The effect of bilge keel on the roll motion of a naval destroyer
Bir savaş gemisinin yalpa hareketi üzerinde yalpa omurgasının etkisi
- Tez No: 911934
- Danışmanlar: PROF. DR. KADİR SARIÖZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Bu yüksek lisans tez çalışmasında gemi yalpa hareketlerini sönümleyen sistemler incelenmiş ve DTMB 5415 destroyer formu ele alınarak bir yalpa sönümlendirme sistemi olarak yalpa omurgasının yalpa hareketindeki etkinliği parametrik olarak incelenmiştir. Yalpa hareketi, geminin stabilize olmasını zorlaştıran, hem operasyonel hem de güvenlik açısından ciddi riskler taşıyan bir hareket türüdür. Geminin yalpa yapması, yük dengesi üzerinde olumsuz etkiler yaratabilir ve bu da gemi yükünün zarar görmesine yol açabilir. Yalpa hareketleri aynı zamanda gemi personelinin çalışma verimliliğini düşürebilir ve gemi içindeki ekipmanların hasar görmesine neden olabilir. Yalpa sönümleme sistemlerinin gelişimi, denizcilik sektöründe önemli bir ilerleme kaydetmiştir. İlk yalpa sönümleme sistemlerinden biri, serbest yüzey tanklarıyla William Froude tarafından geliştirilmiştir. Froude, serbest yüzey tankları kullanarak gemi yalpa hareketlerini kontrol altına almayı başarmış ve bu alandaki ilk önemli adımlardan birini atmıştır. Daha sonraki yıllarda, U tipinde pasif yalpa tankları Frahm tarafından tanıtılmıştır. Frahm'ın bu yenilikçi tasarımı, yalpa sönümleme sistemlerinin gelişimine önemli bir katkı sağlamış ve denizcilik sektöründe büyük yankı uyandırmıştır. Yalpa omurgalarının kullanımı ise 20. yüzyılın başlarına kadar uzanmaktadır. Yalpa omurgaları, gemi stabilizasyonunu sağlamak için basit ve etkili bir yöntem olarak kabul edilmiştir. Fin stabilizerlerin kullanımı ise 1930'lu yıllarda başlamış ve bu sistemler zamanla denizcilik endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Fin stabilizerlerin avantajları, bu sistemlerin gelişimini hızlandırmış ve günümüzde birçok farklı tipte deniz aracı için tercih edilen bir stabilizasyon sistemi haline gelmiştir. Savaş gemileri gibi özel amaçlı deniz araçlarında, yalpa hareketlerinin etkisi çok daha kritik olabilir. Yalpa hareketi, savaş gemilerinde yer alan silah sistemlerinin isabet oranını olumsuz etkileyebilir ve geminin operasyonel verimliliğini azaltabilir. Bu durumda, geminin görev kabiliyeti önemli ölçüde azalabilir. Özellikle savaş operasyonlarında, yalpa hareketlerinin kontrol edilememesi, geminin stratejik avantajını kaybetmesine neden olabilir. Ayrıca savaş gemilerindeki helikopter ve uçakların iniş-kalkış operasyonları da bu hareketlerden olumsuz etkilenebilir. Yalpa hareketinin kontrol altına alınması, hem operasyonel verimliliği artırmak hem de gemi içi ekipmanların ve personelin güvenliğini sağlamak açısından önemlidir. Bu sistemler, aktif ve pasif yalpa sönümleme sistemleri olarak iki ana kategoriye ayrılmaktadır. Aktif ve pasif sistemler, farklı çalışma prensiplerine sahip olsalar da, her ikisinin de amacı gemi yalpa hareketlerini minimum seviyeye indirmektir. Pasif sistemler, genellikle dışarıdan bir müdahale gerektirmeden, geminin yapısal özellikleri veya iç mekanizmaları kullanılarak yalpa hareketlerini azaltmayı amaçlar. Aktif sistemler ise, geminin yalpa hareketlerine anında müdahale ederek bu hareketleri kontrol altına almayı hedefler. Tez çalışmasında bu sistemlerin işleyişi detaylı bir şekilde ele alınmıştur. Pasif yalpa sönümleme sistemleri, geminin yalpa hareketlerini herhangi bir dış müdahale olmadan, yapısal veya mekanik unsurlar kullanarak sönümlemeye çalışır. Bu sistemlerin en bilinen örneklerinden biri, yalpa omurgalarıdır. Yalpa omurgaları, geminin iki yanına yerleştirilen ve yalpa hareketini azaltmaya yarayan sabit yüzeylerdir. Bu omurgalar, gemi gövdesine eklenerek yalpa hareketlerini kontrol altına alır. Yalpa omurgaları imalat açısından avantajlıdır. Özellikle maliyet etkin bir çözüm sunarlar ve bu nedenle sıkça tercih edilirler. Yalpa omurgalarının bir diğer önemli avantajı ise, pasif bir sistem olmalarına rağmen, farklı hızlarda etkin performans gösterebilmeleridir. Bu