 arasında seçilir. Tekne kesitleri iç bükey veya dış bükey V formdur.

Kayıcı tekneler aynı boyutlardaki deplasman tipi tekneye göre hız bakımından üstün olmakla beraber dalgalı deniz davranışı bakımından aynı üstünlüğü gösterememektedirler.

07.11.2007 Çarşamba08.11.2007 Perşembe

KAYICI TEKNELER

Bkz. http://www.gim.yildiz.edu.tr/alkan/highspeed/PLANING.doc

Kaynak: Hızlı Tekneler web ( Automated_comp_meth_for_planing.pdf )

Terimler:Downtime : Teknenin zorunlu işletilemediği zaman (gün). Örneğin 52 gün/yıl.PLANING HULL: KAYICI TEKNEDeadrise angle: Çeneli teknelerde sintine kalkıntı açısı.Chine: Çene.Deep Vee hull: Derin V kesitli tekne formu. (Erbil Serter Deep Vee Hulls)Spray rail: Serpinti hattı.Lift: Dinamik kaldırma kuvveti (L).Appendages: Takıntılar. (Dümen, pervane, şaft braketi/bosası)Bare hull: Çıplak tekne (takıntı yok): Dinamik trim açısı.Drag: Direnç.QPC: Quasi Propulsive Coefficient (Sevk Verimi, D), ama genel sevk verimi değil.Genel sevk verimi: =DTR =horTR ) , TR: Güç iletim, transmission.NACA profilleri için: Profil geometrisi, CL, CD değerleri hücum açısına (angle of attack) bağlı olarak deney verileri hazırdır.

Bir profile gelen kuvvetler Kaldırma ve Direnç kuvvetleri olsun, bu iki kuvvete ait katsayılar cinsinden L = 1/2 . V 2 A CL D = 1/2 . V 2 A CD

Burada CL ve CD E ile değişir.

yazılır. (1/2 . V2 dinamik basınç, basıncın etki ettiği yüzeyin alanı A’dır )(Bkz. Sayfa: 135, Principles of Naval Architecture Cilt II, Kütüphanede var, hocadan pdf alınabilir.)(Hareketli ve java hesaplamalı Profil Mekaniği: http://www.ecs.syr.edu/centers/simmech/Shuyu_Sun/SimFluid/moment-d-l/index.html)(Bkz. http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/foil2.html)

Sistematik tekne serileri: Örneğin Series 62, Series 65, NPL series (Bkz. Principles of Naval Architecture Cilt II, Kütüphanede var, hocadan pdf alınabilir.)

Round bilge hull: Yuvarlak karinalı veya sintine dönümlü tekne.

Froude sayısı V/ olarak ifade edildiğinde [V:knot, L: feet] olmak üzere boyutlu Froude sayısı olarak tanımlanır. Örnek Fr hesapları.

BOYUTSUZ FR SAYILARI BOYUTLU FR SAYILARI(m/s) / kok [(m/s2) (m)] ( knot/kok [feet] )

HIZLAR (kn) HIZLAR (kn)(m) 40 50 60 40 50 60L1= 30 1.199 1.499 1.799 4.032 5.040 6.048L2= 35 1.111 1.388 1.666 3.733 4.666 5.599L3= 40 1.039 1.298 1.558 3.492 4.365 5.238

1 ft = 0.3048 m

G1,2. 14-15 Kasım 2007 Kayıcı Tekneler (O.Turan Ders Notlarından, Sayfa: 5 - 7)

Ramus tipi Adımlı (Step) tekne.

Ödev 1: Yakıt Sarfiyatı (Yüksek devirli diesel ama makinalar için 200-2000 kW aralığında SFC - Pmak tablo ve diyagramı).

Ödev 2: AMV dosyasındaki Katamaran, SWATH, Hydrofoil, Hava Yastıklı Tekneler ve Serbest Yüzey Etkili (SES) teknelere ait dizayn özelliklerinin özetini çıkarınız. Kaynak: AMV.pdf

G1,2. 21-2 Kasım 2007 Duyurular:- Tersane gezisi

- Vizeye hazırlık için:Ayrı kitap ve notlar için www.gim.yildiz.edu.tr/alkan/highspeed/indirsayfayı kullanabilirsiniz.

Kayıcı Tekneler (O.Turan Ders Notlarından, Sayfa: 8)

Hidrofoil ve aerofoil olan çeşitli profiller gemi mühendisliği, makina ve uçak mühendisliği gibi disiplinlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, gemi pervane, dümen kesitleri, uçak kanat kesitleri, su türbini kanat kesitleri.

Genişlik, kort.

Akım giriş açısı: E=0o E=45o (Profil, giriş tarafı-enterance ve çıkış tarafı-running ile tanımlanır)

Giriş taraf uç: Önder kenar (Leading Edge), Çıkış taraf uç: Takip kenarı (Trailing Edge) Kanat kesitleri hakkında daha ayrıntılı bilgiler NACA gibi deneysel çalışmaların veri ve diyagram haline getirilmiş kaynaklardan elde edilebilir. (Örneğin: Değişik kanat kesitleri için Kaldırma kaysayısı CL, Direnç katsayısı CD ’nın, Moment katsayısı CMo, Froude sayısı ve Giriş Açısına (E) bağlı değişimleri verilmektedir.

Dinamik basınç: PD= [ kg/m3 . m2/s2 = kg / (m s2) = kg m/ (m m s2) = N / m2 = Pa ]

G = m g SI birimlerinde: Kuvvet NEWTON ! N = [m] [g] = kg m/s2kg = [m] [g] ise eski birim sistemidir.

