Çalıklık |
24
|
36.5
|
60
| CAD çizimi |
|
|
|
Von-Mises (N/mm²)
| |
E. Y.
|
O.Y.
|
B. Y.
|
E. Y.
|
O.Y.
|
B.Y.
|
E. Y.
|
O.Y.
|
B.Y.
|
270
|
67.0
|
42.6
|
62.3
|
86.3
|
78.3
|
93.3
|
133.0
|
115.0
|
155.0
|
342
|
77.1
|
49.9
|
73.1
|
102.0
|
79.6
|
109.0
|
127.0
|
114.0
|
150.0
|
54
|
143.0
|
65.0
|
135.0
|
141.0
|
111.0
|
151.0
|
121.0
|
109.0
|
137.0
|
126
|
110.0
|
69.7
|
111.0
|
147.0
|
132.0
|
166.0
|
274.0
|
232.0
|
314.0
|
198
|
68.6
|
44.0
|
64.0
|
87.8
|
86.4
|
101.0
|
145.0
|
129.0
|
168.0
|
Maks. Yer Değiştirme (mm)
|
270
|
19.4
|
27.1
|
70.4
|
342
|
23.6
|
32.5
|
67.9
|
54
|
38.1
|
49.8
|
59.1
|
126
|
32.8
|
47.2
|
148.0
|
198
|
19.6
|
27.6
|
77.2
|
Maks. Kesme Gerilmesi (N/mm²)
|
270
|
25.0
|
18.6
|
-31.0
|
-35.5
|
-38.4
|
-45.1
|
-52.5
|
-52.6
|
-59.8
|
342
|
27.8
|
21.8
|
-35.9
|
-34.8
|
-38.6
|
-45.8
|
-50.6
|
-51.6
|
-59.3
|
54
|
40.5
|
28.4
|
-50.9
|
-46.6
|
-54.0
|
-65.2
|
-45.7
|
-49.0
|
-58.0
|
126
|
40.7
|
30.4
|
-55.3
|
-58.7
|
-64.3
|
-75.3
|
-107
|
-101
|
-116
|
198
|
25.8
|
19.0
|
-31.9
|
-39.5
|
-42.5
|
-49.4
|
-59.5
|
-59.7
|
-67.8
|
Tablo 2. Hava ortamında fırkateyn pervane kanadı doğal frekans analizi sonuçları.
-
Mod tipi
|
24 Çalıklık
|
36.5 Çalıklık
|
60 Çalıklık
| I |
115.38 Hz
|
109.44 Hz
|
78.209
|
II
|
256.58 Hz
|
193.06 Hz
|
120.54
|
III
|
310.85 Hz
|
277.03 Hz
|
186.55
|
IV
|
412.58 Hz
|
366.64 Hz
|
272.13
|
V
|
435.14 Hz
|
396.99 Hz
|
313.96
|
VI
|
543.45 Hz
|
524.63 Hz
|
392.78
|
VII
|
585.20 Hz
|
553.34 Hz
|
478.12
|
VIII
|
648.96 Hz
|
661.54 Hz
|
513.68
|
IX
|
729.75 Hz
|
703.77 Hz
|
640.31
|
X
|
733.24 Hz
|
748.36 Hz
|
658.28
|
İkinci uygulama 315 tonluk bir SWATH tipi balıkçı teknesi pervanesinin analizidir. Bu pervane ile ilgili değerler aşağıdadır.
Serbest Güç = 850 kW
Pervane Çapı = 2.00 m
Pervane Devir Sayısı = 283.47 d/d
Kanat Sayısı = 5
Skew Açısı = 30
Göbek-Çap Oranı = 0.2
Kanat Alan Oranı = 0.7174
Şekil 4.’de Balıkçı gemisi için dizayn edilen pervanenin CAD çizimleri görülmektedir. Tablo 3. ve 4.’de sonlu elemanlar metodu ile yapılan analiz sonuçları verilmiştir. Şekil 5.’de Balıkçı gemisi pervanesinin maksimum gerilmeye maruz kaldığı 54º kanat pozisyonu için E.Y.,O.Y. ve B.Y. Von-Mises gerilmesi görülmektedir. Şekil 6.’da ise B.Y.’nde 4 farklı kanat pozisyonunda Von-Mises gerilmeleri görülmektedir.
