Yunus
Salı, 13 Eylül 2022

Tam çeyrek asır önce bu yazının taslağı çoktan hazırdı ve gidişata bakıldığında sitede ele alınacak ilk konulardan biri olacaktı ama özel bir sebeple iptâl edilmesi gerekti. İki hafta kadar önce genç bir arkadaşla yazışırken aynı konu bir şekilde içeriğe dâhil olunca, yaşanan bu küçük gecikmeden sonra meseleyi tamamlamak artık iyi olur gibi görünüverdi.

Kısa Burunlu Yunus (Delphinus Delphhis)

Resim.1) Bir Reşadiye - Göcek seyri esnasında Marmaris - Rodos arasında orta suda kayığımıza eşlik eden küçük bir kısa burunlu yunus (delphinus delphis) sürüsündekilerden biri, 26 Mayıs 2013, 13:16:34.

Aslına bakılırsa zaman zaman bu konulara giriş mâhiyetinde bâzı ipuçları da verilmişti, örneğin buradaki gibi. Şimdi de biraz daha ayrıntıya inilebilir ki böylece gençler için ufuk açıcı bir etki oluşmasında belki bir nebze olsun katkı sağlanabilir.

Bir kerteriz vermek gerekirse; ingiliz araştrmacı J. Gray tarafından 1935 yılında yazılan ve 1936'da JEB1 dergisinde yayınlanan makale [Resim.1] bu işi görür.

Gray'in çelişkisi ve makâle

Resim.2) Daha sonra Gray'in Çelişkisi olarak adlandırılacak durumun ve bir bakıma yunus derisi üzerindeki çalışmaların kaynağı olan 1935 tarihli makâleden görünüşler. Tamamını genelağ ortamında bulmak kolay, olur da bulanamazsa irtibat kurup alınabilir.


Gray, 1 : 1 ölçekli bir yunus modeli kullanılarak gerçekleştirilen havuz deneyleri sonucunda elde edilen direnç değerlerini, yarış kürekçilerinin ürettikleri güç ve kas kütleleri arasındaki ilişki üzerinden değerlendirerek, zaman içinde Gray'in Çelişkisi olarak adlandırılacak olan durumu ortaya koymuş oldu ki bu noktada kendi özetini Türkçeye çevirmek gerekirse:

  1. Yüzen bir yunusun direnci, aynı hızda çekilen katı bir modelin direncine eşitse, kasları diğer memeli kası türlerinden en az yedi kat daha yüksek bir oranda enerji üretmelidir.
  2. Bir balık ya da yunusa benzeyen modellerin yüzeyinden geçen parçacıkların akışının gözlemlenmesi, canlı hayvanların vücut ve kuyruk yüzgecinin belirgin özelliği olan ritmik hareketlerin, modelin arka ucu yönünde çevredeki su üzerinde hızlandırıcı bir etki yarattığını göstermektedir. Bu tür bir etkinin, vücudun yanından geçen su akışındaki türbülansı önlemesi beklenebilir.
  3. Eğer bir yunusun gövdesinin etrafından geçen su akışı türbülanssız ise, kasın her bir kilosu için üretilen beygir gücü diğer memeli kaslarınınkine yakın olacaktır.
Direnç / Güç arasındaki bu çelişkili durum zaman içinde çeşitli çalışmaları tetikleyerek biyotaklit temelli önemli bir arge sahasının temelini atmıştır ki bu çalışmalar günümüzde de yoğun olarak sürdürülmektedir.

On yıl sonra 1946'da, Otto Max Kramer adlı, çok çeşitli alanlarda çalışan, bir Alman bilimadamı tası tarağı toplayıp Eski Almanya'dan ayrılıp artık Yeni Almanya'ya hizmet etmek üzere gemiyle Bahr-i Muhit'i geçerken gemisine eşlik eden yunusların sürâtlerinden etkilenerek bu konuda da çalışmaya başladı. O dönemde Gray'in makâlesinden haberdar mıydı, belirsiz.

Yunus derisinin kesiti

Resim.3) Yunus derisinin kesitleri. (1) dikey boyuna, (3) dikey enine kesit ve (2)ise AA kesiti. (a) cilt kabartıları, (b) alt deri yükseltileri, (c) iç kabartılar, (d) üst deri katmanı, (e) yağ dokusu.


Kramer hemen 1946'dan başlayarak 1956'ya kadar önce konuyla ilgili mevcut verileri ve çalışmaları inceleyip yunus derisi [Resim.3] üzerine biyolojik incelemelere başladı. Karmaşık bir yapıya sahip yunus derisinin laminar-türbülans geçisinde ve türbülans sınır tabakanın kıvam-esneklik mekanizması yoluyla baskılanması / zayıflatılmasında önemli yetenekleri olduğu öngörüsünde bulundu ve yunus derisinin taklidine dayanan ve yerel akış şartlarına uyum göstereceği varsayımıyla Uyumlu Kaplama olarak adlandırılan bir malzeme sınıfının ortaya çıkmasını sağladı.

