GEMİ HİDROSTATİĞİ ve STABİLİTESİ - Hüseyin YılmazAdrian BİRAN
Çeviren: Hüseyin YILMAZ
Önsöz
Bu kitap, İsrail Teknoloji Enstitüsü - Technion Makine Fakültesinde çeyrek asırdır okutulan Gemi Hidrostatiği dersine temel oluşturmaktadır. Kitaba yazarın tasarım ve Ar-Ge’deki şahsi deneyimleri yansıtılmış ve öğrencilerden alman geri dönüşümler dahil edilmiştir.
Kitap, öncelikle Gemi İnşaatı Mühendisliği veya Deniz Bilimlerinde okuyan lisans öğrencilerinin ilk meslek dersine yöneliktir.
Kitabın bir çok kısmı aynı zamanda teknikerler ve gemi zabitlerine de hitap etmektedir. Bazı özel kısımlar, çalışan Gemi İnşaatı Mühendisleri tarafından kaynak kitabı olarak kullanılabilir.
Gemi İnşaatı Mühendisliği insan yaşamı kadar eskidir ve geleneklerden çok etkilenmiştir. Bu süreç mesleğin güzelliğinin bir parçasıdır. Kitap bu geleneğe dayanmakta fakat, aynı zamanda yazar, Mathieu etkisi olarak bilinen parametrik rezonans teorisi, kişisel bilgisayarların kullanımı, yaralı ve hasarsız stabilite için yeni kurallar gibi son zamanlardaki birçok gelişmeleri de dikkate alan güncel bir yazı kaleme almaya çalışmıştır.
Mathieu etkisinin birçok deniz felaketinin sebebi olduğuna inanılır. Bu varsayım üzerine ilk çalışmayı Alman araştırmacılar yapmışlardır. Ne yazık ki ilk yıllarda, çalışmanın sonuçlarım sadece Almanya'da yayınlamışlardır. Federal Alman Donanması - Bundesmarine - Mathieu etkilerini dikkate alan stabilite kurallarını ayrıntılı olarak hazırlamıştır. Bu kurallar daha sonra birkaç donanma tarafından daha benimsenmiştir. Dalgaların etkisini göz önüne alan bu öneriler ticaret gemileri için de uygulanmaktadır.
Bugün çok güçlü kişisel bilgisayar imkanları mevcut olduğundan; çok amaçlı ve kullanışlı yazılım paketleri ile bunlardan yararlanma imkanı artmıştır. Hidrostatik hesaplamalar için ticari olarak kullanılan PC yazılımları vardır ve onların fiyatları en basitinden en güçlü olana doğru birkaç yüz dolardan binlerce dolara kadar değişmektedir. Özel amaçlar için programlar kullanıcının aşina olduğu iyi bir yazılım paketi ile yazılabilir. Bu kitapta bunun nasıl olacağını göstermek için, Excel'de hesaplanan bazı örnekler ile MATLAB'da yazılan birçok uygulama gösterilmiştir. MATLAB gittikçe yaygın hale gelerek, etkileşimli işlem yapma özelliği ile kapsamlı hesaplama ortamı, bir çok fonksiyonu bünyesinde barındırması, anında grafik işlemleri ve kolay programlama şablonları ile donatılmıştır. MATLAB'a ulaşabilen, hatta öğrenci versiyonunu bile kullanan buradaki örnekleri kolaylıkla uygulayabilir. MATLAB kullanmayanlar ise bu örnekleri diğer programlama dillerine çevirebilir.
Bu kitapta bazı yeni stabilite kurallarına kısaca yer verilmiştir. Öğrenciler ve Gemi İnşaatı Mühendisleri bu kuralların tanımlarını ve nasıl uygulayacaklarına dair örnekleri kitapta bulacaklardır.
Kitapta hidrostatik ve stabilite hesapları için bir kısım MATLAB dosyaları bulunmaktadır. Aynı zamanda bu dosyalan internetten ücretsiz olarak da indirilebilirsiniz. Bu dosyalara ulaşmak için www.bh.com/companions/ internet adresini ziyaret ederek ekrandaki açıklamaları takip ediniz.
