Etiket arşivi: akıntı

Salma Tasarımı

Ne tasarımı olursa olsun, o tasarıma neden ihtiyaç duyduğumuzu irdelemek ve bu ihtiyaçlarımızın tasarım tarafından nasıl karşılandığını anlayabilmek günlük kullanımımızı daha verimli ve anlamlı kılacaktır. Bu makale de temel olarak salmanın bir yelkenli tekne için ne ifade ettiği üzerine kurulmuştur. Sade görünüşünün aksine karmaşık bir yapıyla elzem görevler üstlenen salmayı incelemek yelkencilikle uğraşan kişiler için önem taşımaktadır. Zira yelkende üretilen güçten faydalanabilmek çoğu koşulda salma sayesindedir. Aynı zamanda ¨İdeal tek bir salma tasarımı olabilir mi?¨ gibi önemli bir sorunun cevabını verecek teknik bilgiyi edinmenin yelkencilere denizde değişik bir bakış açısı kazandıracağı inancındayım. Öte yandan amacım okuyuculara salma tasarımı konusunda ayrıntılı teknik ve pratik bilgi kazandırmak değil, okuyucuların salma ve tasarımı hakkında akışkanlar mekaniği açısından belli başlı fikirleri tanımasını sağlamaktır.

Salmanın Çalışma Şekli

Yelkenli bir tekne gövdesi su yüzeyinde, kanatları ise dikey düzlemde ilerleyen farazi bir uçağa benzetilebilir. Gerçek bir yelkenli teknenin de bu farazi uçak gibi iki ?kanadı? vardır: Salması ve yelkeni. Böyle bir benzetmenin yapılması uçakta kanatların, yelkenli teknede ise salmanın ve yelkenin temelde aynı fizik kuralına bağlı olarak çalışmasından dolayıdır. Bu ortaklığı yaratan fiziksel ilke Bernoulli İlkesi?dir. Bernoulli İlkesi basitleştirilmiş haliyle şu kuralı ortaya koyar: Akmaya direnç göstermeyen bir akışkan kümesinin hızı arttıkça yarattığı basınç düşer. Su ve hava akmaya karşa az da olsa direnç gösteren akışkanlardır fakat gündelik yaşamımızdaki çoğu uygulamada su ve hava akmaya direnç göstermeyen akışkanlar olarak kabul edilebilir. Yapılan bu varsayım bu akışkanların akış davranışlarını Bernoulli İlkesi ile incelemeyi mümkün hale getirir. Bu sayede ise salma ve yelken etrafındaki akışı gerçekte olduğundan daha basit ama gerçeğine çok yakın bir şekilde biçimlendirebiliriz.

Şekil 1?de bir uçak kanatı etrafında akan havanın kanat üzerinde yarattığı değişik büyüklükteki basınç bölgelerini görmekteyiz. Kanadın burnuna ulaşan hava molekülleri burada kanadın iki tarafından akmaya zorlanır. Kanadın üst tarafından akan moleküller kanadın şeklinden ötürü daha uzun bir yol katetmek zorunda kalırlar. Bunu sağlamak için kanadın üst tarafı dışbükey, alt tarafı ise düz olarak tasarlanmıştır. Bir varsayım yapalım: Burunda ayrılan ve üst uzun taraftan akan hava eğer alt kısa taraftan akan havayla eş hızda aksaydı kuyruğun üstünde havasız bir bölge, yani boşluk (vakum) oluşurdu. Gerçek hayatta hava bu boşluğun içine doğru çekilir veya başka bir ifadeyle hava boşluk oluşumunu engellemek için hızlanmak zorundadır. Bernoulli İlkesi bu durumda kanadın üst kanadında basıncın düşeceğini öngörür. Hava yüksek basınçtan alçak basınca doğru akmak isteyeceğinden kanat üzerinde yukarı doğrultuda bir kaldırma kuvveti ortaya çıkar ve bu sayede uçağımız havalanır. Bu olgu konuyla ilgili yazılmış eserlerde ?Uzun Yol Açıklaması? diye de adlandırılmaktadır.

Uçak kanatlarında görülen bu olgu benzer bir şekliyle yelkenli teknenin salmasında da görülmektedir. Bilindiği üzere salma etrafında hava molekülleri yerine su molekülleri akar ama salmalar ve kanatlar birçok yönden benzer şekilde tasarlanırlar. İkisinin de uzunlukları tasarımın üretmesi gereken kaldırma kuvvetine göre belirlenir. Genelgeçer bir kural olarak daha yüksek bir kaldırma kuvveti gerektiren kanat veya salma tasarımları daha uzun olmalıdırlar. İkinci olarak tasarımlardan ileri götürücü kuvvetten azami derecede faydalanmaları beklenir. Bu nedenle yapıları harekete karşı oluşan direnci azaltmaya yönelik tasarlanır. Örnek olarak bıçak incelikleri veya yüzey pürüzleri iki tasarım içinde önemlidir.

