Yelkenli Tekne Stabilitesi Bileşenleri

Bu bölümde yelkenli tekne stabilitesi iki farklı bölümde incelenmiştir. Birincisi ağırlık stabilitesi, ikinciside form stabilitesidir. Bu ayrıma gidilmesindeki sebeb tekne formundaki değişikliklerin stabiliteye etkisinin daha iyi anlaşılmasını sağlamaktır.

4.2.1 Ağırlık stabilitesi

Ağırlık, yelkenli tekne performansı için iyi yönde etkiyen bir özellik değildir. Tekne ağırlığının yelken kuvveti ile sevk edildiği düşünülünce ağırlık hızı olumsuz etkiler. Ancak birçok yelkenli tekne salmasız hareket etme yeteneği gösterememektedir. Salma yokken yelkenin uyguladığı kuvvet, onu dengeleyecek bir kuvvet oluşmadığından karşılıksız kalacaktır. Tekne alabora olacaktır. Böyle durumlarda ağırlık, tekne stabilitesini olumlu yönde etkileyerek teknenin alabora olmasını engelleyecektir. Ayrıca tekneye bir atalet katarak yavaşlamasını geciktirecektir. Guletler gibi deplasman tekneleri, ağırlık stabilitesini kullanmak suretiyle dengesini sağlar, yani teknenin zeminine yayılan ağırlık salmanın işlevini görmektedir. Ağırlık stabilitesi suda yüzmekte olan silindirik bir şişe ile açıklanabilir.

Su üzerinde yüzmekte olan boş bir şişe göz önüne alalım. Şişeyi suyun üzerinde tutup çevirirsek şişenin durmadan döndüğünü gözlemleriz. Şişe ağırlık merkezinin bulunduğu eksen üzerinde dönmeye devam eder ve suyun kaldırma kuvvetinin etki merkezi değişmeden aynı pozisyonda kalır. Sonuçta ilk konumdaki denge durumuyla ilgili bir değişme olmayacaktır. Ağırlık merkezi ile kaldırma kuvveti merkezleri birbirlerinden ayrılmadıkça denge durumu bozulmayacaktır. Harekete karşı bir güç oluşmayacaktır. Hareket, laminar tabakanın yarattığı sürtünme ile sönümlenecektir. Diğer taraftan şişenin içine beton veya benzeri bir ağırlık konularak şişenin yatayda bir kısmı ağırlaştırılır, böylece ağırlık merkezi şişenin merkezinden kayar. Ağırlık merkezi şişe döndükçe devinim ekseni etrafında yer değiştirmeye başlar. Bu yer değiştirme şişeyi istediğimiz gibi döndürmemize engel olur.(Şekil 4.3) [6].

Ağırlığın bir yönde yer değiştirmesi neticesinde moment oluşur. Bu durumda ağırlık merkezinin yer değiştirmesinden dolayı şişenin ağırlık merkezinin yeri değişirken kaldırma kuvvetinin yeri sabit kalır ve bir moment oluşturur. Şişe hareket ettirildiğinde kaldırma kuvveti ile ağırlık merkezi artık aynı eksende olmazlar. Şişe hareket ettiğinde ağırlık merkezinin yeri değişir ve kaldırma kuvvetinin yeri sabit kalır. Bu yer değiştirme ile bir moment kolu, dolayısıyla bir moment değeri oluşur. Bu

25

moment şişeyi tekrar aynı denge konumuna getirmeye çalışır. Burada şişe yuvarlak bir şekle sahip olduğundan stabiliteye bir katkısı yoktur.

Şekil 4.3.a-b : Ağırlık stabilitesi[6]

Kaldırma kuvvetinin etki noktası değişmez. Sadece ağırlık merkezinin yeri değiştirilerek şişe stabilite kazanmıştır. Bu prensip deplasman tipi yatlarda omurgaya eklenen ağırlıkla sağlanan stabilitede kullanılır. Basitçe yelkenden doğan meyil teknenin dibine yerleştirilmiş ağırlık ile dengelenir.

Her teknenin formuna bağlı olarak bir form stabilitesi vardır. Yelkenden kaynaklanan meyil açısını dengelemek ve teknenin ağırlık merkezini aşağı çekmek için balast kullanılır. Ağırlık merkezi ne kadar aşağıda olursa tekne o kadar dengeli olur [6].

4.2.2 Ağırlık merkezi

Ağırlık merkezinin yüksekliği veya dikey pozisyonu ağırlık dağılımı ile belirlenir. Ağırlık merkezinin omurgadan olan mesafesi KG veya VCG olarak belirtilir. KG tekne deplasmanı değişmeden, yüklerin yer değiştirmesi ile farklı noktalarda oluşabilir. KG değeri değişmeden tekneden ağırlık alınabilinir veya eklenebilinir. KG’nin yeri, personelin yer değiştirmesi ve/veya yükün yer değiştirmesi gibi sebeplerden dolayı değişebilir. Eklenen veya çıkarılan ağırlığın yeri bilinir ise yeni

26

KG değeri hesaplanabilinir. KG değerinin hesaplanması için denklem 4.1 kullanılır. Denklem bize, ağırlığın yer değiştirmesinden dolayı denge konumunun değişmesi, tekrar denge konumunu yakalayacak olan merkezin moment hesabı ile bulunmasını göstermektedir.

