10 metre boyunda yarış/gezi sınıfı yelkenli yatların formunun prizmatik katsayıya göre belirlenmesi

(1)

YÜKSEK LİSANS TEZİ

MAYIS 2018

10 METRE BOYUNDA YARIŞ/GEZİ SINIFI YELKENLİ YATLARIN FORMUNUN PRİZMATİK KATSAYIYA GÖRE BELİRLENMESİ

Yüce Mert KÖSEOĞLU

Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Anabilim Dalı Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Programı

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ  FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

(2)

(3)

YÜKSEK LİSANS TEZİ

MAYIS 2018

10 METRE BOYUNDA YARIŞ/GEZİ SINIFI YELKENLİ YATLARIN FORMUNUN PRİZMATİK KATSAYIYA GÖRE BELİRLENMESİ

Tez Danışmanı: Prof. Dr. Abdi KÜKNER Yüce Mert KÖSEOĞLU

(508121114)

Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Anabilim Dalı Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Programı

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ  FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

(4)

(5)

iii

Tez Danışmanı : Prof. Dr. Abdi KÜKNER ...

İstanbul Teknik Üniversitesi

Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Kadir SARIÖZ ...

İstanbul Teknik Üniversitesi

Doç. Dr. Muhsin AYDIN ...

Yıldız Teknik Üniversitesi

Prof. ORHAN ...

Istanbul University

İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü’nün 508121114 numaralı Yüksek Lisans öğrencisi, Yüce Mert KÖSEOĞLU, ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm şartları yerine getirdikten sonra hazırladığı “10 METRE BOYUNDA YARIŞ/GEZİ SINIFI YELKENLİ YATLARIN FORMUNUN PRİZMATİK KATSAYIYA GÖRE BELİRLENMESİ” başlıklı tezini, aşağıda imzaları olan jüri önünde başarı ile sunmuştur.

Teslim Tarihi : 02 Mayıs 2018 Savunma Tarihi : 22 Mayıs 2018

(6)

(7)

v ÖNSÖZ

Yapmış olduğum bu çalışmada, bana yardımcı olan değerli hocam Prof. Dr. Abdi KÜKNER’e teşekkürü borç bilirim. Hayatım ve öğrenimim boyunca bana desteklerini esirgemeyen aileme ve arkadaşlarıma ayrıca teşekkür ederim. Özellikle her zaman beni destekleyen eşime ve anneme en içten dileklerimi sunar, bu çalışmayı kendilerine atfederim.

MAYIS 2018 Yüce Mert KÖSEOĞLU

(Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisi)

(8)

(9)

vii İÇİNDEKİLER

Sayfa

ÖNSÖZ ... v

İÇİNDEKİLER ... vii

KISALTMALAR ... ix

ÇİZELGE LİSTESİ ... xi

ŞEKİL LİSTESİ ... xiii

ÖZET... xvii

SUMMARY ... xix

1. GİRİŞ ... 1

2. TEKNE DİZAYN YÖNTEMLERİ VE GEZİ/YARIŞ YELKENLİ YATLARI ... 3

2.1 Tekne Dizayn Yöntemleri ... 3

2.2 Tekne Dizayn Kriterleri ... 4

2.3 Yelkenli Gezi/Yarış Yatlarının Gelişimi ... 4

3. YELKENLİ TEKNELERDE KULLANILAN ORANLAR ... 7

3.1 Boy Deplasman Hacmi Oranı ... 8

3.2 Yelken Alanı Deplasman Hacmi Oranı ... 9

3.3 Yelken Alanı Islak Yüzey Alanı Oranı ... 11

3.4 Balast Oranı ... 11

3.5 Boy Genişlik Oranı ... 12

3.6 Sarkıklık Oranı ... 13

3.7 Alabora Gösterge Katsayısı ... 13

3.8 Dinginlik Oranı ... 14

3.9 Su Hattı Alanı Merkezi ... 14

3.10 Orta Kesit Alanı Katsayısı (Cmc) ... 15

3.11 Prizmatik Katsayı (Cp) ... 15

4. YELKENLİ TEKNE STABİLİTESİ ... 17

4.1 Yelkenli Tekneye Etkiyen Kuvvetler ... 17

4.2 Yelkenli Tekne Stabilitesi Bileşenleri ... 17

4.2.1 Teknenin stabilitesi ... 17

4.2.2 Tekne geometrisinde stabiliteye etki eden faktörler ... 19

5. YELKENLİ TEKNE DİRENCİ ... 21

5.1 Direnç Bileşenleri ... 21

5.1.1 Viskoz direnç ... 21

5.1.1.1 Sürtünme direnci ... 22

5.1.1.2 Viskoz basınç direnci ... 23

5.1.2 Dalga direnci ... 24

5.1.3 Meyil direnci ... 26

6. L/B ORANI VE CP DEĞİŞİMİNE GÖRE DİRENÇ VE STABİLİTE İLE PERFORMANS OPTİMİZASYONU YAPILMASI ... 29

6.1 L/B Oranı ve Cp Değişimine Göre Üretilen Teknelerin Direnç Hesaplamaları ... 29

6.2 Performans ve Stabilite İncelemesi ... 37

(10)

6.2.1 Armanın belirlenmesi ... 37

6.2.2 Üretilen teknelerin polar diagramlarının karşılaştırılması ... 39

6.2.3 Üretilen teknelerin stabilite hesaplarının yapılması ... 46

6.2.4 Baş form belirlenmesi ... 47

7. SONUÇLAR VE TARTIŞMALAR ... 51

KAYNAKÇA ... 57

EKLER ... 59

ÖZGEÇMİŞ ... 123

(11)

ix KISALTMALAR

L/B : Tekne Boyunun Enine Oranı CP : Prizmatik Katsayı

D/L : Deplasman Hacmi Boy Oranı

SA/D : Yelken Alanı Deplasman Hacmi Oranı SA/WSA : Yelken Alanı Islak Yüzey Alanı Oranı BR : Balast Deplasman Oranı

LOA/B : Tam Boy Genişlik Oranı OR : Sarkıklık Oranı

CSF : Alabora Gösterge Katsayısı MCR : Dinginlik Oranı

CF : Su Hattı Alanı Merkezi CMC : Orta Kesit Alanı Katsayısı Fr : Froude Sayısı

LWL : Su Hattı Boyu

𝛁 : Deplasman Hacmi

LDR : Boy Deplasman Hacmi Oranı DLR : Deplasman Hacmi Boy Oranı BWL : Su Hattı Genişliği

D : Draft

CE : Yelkenlere Etkiyen Kuvvet Merkezi

GZ : Kuvvet Kolu

B : Dikey Konumdaki Sephiye Merkezi B^I : Meyilli Durumdaki Sephiye Merkezi M : Metesantr Noktası

R_T : Toplam Direnç

RV : Viskoz Direnç

Rw : Dalga Direnci R_H : Meyil Direnci Re : Reynolds Sayısı CF : Sürtünme Katsayısı S_W : Islak Yüzey Alanı

λ : Dalga Boyu

Vdalga : Dalga Hızı RR : Artık Direnç

C_H : Meyil Sürtünme Katsayısı

I : Şiyer Hattından Genoa Mandar Köşesine Olan Mesafe J : Genoa Karula Köşesinden Direk Önüne Olan Mesafe LP : Genoa İskota Köşesinden Orsa Yakasına Olan Dik Mesafe SPL : Balon Gönderi Uzunluğu

SL : Balon Orsa Yakası Uzunluğu SMW : Balon Azami Genişliği

P : Ana Yelken Orsa Yakası Uzunluğu E : Ana Yelken Bumba Uzunluğu

(12)

MGM : Orsa yakası uzunluğu ortasından güngörmez yakasına olan dik mesafe

MGU : Orsa yakası ¾ uzunluğundan güngörmez yakasına olan dik mesafe BAS : Bumbanın şiyer hattından yükseklik mesafesi