Kramer Deneyleri

Resim.4) Kramer'in ilk safha Uyumlu Kaplama deneyleri denizde gerçekleştirildi. Elinde tuttuğu cisim Reichardt kesiti temelinde imâl edilmiş [Resim.4]'de kesiti ve ölçüleri görülebilecek, üzerine uyumlu kaplama uygulanarak suda çekilmek suretiyle direnci ölçülen araçlardan biri.


Böylece 1957'de ikinci ve en önemli safha olan denel çalışmalara geçildi. 1975'e kadar birkaç safha hâlinde ilerleyen süreç sonucunda da Uyumlu Kaplama ve Kıvam-Esneklik teknolojilerinin temeli atılmıştır denilebilir. 1957-60 arasında gerçekleştirilen ilk safha deneyler; dıştan takma motorla sevk edilen bir katamaran kullanılarak [Resim.4] denizde gerçekleştirildi.

Bunun temel sebebi mevcut su tünellerinin (ve deney havuzlarının da) böyle bir çalışma için ihtiyaç duyulan seviyede düşük serbest türbülans seviyesine sahip olmaması, başka bir ifâdeyle akış şartlarının yeteri kadar temiz olmamasıydı. Yeterli temizlikte akış sağlayabilecek ilk su tüneli ise ABD'de 1966'da2 hizmete alınmıştır.

Hemen aşağıdaki [Resim.5] üzerinde en üstte, bu sahada ortaya konan ve Kramer Kaplaması olarak da adlandırılan türünün ilk örneği uyumlu kaplamanın kesti görülebilir. Bu malzeme ve sonrasında geliştirilen diğer bâzı örnekler Reichardt Kesiti temelli çekili yüzen cisimler üzerine kaplanarak istenen ölçümler gerçekleştirilmiştir. Bu arada söz konusu kesiti çizmek isteyen olursa [3] üzerindeki [E.1] eşitliği işini görecektir...

Kramer Uyumlu Kaplamaları

Resim.5) Üstte geliştirilen ilk (1957) Kramer kaplaması. Ortada ilk deniz denemelerindeki çekili direnç ölçümlerinde kullanılan cisimlerden biri. Altta ise ilk bulgulardan sağlanan veriler doğrultusunda 1961-1966 arasındaki ikinci safhada geliştirilerek denenen farklı uyumlu kaplama türlerinde ikisi.


1957-60 arasında tamamlanan ilk safha denel çalışmalardan sonra 1961-66 arasında daha karmaşık denilebilecek uyumlu kaplama türlerinin geliştirilerek tecrübe edildiği ikinci safha gerçekleştirildi. 1967-1975 arasındaki üçüncü safhada ise Sephiye Tahrikli araçların kullanıldığı ve direnç yanında akustik niteliklerin de gözlemlenmeye başlandığı deneyler gerçekleştirldi.

MerdivenDenizaltı ve torpil teknolojilerinde sıçrama yapma ihtimâli bulunan Kramer'in çalışmaları öncelikle donanma çevreleri tarafından dikkâtle tâkip ediliyor ve destekleniyordu. Bu döneme ait ayrıntılı verilere açık-kaynaklar üzerinden ulaşabilmek henüz pek mümkün değildir.

Bu durumda, ulaşılabilen kısıtlı verilerden hareket edilirse; henüz ilk safhada geliştirilen ve Lamiflo markasıyla ticarileştirilen uyumlu kaplama malzemelerinin bilhassa torpiller üzerinde kullanılabilmesi imkânlarının denenmesi amacıyla üçüncü ar-ge safhasında (1964) sephiye tahrikli deniz tecrübeleri de gerçekleştirildi [Resim.6] ve ilgi çekici sonuçlar elde edildi.

Çok katmanlı bir yapıya sahip olan Lamiflo, içindeki boşluğa doldurulan iki farklı sıvı türü ile denendi:

  1. SU
  2. POLYOX
ve elde edilen veriler kaplamasız metal gövde ölçümleri ile karşılaştırıldı.

Çıkan sonuçları hızla ve kabaca özetlemek gerekirse; hazırlanan şartlar altında her iki dolgu ile de Lamiflo direnç artışına sebep oldu! Kaplama 15,4m/sn'nin üzerinde geçiş bölgesinin başa kaymasına sebep oluyordu.

Bununla birlikte Lamiflo-Su ile düşük sürâtlerde, Lamiflo-Polyox ile ise bütün sürâtlerde çıplak gövdeye nazaran, direnç artışına karşın, akış gürültüsü kazancı sağlıyordu.

Uyumlu Kplama ve Gürültü

Resim.6) 1964'de gerçekleştirilen ve uyumlu kaplamanın hidroakustik niteliklerinin incelendiği sephiye tahrikli deniz tecrübelerinde kullanılan araç ve üzerine uygulanan Lamiflo.


Yine de öncü konumundaki Kramer'in 1959'dan başlayarak [8] birkaç sene içinde yayınladığı makâleler Dünya çapında ilgi uyandırmaya yeterli olacaktı.