Kitap hakkında
Teorik konuların anlaşılması için analitik geometri ve temel matematiğin öğrenilmesine ihtiyaç vardır. Bu yüzden bazı bölümlerde temel vektör analizi, diferansiyel geometri ve adi diferansiyel denklemler verilmiştir. Bunlar takip edildiğinde kitapta açıklanan konular daha iyi kavranacaktır. Bu kısımlann atlanması durumunda bile, kitapta geçen kurallar ile pratik hesapların anlaşılmasında fazla zorlukla karşılaşılmayacaktır.
Bölüm l’de, temel teknik terimler ile tekne formunun tanımı verilmiştir. Bu tanımları ISO ve diğer standartlar izlemektedir. Çok önemli terimlerin İngilizce, Fransızca, Almanca ve İtalyancaya çevirileri verilmiştir.
Yüzen cisimlerin temel hidrostatik kavramları, başlangıç stabilitesi ve denge durumları da dahil olmak üzere Bölüm 2'de tanımlanmıştır. Bu bölümün sonunda, hidrostatik hesaplar için gerekli integrasyonlar verilmiştir. Gemi İnşaatı Mühendisliğinde bu integrasyonları yapmak için gerekli yöntemler Bölüm 3'te anlatılmıştır.
Bölüm 4’te, gerçek hidrostatik değerlerin hesaplanmasına sayısal integrasyon işlemlerinin nasıl uygulandığı gösterilmiştir. Aynı bölümde verilen diğer konular ise, birkaç basit nokta ile sonuç grafiklerinin kontrolü, verilen bir tekne formundan belli bir dönüşüm ile elde edilen yeni tekne formunun ve buna ait özelliklerdeki değişimin nasıl analiz edileceği ya da benzer tekne özelliklerinin bulunması şeklinde sıralanabilir.
Bölüm 5’te, büyük meyil açılarındaki statik stabilite ile statik stabilite eğrisi ele alınmıştır.
Çeşitli yatmcı momentlerin olması durumunda gemi stabilitesinin belirlenmesi için basit modeller Bölüm 6'da verilmiştir. Burada stabiliteyi olumsuz etkileyen parametrelerin, hem statik hem de dinamik etkileri dikkate alınmıştır. Bu etkiler şöyle sıralanabilir: Yer değiştiren yükler, asılı yükler, serbest sıvı yüzeyleri, yük hareketleri ve karaya oturma ile havuzlamadır. Pratikteki stabilite hesapları ile yakından ilgili olan ağırlık ve trim hesapları ile meyil deneyi konusu ise Bölüm 7'de anlatılmıştır.
Gemileri ve diğer yüzen yapıları kullanmak için öncelikle tabi olduklan kurallara uygunluğunun onaylanması gerekmektedir. Ticaret gemilerine Amerikan ve İngiliz Donanma gemilerine ve küçük yelkenlilere ve motor yatlara uygulanan bu kurallar Bölüm 8'de kısaca anlatılmıştır.
Parametrik rezonans olayı veya Mathieu etkisi Bölüm 9'da kısaca tanımlanmıştır. Bu bölüm, stabil ve stabil olmayan çözümler arasındaki farkı gösteren basit bir kriter ile MATLAB'deki kolay bir simülasyon örneğini de içermektedir.
Federal Alman Donanmasındaki gemiler Mathieu etkisini dikkate alan kriterlere göre tasarlanmaktadır: bu konu ise Bölüm 10'da verilmiştir.
Önsöz xv
Bölüm 8 ve 10 hasarsız gemilerle ilgilidir. Gemiler ve diğer bazı yüzen yapılar kısıtlı yaralanma sonucundaki su basmalarında hayatta kalabilmelidir. Su geçmez perdeler ile bölmelendirilen gemide bu durumun nasıl sağlanacağı Bölüm ll’de gösterilmiştir. Yaralanmadan sonra geminin durumunu belirlemek için iki yöntem vardır, bunlar kayıp sephiye yöntemi ve eklenen ağırlık yöntemidir. İki yöntem arasındaki fark basit bir örnek ile açıklanmıştır. Bölüm aynı zamanda ticaret ve savaş gemileri için bazı kuralların kısa tanımlarını da içermektedir.