Salma ile kanadı birbirinden ayıran en temel özellik şekilleridir. Uçak kanadının temel yapısı uçağın yüksekliğini arttırmaya, yani yerçekimi kuvvetini yenmeye çalışacak şekilde tasarlanır. Bu yüzden alışılmış kanatların üst şeklinin dışbükey, alt şeklinin düz veya içbükey olmasında bir sakınca yoktur. Öte yandan salma her iki tarafa da kaldırma kuvveti üretmelidir çünkü sancak ile iskele kontrada yelkenli tekne farklı yönlere kaldırma kuvveti ihtiyacı içinde olacaktır. Bu yüzden uçak kanadına benzeyen bir salma tasarımı bir kontrada gözle görülür bir üstünlük sağlayacakken diğer kontrada ciddi sıkıntılar yaşatacaktır. Bu nedenle salmalar yaygın olarak bakışımlı (simetrik) bir şekilde tasarlanırlar. İlk bakışta bakışımlı bir tasarımdan ¨Uzun Yol Açıklaması¨na uygun olarak kaldırma kuvveti yaratamayacak olması beklenir. Zira bakışımlı bir tasarımın iki yüzeyi üzerinden akacak akışkan aynı yolu katedecektir ve akışkan gereken basınç farkını yaratamayacaktır. Bu duruma karşın bakışımlı salmalar hücum açısı sayesinde kaldırma kuvveti üretebilir. Bakışımlı salmalar için hücum açısı (rüzgaraltına düşme açısı) Şekil 2?de görülebileceği üzere suyun bıçağa çarparken bıçağın merkez çizgisi ile yaptığı açıdır ve sabit salmalarda rüzgaraltına düşme sayesinde oluşur.

Bakışımsız (asimetrik) salma tiplerinin çeşitli uygulamaları yaygın olmasa da mevcuttur. Örnek olarak yarış amaçlı teknelerde ikiz bakışımsız oynar salma tasarımları denenmektedir. Bakışımlı salmaya sahip teknelere göre üstün seyir özelliklerine sahip olmalarına karşın kullanım ve tasarım açısından zorluğu nedeniyle özellikle seyir amaçlı yelkenlilerde henüz tercih edilmemektedir.

Rüzgaraltına düşme yelkenli teknenin izlediği rota üzerinde istenmeyen bir şekilde rüzgaraltına doğru sürüklenmesidir. Rüzgaraltına düşmenin başlıca nedeni rüzgar, akıntı ve/veya dalganın tekne üzerinde yarattığı yanal kuvvettir. Salmanın en temel işlevi tekneyi sürükleyen bu yanal kuvveti karşılamak ve yelkenli teknenin istenilen rotaya doğru ilerlemesini sağlamaktır. Bu amaca karşın bakışımlı salmaların kaldırma kuvveti üretip rüzgaraltına düşmeyi engelleyebilmeleri için rüzgaraltına düşmeye ihtiyaçları vardır. Bu ikilem Şekil 2 ile daha anlaşılır hale gelecektir. Şekil 2?de görülebileceği üzere tasarımı itibariyle merkez çizgisine göre bakışımlı olan salma rüzgaraltına düşme sayesinde ¨Uzun Yol Açıklaması¨nı yapay olarak kullanabilir hale gelir. Salmanın rüzgaraltı tarafından akan su sürüklenme nedeniyle salmanın kuyruğuna daha kısa bir yol izleyerek ulaşır. Diğer yandan salmanın rüzgarüstü tarafından akan su kuyruğa ulaşmak için daha uzun bir yol izlemek zorunda kalır. Bu nedenle rüzgarüstü tarafından akan su hızlanır ve hızlanırken basıncı düşer. Böylece salma üzerinde rüzgaraltı taraftan rüzgarüstü tarafa doğru bir kaldırma kuvveti oluşturur. Bu kaldırma kuvveti sayesinde yanal kuvvete karşı bir direnç oluşur ve rüzgaraltına düşme büyüklüğü azalır.

