Boşluk
Salı, 09 Mart 2021

Albacore sınıfı [1] araştırma denizaltısı ile elde edilen veri ve tecrübelere bağlı olarak tasarlanan Barbel sınıfı konvansiyonel denizaltılar, diğer hidrodinamik ayrıntılar bir yana, denizaltı pervanesi tasarımı üzerinde de âni bir teknik sıçramaya sebep olmuş ve günümüze kadar geçen zaman diliminde de bu mühendislik sahasını derinden etkilemiştir. Denizaltısı pervanesi teknolojisinin burada bahsi geçen 1950'lerin ikinci yarısındaki seviyesine ise (ki bugün zirve çok daha yukarıdadır) Türkiye bugün bile ulaşabilmiş değildir ve tabii bu utanç verici durumun türlü sebepleri de vardır, mesela [2]'deki gibi vesaire fakat bu kez öyle konular ele alınmayacak...

5 Kanatlı Boşluklu Pervane

Çağdaş denizaltı pervanesi tasarımı ile ilgilenmek söz konusu olduğunda kökten başlamak mantıklı olacağından, 1956-1959 arasından sadece üç adet inşa edilen Barbel sınıfının ilk pervaneleri bu sebeple doğru bir başlangıç noktasıdır ve aynı teknoloji Skipjack sınıfından başlayarak nükleer denizaltılar üzerinden ilerlemiştir.

Aslında Barbel sınıfı için iki temel pervane tasarımından bahsedilebilir ki bunlardan ilki beş kanatlı, yüksek çalıklı ve sert uçlu nitelikleriyle öne çıkan öncü bir tasarımdır. Ulaşılabilen bütün veriler değerlendirilerek, tâkip edecek çeşitli çalışmalarda kullanılabileceği de umulan bu pervanenin oldukça hassas bir gerçek ölçekli 3B modeli, hemen yukarıdaki resimde görülebildiği üzere hazırlanabildi. Tabii ki gerçek Barbel pervanelerinin içinde bu resimdeki gibi bir boşluk yok ama o konuya aşağıda değineceğiz.

Pervane teknolojisi açısından en az tasarım kadar önemli ve zorlu iki bileşen daha mevcuttur; malzeme ve imâlât teknolojileri. Son yıllarda bu alanda ilgi çekici gelişmeler de yaşanmaktadır. Örneğin üç sene kadar önce Hollanda'da [3] ilk kez bir metal gemi pervanesi yazıcıdan çıkmıştı ve geçen sene ise bu kez Fransa'da [4] ilk boşluklu pervane kanadı, katmanlı imalât teknolojisi ile üretildi. Bu ikincisi henüz gerçek ölçekli bir üretim olmasa da potansiyelin ortaya konması mümkün oldu ki artık bu tür pervanelerin yakın gelecekte Fransız DSH gemileri üzerinde denenmeye başlanacağı beklenebilir.

Aslında gemi pervanelerinin kanatlarının içinin boşaltılması fikri yeni değildir. Bununla birlikte özellikle askerî nitelikler söz konusu olduğunda böyle bir imalâtı yeterli hassasiyetle ve etkinlikte gerçekleştirebilmek mümkün olamıyordu, 3B metal yazıcıların ortaya çıkmasıyla ise bu konu artık uygulanabilir görünmeye başladı. Yine de söz konusu donanım teknolojisinin henüz (böyle bir amaç için) yeterli olgunluğa ulaşmadığı ve çözümün biraz daha zaman alabileceği söylenebilir.

Konuya hızlı bir giriş için yukarıda bahsi geçen beş kanatlı denizaltı pervanesi kullanılabilirdi. İlk safhada; bu pervanenin kanatları içinde kanat boyunun ~%90 boyunca devam eden ve [Resim.1] üzerinde kesiti görülebilen bir boşluk uygulandı ve dolu ve boşluklu kanatlar için bir (kuru) doğal frekans karşılaştırılması yapıldı.