Kramer yaptığı çalışmalara dayanarak 18m/sn'de %60'a varan direnç kazanıcı beyan ediyor ve bunu sağlayan mekanizmanın; laminer-türbülans geçisini geciktirmesi, Tollmien-Schlichting dalgalarının sönümlenmesi ve sınır tabaka içindeki türbülans seviyesinin zayıflatılması yoluyla işlediğine inanıyordu. Bununla birlikte konuya ilgi duyan diğer araştırmacılar uzun yıllar boyunca Kramer'in elde ettiği sonuçları doğrulayamadı.

Sonra top bir kez daha İngiltere'ye geldi ve 3 yıl süren son derece dikkâtli bir denel çalışma sonunda Gaster tarafından 1987'de yayınlanan makâle ile uyumlu kaplama kuramı doğrulandı. Böylece Tollmien-Schlichting dalgalarının sönümlenmesinin ve buna bağlı olarak geçişin geciktirilmesinin mümkün olduğu ilk kez gösterildi.

Gaster Deneyi

Resim.7) Uyumlu kaplama temelli kuramların doğrulandığı Gaster deneylerinin (1987) taslağı.


1990'ların hemen başında Rus araştırmacılar Semenov ve Kulik, Sovyet torpil teknolojilerinin geliştirildiği en önemli arge merkezlerinden olan Issık Göl'deki (Kırgızistan) denemelerde uyumlu kaplama teknolojisi ile ~%20 civarında direnç kazancı elde edebildiler.

Bütün çalışmalara rağmen yunuslar konusunda anlaşılamamış - çözülememiş hususlar mevcuttur. Buraya kadar bahsi geçen sunî uyumlu kaplamalar yalnızca pasif olarak görev yapmaktadır. Diğer taraftan bâzı araştırmacılar yunusların derilerini ortam şartlarına ve ihtiyaçlarına göre gerçek zamanlı olarak uyarlayabildiğini, gerginliğini değiştirebildiğini ve 7 - 13Hz civarında yüksek genlikle titreştirebildiğini, kısacası yunus derisinin pasif değil aktif bir sistem olduğunu beyan etmektedir. Bu doğrultuda bir biyotaklit için MEMS (Mikro Elektro-Mekanik Sistem) temelli çalışmalar da zâten bir süredir yapılmıyor değil...

Uyumlu kaplamalar konusunda Dünya'nın belli başlı ülkelerinde yoğun olarak çalışılmaya devam edilmektedir. Yine de denizcilik uygulamaları açısından henüz yeterli teknolojik olgunluğa ulaşılabilmiş değildir. Diğer taraftan bu teknolojinin çok geniş bir muhtemel uygulama sahası zarfı mevcuttur.

Buraya kadar mecburen Batılılar tarafından yapılan çalışmalardan bahsedip durduk, gelecekte de böyle olup olmayacağı ise biraz da size bağlı, her ne kadar bir müstemlekede doğmuş ve büyümüş olsak bile, hiç olmazsa özgür ölsek, fena mı olur?

Aslında burada konuyu ancak yüzeysel olarak ele alabildik, bu sebeple en azından ikinci bir bölüm daha gelmeli. Belki önümüzdeki 25 yıl içinde olabilir...

♦ Açıklamalar

1. JEB: 1923'de yayınlanmaya başlayan The British Journal of Experimental Biology adlı yayın. [geri]
2. Penn State Üniversitesinin Garfield Thomas Su Tüneli. [geri]

♦ Kaynaklar

1. Studies in Animal Locomotion VI - The Propulsive Powers of the Dolphin, 1935, J. Gray
2. Review of Compliant Coating Research of M.O. Kramer, 1980, Roger P. Johnson
3. Reichardt kesiti hakkında - https://uskudar/seyir-defteri/mühendislik/akyanın-kellesi.html
4. Drag-reduction for Marine Vehicles: Learning from the Dolphin?, 2008, A(Tony).D. Lucey
5. Flow Noise and Drag Measurements of Vehicle With Compliant Coating, 1964, C. R. Nisewanger
6. Is the dolphin a red herring?, 1987, M. Gaster
7. О граничных условиях на податливой стенке в турбулентном течении, 2013, В.М. Кулик
8. Boundary Layer Stabilization by Distributed Damping, 1959, Max O. Kramer
9. Design Manufacture and Testıng of Compliant Coatings for Reduction of Turbulent Drag, 1984, S.C. Dickinson - J.L. Power - J.J. Eynck
10. Flow-Noise Based on the Matched Shear Impedance Hypothesis, 1999, J.W. Fitzgerald - E. Fitzgerald - J.E. Martin - E.F. Modert
11. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДАТЛИВЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОГО ТРЕНИЯ, 2007, Б.Н. СЕМЕНОВ - Б.Н. СЕМЕНОВ - В.М. КУЛИК - А.Г. МАЛЮГА
 
Telif Hakkı © 1997-2022 [uskudar.biz]
- sürüm 6.0.0 - Bütün Hakları Saklıdır.
Kullanım şartları için tıklayın!