Numerical investigation of the effect of free surface and depth on flow-induced noise in a submarine form
Serbest yüzey ve derinlik etkisinin bir denizaltı formundaki akış kaynaklı gürültüye etkisinin sayısal incelenmesi
- Tez No: 919682
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET GÜLTEKİN AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Hidrodinamik gürültü, denizaltıların gizliliğini koruyarak düşman sonarlarına karşı tespit edilme riskini azaltmak ve operasyonel güvenlik sağlamak için kritik öneme sahiptir. Ayrıca, deniz ekosistemleri üzerinde olumsuz etkiler yaratarak su altı canlılarının davranışlarını ve yaşam alanlarını tehdit edebilir. Bu nedenle, gürültünün doğru tahmini ve azaltılması, hem askeri stratejiler hem de ekolojik denge için hayati bir gerekliliktir. Literatür çalışmaları, denizaltılar tarafından üretilen gürültünün üç ana kaynağa ayrıldığını göstermektedir: makine gürültüsü, pervane gürültüsü ve hidrodinamik (akış) gürültüsü. Hidrodinamik gürültü, genellikle diğer gürültü kaynaklarına kıyasla daha düşük seviyede olsa da denizaltı hızı arttıkça etkisi önemli ölçüde artmaktadır. Bu durum, akış kaynaklı gürültünün genel akustik imzaya olan katkısının incelenmesini kritik hale getirmektedir. Bu çalışmada, DARPA AFF-8 denizaltı modeli üzerinde yapılan hesaplamalarla hidrodinamik gürültünün derinlik ve hız gibi parametrelerle nasıl değiştiği incelenmiştir. Ticari bir HAD yazılımı olan Siemens STAR-CCM+ kullanılarak URANS denklemleri sonlu hacimler yöntemiyle ayrıklaştırılmış ve çözülmüştür. İlk aşamada, denizaltı etrafındaki akış HAD yöntemleriyle çözülmüş, elde edilen sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Daha sonra, Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) yöntemi kullanılarak denizaltının akustik özellikleri detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Analizler, derinliğin artmasıyla birlikte girdap hacimlerinin küçüldüğünü ve buna bağlı olarak akustik gürültü seviyesinin azaldığını göstermiştir. Hızın artması durumunda ise türbülans şiddetinin yükseldiği ve bunun akustik gürültü seviyelerini artırdığı tespit edilmiştir. Denizaltı serbest su yüzeyine yakın olduğunda, artan hızla birlikte baskın frekans genliği yüzeyle etkileşimlerden dolayı artar. Aynı hızda daha derine inildikçe, yüzey etkileri azaldığı ve akış stabilize olduğu için baskın frekans azalır. Bu durum, derinlik ve hızın akustik özellikler üzerindeki etkisini vurgulamaktadır. Sonuç olarak, bu çalışma, derinlik ve hız gibi akış parametrelerinin hidrodinamik gürültü üzerindeki etkilerini ortaya koymuş ve bu bulgular, denizaltıların gürültü seviyelerinin azaltılmasına yönelik stratejilerin geliştirilmesi için önemli veriler sağlayabilecektir.
Özet (Çeviri)
Hydrodynamic noise is critical for submarines to maintain stealth and reduce the risk of detection by enemy sonar systems, ensuring operational security. It also has adverse effects on marine ecosystems, threatening the behavior and habitats of underwater species. Therefore, accurate prediction and mitigation of noise are essential for both military strategies and ecological balance. Literature studies indicate that noise generated by submarines is classified into three main sources: machinery noise, propeller noise, and hydrodynamic (flow) noise. While hydrodynamic noise is generally at a lower level compared to other sources, its impact increases significantly as submarine speed increases. This makes the examination of flow-induced noise's contribution to the overall acoustic signature crucial. In this study, the variations of hydrodynamic noise with parameters such as depth and speed were investigated using the DARPA AFF-8 submarine model. The URANS equations were discretized and solved using the finite volume method within the commercial CFD software Siemens STAR-CCM+. Initially, the flow around the submarine was solved using CFD methods, and the results were validated by comparison with experimental data. Subsequently, the acoustic characteristics of the submarine were analyzed in detail using the Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) method. The analyses showed that as depth increases, vortex volumes decrease, leading to a reduction in acoustic noise levels. Conversely, an increase in speed intensifies turbulence, resulting in higher acoustic noise levels. When the submarine is near the free surface, the dominant frequency amplitude increases with higher velocities due to intensified flow disturbances. As it moves deeper at the same velocity, the dominant frequency decreases as surface effects diminish and the flow stabilizes. This underscores the impact of depth and velocity on acoustic characteristics. In conclusion, this study highlights the effects of flow parameters such as depth and speed on hydrodynamic noise. These findings may provide critical data for developing strategies to reduce submarine noise levels effectively.
Benzer Tezler
- Serbest yüzey yakınına yerleştirilmiş silindirler etrafında akış ve ısı geçişinin incelenmesi
Investigation of flow and heat transfer around cylinders located near the free surface
ÖZGE YETİK
Doktora
Türkçe
2018
EnerjiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECATİ MAHİR
- Numerical investigation of natural convection in dmlm process
Katmanlı imalatta doğal taşınımın sayısal incelenmesi
BERK ÖZADA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI
- Serbest su yüzeyine yakın derinlikteki denizaltının manevra sorunlarının incelenmesi
Investigation of maneuver problems of submarines close to the free surface
KAĞAN YÜCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEVRİM BÜLENT DANIŞMAN
- Gemilerde bünyesel titreşimlerin incelenmesi
An investigation on the structural vibration behaviour of ships
REYHAN ÖZSOYSAL
Doktora
Türkçe
2004
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ALİ İHSAN ALDOĞAN
- Hidrofoillerde derinlik ve kat-kat etkisinin incelenmesi
An Investigation of depth and cascade effect on hydrofoils
AYDIN ŞALCI