(13)

xi ÇİZELGE LİSTESİ

Sayfa

Çizelge 3.1 : Yelkenli Tekne Çeşitleri DLR Oranları ... 8

Çizelge 3.2 : Yelken Alanı Deplasman Hacmi Oranı. ... 10

Çizelge 3.3 : OR Oranı. ... 13

Çizelge 5.1 : Fr 0,125-0,450 İçin Artık Direnç Katsayıları . ... 25

Çizelge 5.2 : Fr 0,475-0,750 İçin Artık Direnç Katsayıları . ... 26

Çizelge 6.1 : Kullanılan tekne boy ve en bilgileri. ... 29

Çizelge 6.2 : Üretilen Teknelerin Hesaplanan Toplam Yelken Alanları. ... 37

Çizelge 6.3 : Üretilen Teknelerin Hesaplanan Arma ve Yelken Büyüklükleri. ... 38

Çizelge 6.4 : Maxsur-Span ve IRC Kısaltmalarının Eşleştirilmesi. ... 39

Çizelge 6.5 : Üretilen Teknelerin Rüzgarüstü Seyir Performansı. ... 41

Çizelge 6.6 : Üretilen Teknelerin Apaz Seyir Performansı. ... 41

Çizelge 6.7 : Üretilen Teknelerin Rüzgaraltı Seyir Performansı. ... 42

Çizelge 6.8 : Genişliği 3.636 m Olan Tekne Serisinin Rüzgar Üstü Seyir Optimum Prizmatik Katsayıları. ... 43

Çizelge 6.9 : Seyir Çeşitlerine Göre Optimum Prizmatik Katsayılar ve Tekne Genişlikleri. ... 44

Çizelge 6.10 : Optimum Prizmatik Katsayı ile Üretilen Teknenin Ort. Sürat Değerleri. ... 45

Çizelge 6.11 : Su Hattı Boyu 10.4 m Olan Bir Teknenin Gerçek Polar Diagramı. ... 45

Çizelge 6.12 : Gerçek Değerleri Bilinen Teknenin Ortalama Sürat Değerleri. ... 45

Çizelge 6.13 : Baş Formlara Göre Artık Direnç Hesaplaması... 49

Çizelge A.1 : Örnek Gezi/Yarış Yelkenli Yatları Genel Özellikleri ve Boyutsuz Oranları. ... 60

Çizelge B.1 : LOA’sı 9-11 m Arası Olan 26 Adet Gezi/Yarış Yelkenli Yatının Genel Özellikleri ve Boyutsuz Oranları ... 62

Çizelge D.1 : Üretilen Teknelerin Rüzgarüstü Seyirde Hesaplanan Ortalama Meyil Açıları. ... 76

Çizelge E.1 : Üretilen Teknelerin Polar 6-20 Kts Rüzgar Sürati Arasındaki Polar Diagramları. ... 79

Çizelge F.1 : Üretilen Teknelerin Stabilite Değerleri ... 81

Çizelge G.1 : Genişliği 3.636 m Olan Tekne Serisinin Rüzgar Üstü Seyir Optimum Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri. ... 106

(14)

Çizelge G.6 : Genişliği 3.636 m Olan Tekne Serisinin Apaz Seyri Optimum

Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri. ... 111 Çizelge G.7 : Genişliği 3.472 m Olan Tekne Serisinin Apaz Seyri Optimum

Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri. ... 115 Çizelge G.11 : Genişliği 3.636 m Olan Tekne Serisinin Rüzgaraltı Seyri Optimum

Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri. ... 120 Çizelge H.1 : Genişliği 3.37 m Cp Katsayısı 0.505 Olan Optimum Prizmatık Katsayı

ve Genişlikle Üretilen Teknenin Doğrusal İnterpolasyonla En

Kesitlerinin Belirlenmesi ... 115

(15)

xiii ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa

Tekne Dizayn Döngüsü. ... 3

Şekil 2.1 : Uskuna. ... 5

Şekil 2.2 : Slup Armalı Yelkenli Yat. ... 5

Şekil 2.3 : Şekil 3.1 : Deplasmanı 0,93-10,43 Ton İle LOA’sı 7-18 Metre Arasında Değişen Toplam 78 Adet Gezi/Yarış Yelkenli Yatının DLR Oranları. ... 9

Şekil 3.2 : Gezi/Yarış Maksatlı 78 Adet Yelkenli Yatın Yelken Alanı Deplasman Hacmi Oranı. ... 10

Şekil 3.3 : SA/D ve DLR Oranlarının Karşılaştırılması. ... 11

Şekil 3.4 : BR LOA Kıyaslaması. ... 12

Şekil 3.5 : LOA Değişiminin L/B Üzerindeki Etkisi. ... 12

Şekil 3.6 : CSF Katsayısının LOA’ya Bağlı Değişimi. ... 14

Şekil 3.7 : Düşük Süratlerde Optimum Cp . ... 16

Şekil 4.1 : Enine Stabilite. ... 18

Şekil 4.2 : Stabilite Eğrisi . ... 19

Şekil 5.1 : Tekne Üzerindeki Laminar Akış . ... 22

Şekil 5.2 : Reynolds Sayısı-Sürtünme Katsayısı . ... 23

Şekil 5.3 : Dalga Direnci ve Froude Sayısı... 24

Şekil 6.1 : Su Hattı Boyu ve L/B İlişkisi ... 30

Şekil 6.2 : Üretilen Teknelerin Su Hattı Boyu ve L/B İlişkisi . ... 31

Şekil 6.3 : Ana Tekne Genel Özellikleri. ... 31

Şekil 6.4 : L/B Oranı 3.02 ve Cp=0.5 Olan Model Tekne. ... 32

Şekil 6.5 : L/B Oranı 3.16 ve Cp=0.6 Olan Model Tekne. ... 32

Şekil 6.6 : L/B Oranı 2.75 için Direnç-Froude Sayısı Değişimi. ... 33

Şekil 6.11 : L/B Oranları-Direnç Değişimi... 35

Şekil 6.12 : Üretilen Teknelerin Rüzgar Üstü Seyirde 6-20 knot Rüzgar Süratinde Meyil Dirençlerinin Değişimi. ... 36

Şekil 6.13 : Yelken Kısımları Kısaltmaları... 39

Şekil 6.14 : Hız Tahmin Programı Algoritması . ... 40

Şekil 6.15 : Genişliği 3.636 m Olan Tekne Serisinin Rüzgar Üstü Seyirde Rüzgar Şiddetine Göre Ulaşabildiği Froude Sayıları ve Eğilim Çizgisi Denklemleri. ... 43

Şekil 6.16 : Gerçek Değerleri Bilinen Tekne ile Hesaplanan Optimum Prizmatik Katsayı ile Türetilen Teknenin Ortalama Sürat Değerleri Karşılaştırması. ... 46

Şekil 6.17 : Genişliği 3.311 Olan Tekne Serisi ve Optimum Teknenin Stabilite Eğrisi. ... 47

Şekil 6.18 : Baş Formların En Kesitleri. ... 48

(16)

Şekil 6.19 : Değişik Baş Formların Uygulanması Neticesinde Direnç Değişimleri. . 49

Şekil 7.1 : Rüzgarüstü Seyri Perfomans Karşılaştırması. ... 52

Şekil 7.2 : Apaz Seyri Perfomans Karşılaştırması. ... 52

Şekil 7.3 : Rüzgaraltı Seyri Perfomans Karşılaştırması. ... 53

Şekil C.1 : Endaze-1 Genişliği 3.030 m C_pKatsayısı 0.4 Olan Üretilen Tekne. ... 63

Şekil C.2 : Endaze-2 Genişliği 3.030 m Cp Katsayısı 0.45 Olan Üretilen Tekne. ... 63

Şekil C.4 : Endaze-4 Genişliği 3.030 m C_pKatsayısı 0.55 Olan Üretilen Tekne. ... 64

Şekil C.10 : Endaze-10 Genişliği 3.165 m Cp Katsayısı 0.60 Olan Üretilen Tekne. . 67

Şekil C.11 : Endaze-11 Genişliği 3.311 m C_pKatsayısı 0.40 Olan Üretilen Tekne. . 68

Şekil C.16 : Endaze-16 Genişliği 3.472 m Cp Katsayısı 0.40 Olan Üretilen Tekne . 70 Şekil C.17 : Endaze-17 Genişliği 3.472 m Cp Katsayısı 0.45 Olan Üretilen Tekne. . 71

Şekil C.21 : Endaze-21 Genişliği 3.636 m C_pKatsayısı 0.40 Olan Üretilen Tekne. . 73

Şekil C.25 : Endaze-25 Genişliği 3.636 m Cp Katsayısı 0.60 Olan Üretilen Tekne. 75 Şekil G.1 :Genişliği 3.636 m Olan Tekne Serisinin Rüzgar Üstü Seyir Optimum Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri ... 106

Şekil G.2 : Genişliği 3.472 m Olan Tekne Serisinin Rüzgar Üstü Seyir Optimum Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri ... 107

