Simülatör Uygulaması Amaçlı Gemi Sevk Sistemi Parametrik Tasarımı


Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Deniz Ulaştırma Mühendisliği, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2015

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: NAZ GÖRENER

Danışman: Ismail Çiçek

Özet:

Gemiler, suyun üzerinde dinamik olarak seyreden ve içerisinde birçok operasyon işlemi barındırdan yüzer sistemlerdir. Gemilerde özellikle makine dairelerinde çalışacak personelin eğitimi çoğunlukla büyük öenm arz etmektedir. Okullarda verilen teorik eğitimler ve laboratuvar çalışmalarının yetersiz kalması, ana makine dairesi simülatörlerine ihtiyaç duyulmasına neden olmaktadır. Birçok öğrenci mezun olup, gemilerde çalışmaya başlamadan önce gerçek bir ana makine operasyonuna katılma fırsatı bulamamaktadır. Bu da öğrenci eğitiminde simülatörlerinin ne kadar önemli olduğunu gösterir niteliktedir.

Bu tez çalışması, Türkiye’ de daha önce yerli olarak üretimi gerçekleştirilmemiş olan, gemi ana makine simülatörü geliştirilmesine yönelik Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından desteklenen 0531,STZ.2013-2 nolu San-Tez projesinin bir parçasıdır. Çalışmanın amacı, ana makine simülatörü geliştirilmesi için gerekli olan sevk sistemi tasarımına yönelik pervane tasarımı, moellenmesi ve hidrodinamik performans analizlerinin gerçekleştirilmesidir. Çalışma kapsamında öncelikle bir sevk sistemi tasarımı için gerekli olan bilgilerin edinilebilmesi için deneysel veriler incelenmiş ve sevk sisteminin özellikleri, hedef gemi, tasarlanacak pervane özellikleri belirlenmiştir. Ana makine simülatörleri ve sevk sistemlerine yönelik geniş çaplı bir literatür araştırması yapılmıştır. Bu araştırmalar sırasında daha önce yapılmış simülatör çalışmalarında sevk sistemleri ve pervaneler üzerinde akışkanlar dinamiği yöntemleri kullanılarak pervane performansının belirlendiği ve simülatör sistemlerinde kullanıldığına dair bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu tez çalışmasını literatürde yer alan diğer çalışmalardan ayıracak en büyük özellik ve nitelik bu olacaktır.

Pervane tasarımı gerçekleştirilecek hedef gemi belirlendikten sonra, gemi toplam direncinin belirlenmesi için Maxsurf Hullspeed modülü kullanılmıştır. Bu çalışmanın yanı sıra simülatörde kullanılmak üzere Matlab kullanılarak gemi direncinin belirlenmesine yönelik bir kod oluşturulmuştur. Geliştirilen bu kod, farklı boyutlarda hedef gemiler için simülatör sevk sisteminin güncellenebilmesi ve değiştirilebilmesine olanak sağlayacaktır.

Gemi toplam direnci ve ana makine seçimi gerçekleştirildikten sonra pervane tasarım yöntemleri incelenmiş olup, en verimli pervanenin tasarlanabilmesi için gemi gövdesine uygun özel tasarım yöntemleri kullanılarak yüksek verimli bir pervane tasarımı üzerinde çalışılmıştır. Çalışma kapsamında tasarlanan pervanenin hidrodinamik performansının belirlenmesi ve verimliliğinin ölçülebilmesi için Computational Fluid Dynamics (CFD), türkçe ifadesiyle Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılmıştır. Kullanılacak yöntemin doğruluğunun belirlenebilmesi için öncelikle literatürde açık su test sonuçları bulunan standart test pervaneleri (DTMB 4119 ve VP 1304) üzerinde analizler gerçekleştirilmiş olup, tüm analiz ayrıntıları ve sonuçlarına bu tez çalışmasında yer verilmiştir. Pervanelerin validasyon çalışmasının gerçekleştirilmesinin ve hata paylarının belirlenmesinin ardından simülatöre yönelik tasarlanan pervanenin CFD analizleri gerçekleştirilmiştir.

Tasarlanan pervanenin analizleri gerçekleştirilirken daha önceden elde edilmiş gemi seyrine ait deneysel veriler kullanılmıştır. Analizlerde kullanılmak üzere, gaz kolunun farklı pozisyonları için, gemi hızı, pervane devri gibi girdi değerleri elde edilmiştir. Kullanılan analiz girdileriyle gerçekleştirilen analizler sonucunda tasarlanan pervaneye ait itme ve tork değerleri kaydedilmiştir. Bu değerler kullanılarak İtme ve tork katsayıları değerleri hesaplanmış olup, pervane verimi değerine ulaşılmıştır. Analizler sonucunda elde edilen tğm bu değerler ile tasarlanan sevk sisteminin gemiye uygunluğu ve pervane hidrodinamik performansı belirlenmiştir. Tasarım ve analizler sonucunda ortaya çıkan pervanenin hedef gemiye uygun ve yüksek verimle çalışabilecek bir sistem olduğuna karar verilmiştir. Yapılan tasarım ve analiz çalışmalarının ardından deneysel verileri mevcut pervanenin performansı ile karşılaştırılan yeni pervanenin geminin ileri yöndeki seyri esnasında daha yüksek itme ürettiği ve ana makineden daha az tork çektiği gözlemlenmiştir. Böylelikle yeni tasarlanan pervane ile daha az makine gücüne gereksinim duyulacaktır. Yapılan bu çalışma, ileri yöndeki gemi seyri sırasında tasarlanan yeni pervanenin mevcut pervaneden daha verimli çalıştığını kanıtlar niteliktedir.