Şekil 2. Pervane kanadı Sonlu Elemanlar Modeli.
Şekil 3. Üç farklı çalıklık için Von-Mises gerilme dağılımları.
Şekil 4. Balıkçı gemisi pervanesi CAD çizimleri.
Tablo 3. Balıkçı gemisi pervanesi mukavemet analizi sonuçları.
| |
Von-Mises
(N/mm²)
| Maksimum kesme gerilmesi (N/mm²) |
Maksimum yer
Değiştirme
(mm)
| Kanat Pozisyonu |
E. Y.
|
O.Y.
|
B.Y.
|
E. Y.
|
O.Y.
|
B.Y.
|
270
|
39.9
|
24.0
|
51.8
|
17.2
|
-10.4
|
-24.7
|
5.9
|
342
|
69.9
|
28.9
|
72.4
|
22.2
|
-10.6
|
-27.3
|
7.5
|
54
|
108.0
|
61.9
|
136.0
|
47.5
|
-26.7
|
-63.7
|
15.0
|
126
|
44.8
|
27.6
|
58.5
|
19.4
|
-11.9
|
-27.9
|
6.6
|
198
|
65.5
|
34.8
|
73.5
|
29.5
|
-13.6
|
-30.3
|
7.7
|
Tablo 4. Hava ortamında balıkçı gemisi pervanesi kanadı doğal frekans analizi sonuçları.
Mod
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VII
|
IX
|
X
| Frekans |
177
|
297
|
549
|
829
|
911
|
1174
|
1360
|
1554
|
1851
|
2071
|
Şekil 5. Balıkçı gemisi pervanesinin sırasıyla E.Y., O.Y., B.Y. için Von-Mises gerilme dağılımı.
Şekil 6. Kanat pozisyonlarında B.Y. için Von-Mises gerilme dağılımları.
SONUÇLAR
Bu çalışmada iki farklı tipte tekne için kaldırıcı hat ve kaldırıcı yüzey yöntemleriyle pervane dizaynları yapılmıştır. Yapılan dizayn sonucu pervane ana boyutları ve üzerine gelen hidrodinamik yükler bulunmuştur. Hidrodinamik yükler pervane kanadının düzgün olmayan iz dağılımında kavitasyon etkiside dikkate alınarak bir devir boyunca farklı kanat pozisyon açılarında yapılan analiz sonucu elde edilmiştir. Pervane kanadı geometrisi ve yükler kullanılarak sonlu elemanlar metodu ile gerilme ve titreşim analizi yapılmıştır. ANSYS programında modelleme için kullanılan kabuk elemanın özellikleri gereği sonuçların hassasiyetini bozan sorunlar ile karşılaşılmıştır. Bu sorunlar, kanat kökünde kabuk elemanın özelliği olan boy / kalınlık oranının altına inilmesi ve özellikle yüksek çalıklık’lı kanatlarda kanat ucuna doğru kabuk elemanın dörtgenselliğinin bozulup köşe açıları için uygun değerler olan 30º ila 150º aralığının dışına çıkılmasıdır.
Her iki pervane içinde Von-Mises gerilmeleri ve yerdeğiştirmelerin maksimum olduğu kanat pozisyonları kanadın bozuk iz ortamında olduğu bölgeye geliyor. İlk uygulama olan fırkateyn pervanesinde (Tablo 1.) maksimum gerilmenin olduğu pozisyon 54º olduğu açıdır ki burada şaft strut’ı olduğundan iz’in en bozuk olduğu bölgedir. Bu açıda Von-Mises gerilmesi B.Y.’de 314 N/mm² , maksimum yerdeğiştirme 148 mm gibi oldukça yüksek değerlere ulaşmıştır. İkinci uygulama Swath tipi balıkçı gemisi pervane kanadı içinde maksimum gerilmelerin (Tablo 3.) 54º’de olduğu görülüyor.