Şekil G.3 :Genişliği 3.311 m Olan Tekne Serisinin Rüzgar Üstü Seyir Optimum Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri ... 108

Şekil G.6 :Genişliği 3.636 m Olan Tekne Serisinin Apaz Seyri Optimum Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri ... 111

(17)

xv

Şekil G.11 :Genişliği 3.636 m Olan Tekne Serisinin Rüzgaraltı Seyri Optimum Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri ... 116 Şekil G.12 :Genişliği 3.472 m Olan Tekne Serisinin Rüzgaraltı Seyri Optimum

Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri ... 117 Şekil G.13 :Genişliği 3.311 m Olan Tekne Serisinin Rüzgaraltı Seyri Optimum

Prizmatik Katsayıları ve Eğilim Eğrileri ... 120 Şekil H.1 : Genişliği 3.37 m Cp Katsayısı 0.505 Olan Optimum Prizmatık Katsayı

ve Genişlikle Üretilen Teknenin Doğrusal İnterpolasyonla En

Kesitlerinin Belirlenmesi ... ….121

(18)

(19)

xvii

YARIŞ/GEZİ SINIFI YELKENLİ YATLARIN FORMUNUN PRİZMATİK KATSAYIYA GÖRE BELİRLENMESİ

ÖZET

Yelkenli teknelerde kullanıcılar en iyi yelkenli seyir performansı isterken azami stabiliteye de sahip olmak isterler. Bu maksatla yelkenli teknede yelken performansı, optimum gövde formu ve stabilite önemlidir. Yarış/gezi yelkenli tekneleri ortalama performans ve stabiliteyi sağlamaktadırlar.

Bu çalışmada yelkenli dizaynına başlangıçta karar verilmesi gerekli en önemli form parametreleri olan prizmatik katsayı ile tekne tekne boy genişlik oranı incelenerek 10 metre su hattı boyu olan bir tekne için optimum prizmatik katsayı ve optimum tekne genişliği çıkarılmaya çalışılmıştır.

Endaze oluşturulması zahmetli ve vakit alan bir süreç olup çalışmada optimum bir form çıkarılmaya çalışılmış ve bilinen yaygın hava koşulları ile bilinen yelken seyri için tasarımı yapılacak bir yelkenli teknede kullanılabilecek optimum prizmatik katsayıları ile tekne genişlikleri belirlenmeye çalışılmıştır.

Yelkenli teknelerde performansı etkileyen önemli faktör olan prizmatik katsayının yanısıra yelken alanı ve baş form da belirlenmeye çalışılmıştır. Öncelikle yelkenli teknelerde kullanılan boyutsuz parameterler olan yelken alanı deplasman hacmi oranı, boy deplasman hacmi oranı, yelken alanı ıslak yüzey alanı, tam boy genişlik oranı, teknenin prizmatik katsayısı, dinginlik oranları, sarkıklık oranları, orta kesit alanı katsayısı incelenerek gerçekte var olan teknelerdeki oranlar incelenerek sunulmuştur.

Tekne endazesi oluşturulurken performans kriterleri göz önüne alınmalıdır. Bu maksatla yarış/gezi sınıfında gerçekte var olan su hattı boyları 10 metre ve civarında 25 teknenin tekne boyu genişlik oranı ortalaması kullanılarak 5 değişik tekne boyu tekne genişliği oranı belirlenerek her oran için prizmatik katsayıları 0,4 ile 0,6 arasında değişen toplam 25 tekne üretilmiştir.

Üretilen tekneler bilgisayar ortamında türetilmiş olup üretilen teknelerin yelken alanları için bir yelken alanı ve deplasman hacmi oranı belirlenerek herbir tekne için yelken alanları ve ilgili yelken kenar uzunlukları belirlenmiştir. Üretilen teknelerin forma dayalı performans kriterini inceleyebilmek için tümünde aynı salma formu ve salma uzunluğu kullanılmıştır. Türetilen herbir teknenin direnç, stabilite ve yelkenli seyir performansı kıyaslanarak tekne genişliğinin ve prizmatik katsayı değişiminin etkileri irdelenmeye çalışılmıştır. Üretilen teknelerin performansları 6-20 kts rüzgar sürati aralığında tüm yelkenli seyir türleri (rüzgarüstü, apaz, rüzgar altı) için incelenmiştir. En uygun prizmatik katsayıyı ve tekne genişliğini bulmak için interpolasyon yöntemi kullanarak optimum prizmatik katsayı ve tekne genişliği tahmin edilmiştir. Üretilen teknelerden bir tanesi seçilerek baş formu değiştirilmiş tekne formundaki artık direnç değişimi gözlemlenmeye çalışılmıştır.

(20)

Polar diagramlardan herbir yelkenli seyir türü için kullanılabilecek optimum prizmatik katsayı ve genişlik değerleri belirlenmiştir. Ayrıca üretilen optimum prizmatik katsayıya sahip teknenin gerçekte var olan bir tekne ile performans ve stabilite karşılaştırılması yapılarak çalışmanın sonuçları ortaya koyulmaya çalışılmıştır.

Bu çalışmada tasarımcının ön dizayn aşamasında karar vermesi gerekli olan prizmatik katsayının ve tekne genişliğinin rüzgar şiddeti ve istenilen yelkenli seyir türüne göre optimum prizmatik katsayı ve tekne genişliğinin belirlenmesi gibi unsurlar açıklanmaya çalışılmıştır.

Anahtar kelimeler: Yelkenli tekne, prizmatik katsayı, tekne genişliği

(21)

xix

DEFINING 10 METER RACING/CRUISING CLASS SAILING YACHT’S CANOE BODY ACCORDING TO THE PRISMATIC COEFFICIENT

SUMMARY

For thousands of years, the world depended exclusively on sail power for long distance travel across water. Whether on great rivers such as Nile or Amazon, or on seas and oceans such as Mediterrranean, Atlantic or Pacific sail power was the only alternative to muscle power applied to oears and paddles.

In every part of the world, local populations devised their own solutions to the challenge of harnessing the wind and building boats capable of carrying people and cargo long distances. These local solutions created unique crafts (Turkis Gulets, Arabian Dhows, Viking Long Boats etc.), some which still survive.

Viking longboats travelled thousands of miles under oars and their simple square sails. The square sail rig became common, although it was only suitable for sailing on downwind courses. Arabian dhows developed their characteristic huge lateen sails as an efficient sailing solution. A dhow could sail upwind upwind well and was fast compared to square-rigged ships.

The Chinese solutions to sail power was Chinese lug sail commonly referred to as a junk rig, with its short mast and woven sails supported by long bamboo battens. In the Pacific Ocean the Poylnesian islanders developed the proa (unique multihulled craft) using hollowed tree trunks for the main canoe with stabilizing outrigger to help keep it upright.

The terms of “yacht” and yachting are derived from Dutch word jaghen means to pursue or chase. By the end of the 16 th century, the word jaght was in use to denote any light and swift ship used for trade war or enjoyment. The earliest yachts were used occasionally for pleasure, but they served mostly for transportation and communication, being very practical in the Netherland’s sheltered waters.

While in exile in the Netherlands, the English king Charles II, learnt of the Dutch habit for using small yachts for transport. On his return to England in 1660, Charles received the gift of 15.8 m Dutch yacht called Mary, which naturally stimulated English shipbuilders to attempt to improve on the design.

By 1661, two yachts had been built by Pett Brothers: the Catherine for King Charles, and the Anne for the King’s brother, the Duke of York. These yachts staged the first recorded race between two pleasure vessels when the King beat brother on a course from Greenwhich to Gravesend and back along the Thames.

With development of internal combustion machines the sailing yachts lost their attractions on transportation and trade industry. With the modern age the sail yachts have come into existence on cruising and sport purposes. Also the development of manufacture technology about yachts has changed with glassfibre material.

According to changing on manufacture technology, the sailing yachts were getting very popular on world.

(22)

A yacht designer would like to estimate performance and stability of his design at concept design step. Therefore to use ratios about dimensions and coefficients during the design procedure is accelerant and common. In this study, The 10 meter length racing/cruising sail boat’s optimum dimension and polar diagram tried to be reached with the help of prismatic coefficient and length/beam ratio with the concerns of stability and performance.

Sailing yacht skippers want to have best sailing performance and best stability with their yachts. Therefore the yachts’ forms, stability and sails dimensions are very important. Cruise and racing sailing yachts have average sail performance and stability.