Bölüm 8, 10 ve ll’de, gemilerin ve diğer yüzen cisimlerin tasarımı ve kullanımını onaylayan kuruluşlar tarafından öne sürülen istekler hakkında bilgi verilmiştir. Ayrıca mühendislik hesaplarında uygulanan ve önceki bölümlerde verilen basit modellerin nasıl geliştirildiği gösterilmiştir. Ne bu kuralların ne de dünyada yayınlanan diğer kuralların tüm detayları bu kitapta verilmemiştir. Eğer hesaplan onaya sunmak için yapacaksanız, ilgili kuralları en son baskısına baş vurmanız kesinlikle tavsiye edilir.
Bölüm 12, Gemi Hidrostatiğinin geleneksel anlamının ötesine uzanmakta ve daha ileri ve gerçekçi modellere bir köprü oluşturmaktadır. Lineer dalga teorisi kısaca verilmiş, spektrum kavramı ve lineer dalgaların süper pozisyonu ile tanımlanan gerçek denizin nasıl oluştuğu gösterilmiştir. Yüzen cisimler altı serbestlik dereceli harekete sahiptir ve bu hareketlerin spektrumu deniz spektrumu ile ilişkilidir. Bu bölümde anlatılan diğer bir konu tank stabilizatörleridir, burada sıvılarda oluşan serbest yüzey yalpa genliğinin azalmasına yardım etmektedir.
Bölüm 13, tekne formunun tanımı, hidrostatik hesaplar ve hareketlere ait simülasyonlarda modem bilgisayarların kullanımı hakkındadır. Bu bölüm, bilgisayarla çizimlerin temel kavramım sunmakta, Multisurf ve SurfaceWorks paket programları ile gemi formunun tanımlanmasına ait uygulamaları göstermektedir. MATLAB'in araç kutusu olan SIMULINK'te yapılan bir yalpa simülasyonu, çağdaş simülasyon yazılımlarına örnek teşkil etmektedir.
Kitabın kullanımı
Kaim yazılı kelimeler metinde ilk defa kullanılan önemli terimleri göstermektir, örneğin; dikmelerarası boy. İtalik yazılar vurgulamada kullanılmış, örneğin momentlerin dengesi. Vektörler, vektör adının üzeri çizgili olarak gösterilmiş: KB, GM . MATLAB programlarının, fonksiyonlarının ve dosya adlarının listeleri daktilo karakterinde yazılmıştır, örneğin mathisim.m.
Temel düşünceler, analitik çözümleri kolaylıkla elde edilen basit geometrik şekiller üzerindeki açıklanmıştır. Bu temel fikirlerin yerleşmesinden sonra, her bölümün sonundaki örnek ve alıştırmalarda verilen gerçek gemi verileri ile uygulama yapılmalıdır. Esas kavramları göstermek için kitabın tamamında mevcut Lido 9 isimli geminin verileri kullanılmıştır. İlave örnekler ve alıştırmalarda, dünyadaki diğer bir kısım gemilere ait veriler kullanılmıştır.
Bu önsöze son verirken bana mesleğimi öğreten Dinu Ilie ve Nicolae Pârâianu, ve eğitimdeki meslektaşım Pinkhas Milkh'e en içten şükranlarımı sunuyorum.
Çevirenin önsözü
Bu kitap, denizcilik ve gemicilik mesleğinin en önemli konularından biri olan gemi stabilitesi ile ilgili olarak özellikle ders kitabı niteliğindeki teknik yaym eksikliğini gidermek amacıyla çevrilmiştir. Denizcilikte yabancı dilin bilinmesi ve kullanılması her ne kadar çok önemli olsa da temel konuların kavranılması açısından ana dilde eğitim ve öğretimin gerekliliği vazgeçilmez bir unsurdur. Bu bağlamda kitap, özellikle gemi stabilitesi ile ilgili temel kavramların hatta ileri düzey konuların öğrenilmesi açısından güncel kitaplar arasından seçilerek tercüme edilmiştir. Kitabın çevrilmesi sırasında özellikle konuların daha iyi anlaşılması açısından bazı yerlerde açıklamalara, bazı kelimelerin pratikteki kullanımlarına ve az da olsa bazı terimlerin İngilizce kullanımlarına yer verilmiştir. Ayrıca, tercüme esnasında Türkçe kelime karşılıklarında Türk Dil Kurumunun güncel sözlüğü esas alınmış aynı zamanda literatüre geçmiş birçok denizcilik ve gemicilik terimine yer verilmiştir. İngilizcedeki bazı terimlerin tam olarak karşılığı olmadığı için bu kelimeler ya aynen bırakılmış ya da uygun bir terim ile açıklanmaya çalışılmıştır.
