Mortocu Sâlih
Cuma, 01 Kasım 2019

Yükseltilmiş bir periskop için serbest yüzey üzerinde hesaplanan dalga iziGeçtiğimiz günlerde hazır mevzu istem dışı bir şekilde de olsa periskoplara gelmişken buradan yürümek akla yatar gibi olduysa da endişe etmeye(!) pek gerek yok çünkü bundan sonrasında muhtemelen konunun karanlık taraflarına artık temas edilmeyecek.

Sadece, birkaç ayrı başlık altında:

  1. Öncelikle Akışkan Mekaniği
  2. Biraz Katı Mekaniği
  3. Az buçuk Akış-Yapı Etkileşimi
  4. Eğer zaman olursa Radar Kesit Alanı
  5. Belki Hidroakustik

açılarından bâzı periskop tasarım değişkenlerinin kısaca da olsa hesaplamalı ve uygulamalı olarak ele alınması söz konusu olacak gibi görünüyor, neden mi? Vardır belki bir sebebi...

Serbest su yüzeyini delen cisimlerin hareketlerini incelemek doğal olarak gemi/deniz mühendisliğinin temel meselelerinin en başında gelir. Aşikâr olduğu üzere bütün gemiler serbest su yüzeyi ile etkileşime girer. Denizaltılar için ise ancak kısıtlı sürelerle ve özel şartlarda böyle bir etkileşime girme ihtiyacı söz konusudur.

Bu ihtiyaçların başlıcası sualtındaki denizaltının suüstü ile temasını sağlayan direklerin kullanılmasıdır. Söz konusu direklerin türleri temas ihtiyacına göre değişir ve örneğin suüstü ile görsel bir temas sağlayabilmek için temelde optik bir araç olan periskoplar, haberleşme için muhtelif antenler ve dizel jeneratörleri çalıştırmak veya mürettebata temiz hava sağlamak için şınorkeller kullanılır.

Şemsipaşa açıklarından: Silindir etrafında akış, serbest yüzey ve dümensuyu

Resim.2) Bi' ara Şemsipaşa (Üsküdar) açıklarında kullanılan bir şamandıranın yedi-sekiz sene kadar önce kıyıdan çekilmiş fotoğrafı. Burada "serbest yüzeyi delen silindir" durumundaki akışların temel nitelikleri görülebiliyor. Bu yapı açısından Fr için ~0,4 ve Re için ise ~1.0e06 şeklinde bir tahminde bulunulabilir. Ek olarak yapının karinasını kaplamış durumdaki midye ve yosunların akış üzerindeki etkilerinin büyük ve demirli şamandıranın dönmeye serbest olduğu da göz önüne alınmalı.


İlk safhalarda periskoplara odaklanılacak, akış şartları sebebiyle bâzı önemli farklılıklara sâhip olduğu için şınorkel direklerini belki ayrıca ele almak daha uygun olur. Günümüz periskop direklerinin çap ölçüleri; hücum periskopları için 90±10mm ve keşif periskopları için 190±10mm mertebesindedir, belki daha farklı çaplarda periskop direkleri de mevcuttur ama günümüzde genel eğilim bu civardadır denilebilir.

Bu arada merak eden olursa, hücum periskopları daha düşük iz göstermesi için daha nârin tasarlanır ve üretilir, keşif periskoplarının daha yüksek çaplı olması ise onlara daha yüksek bir optik verim ve etkinlik sağlar ki fotoğrafçılığın temel bilgilerine âşinâ olanlar bunun ne demek olduğunu daha kolay anlayacaklardır. Tabii her iki periskop da ihtiyaç hâlinde hem hücum hem de keşif amacıyla kullanılabilir. Taktik şartlara bağlı olarak tercih gemi komutanına aittir.

Periskop direkleri etrafındaki akış ve etkilerini inceleme işi ilerleyen safhalarda hesaplamalı olarak ele alınacak olmakla birlikte ilk aşama doğrulama temelli olmak zorundadır. Bu sebeple önce konuyla ilgili yapılmış deney verilerine ihtiyaç olduğu açıktır. Bununla birlikte bu sahada yapılmış deney verilerine açık kaynaklarda ulaşabilmek pek mümkün değildir ve konuyla ilgili çalışmaların önemli verileri genellikle gizli tutulmaktadır. Yeri gelmişken, eldeki deney imkânlarına rağmen bu doğrultuda ciddi bir denel ar-ge çalışmasının Türkiye toprakları üzerinde bugüne kadar yapıldığını görmüş veya işitmiş değilim...