The ratios of boat dimensions and coefficients for yacht design is very common to use at concept design to determine and predict stability, performance and dimensions. In this study displacement length ratio, sail area wetted surface area ratio, ballast ratio, length beam ratio, motion comfort ratio, center of flotation, midship area coefficient, prismatic coefficient are studied.

Beside the literature that has been searched, 77 existing sailing yacht model’s dimensions are studied according to these ratios and compered with the literature. In this study, the length beam ratio and prismatic coefficient are used to determine optimum boat.

In this study, the most important design parameters prismatic coefficient and hull beam ratio are tried to be figured out for a sailing yacht that has 10 m water length.

When the hull plan is designed, the performance criteria needs to be considered as one of the most important output for a designer. Therefore, 25 boats which exist in real life with 10 m water length that are known with their general dimensions were used to achieve the interval of the dimensionless ratios. During the achieve of interval of the dimensionless raitos, it is seen that the interval dimensionless ratios were stayed between the limits of Length/Beam ratio area of Larsson deteceted.

These ratios of the sailing yachts were modeled on computer. 5 different beam length ratio has used and for each beam length ratio 5 yacht has modeled. The resistances, stabilities and sailing performances were compared for 25 different modeled sailing yachts to interpret the impact of prismatic coefficient and boat beam on sailing yachts. The models were created with the help of Maxsurf parametric transformation.

The water length and prismatic coefficient were fixed, other parameters were open to determine up to program during creation of models.

The resistances of the model yachts were calculated with Delft Method with the help of Maxsurf Hullspeed Program. The changes on the resistances were determined according to the different length/beam ratios and prismatic coefficients. As expected from Delft empirical equations the resistances of models were decreased when the length/beam ratios decreased and prismatic coefficient gets smaller.

The stabilities of the models were studied. The keel length and keel’s bulb form were taken same for each model to determine the effects of hull form on stability. In this study there isn’t any big differences on stability curves to determine a stability equation according to length/beam ratios.

To determine each model’s performance, the sail dimensions are determined with the help of sail area/displacement ratio. The sail area/displacement ratio were used to eliminate the performance effect of displacement. The main model’s sail dimensions and sail area/displacement ratio were determined and this ratio value fixed for every

(23)

xxi

produced model. With the help of this ratio value, each boats sail dimension were calculated.

The sail performances are calculated with Maxsurf Span Program. The polar diagrams of each boat has divided 3 sections. These are upwind, reaching and downwind courses to determine best prismatic coefficient and length/beam ratio for aech sailing courses.

In order to find best prismatic coefficient and hull beam, interpolation method is used and optimal values are forecasted. In addition to this, a chosen model sailing yacht’s bow shape has been simulated with various bow types (tumblehome, plumb, raked, spoon bow, conventional clipper) to find best bow type with the help of the residuary resistance calculation. From this study the designer can decide his boat’s prismatic coefficient and the hull beam according to each sailing route and each wind speed.

Keywords; Sailing yacht, prismatic coefficient, hull beam

(24)

(25)

1 1. GİRİŞ

Yelkenli tekneler tarihte ilk olarak uygarlığın beşiği Nil Nehri’nde piramitlerin inşaatında kullanılan taşları taşımak için kullanılmaya başlanmıştır. Akdeniz’de ise Giritlilerin ticarette kullanması ile tarihin ilerleyen süreçlerinde diğer uygarlıklara da yaygınlaşarak uzun dönemler boyunca başta ticaret, harp ve turizm filolarında denizciliğin en önemli tekneleri olmuşlardır. Başlangıçta yelkenlerinin formundan dolayı sadece rüzgar yönünde rüzgar altı seyirleri yapabilen yelkenli tekneler zaman içerisinde yelkenlerin üçgen (Latin-Lateen) hale gelmesi ve teknelere salma/balast eklenmesi ile rüzgar yönüne doğru rüzgar üstü seyir yapabilme kabiliyetine erişmiştir. Bu özelliklere sahip yelkenli tekneleri olan dhow adını alan tekneleri ile Araplar bu sayede Çin’e kadar giderek ticaret ağlarını geliştirmişlerdir. Avrupa’da ise Vikingler kendilerine has yelkenli teknelerinin (longship) kaplama tahtalarını birbirleri üzerine çakarak bindirme tekneleri ile 800 ve 1100 yılları arasında İzlanda’yı kolonize etmiş, İngiltere ve İrlanda’ya yerleşmişler, İspanya’yı yağmalamışlar, Karadeniz’de ticaret yapmışlar ve Kuzey Amerika kıtasında koloniler kurmuşlardır. Orta Çağ’ın başlaması ile birlikte ticaret yelkenli tekneleri sadece yelkenle gidecek şekilde tasarlanmaya başlanarak kürek ile sevk sadece savaş teknelerinde kaldı. Böylece yelkenli teknelerin taşıma kapasiteleri arttı. 1800’lerin başlarında kömür yakıtı ile çalışan buharlı gemilerinin kullanılmaya başlanması ile rüzgâr enerjisi yerini içten yanmalı makineli gemilere bırakmıştır [1].

Bu tarihten sonra ticaret ve harp alanında etkisini yitirmeye başlayan yelkenli tekneler yine de toplumların denizci yetiştirmede en önemli kaynağı olmuş ve yelkencilik denizci toplumlar tarafından günlük hayatta turizm ve spor alanlarında yer bulmuştur. 18 yüzyılın başlarından itibaren yelkenli tekneler turizm ve sportif amaçlı olmak üzere iki ana kullanım amacıyla kullanılmaya başlandılar. Günümüzde turizm amacıyla toplumların kendi kıyılarına has tarihi geçmişe dayalı yelkenli tekneleri (örneğin Ege Denizi’nde Bodrum Guleti, Basra Körfezi ülkelerinde dhow tipi yelkenli tekneler vb.) ve kiralama ya da satın alma yolu ile sloop armaya sahip yelkenli tekneler kullanılmaktadır. Bunun haricinde sportif amaçlı yarış yelkenli

(26)

tekneleri kompozit teknolojisinin gelişmesi ile daha hafif imal edilebilmekte ve klasik yelkenli teknelere kıyasla çok daha fazla süratlere ulaşabilmektedir.

Yelkenli yat yarışları 1661 yılında Pett kardeşler tarafından yapılan iki yat ile başlar.

Bu yatlar dönemin Britanya Kralı Kral Charles ve York Dükü kardeşine ait olup ilk yarış Greenwich’den Gravesen’e oradan da Thames nehrine dönüş ile sonlandırılmıştır [2]. Günümüzde yelkenli yat yarışları olimpik branşlarda kendine yer bulmuş olup birçok özel organizasyon tarafından da popüler yelkenli yat yarışları düzenlenmektedir.

Bu çalışma yelkenli yarış/gezi teknelerinde üretim yöntemlerinin de gelişmesi ile L/B oranının prizmatik katsayının (Cp) değişimi ile birlikte, performans etkileşimini incelemek amacı ile yapılmıştır.

(27)

3

2. TEKNE DİZAYN YÖNTEMLERİ VE GEZİ/YARIŞ YELKENLİ YATLARI

2.1 Tekne Dizayn Yöntemleri

Yelkenli tekne tasarımı iteratif bir süreç ile yönetilir. Tasarımcı en başta yelkenli teknenin ne amaç ile kullanılacağını belirlemelidir. Daha sonra ana boyutları belirlenecek yelkenli yatın tasarımına başlanabilir. Tekne tasarımında bir önceki iterasyon sonunda elde edilen veriler bir sonraki iterasyonun başlangıcında kullanılır [3]. Tasarımcı düzeltmelerini yaparak yeni iterasyona başlar ve istenilen değerler elde edilinceye kadar iterasyon döngüsüne devam eder. Larsson tarafından verilen tekne dizayn süreci Şekil 2.1 de dizayn spirali ile açıklanmaktadır [4].

Tekne Dizayn Döngüsü [4].

Şekil 2.1 :

SONRAKİ İTERASYON İÇİN

BİLGİLERİN GÜNCELLENMESİ

ENDAZE DİZAYNI

SALMA VE DÜMEN DİZAYNI

YELKEN VE ARMA DİZAYNI

GENEL YERLEŞİM

PERVANE VE ANA MAKİNE

SEÇİMİ ENDAZE

TASLAKLARI YELKEN ALANI HESABI

AĞIRLIK HESAPLAMALARI

HİDROSTATİK VE STABİLİTE

KONTROL

(28)

Dizayn sürecinde özellikle yeterli sephiyenin sağlanması için endazenin düzeltilmesi, stabilite kriterleri, trim hesapları ve büyük meyil açıları için yapılan hesaplar önemlidir.