Bu kitabın, ülkemizdeki denizcilik ve gemicilik eğitimi veren tüm eğitim kurumlarında gemi geometrisi, gemi hidrostatiği ve stabilitesi, gemi teorisi, bilgisayar destekli gemi dizaynı ve denizcilikte güvenlik ve uluslararası kurallar gibi derslerde ana ya da yardımcı bir kaynak olarak kullanılması yararlı olacaktır. Kitapta, değişik ülke donanmalarına ait birçok kurallar verildiği için bu yönü ile savaş gemisi tasarımcılarına ve Deniz Harp Okulu öğrencilerine de hitap etmektedir. Kitap içerdiği konular itibari ile hem lisans hem de lisansüstü öğrencilerine yöneliktir. Ayrıca kitabın bir çok kısmı gemi zabitlerine de hitap etmektedir.
Kitabın çevirisi esanasında, yapılan kontrollerle ve önerilerle desteğini esirgemeyen değerli meslektaşlarımdan başta Mesut Güner’e, Tamer Yılmaz’a, Ahmet D. Alkan’a, birçok terimin açıklanmasında ve anlaşılmasında bilgilerinden yararlandığım İsmail Bayer’e, yapılan tercümeleri okuyarak gerekli düzeltmeleri yapan başta Fahri Çelik’e, Fuat Alarçin’e, İslam Yılmaz’a, Osman Çetin’e, Sevilay Çan’a ve önemli katkılarından dolayı burada isimlerini sayamayacağım birçok akademisyene, lisans ve lisansüstü öğrencilerime çok teşekkür ederim.
Kitabın dilimize kazandırılmasında bizi cesaretlendiren ve yayma hazırlayan Birsen Yayınevine ayrıca teşekkür ederim.
Tercüme sırasında, hem maddi hem manevi desteğiyle her zaman yanımda olan sevgili eşime ve neşe kaynağımız biricik çocuklarıma gönülden teşekkür eder, kitabın tüm denizcilik ve gemicilik camiasına yararlı olmasını dilerim.
Temmuz 2006
Doç.Dr. Hüseyin YILMAZ
İçindekiler
Tanımlar, temel boyutlar
Giriş
Denizcilik terimleri
Geminin ana boyudan
Tekne yüzeyinin tanımı
Koordinat sistemleri
Grafik tanımı
Form düzeltmesi (fairing)
Ofset tablosu
Form katsayıları
Özet
Örnek
Uygulamalar
2. Temel gemi hidrostatiği
Giriş
Arşimet prensibi
Basit geometrili cisimler
Genel durum
IYüzen bir cismin denge şartları
Kuvvetler
Momentler
Stabilitenin tanımı
Başlangıç stabilitesi
Metasantr yüksekliği
Hareketli hacim ve kütlelere ait yardımcı teorem
yük meyil açılarında stabilite
Meyil ekseni üzerine bir teorem
Metasantr yarıçapı
Sephiye merkezleri eğrisi
Metasantr değişimi (evolüt)
Farklı meyil eksenleri için metasantr yarıçapı..
Ek - Değişik su yoğunlukları
Gemi inşaatı mühendisliğinde sayısal integrasyon
Trapez kuralı
Trapez kuralında integrasyon hatası
Simpson kuralı
Simpson kuralında integrasyon hatası
Integral eğrisinde noktaların hesabı
Ara ordinatlar
Azaltılmış ordinatlar
Diğer sayısal integrasyon yöntemleri
Hidrostatik eğriler
Hidrostatik verilerin hesaplanması
Su hattının özellikleri
Hacim özellikleri
Türetilen veriler
Islak yüzey alanı
Hidrostatik eğriler
Bonjean eğrileri ve kullanımı
Hidrostatik eğrilerin bazı özellikleri
Türetilmiş tekne formlarına ait hidrostatik özellikler
Büyük meyil açılarında statik stabilite
Doğrultucu kol
Statik stabilite eğrisi
Trim ve dalgaların etkisi
Özet
Örnek
Uygulamalar
Basit stabilite modelleri
Statik denge açıları
Rüzgâr yatıncı kolu
Dönme amnda yatıncı kol
Diğer yatıncı kollar
Dinamik stabilite
Stabilite koşullarının elde edilmesi
Yalpa periyodu
_Stabiliteyi olumsuz etkileyen yükler
Enine yer değiştiren yükler
Asılı yükler
Sıvılann serbest yüzeyleri
Yer değiştiren yükler
Pozitif geri besleme durumunda hareket eden yükler.
