Yıl: 2020 Cilt: 26 Sayı: 218 Sayfa Aralığı: 65 - 78 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 23-05-2021

Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi

Öz:
Doğa milyonlarca yıldır insanlara yuva olmanın yanı sıra, sunduğu sınırsız potansiyel ve kaynaklarla insanlariçin geliştirilen çeşitli teknolojilerin en temel kaynağı olmaktadır. Bu çalışmada, doğadan ilham alınarakgeliştirilen bir denizaltı formunun farklı hızlara karşılık direnç özellikleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamği(HAD) analizleri ile incelenmiştir. Bu kapsamda, öncelikle DARPA Suboff denizaltısının farklı hızdeğerlerinde HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizlerde, denizaltı etrafındaki türbülanslı akışReynolds Ortalamalı Navier-Stokes (RANS) modeli SST Menter k-Ɛ türbülans modeli ile modellenmiştir.Uygulanan HAD yaklaşımlarının geçerlemesi, elde edilen sayısal sonuçlar ile literatürden alınan deneyselsonuçların karşılaştırılması ile sağlanmıştır ve hesaplama bölgesindeki ağ yoğunluğuna dayalı bir belirsizlikanalizi ile doğrulaması gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, köpekbalığı formunun geometrisiden ilhamalınarak, DARPA Suboff denizaltısı ile aynı boyda ve aynı ortalama genişlikte bir denizaltı formuoluşturulmuştur. DARPA denizaltısı analizleri ile aynı HAD yaklaşımları kullanılarak ve aynı hidrodinamikkoşullar oluşturularak doğadan esinlenerek oluşturulan denizaltının HAD analizleri gerçekleştirilmiştir.Aynı boy ve ortalama genişlikteki iki denizaltı formunun çeşitli hızlardaki toplam direnç değerlerikıyaslandığında, köpekbalığından esinlenerek geliştirilen formun direncinin daha yüksek olduğu tespitedilmiştir. Bu çalışmanın doğadan, özellikle de denizde yaşayan canlıların formlarından esinlenerekgeliştirilecek yeni denizaltı çalışmaları için bir örnek olabileceği düşünülmektedir.
Anahtar Kelime:

Numerical Analysis of Resistance Characteristics of a Submarine Form Inspired by Nature