2.2 Tekne Dizayn Kriterleri

Yeni tekne dizaynı ekonomik kriterler ve teknenin kullanım amacı göz önünde bulundurularak yapılır. Bu isteklerin neticesinde tasarımcının ortaya koyacağı ürün konsept tasarımını oluşturur.

Ön dizayn aşamasında tasarımcı tarafından; teknenin maliyeti, istenilen performansı, teknenin kullanım amacı, işletim maliyetleri ve ana boyutları belirlenir.

Kontrat dizaynda teknenin teknik şartnamesi hazırlanır.

Detay dizaynda kontrat dizayn esnasında hazırlanan teknik şartnameye uygun olarak imalat planı ve imalat resimleri hazırlanır.

2.3 Yelkenli Gezi/Yarış Yatlarının Gelişimi

Günümüz yelkenli gezi/yarış tekneleri 17’inci yüzyıl sonlarında kullanılmaya başlanan tek direkli gönderli kare ana yelkene (gaff-spanker) (kabasorta armalı, seren yelkene) sahip, sadece bir genoa yelkeni basılmaya müsait ve deniz korsanlarını yakalamak için kullanılan deplasmanı 300 tonu geçmeyen sloop arma olarak adlandırılan yelkenli teknelerin modern formda hayat bulmuş halidir [5].

Atlantik Okyanusu ve Baltık Denizi kıyılarında 14’üncü yüzyıl sonuna kadar kare yelken, Akdeniz ve Hint Okyanusu kıyılarında Latin (lateen) yelken formu zamanın yelkenli teknelerinde görülmektedir. Ancak latin yelken direğe bir gönder vasıtası ile toka edildiği için tramola (rüzgarüstüne manevra) zorluğu bulunmaktaydı.

İlk yelkenli yarış tekneleri 17’inci ve 18’inci yüzyıl ticaret tekneleri olan Hollanda’da kullanılmaya başlanan ve daha sonra Kuzey Amerika’da da görülmeye başlayıp devamında Kuzey Amerika’da geliştirilen iki ya da daha çok sayıda aynı boyda direği olan, randa yelken taşıyan uskuna (Schooner) tipi yelkenliler olup görseli Şekil 2.2 de sunulmuştur [1]. Bunun yanı sıra ticari pazarlarda ilk olarak en iyi fiyatlara yün ve çay alabilmek için hızlı Clipper tipi yelkenli teknelerin üretimi yapılmıştır. İlerleyen zamanlarda öncelikle kömürün sonraları petrolün keşfi ve içten

(29)

5

yanmalı makinalı gemilerin yaygınlaşması ile ticarette ve ulaştırmada yelkenli tekneler önemlerini yitirmişlerdir.

Uskuna [1].

Şekil 2.2 :

Yelkenli yat terimi 17’nci YY’da Hollandaca bir kelime olan “jaght” kelimesinden gelmektedir. Hafif deplasmanlı ve hızlı yelkenliler olarak Hollanda’nın korunaklı sularında taşımacılık amacıyla üretilmiş ve kullanılmışlardır. Günümüzde gezi ve yarış maksatlı boyu 10 metre civarında olan yelkenli yatlar genellikle tek direkli ve slup (sloop) armalı olarak üretilmektedir. Şekil 2.3’de gösterilen slup armalı yelkenli yatlarda direğin kıç tarafında bermuda (üçgen şekilli) ana yelken, direğin baş tarafında “cenoa” denilen bermuda yelken bulunur.

Slup Armalı Yelkenli Yat [1].

Şekil 2.3 :

20’nci yy da başta cam elyaf ve egzotik malzeme teknolojisinin gelişmesi ile yelkenli yatlar kompozit malzemelerden yapılmaya başlandı. Bir kalıptan çok sayıda kompozit malzemeden imal tekne üretilebilmiş [6], bu durum yelkenli yatlara ekonomik olarak ulaşılabilmesini kolaylaştırarak yelken sporunun popüler bir spor olarak kalmasını, gezi maksatlı yelkenli yatların sayısının artmasını sağlamıştır.

(30)

(31)

7

3. YELKENLİ TEKNELERDE KULLANILAN ORANLAR

Bu bölümde tasarlanan yelkenli teknenin kullanılmakta olan diğer benzer yelkenli teknelerden elde edilen boyutsuz/boyutlu oranları ve tasarımın karakteristiğini yansıtan katsayılar ile karşılaştırılmasını sağlayan oranlar anlatılmıştır. Bu oranlar ve katsayılar teknenin ana boyutlarını belirlemeye, performansını tahmin etmeye, stabilitesini sağlamaya ve direncini asgari seviyeye getirmede tasarımcıya ön dizayn aşamasında yol göstermektedir.

Boyutsuz oranlar ve katsayılar açıklanırken mevcut literatür ile gerçek teknelerden elde edilebilen tekne özellikleri kullanılarak boyutsuz oranlar tekrar hesaplanmaya çalışılmış ve yorumlanmış olup, gezi/yarış yelkenli yatlarının boyutsuz oranlarının performans ve stabilite özelliklerinin bulunması amaçlanmıştır.

Genel olarak tekne ana boyutları, performans ve stabilite kriterlerini belirlemede kullanılan oran ve formüller ile katsayılar aşağıda belirtilmiştir [4], [7], [8].

D/L=Deplasman Hacmi Boy Oranı

SA/D=Yelken Alanı/Deplasman Hacmi Oranı SA/WSA=Yelken Alanı/Islak Yüzey Alanı Oranı BR=Balast/Deplasman Oranı

LOA/B=Tam Boy/Genişlik Oranı OR=Sarkıklık Oranı

CSF=Alabora Gösterge Katsayısı MCR=Dinginlik Oranı

CF=Su Hattı Alanı Merkezi CMC=Orta Kesit Alanı Katsayısı CP=Prizmatik Katsayı

(32)

3.1 Boy Deplasman Hacmi Oranı

Daha güçlü rüzgarlarda sadece direnç değil aynı zamanda yelkenin rüzgarı taşıma kapasitesi önem kazanır. Hız arttıkça birçok deplasman teknesi Froude sayısı Fr=0,45’den ayrılamamaktadır. Bir teknenin yarı-kayıcı tekne olabilmesi için 𝐿𝑊𝐿 ∇⁄ ^1/3(Boy Deplasman Hacmi Oranı)>5.7 olmalıdır. Günümüzde birçok üretilen gezi/yarış teknesi 𝐿𝑊𝐿 ∇⁄ ^1/3 değeri nadiren 5.2’den yüksek değerlere ulaşmaktadır [4].

𝐿𝐷𝑅 = 𝐿𝑊𝐿/∇^1/3 (3.1)

Aynı oran İngiliz otoritelerce;

𝐷𝐿𝑅 = (∆ × 2,15

2,240)/(0,0328 × 𝐿𝑊𝐿)³ (3.2)

olarak da kullanılmaktadır [4], [7], [8]. Denklem (3.2)’de ∆ ton, LWL metre olarak hesaplanmıştır. Bu oran formülünde bir teknenin yarı kayıcı olabilmesi için oranın 150’den küçük olmalıdır. Günümüzde üretilen birçok gezi/yarış yelkenli teknesinde bu oran 200’den küçük değerlerdedir [4]. Farklı kullanım amacı olan yelkenli yatların DLR leri (Deplasman-Boy Oranları) Çizelge 3.1’de verilmiştir [8].

Çizelge 3.1 : Yelkenli Tekne Çeşitleri DLR Oranları [8].

TEKNE TİPLERİ DLR ORANLARI

Çok Gövdeli Hafif Yarış Teknesi 40-50

Ultra Hafif Okyanus Yarış Teknesi 60-100

Hafif Okyanus Yarış Teknesi 150-200

Hafif Yarış Gezi Teknesi 200-250

Ortalama Gezi Teknesi 250-300

Deplasman Gezi Teknesi 300-350

Ağır Deplasman Gezi Teknesi 350-400+

Açık kaynaklardan bulunan 78 adet tam boyu 7-18 metre, deplasmanı 0,93-10,43 ton arasında olan gezi/yarış yelkenli yatının tam boy ve su hattı boylarının yaklaşık olduğu göz önünde bulundurularak DLR değerleri EK-A’da hesaplanarak Şekil 3.1’de sunulmuştur.