Silindir Baş Dalgası Yüksekliğinin Froude Sayısına Göre Değişimi  (0<Fr<5)

Silindir Baş Dalgası Yüksekliğinin Froude Sayısına Göre Değişimi (0<Fr<2)

Resim.3 ve 4) Serbest yüzeyi delen silindirler için "Boyutsuz Baş Dalgası Yüksekliği"nin Froude Sayısı'na göre değişimi. Luzûciyeti ihmâl ederek elde edilen Bernoulli yaklaşımının sonuçları ve deney verileri [1] ile karşılaştırılması.
Görüldüğü gibi Fr > ~2,5'den itibaren Bernoulli çözümü giderek gerçeklerden uzaklaşıyor ki beklenen bir durum.


Bu sebeplerle, ihtiyaç duyulan doğrulama çalışmaları için 1947(!) tarihli bir deneyin verilerine müracaat etmekten başka bir çâre kalmadı ki bu verilere bile doğrudan değil ancak dolaylı olarak ulaşılabilmiştir. Her neyse [Resim.3 ve 4] üzerinde A.D. Hay tarafından gerçekleştirilen bu deneyin [1] sonuçlarına ait özet veriler görülebilir.

Serbest yüzeyi delecek şekilde ve yüzeye dik hareket eden daire kesitli silindirlerin etrafında oluşan akış şartları incelenirken ele alınabilecek ilk değişken silindir hücum kenarındaki durma noktasının etkisiyle oluşan baş dalgasıdır. Bu dalganın yüksekliği "ηb", silindir çapı "D" ve Froude Sayısı "Fr" ile ifâde edildiğinde, akışkanın luzûciyetinden kaynaklanan etkiler göz ardı edilirse, Bernoulli çözümüne bağlı olarak "Boyutsuz Baş Dalgası" yüksekliği aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

$$ \begin{aligned} \frac{\eta _{b}}{D} = \frac{Fr^{2}}{2} = \frac{V^{2}}{2gL} \quad\quad\quad\quad\quad (1) \end{aligned} $$

Yukarıdaki grafiklerde görülebildiği üzere bu yaklaşım Fr < ~2,25 için yeterli denebilecek bir hassasiyete sahiptir bununla birlikte daha yüksek Fr değerlerinde, luzûci etkiler kendini iyice göstermeye başladığı için söz konusu eşitlik kullanılamaz. Bu durumda deney sonuçlarına oturtulmuş polinom eğrisi daha gerçekçi ve hızlı sonuçlar elde etmek için kullanılabilir. Yine de deney sonuçlarını iki farklı eğri ile tanımlamak daha iyi bir hassasiyet sağlayabilir,

Önce 0,3 < Fr < 2,0 için (R2=1,0):

$$ \begin{aligned} \frac{\eta _{b}}{D} = -1,54882Fr^{5} + 8,01224Fr^{4} - 14,4964Fr^{3} + \\ \cr 11,491Fr^{2} - 3,45561x + 0,373533 \quad\quad\quad\quad\quad (2) \end{aligned} $$

Ve 2,0 < Fr < 5,0 için (R2=0,9986):

$$ \begin{aligned} \frac{\eta _{b}}{D} = 0,00281692Fr^{5} - 0,007080874Fr^{4} - 0,194815Fr^{3} + \\ \cr 1,28664Fr^{2} - 0,971377x + 0,276348 \quad\quad\quad\quad\quad (3) \end{aligned} $$

Bu noktada belirtmek gerekir ki yukarıda kullanılan ölçümlerin elde edildiği deneyler sadece silindirin çektiği suyun, çapının iki katı olduğu durum içindir. Gerçek periskoplar için "çektiği su / çap" oranı ise çok daha yüksektir ve bu husus serbest yüzeydeki oluşumları etkilemesi açısından önemlidir. İlâve olarak denizaltı direklerinin bağlı olduğu kulenin de serbest su yüzeyinin dinamik davranışı üzerinde doğrudan etkisi mevcuttur.

Fakat ilk safhalarda sâdece silindir-serbest yüzey etkileşimi konusunda kullanılacak hesaplamalı çözüm yöntemlerinin doğrulanmasına odaklanılacağı için ve elde daha başka deney verisi de olmadığı için bu malzemeler yeterli kabûl edilebilir.

♦ Kaynaklar

1. Flow About Semi-submerged Cylinders of Finite Length, 1947, A.Donald Hay
 
Telif Hakkı © 1997-2020 [uskudar.biz]
- sürüm 6.0.0 - Bütün Hakları Saklıdır.
Kullanım şartları için tıklayın!