Karaya oturma ve havuzlamada stabilite
Tüm omurga boyunca karaya oturma
Omurganın bir noktadan karaya oturması
Negatif metasantr yüksekliği
Basit modellerin sınırlan
Diğer devrilme şekilleri
Ağırlık ve trim hesapları
Ağırlık hesapları
Ağırlık gruplan
Ağırlık hesaplan
Trim
Trim ve dikmelerdeki su çekimlerinin bulunması..
Büyük trim açılarında denge
Meyil deneyi
Özet
Örnekler
Uygulamalar
Hasarsız stabilite kuralları
Giriş
hasarsız stabilite kuralları
Yolcu ve yük gemileri
Güvertesinde kereste yükü taşıyan yük gemileri
Balıkçı gemiler
Hareketli açık deniz sondaj üniteleri
Dinamik olarak desteklenen tekneler
100 m'den büyük konteyner gemileri
Buzlanma
Meyil ve yalpa testleri
ABD Donanmasının kuralları
İngiliz Kraliyet Donanmasının stabilite kuralları
Yelkenli tekneler için bir kriter
Küçük hizmet tekneleri ve kılavuz botları için kurallar
jçsu gemileri için kurallar
AB kuralları
İsviçre kuralları
Parametrik rezonans
Dalgaların gemi stabilitesine etkisi
Mathieu etkisi - parametrik rezonans
Mathieu denklemi - stabilite
Mathieu denklemi - simülasyonlar
Karşılaşma frekansı
Özet
Örnekler
Uygulamalar
Hasarsız stabilite kuralları
Alman Donanmasının kuralları
Hizmet sınıflan
Yükleme durumları
Trokoidal dalga
Doğrultucu kollar
Serbest sıvı yüzeyleri
Rüzgâr yatırıcı kolu
Rüzgâr kriteri
Dönmede stabilite
Diğer yatırıcı kollar
Örnekler
Uygulamalar
Yaralanma ve yaralı durum
Bazı tanımlar
Yaralanmadan sonra geminin durumunun belirlenmesi için
yöntemler
Kayıp sephiye yöntemi
Eklenen ağırlık yöntemi
Karşılaştırma
Yaralanma sürecinin ayrıntıları
Yaralı stabilite kuralları
SOLAS
Olasılıklı kurallar
ABD Donanmasına ait kurallar
İngiliz Kraliyet Donanmasına ait kurallar
Alman Donanmasına ait kurallar
Büyük ticari yelkenli ve motorlu tekneler için kurallar .
Servis ve kılavuz tekneleri için kurallar
İçsu tekneleri için AB kuralları
İçsu tekneleri için İsviçre kuralları
Yaralı bölme boyu eğrisi
Özet
Örnekler
Uygulamalar
Dalgalarda geminin lineer tepkisi
Giriş
Lineer dalga teorisi
Gerçek denizin modellenmesi
Dalga kaynaklı kuvvet ve hareketler Doğal periyotlarla ilgili açıklama
Yalpa düzenleyiciler
Özet
Örnekler
Uygulamalar
Bilgisayar yöntemleri
Geometrik giriş
Parametrik eğriler
Eğrilik
Tiriz (spline) eğrileri
Bezier eğrileri
B-spline'lar
Parametrik yüzeyler
Regle (çizgili) yüzeyler
Yüzey eğrilikleri
Tekne formunun modellenmesi
Matematiksel gemi hatları
Düzgünleştirme (fairing)
MultiSurf ve SurfaceWorks ile modelleme
Bilgisayarlı ve bilgisayarsız hesaplamalar
Hidrostatik hesaplamalar
Simülasyonlar
Yalpa simülasyonuriâ ait basit bir örnek.
Kaynaklar
Dizin