özellikleri sayesinde, savaş gemilerinde aktif stabilizasyon sistemleriyle birlikte kullanılarak, geminin yalpa hareketlerini minimuma indirmeye yardımcı olurlar. Pasif sistemler arasında yer alan bir diğer önemli çözüm ise pasif yalpa önleyici tanklardır. Bu sistemler, geminin içine yerleştirilen tanklar aracılığıyla yalpa hareketlerini dengelemeyi amaçlar. Tankların içine doldurulan sıvı, gemi yalpa yaptığında karşı tarafa doğru hareket eder ve bu hareket, geminin yalpa dengesini sağlamada yardımcı olur. Pasif yalpa önleyici tanklar, özellikle büyük deniz araçlarında sıkça kullanılır ve geminin genel stabilitesini artırmada etkili bir rol oynarlar. Bu sistemler, herhangi bir aktif müdahale gerektirmeden, gemi hareketlerine otomatik olarak yanıt verir ve bu sayede yalpa hareketlerini sönümlemede etkin bir rol oynar. Aktif yalpa sönümleme sistemleri ise, geminin yalpa hareketlerini aktif bir şekilde kontrol altına almayı hedefleyen daha gelişmiş sistemlerdir. Bu sistemler, genellikle elektronik veya mekanik bileşenler yardımıyla gemi hareketlerine anında müdahale ederler ve yalpa hareketlerini minimuma indirirler. Aktif sistemler arasında en bilinenlerinden biri, cayro stabilizerlerdir. Cayro stabilizerler, özellikle düşük hızlarda veya gemi demirlediğinde dahi yalpa hareketlerini etkin bir şekilde kontrol altında tutabilirler. Bu sistemler, tamamen kapalı bir sistem olarak çalışır ve dışarıdan gelebilecek hasarlardan korunurlar. Cayro stabilizerlerin bu kapalı sistem yapısı, geminin dış etkenlerden etkilenmeden stabilizasyon sağlayabilmesine olanak tanır. Özellikle lüks yatlar ve askeri gemilerde cayro stabilizerlerin tercih edilmesinin sebeplerinden biri, bu sistemlerin sığ sularda da etkin performans gösterebilmesidir. Bir diğer aktif sönümleme sistemi, aktif yalpa önleyici tanklardır. Bu sistemler, pasif tankların aksine, aktif bir müdahale mekanizması ile çalışır ve gemi hareketlerini aktif olarak dengelemeye çalışırlar. Gemi yalpa yaptığında, tank içindeki sıvıların hareketi aktif olarak kontrol edilir ve bu hareket, geminin yalpa dengesini sağlar. Bu sistemler, özellikle büyük deniz araçlarında tercih edilir ve açık deniz koşullarında etkin performans gösterirler.Fin stabilizerler ise, aktif yalpa sönümleme sistemleri arasında en yaygın olarak kullanılan sistemlerden biridir. Bu sistemler, geminin gövdesine monte edilen kanatlar aracılığıyla çalışır. Fin stabilizerlerin en büyük avantajı, geminin hareketlerini dengeleme için suyla etkileşime giren yüzeysel kanatlar kullanmalarıdır. Bu sayede, gemi yalpa hareketi yaptığında, fin stabilizerler devreye girerek bu hareketi dengelerler. Fin stabilizerlerin etkinliği, geminin hızına ve dalga koşullarına bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Ancak bu sistemler, zorlu deniz koşullarında dahi etkili bir stabilizasyon sağlayabilirler. Fin stabilizerlerin bir diğer önemli avantajı, katlanabilir versiyonlarının da mevcut olmasıdır. Bu sistemler, kullanılmadıkları zaman gemi içine katlanarak çekilebilir ve bu sayede gemi dışına ek direnç oluşturmazlar. Katlanabilir fin stabilizerler, özellikle dar alanlarda veya sığ sularda seyir yaparken büyük avantaj sağlarlar. Günümüzde fin stabilizerler, yat endüstrisinden ticari gemilere kadar birçok farklı tipte deniz aracı için tercih edilen bir stabilizasyon sistemi haline gelmiştir. Bu sistemler yüksek maliyetli olmasına rağmen, sundukları etkin performans sayesinde tercih edilmektedirler. Dümen kontrollü stabilizerler, aktif yalpa sönümleme sistemleri arasında yer alan bir diğer önemli sistemdir. Bu sistemler, geminin dümenini kullanarak yalpa hareketlerini kontrol etmeyi amaçlar. Dümen kontrollü sistemler, genellikle düşük hızlarda etkili olsalar da, demirleme sırasında yeterli performansı sağlayamayabilirler. Bununla birlikte, bu sistemlerin en büyük avantajı, gemi içinde ek hacim kaplamamaları ve fazladan donanım ağırlığı oluşturmamalarıdır. Bu özellikleri sayesinde, dümen kontrollü sistemler gemi tasarımında esneklik sağlar ve gemi içindeki yerleşim alanının daha