Öz:
Nature offers unlimited potential in addition to being a home for people for millions of years, and people have developed a wide variety of technologies for themselves using the potential that the nature has bestowed. In this study, the resistance characteristics of a submarine form which inspired by nature, were investigated by Computational Fluid Dynamics (CFD) approach for various velocity conditions. Firstly, CFD analysis of benchmark DARPA Suboff Submarine are carried out for different velocity conditions. In the computational analysis, the turbulent flow around the submarine is modeled with Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) model with k-Ɛ turbulence model to solve the governing equations. The validation of the CFD approaches applied was provided by comparing the numerical results with the experimental results obtained from the literature, and verified by performing an uncertainty analysis based on the grid density in the computational domain. Then, a submarine hull form with the same length and average width that of the DARPA Submarine is generated by using the geometry of the shark form as source of inspiration. Resistance values of the nature inspired submarine are predicted by using the DARPA Submarine CFD approach and the results are compared with the results of the DARPA Submarine for the same hydrodynamic conditions. For the same length and average width; the resistance of the shark inspired submarine is achieved slightly higher than that of the DARPA Submarine. This study is expected to be an example for the study of new submarines that will be developed inspired by nature, especially by the forms of various marine animals.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Budak, G., Beji, S. (2016). Computational Resistance Analyses of a Generic Submarine Hull Form and its Geometric Variants, The Journal of Ocean Technology, Vol. 11, No. 2, pp. 77-86.
  • Celik, I.B., Ghia, U., Roache, P.J. (2008). Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications. J. Fluids Eng., ASME, Vol. 130. https://doi.org/10.1115/1.2960953.
  • Chase, N. (2012). Simulations of the DARPA- SUBOFF submarine including selfpropulsion with the E1619 propeller. University of Iowa City, Iowa.
  • Doğrul, A. (2019). Hydrodynamic Investigation of a Submarine Moving Under Free Surface, Journal of ETA Maritime Science, Vol. 7(3), pp. 212-226. https://dx.doi.org/10.5505/jems.2019.42204
  • Feld, K., Kolborg, A. N., Kolborg, Nyborg, C. M., Salewski, M., Steffensen, J. F., Berg-Sørensen, K. (2019). Dermal Denticles of Three Slowly Swimming Shark Species: Microscopy and Flow Visualization, Biomimetics (Basel), Vol. 4(2), No. 38. https://doi.org/10.3390/biomimetics4020038
  • Gross, A.; Kremheller, A.; and Fasel, H.F. [2011]. Simulation of flow over Suboff bare hull model. 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting, January. Orlando, Florida.
  • Groves, N. C., Huang, T. T., Chang, M. S. (1989). Geometric Characteristics of DARPA SUBOFF Models (DTRC Model Nos. 5470 and 5471), David Taylor Research Center, Ship Hydromechanics Department, Maryland, USA. Report No. DTRC/SHD-1298-01
  • Huang, T., Liu, H. L. (1994). Measurements of flows over an axisymmetric body with various appendages in a wind tunnel: the DARPA SUBOFF experimental program, 19th Symposium on Naval Hydrodynamics, Seoul, South Korea.
  • Hunley, H. L. (2016). Recovery Operations, Naval History and Heritage Command, Washington, D.C., Section 2, Historical Background.
  • ITTC, Report No: 7.5-03 02-03, (2011). ITTC – Recommended Procedures and Guidelines, Practical Guidelines for Ship CFD Applications, 26th ITTC Specialist Committee on CFD in Marine Hydrodynamics.
  • Liang, Y., Shi, W., Tao, L. (2019). Hydrodynamics Around a Deep-Draft Semi-Submersible with Biomimetic Tubercle Corner Desgn, Proceedings of the ASME 2019, 38th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE2019, June 9-14, 2019, Glasgow, Scotland.
  • Liu, H. L., Huang, T.T. (1998). Summary of DARPA Suboff Experimental Program Data (No. CRDKNSWC/HD1298-11). Naval Surface Warfare Center Carderock Division (NSWCCD), West Bethesda, MD, USA.
  • Manstan, Roy R. and Frederic J. Frese. (2010) Turtle: David Bushnell’s Revolutionary Vessel. Westholme, Yardley, PA.
  • Moonesun, M.; Javadi, M.; Charmdooz, P.; and Mikhailovich, K.U. [2013].Evaluation of submarine model test in towing tank and comparison with CFD and experimental formulas for fully submerged resistance. Indian Journal of Geo-Marine Sciences, Vol. 42, No. 8
  • Ranjith, A. K., Janardhanan, S., Chandran, V. and Gomez, N. J. (2019). Controllability studies on fish-shaped unmanned under water vehicle undergoing maneuvering motions, Proceedings of the 18th International Congress of the Maritme Association of the Mediterranean (IMAM 2019), September 9-11, 2019, Varna, Bulgaria.
  • Stern, F., Wilson, R., Shao, J. (2006). Quantitative V&V of CFD simulations and certification of CFD codes. Int. J. Numer. Methods Fluids, Vol. 50, pp. 1335–1355. https://doi.org/10.1002/fld.1090.
  • Toxopeus, S. (2008). Viscous-flow calculations for bare hull DARPA SUBOFF submarine at incidence, International Shipbuilding Progress, Vol. 55, No. 3, pp. 227-251, 2008.
  • Url-1 <https://www.lowtechmagazine.com/2008/08/submarines-1.html> [Online] [Accessed 20.11.2020]
  • Url-2 <https://en.wikipedia.org/wiki/Ictineo_II> [Online] [Accessed 10.11.2020]
  • Url-3 <http://stevecotler.com/tales/2008/02/28/the-turtle>[Online] [Accessed 15.11.2020]
  • Url-4<https://www.amazon.com/Submarine-Bushnell-September-UnsuccessfulContemporary/dp/B07D6599JP>[Online] [Accessed 15.11.2020]
  • Url-5<https://oceana.org/marine-life/sharks-rays/great-white-shark>[Online] [Accessed 10.11.2020]
  • Url-6<https://www.speedofanimals.com/animals/great_white_shark>[Online] [Accessed 10.11.2020]
  • Url-7<https://www.biosphereonline.com/2019/02/06/efficient-wind-turbine-blades-inspiredhumpback-whale-fins/>[Online] [Accessed 07.11.2020]
APA Usta O (2020). Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. , 65 - 78.
Chicago Usta Onur Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. (2020): 65 - 78.
MLA Usta Onur Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. , 2020, ss.65 - 78.
AMA Usta O Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. . 2020; 65 - 78.
Vancouver Usta O Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. . 2020; 65 - 78.
IEEE Usta O "Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi." , ss.65 - 78, 2020.
ISNAD Usta, Onur. "Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi". (2020), 65-78.
APA Usta O (2020). Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. Gemi ve Deniz Teknolojisi, 26(218), 65 - 78.
Chicago Usta Onur Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. Gemi ve Deniz Teknolojisi 26, no.218 (2020): 65 - 78.
MLA Usta Onur Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. Gemi ve Deniz Teknolojisi, vol.26, no.218, 2020, ss.65 - 78.
AMA Usta O Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. Gemi ve Deniz Teknolojisi. 2020; 26(218): 65 - 78.
Vancouver Usta O Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi. Gemi ve Deniz Teknolojisi. 2020; 26(218): 65 - 78.
IEEE Usta O "Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi." Gemi ve Deniz Teknolojisi, 26, ss.65 - 78, 2020.
ISNAD Usta, Onur. "Doğadan İlham Alınarak Geliştirilen Bir Denizaltı Formunun Direnç Özelliklerinin Sayısal İncelemesi". Gemi ve Deniz Teknolojisi 26/218 (2020), 65-78.