∑

∑ (4.1)

KG = Ağırlık merkezi yüksekliği; w=Eklenen veya çıkarılan ağırlık, W=Teknenin toplam ağırlığı;

Ağırlık merkezi teknenin trim veya meyilinde değişen bir nokta değildir. Meyilden dolayı yük kayması gibi bir problem yoksa ağırlık merkezinin yeri meyilden dolayı değişmez [6].

4.2.3 Sephiye merkezi

Sephiye merkezi teknenin su altında kalan kısmının bir fonksiyonudur. Sephiye merkezi teknenin su altında kalan hacminin, geometrik merkezidir. Sephiye merkezi su hattının altındaki en kesit alanları kullanılarak hesaplanır. Su hattının altındaki en kesit alanların alan merkezleri hesaplanır. Alan merkezlerinin uzaklığı, alanlarla çarpılarak bir moment elde edilir. Bu moment değerinin toplamı deplasmana bölünerek KB değeri hesaplanır. Bu yöntem aşağıda formüle edilmiştir.

(4.2)

Sephiye merkezi teknenin su altında kalan kısmı kullanılarak hesaplanır. Teknenin hareketleri doğrultusunda yer değiştirir. Stabilite hesaplamalarında tekne hareketlerine bağlı olarak tekrar tekrar hesaplanır [6].

Ön dizayn aşamasında teknenin sephiye merkezi ampirik formüller ile hesaplanır. Yapılan çalışma içerisinde değerlendirilen tekneler kullanılarak ampirik formül oluşturulmuştur. Bu formül kullanılarak KB değerinin su hattından uzaklığının derinliğe oranı hesaplanmaktadır.

27

Şekil 4.4’te hesaplanan değerler ile gerçek değerlerin karşılaştırılması yapılmıştır. Formül yüksek Cp ve en/derinlik oranına sahip bir tekne haricinde diğer değerlerde

orijinal değerden %0,05 sapma sınırı içinde kaldığı gözlenmiştir.

Şekil 4.4 : KB/T oranının formül ve gerçek değerleri

Boyuna ve enine olmak üzere stabil bir teknede, ağırlık merkezi ile sephiye merkezi çakışır. Tekne yüzerken boyuna ağırlık merkezi ve boyuna sephiye merkezi çakışır. Bu değerler teknenin boyuna stabilitesini oluşturur.(Şekil4.5)

Şekil 4.5 : Moment kolu [1]

0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 0,32 0,34 0,553 0,573 0,593 0,613 0,633 0,653 0,673 0,693 KB/T Cp

KB/T‐ Cp

28

4.2.4 Moment kolu ve metasentır noktası

Enine metasentır yüksekliği, denge bozulduktan sonra ki sephiye merkezinden geçen eksen ile ilk denge ekseninin kesiştikleri noktanın ağırlık merkezine olan uzaklığıdır. Bu iki eksenin kesiştikleri noktayada metasentır noktası denir.

Geminin herhangi bir dış kuvvet etkisi altında (örneğin yük yükleme veya boşaltma, su alma, rüzgar ve dalga gibi) ağırlık merkezinin konumunun değişmesi, ağırlık ve sephiye merkezleri arasındaki uzaklıktan dolayı bir moment oluşturacaktır. Bu momentin etkisiyle sephiye merkezi, ağırlık merkezinin yeni konumu ile aynı düşey doğruya gelene kadar tekne meyil veya trim yapacaktır. Ağırlık ve sephiye merkezi arasındaki fark bir moment oluşumuna sebep olur. Oluşan moment tekneyi orijinal durumuna geri getirmeye çalışıyor ise ağırlık ve deplasman kuvvetleri arasında pozitif GZ moment kolu oluşacaktır. Bu durum (Şekil 4.5)’te görülmektedir. Eğer oluşan moment gemiyi yatırmaya çalışıyorsa negatif bir GZ vardır ve bu durumda oluşan moment gemiyi devirmeye çalışacaktır. Eğer GZ moment kolu sıfır ise yani ağırlık ve kaldırma kuvvetleri aynı düşey doğru üzerinden etkiyorsa gemi bu meyil açısında dengede kalacaktır. Pozitif metacenter yüksekliğine sahip olan tekne kendini doğrultacak moment kolları üretir. Bu durum metasentır noktası ağırlık merkezinin üzerinde ise gerçekleşir. Eğer tekne doğrulmuyor ise negatif stabiliteye sahiptir. Negatif stabilite durumunda tekne alabora olur. Metasentır noktası hidrostatik formüllerinden hesaplanır.

(4.4) Enine metasentır çapı metasentır noktası ile kaldırma kuvveti merkezi arasındaki farktır. Bu değer, küçük açılar için sephiye merkezinin yer değişimi bir yay oluşturduğu için çap olarak adlandırılmıştır. Metasentır çapı su hattı alanının ataleti ile deplasman hacminin çarpımı ile hesaplanır.

(4.5) Dikdörtgen bir form için atalet momenti

, (4.5a) ve

29 , = , (4.5b) L= Su hattı boyu B= Genişlik T= Su çekimi

Su hattı alanı belirlenmiş ise, ataleti entegral ile hesaplanabilinir. Su hattı alanı belirlenmemiş ise ampirik formüller ile hesaplanabilinir. CITLB3 burada CIT enine

moment katsayısı olarak adlandırılır ve yaklaşık olarak CWP2/11.7 veya

0.125CWP-0.045 ile formüle edilir. Bu formül CWP<0.9 değerine sahip tekneler için

geçerlidir. Eğer CWP>0.9, ise (LxB)3/12 şeklinde formül daha doğru sonuçlar

vermektedir [6].