verimli kullanılmasına olanak tanır. Bu tez çalışmasında, ilerleyen bölümlerde validasyon analizi ve parametrik analizleri gerçekleştirebilmek maksadıyla viskoz etkilerin analizlerde hesaba katılabilmesi için Ikeda'nın viskoz yalpa sönümleme metodu kritik sönümleme metodu ile birlikte detaylı olarak incelenmiştir. Ikeda metodu kullanılarak kritik yalpa sönümleme metodu ve hesaplama yöntemleri detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Bahse konu viskoz etkiler AQWA© programına tanımlandığında, yapıya ait yalpa değerleri olması gereken değerlere oldukça yakın seyretmektedir. Çalışmanın müteakip bölümlerinde, yalpa omurgasının yalpa sönümleme üzerine etkisini incelemek maksadıyla farklı yalpa omurga geometrileri kullanılarak DTMB 5415 model çıplak tekne üzerinde parametrik analizler yapılmıştır. Parametrik analizlere başlanmadan önce 3-B panel yöntemi tabanlı AQWA© yazılımının doğrulanması amacıyla DTMB 5415 model çıplak tekne deneysel yalpa sönümleme sonuçları, AQWA© 'da analizi yapılan DTMB 5415 çıplak tekne modeli sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve son derece olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Doğrulama çalışmasının tamamlanmasına müteakip DTMB 5415 model gemisinin sahip olduğu yalpa omurgasından faydalanılarak toplamda 6 farklı yalpa omurgası ile AQWA© yazılımı kullanılarak parametrik analizler yapılmıştır. Bahse konu parametrik analizlerde yalpa omurgalarının açısı, genişliği ve uzunluğu sistematik olarak değiştirilmiş ve model gemi bahse konu yalpa omurgaları ile farklı hızlarda analize tabi tutulmuştur. Yapılan analizler yalpa omurgasının genişlik, uzunluk, açı gibi parametrelerinin bireysel olarak incelenmesinin eksik bir çalışma olacağı, yapılan çalışmalarda bahse konu tüm parametrelerin hesaba katılarak analiz yapılması gerektiği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this master's thesis, ship roll damping systems have been examined, and the effectiveness of bilge keel as a roll damping system has been parametrically evaluated using the DTMB 5415 high speed displacement hull form. Roll motions pose a range of problems that can adversely affect the performance of marine vessels. These motions can cause damage to the ship's cargo, decrease crew efficiency, and negatively impact weapon systems on warships. Additionally, roll motions can create issues during aircraft and helicopter landings and takeoffs on warships and reduce the accuracy of weapon systems. Systems used to control roll motions are generally categorized into two main types: active and passive roll damping systems. These systems aim to reduce roll motions through various methods. The roll damping measures discussed are as follows: Passive roll damping systems include bilge keels and passive roll reduction tanks. Bilge keels are a traditional, cost-effective method that effectively dampens roll motions. They are simple to manufacture and are often combined with active systems on warships. Passive roll reduction tanks, on the other hand, achieve roll damping by balancing the movement of liquids within the vessel. Active roll damping systems feature gyro stabilizers, active roll reduction tanks, fin stabilizers, and rudder-controlled stabilizers. Gyro stabilizers are highly effective at low speeds and during anchorage, as they operate within a fully enclosed box, protecting them from external damage. This design allows for safe navigation in shallow waters. Active roll reduction tanks actively balance the ship's motion, while fin stabilizers mitigate rolling caused by waves or external forces. These stabilizers use sensors and control systems to dynamically adjust their fins, ensuring effective roll damping. Fin stabilizers must remain submerged during ship inclination, be located in protected areas of the hull, and minimize water flow disturbance. To address collision risks, foldable fins have been developed, allowing retraction when not in use. Despite their high cost, fin stabilizers are highly efficient, particularly in challenging sea