Fakat pervanenin karmaşık eğriliğe sahip yüzeylerinde, ithâl edilmiş bir .step dosyası üzerinden uygun bir hesaplama örgüsü oluşturabilmek bezdirici bir iş hâline geldi. Bu amaçla Gmsh önişlemcisi kullanıldı. Aslında birinci derece sonlu eleman örgüsü elde edebilmek pek zor olmadı fakat bu tür amaç için ikinci derece örgü kullanmak gerekliydi ki işte bu beklenmeyecek kadar zordu.

Nihâyet ikinci derece önişlem tamamlanabildiğinde doğal frekans hesapları için Calculix kullanılarak [Resim.3] üzerindeki özet sonuç elde edildi, hemen yanda görüldüğü gibi de boşluklu pervane için ilk mod şekli (~74Hz) ortaya çıktı.

Doğru, bu sadece boşlukta bir pervane ve asıl ihtiyacımız olan ıslak titreşim fakat bildiğiniz gibi o mesele biraz zahmetli ;) evet süt severim ama kamyoncu değilim, yine de belki o konuya daha sonra eğilebiliriz.

Şimdilik sâdece dolu ve boşluklu kanatlara sahip eşdeğer bir pervanenin doğal frekans davranışlarının ancak nitelik açısından bir karşılaştırması yapılabildi. Su, yük vs. gibi etkiler ihmâl edildi, yine de bu pervanelerin su içindeki doğal frekanslarının (dolu kanat için) kabaca ~%35-45 daha aşağılarda seyredeceği tahmin edilebilir.

 title=

Resim.3) Beş kanatlı Barbel sınıfı denizaltı pervanesinin, kanatları boşaltılmış bir türeviyle, ilk yedi temel mod için Calculix ile elde edilmiş kuru doğal frekansların karşılaştırılması.


Denizaltı pervanelerinin, taktik hızlarda ~1Hz'in altında çalıştığı düşünüldüğünde, pervane titreşimleri açısından temel tehlikenin akış-yapı etkileşimi kaynaklı hidro-esnek etkiler olacağı anlaşılabilir. Bu sebeple pervane kanatlarının boşluklu olarak imâl edilebilmesi söz konusu olduğunda, gerek kanat ağırlık dağılımının çok daha iyi bir şekilde gerçekleştirilebilmesi, gerekse kanat içinde yüksek sönümlü malzemeler kullanabilmesi gibi yeni imkânlar ile denizaltı pervanesi tasarımında yeni bir sıçrama yaşanabilmesi söz konusu olabilir.

Dolayısıyla bilhassa denizaltı pervanelerin gürültü açısından eniyilemesi için hidrodinamik yanında, hidromekanik etkilerin bir arada değerlendirilmesi ihtiyacının artık iyice artacak olması sebebiyle başarılı bir tasarım için yeni yöntem ve yaklaşımların geliştirilmesine de ihtiyaç olacaktır, her ne kadar bizimkilerin gönlü; pervanelerin ebedîyen nemçelilerden satın alınması yönünde olsa da...

♦ Kaynaklar

1. Albacore denizaltısı hakkında - http://uskudar.biz/mühendishane/makaleler/albacore-agss-569-denizaltı-tarihinde-önemli-bir-aşama.html
2. Bir iki pervane hikâyesi - http://uskudar.biz/seyir-defteri/acayip-mevzular/oyun-içinde-oyun-bir-iki-pervane-hikâyesi.html
3. 3B yazıcıdan çıkan ilk gerçek gemi pervanesi hakkında - http://uskudar.biz/seyir-defteri/donanım/teknolojiyi-doğrudan-yazmak.html
4. Yazıcıdan çıkan ilk boşluklu pervane hakkında - https://www.3dprintingmedia.network/naval-group-and-centrale-nantes-print-worlds-first-hollow-propeller-blade/
 
Telif Hakkı © 1997-2021 [uskudar.biz]
- sürüm 6.0.0 - Bütün Hakları Saklıdır.
Kullanım şartları için tıklayın!