(33)

9

Şekil 3.1 : Deplasmanı 0,93-10,43 Ton İle LOA’sı 7-18 Metre Arasında Değişen Toplam 78 Adet Gezi/Yarış Yelkenli Yatının DLR Oranları.

Şekil 3.1’de görüleceği üzere deplasmanı 4-8 ton arasında olan gezi/yarış yelkenli yatının DLR oranları 90-110 arasında yoğunlaşmıştır.

3.2 Yelken Alanı Deplasman Hacmi Oranı

Teknelerin orta ve güçlü rüzgar performanslarının değerlendirilmesinde sıkça kullanılan parametre yelken alanı/deplasman hacmi oranıdır.

SA/Deplasman Hacmi =(𝑆𝐴/∇^2/3) (3.3)

Yelken alanı yelkenli bir teknenin sevk gücü olduğundan bu parametre yatın ivmelenme kabiliyetinin bir ölçüsüdür [8]. Yelken Alanı deplasman hacmi oranının iyi bir gezi teknesi için 15’in, performans yatlarında ise 20-22 arasında olması beklenmelidir [4]. Bu oran kullanılırken yelken alanları hesabına balon yelken alanı katılmaz. Yelken alanı toplamı ana yelken ve genoa yelken alanlarının toplamı ile bulunur [8].

Farklı kullanım amacı ile üretilen teknelerin Yelken Alanı Deplasman Hacmi Oranları Çizelge 3.2’de gösterildiği gibi olup yarış teknelerinin gelişimi neticesinde trend bu oranın artışı yönündedir [8].

40 50 60 70 80 90 100 110 120

0,00 5,00 10,00 15,00

DLR

DEPLASMAN

DLR

(34)

Çizelge 3.2 : Yelken Alanı Deplasman Hacmi Oranı[8].

TEKNE TİPİ YELKEN ALANI DEPLASMAN

ORANI Küçük Makineli Günlük Yelkenli

Tekneler 13-14

Küçük KıyısalGezi Tekneleri 14-15

Offshore Gezi Tekneleri 15-16

Kıyısal Gezi Tekneleri 16-17

Yarış Yelkenlileri 17-19

Hafif Yarış Yelkenlileri 20+

Gezi/yarış maksatlı 78 adet yelkenli yatın yelken alanı deplasman hacmi oranları EK-A’da hesaplanmış, yelken alanı deplasman hacmi oranlarının tekne boyuna değişimi Şekil 3.2’de sunulmuştur.

Şekil 3.2 : Gezi/Yarış Maksatlı 78 Adet Yelkenli Yatın Yelken Alanı Deplasman Hacmi Oranı.

Şekil 3.3’de görüldüğü üzere LOA’sı 10 m ve civarında olan gezi/yarış maksatlı yelkenli yatların yelken alanı deplasman hacmi oranları ortalama Çizelge 3.2.’de hafif yelkenli yarış tekneleri için belirtilen oran olan 20 nin %25 üzerindedir.

Yelken alanı deplasman hacmi oranı güç ağırlık oranı olarak, deplasman boy oranı da yanlama kuvveti ile doğru orantılı olarak değerlendirilmektedir. EK-A’da sunulan yelkenli yatların deplasman boy oranları ve yelken alanı deplasman hacmi oranları Şekil 3.3’de karşılaştırılmıştır. Grafikte sol üste doğru gidildikçe SA/D oranı

20 25 30 35 40

6,00 8,00 10,00 12,00 14,00

Yelken Alanı (m2)

LOA (m)

(𝑆𝐴/∇^(2/3))

(35)

11

artacağından teknenin daha süratli, DLR oranı da azalacağından teknenin yanlama kuvveti ile birlikte birim uzunluğa düşen ağırlığın azalacağı bilinmektedir. Bu sebeple SA/D oranının arttığı DLR oranının azaldığı grafik bölgesinde kayıcı tip tekneye dönüşebilen yelkenli tekneler bulunmaktadır [8].

Şekil 3.3 : SA/D ve DLR Oranlarının Karşılaştırılması.

3.3 Yelken Alanı Islak Yüzey Alanı Oranı

Yelken Alanı Islak Yüzey Alanı oranı (SA/WSA) tasarımın sürüklenme kabiliyetinin bilinmesinde öne çıkar. Bu oranda ıslak alana salma ve dümen alanları da dahil edilir. Oran hafif havalarda teknelerin rüzgarüstü seyir performanslarını tahmin etmede kullanılsa da rüzgar şiddetinin arttığı durumlarda Yelken Alanı Deplasman Hacmi oranı kullanılması doğru olacaktır. SA/WSA oranı okyanus tipi gezi tekneleri için kullanılmaz. Bu teknelerde ıslak yüzey alanları büyük olmaktadır [8]. SA/WSA oranı gezi tekneleri için 2.0 ın üstünde, yarış tekneleri için 2.5 in üzerinde olmalıdır [4].

3.4 Balast Oranı

Balast oranı (BR), salma ağırlığının toplam deplasman ağırlığına bölümü ile elde edilir. Yarış teknelerinin yüksek BR oranına sahip olması beklenir. Bu oranda unutulmaması gerekli husus salmanın tekneye yerleşimi veya formu ile ilgili bir sayısal değer içermemesidir. Yarış tekneleri yüksek BR oranlarına sahiptirler [4].

𝐵𝑅 = 𝐵𝑎𝑙𝑎𝑠𝑡/∆ (3.4)

20 25 30 35 40 45 50

50 60 70 80 90 100 110 120

SA/D Oranı

DLR Oranı

(36)

EK-A’da açık kaynaklardan alınan tekne karakteristik bilgileri ile hesaplanan BR oranları Şekil 3.4’de sunulmuş olup yarış teknelerinin BR oranlarının gezi teknelerine oranla daha yüksek olduğu görülmüştür.

Şekil 3.4 : BR LOA Kıyaslaması.

3.5 Boy Genişlik Oranı

Ulaşılması en kolay iki veri olan tam boy ve genişliğin birbirlerine oranı ile tasarımcı kendi tasarımında ön dizayn aşamasında benzer teknelerin boy ve genişliklerini oranlayarak kendi teknesi için en ve boy değerlerine ulaşabilir. Bu çalışmada 10 metre LWL’ye sahip bir yelkenli yat L/B oranları ve Cp değişimlerinin dirence etkisi incelendiğinden LOA’ları 9-11 metre arasında değişen Genel Özellikleri EK-B’de verilen 27 adet mevcut tekne incelenmiş, incelenen teknelerin L/B oranlarının boylarına kıyasla nasıl değiştikleri Şekil 3.5’de sunulmuştur. [7].

𝐿𝑂𝐴

𝐵 = 𝐿𝑂𝐴/𝐺𝐸𝑁İŞ𝐿İ𝐾 (3.5)

Şekil 3.5 : LOA Değişiminin L/B Üzerindeki Etkisi.

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00

BR

LOA

BR LOA KIYASLAMASI

2,60 2,80 3,00 3,20 3,40

9,00 9,50 10,00 10,50 11,00

L/B

LOA (m)

L/B

(37)

13 3.6 Sarkıklık Oranı

Tam boy ile su hattı arasındaki farkın su hattı boyuna oranıdır. Tekne su hattından başta ve kıçta sarkma yapmıyorsa OR oranı sıfırdır. OR oranının büyüdüğü gözlemlendiğinde başta ve kıçta sarkmalar olmakta, bu sarkmalar tekneye fazladan sephiye kazandırmaktadır [7]. Su hattı boyları 8-11 metre arasında olan bilinen 7 yelkenli yatın OR oranları Çizelge 3.3’de sunulmuştur.

Çizelge 3.3 : OR Oranı.

S.NU. TEKNE MODELİ LOA (m) LWL (m) OR

1 MAT 12 12.45 10.66 0.17

2 FIRST 40.7 11.92 10.46 0.14

3 MAT 1180 11.8 10.54 0.12

4 OTK 38 10.98 9.38 0.17

5 MAT 1010 10.15 8.75 0.16

6 BENETAU 36.7 9.69 8.97 0.08

7 OTK 36 9.57 8.7 0.10

𝑂𝑅 = (𝐿𝑂𝐴 − 𝐿𝑊𝐿)/𝐿𝑊𝐿 (3.6)

3.7 Alabora Gösterge Katsayısı

Amerikan Yelken Kulüplerinden birisi olan”Cruising Club of America” nın teknik komitesince teknelerin basit yapısal özellikleri kullanılarak temel olarak alabora olma riskine karşı oluşturulmuş bir orandır. Alabora Gösterge Katsayısı (Capsize Screening Formula (CSF) genellikle 2.0 altında olan tekneler alaboraya karşı güvenli sayılmışlardır [7] .