Dinamik basınç (yükseklik eşdeğeri): PD/= (metre)

: Akışkanın özgül ağırlığı (N/m3)Durma noktası: Stagnation point. (Bak. Akışkanlar – “Potansiyel akım” modellemesi)

Hacimsel debi: Q = A V (m3/s) Kütlesel debi = Q = (kg/s) Sayfa 11’de (Planing_O.Turan.pdf) verilen = Q, Momentum ise = V= Q V = ( V [ Mekanikten hatırlanacağı üzere Momentum = m V idi. ]Akışkanlarda momentum (Su jeti momentum uygulamaları) konusunu (http://geocities.com/akiskanlar)’den çalışınız.

Temel hattı

Temel hattı

K.E. kg m2/s2 = N m = JW.D. N m/s = J / s

Vizede eğimli levhaya gelen jet kuvveti.

G1, Perşembe, 06.12.2007

Vize 1 Grup 2 çözüldü.

Kayıcı Tekne direnç tahmini – Savitsky Metodu (direnc_sevk_sunum.pdf).

G1. 12/12/2007Kayıcı teknelerde performansı ilgilendiren parametrelerHardchine: Çene, Çeneli tekneler=Kayıcı TeknelerYuvarlak karinalı Yarı-deplasman tipi hızlı tekneler. Yarı-kayıcı bölgede(Froude sayıları 0.7-1.0) işletilirler. Bu tekneler kayıcı tekneler kadar hız yapamasalar da dalgalarda işletimde (denizcilik) daha iyi performans gösterirler. Örnek: Korvet, Karakol botu, arama-kurtarma tekneleri.

: Çene kalkıntı açısı (deadrise angle). Mastorideki.T: Kıç aynadaki çene kalkıntı açısı.: Dinamik trim açısı (trim angle).Lç: Çene uzunluğu (su altında kalan kısım).Bç: Çene genişliği (maksimumu).LCG: Ağırlık merkezinin kıçtan uzunluğuS: Teknenin su üzerinde kalan kısmının izdüşüm (projection) alanı.CA: Yüzey pürüzlülüğü katsayısı (0.10 0.40 )*10-3.Pervane/şaft adedi: Bir, iki veya nadiren daha fazla.Şaft eğimi: Şaftın temel hattına (Base Line) göre yatayla yaptığı açı.Şaft derinliği: Şaftın ayna kıç düşeyindeki derinliği.

Pmak=% 85 MCR (Maximum Continious Rating power – Maksimum Sürekli Güç)

Kayıcı teknelerle ilgili Yaklaşık direnç metodları:Savitsky, Clement, Kafalı, Compton, Radojcic, Lahtiharju. Uygulamada hesap yapacağımız teknenin formu bu yöntemlerde dikkate alınmış tekne formlarına uygun olmalı.

Not. Baş formda son yıllarda yeni tasarımlar geliştirilmiştir. Örneğin Ulstein’ın X-Bow tasarımı.

ÇOK TEKNELİ GEMİLER:

Tek tekneli deniz taşıtları Monohull olarak adlandırılır. Monohull teknelerin direnç veDenizcilik davranışlarında daha iyi performans elde edilmesi ve daha ekonomik işletme şartları na ulaşmak amacı ile çoklu tekneler (multihulls) geliştirilmiştir. Bunlardan en yaygın kullanılanlar Katamaran teknelerdir. Katamaranları; SWATH, Trimaran, Quadrimaran, Pentamaran ve ayrıca melez/hibrit tekneler olarak Slice gibi tekneler izlemektedir. (AMV.pdf)

Çoklu tekne durumunda birden fazla su-hattı oluşacağından, merkez hatta göre (CL’ye göre) su-hattı alan atalet momenti artacaktır.

Tek tekne BM = Ixx/ BMkatamaran = Ixxkat/ = 2(Ixxyantekne + AWL(S/2)2)/ BMkatamaran yüksek KMkatamaran yüksek GMkatamaran yüksek

S: Tekneler arası açıklık.

KM=KG+BM KM-KG=GM

GM yüksek olunca Katamaran tekneler yalpa hareketini daha kısa aralıklarla veya küçük periyotlarla yaparlar. (yani katı yalpa hareketi, yolcular rahatsız olurlar).GM ve yalpa periyodu ilişkisini yazılı olarak getirin (1/4 A4).

G1, G2: 12/26/2007

KATAMARANLAR (İkiz Tekneler) [KATAMARAN TEKNELER-YTU.doc]

Yan tekneler (demihull).S: Tekneler arası açıklık (gap). Yan teknenin simetri eksenleri arasındaki mesafe.B: Bir yan teknenin genişliği.W: Katamaran teknenin genişliği W=S+B

Katamaran bir teknenin değişik S/L oranlarında Toplam Direnç Katsayısı eğrileri.(Demihull: Tek teknenin direnç katsayısı * 2)[Caprio_Pensa_catamaran-resistance-2003.pdf]

IT: Girişim faktörü (Interference factor)K=Rgirişim/2DRR (D : Demihull yani yarı tekne)

Katamaranın tam genişliği: W=S+B

Düzeltme:Yaklaşık bağıntı [KATAMARAN TEKNELER-YTU.doc] Sayfa 14-15.1) W=S+B 2) W=S+B olduğundan a= (W-B)/L yani a=S/L

Wigley Tekneli Katamaran formu.

RT=RF+RR EHP = RT V = EHPF + EHPR = RF.V + RR.V Efektif güç PE ile de gösterilir: PE = RT V = PE, F + PE, R = RF.V + RR.V

Pmakina=PB= PE/ Genel sevk verimi:hortr ~ % 40 60.

Katamaran teknelerden başka Trimaran, Quandrimaran ve Pentamaran tipi tekneler mevcuttur.Ayrıca SWATH tipi tekneler de dizayn edilmişlerlerdir.