Bir bakışımlı salmanın verimi birim oranda rüzgaraltına düşme sırasında üretebildiği kaldırma kuvveti ile ifade edilebilir. Az rüzgaraltına düşme ile yüksek kaldırma kuvveti üretebilen salma üstün nitelikte bir salmadır ve tasarımcının peşinde olduğu da buna ulaşmaktır. Buradan çıkarılabilecek önemli bir sonuç ise akıntı gibi etkenleri yoksaydığımızda teorik olarak bakışımlı sabit bir salmaya sahip hiçbir yelkenli teknede hedeflenen rota ile teknenin izlediği rota aynı olamaz. Öte yandan bakışımlı salmamız eğer omurga hattı boyunca uzanmak yerine istendiği vakit omurga hattıyla belli bir açı yapabilecek bir mekanizmaya sahip olursa oldukça az bir rüzgaraltına düşme ile kaldırma kuvveti üretebilir. Zira salma için gerekli hücum açısı salmayı konumlandırarak sağlanabilir. Diğer yandan tasarım açısından barındırdığı zorluklar nedeniyle bu tür yönlenebilir salma tasarımları özellikle büyük teknelerde rağbet görmemektedir.

Kaynak: Boğaziçi Üniversitesi Yelken Takımı

Oytun Babacan

Ağustos 2009

[1] S. Killing and D. Hunter, Yacht Design Explained, W.W. Norton, New York, 1998
[2] C.A. Marchaj, Aero-Hydrodynamics of Sailing, Adlard Coles, London, 1988
[3] L. Larsson and R.E. Eliasson, Principles of Yacht Design, International Marine, Great
Britain, 2000
[4] D. Vacanti, Keel Parameters and Performance, Sail Magazine, Boston, August 1985
[5] B. Gladstone, Performance Racing Trim, North U., Madison CT, 2003
[6] C. Hamlin, Preliminary Design of Boats and Ships, Cornell Maritime Press,
Maryland, 1989
[7] A.J. Alexander, J.L. Grogono and D.J. Nigg, ¨Hydrofoil sailing¨, Juanita Kalerghi,
London, 1972

Rüzgarların Oluşturduğu Akıntı Süratinin Hesabı

Devamlı esen rüzgar kendi hızının %2?si kadar bir hızda akıntı oluşturur. Akıntının yönü; kuzey yarımkürede açık denizlerde 40 derece kadar, karaya yakın sularda ise 20 derece kadar sancağa doğru (sırtımızı rüzgara verdiğimizde), güney yarımkürede ise aynı derecelerde iskeleye doğru olur.

ÖRNEK: Kuzey yarımkürede, 45 derece enleminde açık denizde 30 knot hızında rüzgarın oluşturduğu akıntı sürati;

Akıntının sürati = (0,02 / 0,84 ) x 30 = 0,71 knottır.

Tornistanda geminin kıçı rüzgar üstüne kaçar..

Şamandıraya bağlarken, şamandıra rüzgar üstünde bırakılmalıdır.

Seyri Etkileyen Unsurlar

Rüzgar:

Söz konusu yelken olunca tabii ki rüzgarın şiddeti ve yönü büyük önem kazanır. Yarışçılıkta sürekli, temiz ve yeterli şiddette rüzgar alabilmek çok önemlidir. Hava kaldığında etrafınızda tespit ettiğiniz hava kanallarına ulaşmak için her şeyi yapmalısınız (her ne kadar bu bazen rotadan sapmak anlamına gelse de). Tabii ki yarış süresince havanın taze olduğu bir rotada gitmek isteriz. Bunun için etrafımızı ve denizi çok iyi gözlemlemeliyiz. Deniz üzerindeki renk değişimleri bize rüzgarın nerede daha şiddetli olduğu, nerelerin sağanak aldığı hakkında bilgi verebilir. Göz önünde bulundurmamız gereken çok önemli bir unsur da yer şekilleridir. Kısaca rüzgar, seyri etkileyen başka unsurlardan da etkilenen çok karmaşık bir dinamiğe sahiptir.

Rüzgarın yönüyle ilgili değinilmesi gereken bir konu açan çeken kavramlarıdır.

Rüzgarın teknenin başına kaymasına ?havanın açması?, kıçına kaymasına ise ?havanın çekmesi? denir. Yarışlarda rüzgar yönündeki değişimleri avantaja çevirmek için açançeken kavramlarını iyi bilmeliyiz. Bu kavramlar özellikle orsa seyrinde önemlidir. Bildiğiniz gibi yelkenliler, rüzgarı tam karşıdan alarak seyir yapamazlar. Ancak rüzgar döndüğünde hedeflediğimiz noktaya gidiş açımız da değişir. Bu değişikliğin avantajımıza olduğu durumlar (hedefe gidiş açımız teknenin orsa derecesinden daha dar olduğunda) ?çeken?e girdiğimiz durumlardır. Hava açtığında ise rotamızdan biraz daha saparız. Ancak bu iki kavramı birbirinden bağımsız düşünmemeliyiz. Bir kontrada açan, diğer kontrada çeken olacaktır. Hava açtığında tramola atmak, diğer kontradaki çekene gireceğimizden, avantajlı olabilir.