conditions, and are widely used on various vessels, including yachts, cruise ships, warships, and cargo ships. Additionally, they must be installed in a manner that does not disturb the water flow. Active fin stabilizer systems, being mounted on the exterior of the ship, pose a collision risk; thus, foldable fins have been developed. These foldable fins can be retracted into the vessel when not in use, thereby minimizing additional resistance to the ship. Fin stabilizers are particularly effective in challenging conditions such as head seas and cross seas and are considered the most efficient equipment for roll damping. Advanced fin stabilizers are now produced for a wide range of vessels, from yachts and cruise ships to warships and commercial cargo ships. Despite their high cost, these systems are preferred for their effective performance. Rudder roll stabilizers use the ship's rudder to balance roll motions. However, they are generally not effective at low speeds and while the ship is at anchor. Rudder-controlled roll stabilization systems are advantageous because they do not add extra weight or volume to the ship. The history of roll damping systems began with William Froude's free surface tanks and Frahm's U-type passive roll tanks. The use of bilge keels extends back to the early 20th century, with fin systems beginning to be employed in the 1930s. In the subsequent sections of the study, parametric analyses have been conducted using different bilge keel geometries on the 5415 model bare hull to investigate the effect of bilge keels on roll damping. Prior to these parametric analyses, a validation was performed by comparing experimental roll damping results of the 5415 model bare hull with results from AQWA© software. This comparison yielded highly favorable results. Ikeda's viscous roll damping method has been thoroughly examined to account for viscous effects in validation and parametric analyses. The Ikeda method has been used to detail and examine the critical roll damping method and calculation techniques. When viscous effects are incorporated into the AQWA© program, the roll values for the structure are found to be very close to the expected values by experiments. Following the completion of the validation work, parametric analyses were performed using AQWA© software with a total of six different bilge keels, utilizing the bilge keels of the DTMB 5415 model ship. In these parametric analyses, the angle, width, and length of the bilge keels were systematically varied, and the model ship was analyzed with these bilge keels at different speeds. The analyses concluded that examining parameters such as the width, length, and angle of the bilge keels individually would be insufficient; instead, all relevant parameters should be considered together in the analysis.
Benzer Tezler
- Gemilerde yalpa sönümleme sistemlerinin incelenmesi
Investigation of ship anti-roll stabilizer systems
CAN TARHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR SARIÖZ
- Yalpa sönümünün gemi kesiti için deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of roll damping for a ship hull section
BURAK YILDIZ
Doktora
Türkçe
2016
Deniz BilimleriYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN YILMAZ
- Gemilerin parametrik yalpa rezonansının 2.nesil stabilite kurallarına göre değerlendirilmesi
Evaluation of parametric roll resonance of the ships according to second generation stability rules
BUĞRA UĞUR YAZICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TAYLAN
- Yalpa omurga geometrisinin sönüm karakteristikleri üzerine etkilerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effects of bilge keel geometry on damping characteristics
HASAN İSLAM ÇOPUROĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Gemi MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE PEŞMAN
- Karadeniz tipi balıkçı gemilerinin form optimizasyonu
Form optimization of the black sea type fishing vessels
DURSUN SARAL
Doktora
Türkçe
2023
Gemi MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN KÖSE