Gemi dalga sisteminin sınırlı bir yüzeyini kullanarak dalga direncinin belirlenmesi

Geminin sakin suda istenilen bir hızda hareket edebilmesi için ihtiyaç duyduğu kuvvet gemi direnci olarak isimlendirilir. Günümüzde bu kuvvet genel olarak motor ya da türbin vasıtasıyla elde edilmekte oradan da pervane ya da sujeti yardımıyla itme oluşturulmaktadır. Bu motor ya da türbinlerin istenilen kuvveti oluşturabilmek için ihtiyaç duydukları yakıt miktarı günümüzde son derece önem kazanmıştır. Bu sebeple geminin servis hızı gibi önemi hız değerlerinde ihtiyaç duyduğu kuvvet miktarının tasarım aşamasında bilinmesi ve o kuvvet seviyesinde optimum olarak çalışacak makine seçimi yapmak verimlilik açısından son derece önemlidir. 1850'li yıllardan beri bu sebeplerle geminin direnç miktarının tasarım aşamasında tahmin edebilme çalışmaları yapılmaktadır. Geminin toplam direnci genel olarak akışkanın viskozitesinden kaynaklı direnç bileşeni ve geminin etrafında ürettiği dalga sisteminin taşıdığı enerjinin sebep olduğu dalga-yapıcı direnç bileşeni olarak ikiye ayrılmaktadır. Dalga direnç bileşenini tekne etrafındaki basınç dağılımının integre edilmesiyle bulunabileceği gibi, geminin etrafındaki dalga sisteminin taşıdığı enerjinin belirlenmesiyle de mümkündür. Enine ve boyuna dalga kesit yöntemleri bahsedilen ikinci tür yöntemlerin başında yer almaktadır. Bu yöntemlerde yöntemin türüne göre gemi hareketinin enine yada boyuna dalga sisteminden kesitler alınarak bu kesitlerin kesit alınan yön boyunca integrasyonu sonucunda dalga direnç değerine ulaşılmaktadır. İkisininde kendine ait dezavantajları olmakla beraber bu çalışmada, öncesinde 2009 yılında Çalışal'ın üzerinde çalıştığı, yüzey alanı metoduyla bu dezavantajlar ortadan kaldırılmak istenmektedir. Bu yöntemde kullanılan dalga direnci ifadesi dalga meyli ifadesi kullanılarak türetilmiştir. Dalga meyli dalga yüksekliğine göre çok daha çabuk sıfıra yakınsayan bir büyüklük olması sebebiyle çok daha kısa x mesafeleri için hesaplamalar yapılarak doğru sonuçlar elde etmek mümkündür. Yüzey alanı yöntemi de dalga meylinin bu özelliğini barındırması hasebiyle boyuna kesit metodunun taşıdığı kesme hatası düzeltmesinden kurtulunmuştur. Bu çalışmada dalga-yapıcı direnç olarak ifade edilen direnç bileşenin tahmini noktasında yüzey alanı metodu (surface-patch) olarak isimlendirilen metod incelenmiştir. Bu yöntemle direnç hesaplanabilmesi için öncelikli olarak gemi etrafındaki dalga sisteminin belli bir alanının dalga yüksekliklerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu sebeple bu çalışmada DTMB-5415 askeri model gemisi, KCS konteynır gemisi ve DTC konteynır gemisinin etrafındaki akış ticari bir HAD yazılımı olan Star CCM+ programıyla viskoz etkiler göz ardı edilerek çözülmüş ve dalga yükseklikleri elde edilmiştir. Bu dalga yükseklikleri yardımıyla yüzey alanı yöntemi kullanılarak boyutsuz dalga direnci katsayıları hesaplanmıştır. Yöntemin doğrulanabilmesi için hesaplanan bu değerler litaratürde var olan model deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmanın sonucunda % 1 lere varan doğruluklar elde edlilmiştir fakat bu doğruluk mertebelerinin yakalanabilmesi için yüzey alanının konumunun özellikle y yönündeki ilk konumun çok dikkatli seçilmesi gereği görülmüştür. Bundan dolayı farklı Froude sayılarında değişken y1 (yüzey alanının boyutsuz y yönündeki ilk konumu) değerleri için araştırma yürütülmüş ve optimum y1 değeri saptanmaya çalışılmıştır. DTMB-5415 için farklı Froude sayılarında hesaplanan değerlerin Froude sayısıyla orantılı olduğu gözlemlenmiştir. Bu sebeple uygun y1 değeri Froude sayısına bağlı bir grafik yardımıyla verilmiştir. Daha sonra KCS gemisinin servis hızında dalga direnç katsayısı değeri hesaplanmış ve DTMB-5415 için belirlenen optimum y1 değerine yakın bir değer olduğu saptanmıştır. Ancak DTC gemisinin servis hızında yapılan hesaplamada bulunan y1 değerinin önerilen y1 değerinden farklı olduğu görülmüştür bu da yöntemin güvenilirliği noktasında soru işaretleri oluşturmuş, farklı tip gemiler için uygun y1 değeri hesaplanmasında daha fazla ve derinlemesine çalışmaların gereğini ortaya çıkarmıştır.