𝐶𝑆𝐹 = 𝐵/∇^0,333 (3.7)

CSF’de stabiliteye etkisi olan BR oranı ve salmanın konumu irdelenmemiştir. EK- A’da sunulan teknelerin CSF oranı hesaplanmış, Şekil 3.6’da sunulmuştur. Günümüz yarış, yarış/gezi sınıfı yelkenli teknelerinin CSF katsayısının 2-2,5 arasında yoğunlaştığı görülmüştür.

(38)

Şekil 3.6 : CSF Katsayısının LOA’ya Bağlı Değişimi.

3.8 Dinginlik Oranı

MCR (Motion Comfort Ratio) teknelerin dinginliğini ifade etmek maksadıyla kullanılan boyutsuz olmayan bir orandır.

𝑀𝐶𝑅 = ∆/(0,65 ∗ (0,7 ∗ 𝐿𝑊𝐿) + (0,3 ∗ 𝐿𝑂𝐴) ∗ 𝐵^1,333 (3.9) LWL, LOA ve B değerleri feet, deplasman ise pound olarak oranda hesaplanırlar.

MCR oranınında deplasman büyüklüğü doğru orantılıdır. MCR’ın büyümesi konforun artması olarak tanımlanırken gezi teknelerinde Dinginlik Oranı Katsayısının büyük olması, yarış teknelerinde ise küçük olması beklenir [8].

3.9 Su Hattı Alanı Merkezi

Teknenin su hattı alanı merkezi (CF) teknenin meyilinin 0 olduğu durumda merkez hattı üzerinde ağırlık merkezi ve yüzme hattı merkezi (CB) nin gerisindedir.

Teknenin meyil ve trim ettiği durumlarda yeni su hattı alanı merkezinin konumu 0 durumundaki konumuna göre durumu teknenin karakteristik özelliğini vermektedir [8].

Teknenin rüzgar, dalga, personel gibi dış etmenler ile meyil ve trim etmesi sonucunda dengeye ulaşılması ile değişen su hattı alanının merkezi de değişir.

Teknenin hesaplanandan daha fazla yatması neticesinde ekstra yanlama kuvveti oluşur. Bu anda ekstra doğrultma momenti oluşacaktır. Genellikle bir teknenin doğrulması ile birlikte teknelerin yanlamaları azalır [8].

1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1

6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00

CSF

LOA (m)

CSF

(39)

15

Vendee Globe tekneleri geniş kıç aynalığa sahip ve düşük salma boylu tekneler olup rüzgar altı seyirlerde yüksek performans gösterirken meyil etmeleri durumunda tekne deplasmanı ve gövde yapısından kaynaklı CF’ın daha da kıça doğru kayması neticesinde kıçın yükselmesi başın ise daha batması yani başa trimli olması sonucunu doğurur ve rüzgarüstü performansı azalır. Ancak Vendee Globe yarışı dünya etrafında duraksız ve genellikle rüzgaraltına seyir ile yapılan bir yarış olduğundan bu durum göz ardı edilir [8].

İstenilen CF hareketi; teknelerin tasarlandığı meyil açısı olan 15-20 derecede CF’in 0 derece konumundaki ile boyuna ve enine yakınlık derecesi ile belirlenir. Dengeli bir teknenin CF değeri 0 derece meyil konumundaki değerine yakın olmalıdır [8].

CF’in konumunu sabit tutmak daha dar olan tasarımlarda daha kolaydır. Ancak tasarımın daha geniş olmaya başladığı durumlarda ise CF her zaman daha geriye doğru kaymaktadır [8].

3.10 Orta Kesit Alanı Katsayısı (Cmc)

Orta Kesit Alanı Katsayısı teknenin su hattı altında kalan en büyük orta kesit alanının su hattındaki BWL ve D değerlerinden oluşan dikdörtgene bölünmesi ile bulunur.

𝐶𝑚𝑐 =𝑂𝑟𝑡𝑎 𝐾𝑒𝑠𝑖𝑡 𝐴𝑙𝑎𝑛𝚤

𝐵𝑊𝐿 ∗ 𝐷 (3.10)

Cmc; tasarım aşamasında orta kesit alanının narinliği ve teknenin deplasmanının tahmininde önemli rol oynar [8].

3.11 Prizmatik Katsayı (Cp)

Cmc teknenin iki boyutlu değerlerinden elde edildiğinden teknenin deplasmanı ve narinlik özellikleri ile ilgili iki boyut üzerinden bilgi sahibi olmayı sağlar. Prizmatik katsayı (Cp) ise Cmc’nin bir adım ötesi olup kullanılan diğer tekne özellikleri ile 3 boyutlu değerlerin hesaplanması ile elde edilir [8].

𝐶𝑝 = ∇

𝐿𝑊𝐿 ∗ 𝑂𝑟𝑡𝑎 𝐾𝑒𝑠𝑖𝑡 𝐴𝑙𝑎𝑛𝚤 (3.11)

(40)

Tasarımcı hangi hız değerinde teknenin optimum performansa sahip olacağına karar vermelidir. Tekne eğer orta-ağır deplasmana sahip ise; hafif rüzgarda seyir için Cp değeri 0.5’den büyük olması istenir, daha yüksek rüzgar kuvvetlerinde rüzgaraltı seyirler için ise Cp değeri 0.6 değerinden küçük olmalıdır [4].

Düşük hız değerleri için Froude sayısı ile Cp arasındaki ilişkinin incelenmesinde Şekil 3.7 kullanılabilir..Teknenin yarı kayıcı durumda Froude sayısı 0,45 değerinin üstüne çıkması halinde durum daha karmaşık hal alır [4].

Şekil 3.7 : Düşük Süratlerde Optimum Cp [4].

(41)

17 4. YELKENLİ TEKNE STABİLİTESİ

4.1 Yelkenli Tekneye Etkiyen Kuvvetler

Yelkenli tekneye etkiyen kuvvetler aerodinamik ve hidrodinamik kuvvetler olarak ikiye ayrılırlar. Aerodinamik kuvvvet var olan rüzgarın yelkenler üzerindeki etkileşimi ile kendisini gösterir. Rüzgar akımı yelkenler üzerinde kaldırma kuvveti ve yanal kuvveti olarak iki kuvvet meydana getirirler. Kaldırma kuvveti teknenin rüzgar üstü seyirlerinde azami seviyede oluşurken, yanal kuvvet rüzgar altı seyirlerinde azami seviyede oluşur. Rüzgar akımı etki anında teknenin ağırlık merkezinden uzakta olmasından dolayı tekne için yatırma ve yanal kuvveti oluşturur. Yatırma ve yanal kuvvetleri tekne yapısından kaynaklı stabilitesi ve teknenin ağırlığı (salma ve dümen) olan hidrodinamik kuvvetler ile dengelenir.

4.2 Yelkenli Tekne Stabilitesi Bileşenleri 4.2.1 Teknenin stabilitesi

Tekne stabilitesine etkiyen en önemli pozitif unsur ağırlıktır. Yelkenli teknelerde aerodinamik kuvvetten kaynaklanan yatırma kuvvetinin dengelenerek stabilitenin sağlanabilmesi tekne ağırlığına bağlıdır. Ancak yelkenlere etkiyen kuvvetin merkezi (center of effort (CE)) teknenin ağırlık merkezine kıyasla düşey hat üzerinde çok yukarıda olduğundan stabilitenin sağlanabilmesi için balast ağırlığı olarak yelkenli teknelerde salma kullanımı zorunlu hale gelir. Salmanın gereğinden fazla ağır olması ise teknenin maksimum sürate ulaşmasını engellerken, gereğinden fazla hafif olması da teknenin stabilite problemi ile karşılaşmasına yol açacaktır.