Kanat üzerinde maksimum gerilmelerin olduğu bölgeler ise Fırkateyn pervanesinde (Şekil 3.) görüldüğü gibi küçük çalıklıklarda açılarında kanat kökünde ve kord boyunun yarısında meydana gelmekte iken çalıklık arttıkça 0.6-0.7R ve takip kenarında olmaktadır. Fakat maksimum gerilmelerin meydana geldiği pozisyonlarında gerilme bölgesi 0.6-0.7R takip kenarı ile kanat kökü kord boyu ortası arasında yayılma göstermektedir.
Pervaneler için yapılan doğal frekans analizi sonuçları ise Tablo 2. ve Tablo 4. ‘de görülmektedir. Fırkateyn için yapılan farklı çalıklıklı analiz sonuçlarından görüleceği üzere çalıklığın artması ile beraber frekans değerleri düşmektedir
Not:
-
B.Y. : Basınç yüzü, O.Y. : Orta yüz, E.Y. : Emme yüzü
KAYNAKLAR
[1] Afanasieff, L., Marby, J. P., The design of the FF-21 multi-mission frigate, Naval Engineers Journal, May 1994
[2] ANSYS, Advanced analysis techniques guide, Release 5.3, 1996
[3] ANSYS, Basic analysis procedures guide, Release 5.3, 1996
[4] ANSYS, Elements reference, Release 5.3, 1996
[5] ANSYS, Modeling and meshing guide, Release 5.3, 1996
[6] ANSYS, Structural analysis guide, Release 5.3, 1996
[7] ER, Yavuz., Gemi pervanelerine etkiyen hidrodinamik yüklerin bulunması ve gerilme analizinin yapılması, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gemi İnşaatı Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, 1996
[8] Carlton, J.S., Marine Propellers and Propulsion, Butterworth-Heinemann Ltd., Oxford, England, 1994
[9] Güner, M., A Rational Approach to the Design of Propulsors behind Axisymmetric Bodies, PhD Thesis, University of Newcastle upon Tyne,1994
[10]Greeley, D.S., and Kerwin, J. E., Numerical Methods for Propeller Design and Analysis in Steady Flow, Trans. SNAME, Vol.90: p.p.415-453, 1982
[11] Kerwin, J. E., Machine Computation of Marine Propeller Characteristics, ISP, Vol.6, No.60, 1959
[12] Kerwin, J. E. and Leopold, R.,A Design Theory for Subcavitating Propellers, Trans. SNAME, 1964
[13] Kerwin, J. E., Numerical Methods for Propeller Design and Analysis in Steady Flow, Trans. SNAME, Vol.90: p.p.415-453, 1982
[14] Kerwin, J. E., Coney, W.B. and Hsin, C.Y.,Hydrodynamic Aspects of Propeller/Stator Design, Propeller'88 Symposium, Virginia, Paper no.3, 1988
[15] Kerwin, J. E., Frydenlund, O., The Development of Numerical Methods for the Computation of Unsteady Propeller Forces, Symposium on Hydrodynamics of Ship and Offshore Propulsion System, Oslo, Norway; also Norwegian Maritime Research, Vol.5, No.2,1977
[16] Kerwin, J. E., Lee, C. S., Prediction of Steady and Unsteady Marine Propeller Performance by Numerical Lifting Surface Theory, Trans. SNAME, Vol.86: p.p.218-253, 1978
[17] Lerbs, H. W., Moderately Loaded Propellers with a Finite Numbers of Blades and an Arbitrary Distribution of Circulation, Trans. SNAME, Vol.60, 1952
Dostları ilə paylaş: |