Bütün stabilite hesapları ağırlık merkezi (G) ve yüzme merkezinin (B) bilinmesi ile yapılır. Meyilin değiştiği her durumda yeni su hattı alanları oluşacağından yeni yüzme merkezinin yeni alana göre hesaplanması gerekmektedir [9]. Tekne meyil etmeye başladıkça konumu değişen yüzme merkezinden su hattını dik kesecek bir doğru yukarı yönlü çizildiğinde, bu doğrunun merkez hattını kestiği noktaya enine

(42)

metesantr denir [9]. Şekil-4.1’de bir teknenin enine stabilitesine etkiyen kuvvetler ve kuvvet kolları gösterilmektedir. GZ mesafesi kuvvet kolunu temsil eder ve;

DIKEY KONUMDAKI SEPHIYE MERKEZI

B G

AGIRLIK MERKEZI

LWL 0⁰

LWL 20⁰

B^I

20⁰ MEYILDEKI SEPHIYE MERKEZI M

GM Q

Z

GZ

Şekil 4.1 : Enine Stabilite.

𝐵𝑀 =𝐼_𝑇

∇ (4.1)

𝐺𝑀 = 𝐵𝑀 − 𝐵𝐺 (4.2.)

𝐺𝑍 = 𝐺𝑀 ∗ 𝑠𝑖𝑛𝑄 (4.3)

𝑅𝑀(𝑒𝑛𝑖𝑛𝑒 𝑑𝑜ğ𝑟𝑢𝑙𝑡𝑢𝑐𝑢 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡) = ∆ ∗ 9,81𝑚/𝑠²∗ 𝐺𝑍 (4.4) formülleri ile ifade edilir [4].

Küçük açılarda GM sabittir ve sinQ radyan olarak kabul edilir [4]. Daha büyük açılar için GZ değerleri hesaplanarak teknenin stabilite grafiği Şekil 4.2 elde edilir [4].

(43)

19

Şekil 4.2 : Stabilite Eğrisi [4].

Stabilite eğrisi ile hangi meyil açılarında teknenin pozitif stabilite bölgesinde kaldığı ve maksimum GZ’in hangi meyil açısında oluştuğu kontrol edilir. Stabilite eğrisinde GZ’in negatif olduğu değerler teknenin alabora olduğu ve o durumdaki denge konumunu gösterir [4].

4.2.2 Tekne geometrisinde stabiliteye etki eden faktörler

Tekne geometrisinin stabiliteye etkisi en çok salma tipine ve aynı boy tekneler için genişliklerine bağlıdır. Aynı teknelerde yaprak salma ve torpil salma kullanıldığı durumlarda torpil salmaya sahip teknenin ağırlık merkezini daha aşağıya çekerek GZ mesafesini uzatmaktadır. Daha geniş su hattı genişliğine sahip teknelerde ise sephiye merkezinin mesafesi uzatılarak GZ değeri arttırılmaktadır. Son olarak freeboard yüksekliğinin arttırılması güvertenin suya girmesini geciktirecek ve stabiliteye pozitif etki edecektir [10].

(44)

(45)

21 5. YELKENLİ TEKNE DİRENCİ

5.1 Direnç Bileşenleri

Düşük hızlarda tekne ile su arasındaki sürtünme kuvvetinden dolayı, viskoz direnç bileşeni daha baskındır. Sürtünme değişik boyutlarda girdaplar üretir ve bu girdaplar tekne gerisindeki iz bölgesinde izlerini bırakırlar. Viskoz direnç dalga direncine nispeten daha yavaş artmaktadır [8].

Viskoz ve dalga dirençlerinin toplamı teknenin toplam direnci verir. Ancak bu iki dirence ek olarak yelkenli teknelerde meyil ve yanal dirençler bulunmaktadır.

RT=RV+RW+RD+RH (5.1)

5.1.1 Viskoz direnç

Dalgalı olmayan bir denizde sabit hızda ilerleyen bir tekne dikkatlice incelenecek olursa tekne yüzeyine yakın bölgedeki suyun hızının uzak olan su taneciklerine kıyasla daha fazla olduğu görülür. Tekne yüzeyine yakın parçacıklar tekne ile birlikte hareket eder. Su taneciklerinin hareketleri diğer taneciklere iletilir ve viskozitenin sonucu olarak teknenin karinası sınır tabaka olarak adlandırılan ince bir sıvı yüzeyi ile kaplanır. Teknenin hareketi ile moleküler kuvvetler tekneye en yakın su tabakasının bağıl hareketini durduracak kadar güçlüdür. Tekneden bakıldığında suyun hızı yüzeyde sıfırdan başlayıp belli mesafede tekne hızına kadar yükselerek artmaktadır. Başta sınır tabaka çok incedir fakat kıça doğru artmaya başlar. Kıça doğru yaklaştıkça ayrılma denilen başka bir akış olayı meydana gelir. Kıç çok dolgunsa akış yüzeyi takip edemez ve hızla içeriye doğru kıvrılır. Şekil 5.1’de bir tekne üzerindeki akış gösterilmiştir. Yelkenli bir yatta sınır tabakadaki türbülansı engellemek pratikte imkansızdır. Ancak direnci çok fazla arttıracağından akım ayrılması muhakkak engellenmelidir. Viskoz direnç 3’e ayrılır [4].

 Düz yüzeydeki doğrudan sürtünme,

 Sınır tabakadan dolayı baş ve kıç taraf arasındaki basınç dengesizlikleri,

 Yüzey pürüzlülüğünden dolayı sürtünmedeki artış,

(46)

Şekil 5.1 : Tekne Üzerindeki Laminar Akış [11].

5.1.1.1 Sürtünme direnci

Tekneye bitişik olan su tabakası kıça doğru ilerleyen bir sonraki tabakadan etkilenir.

Sürtünme kuvveti yüzeyden uzaklaştıkça artan su hızına bağlı olarak değişir. İlk olarak sürtünme tekne yüzeyine etkidiğinden, teknenin ıslak yüzey alanını en düşük seviyeye indirmek sürtünme direncinin azaltılması bakımından avantajlıdır. Bu yönde yapılan çalışmalarda kanat salmanın 1960’larda kullanılmaya başlanmasıyla birlikte ıslak yüzey alanlarının azaltılması yönünde önemli bir adım atılmıştır.

Laminar sınır tabakadaki hız dağılımı türbülanslı bölgedekinden farklı olduğundan sürtünme de farklıdır. Türbülanslı durumda yüzeyden uzaklaştıkça hız süratle artmakta, sürtünme çok daha büyümektedir. Bu nedenlerle laminar akım mümkün olduğunca geriye doğru hareket ettirilmelidir. Baş kısımdaki düz hatlar laminar boyu arttırır.

Sürtünme direnci hesaplanırken Reynolds sayısı yüzey sürtünme katsayısının tespitinde kullanılır.

𝑅𝑒 =𝑉 (𝑚/𝑠). 𝐿(𝑚)

𝛾(𝑚²/𝑠) (5.2)

Reynoldss sayısında su hattı tanımlanırken akışın olduğu %70’lik uzunluk kullanılır [4].

𝑅_𝐹 = 𝐶_𝐹. 0,5. 𝜌. 𝑉². 𝑆_𝑊 (5.3)

𝐶_𝐹 = 0,075

(log 𝑅𝑒 − 2)² (5.4)

Sürtünme katsayısı CF ile Reynolds Sayısı arasındaki ilişki Şekil 5.2’de verilmektedir.

(47)

23

Şekil 5.2 : Reynolds Sayısı-Sürtünme Katsayısı [4].

5.1.1.2 Viskoz basınç direnci

Sınır tabakanın varlığı basınç dağılımını değiştirir ve tabaka kıçta baştakine göre çok daha kalın olduğundan kıçtaki basıncın düşük olmasını ve sürtünmenin dolaylı olarak sebep olduğu direnç bileşenini de arttırır.

Yelkenli bir yat için bu değer oluşan sürtünme kuvvetinin %5 ile %10’u arasındadır.

Akımın ayrılması engellendiği sürece etkiler küçük olur. Kıç formun tasarımında diyagonellerin şekli göz önünde bulundurulmalıdır. Çünkü diyagoneller akım hatlarına su hatlarından çok daha fazla benzerlik gösterir.

Viskoz basınç direnci prizmatik katsayıdan ve sephiye merkezinin boyuna yerinden etkilenir. Büyük Cp değerleri başta ve sonda teknenin dolgun olması demektir. LCB nin kıça yakın olması kıç formun dolgunluğunu gösterir.

Viskoz direnci en aza indirmek için Cp 0,5’den küçük ve LCB nin gemi ortasından ileride olması gereklidir. Kıçtaki kalın bir sınır tabaka teknenin olduğundan daha uzun görünmesini sağlar. Yüksek hızlarda dalga direnci daha önemli olmaktadır.

Sürtünme direnci ıslak alan ile belirlenirken viskoz basınç direnci tekne şekline bağlı olarak değişir [4].