Rüzgarın şiddetiyle ilgili önemli bir konu sağanak kavramıdır. Hava akımının yerel kuvvetlenmelerine sağanak denir. Hava çok sert olmadığı sürece sağanaklı bölgeler, rüzgar hızı tekne hızıyla orantılı olduğundan, avantajlıdır. Havanın az olduğu yarışlarda sağanaklı bölgelere bir an önce ulaşmak veya havanın tazeleyeceği bölgeleri tahmin edebilmek ilk hedefiniz olmalıdır.

Aynı anda hem çeken rüzgardan faydalanırken hem de sağanakları yakalayabiliyor olmak yarışta en istediğimiz durum olsa da çoğunlukla mümkün olmayacaktır. Bazen bu iki kavramın avantajları çelişebilir. Örneğin, çeken rüzgarda seyretmek uğruna sağanaklardan ve havanın tazelendiği bölgelerden uzaklaşabiliriz. Tam tersi, sağanaklara ulaşmak için açan rüzgarda seyredip rotadan kaybedebiliriz. Hangi taktiğin daha iyi olduğunu söylemek mümkün değildir. Koşullar yarıştan yarışa değişiklik gösterecek, doğru cevaplar çoğalacaktır. Bu durum yelken yarışçılığının katı kaidelere bağlı olmadığına güzel bir örnektir.

Akıntı:

Özellikle coğrafi yarışlarda akıntının seyre etkisi büyüktür. Akıntıyla ilgili en büyük yanılgı rüzgarla aynı yönde olduğudur. Akıntıyla rüzgar yönünün alakası yoktur. Akıntının yönü rüzgar yönünün tam tersi olabilir. Akıntılar genellikle hakim bir kol halinde akar. Bu hakim kol üzerindeki derinlik değişiklikleri ve yer şekilleri akıntının şiddetini ve yönünü etkiler. Bu değişmelerin farkında olmak, akıntı yönünde seyredildiğinde şiddetinden faydalanabilmek veya akıntı yönünün tersine seyredildiğinde en zayıf olduğu yerleri kullanabilmek fırsatını verir.

Akıntının önemine güzel bir örnek İstanbul Boğazı?dır:

Boğazda hakim akıntı yönü kuzeydoğudan güneybatıyadır. Bu akıntı boğazın daraldığı yerlerde ve burunlarda kuvvetlenir. Koylarda ise kıyıya çarparak ters yöne döner. Kuzeydoğu yönünde bir orsa kolu olan bir boğaz yarışında, her ne kadar kuşbakışı en kısa yol boğazın en ortasından geçse de bu yolu kullanmak dezavantajlıdır. Akıntının en kuvvetli olduğu boğazın ortasından seyretmek akıllıca olmaz. Bunun yerine koylardaki ters akıntıyı kullanarak kıyılara yakın gitmeli ve burunlara geldiğimizde biraz açıktan alarak kuvvetli olan burun akıntısından olabildiğince kaçmaya çalışmalıyız.

Her ne kadar rüzgarla akıntının doğrudan alakası olmadığı bir gerçekse, rüzgarın zaman zaman akıntıyı etkileyebileceğini de göz önünde bulundurmalıyız. Örneğin, İstanbul?da kuvvetli lodos estiği zamanlarda boğaz akıntısının hakim yönü değişmese de kuvveti azalmaktadır.

Yer şekilleri:

Rüzgar ve akıntı yer şekillerinden etkilenir. Yer şekillerinin özellikle rüzgara olan etkisini kafanızda şekillendirebilirseniz, yarış boyunca sürekli ve temiz rüzgar alabilirsiniz. Şüphesiz ki fizik kurallarına bağlı bir dünyada yaşıyoruz. Yer şekillerinin deniz koşullarına etkilerini uzun uzadıya ezberci biçimde anlatmak faydalı olmayacaktır. Yine bir örnekle konuyu açıklığa kavuşturalım:

Rota üzerinde bulunan burunları, eğer orsa çıkılıyorsa, asılması gereken tepelere benzetebiliriz. Hava burunlara geldiğinde kara şekli boyunca iki parçaya ayrılır. Burunu hedefleyerek yükselmeye çalısan bir tekne, burunun etkisinde kalırsa ?açan? rüzgara girecektir. Bu durumda tramola atarak bu açan etkiyi çeken etkiye dönüştürebiliriz. Dikkat edilmesi gereken bir nokta buruna çok yaklaşıldığında havanın hakim kuvvetini yitireceği ve kalacağıdır.

Denize kıyısı olan yüksek yer şekilleri rüzgarı etkiler. Rüzgar tepelere dar bir açıyla gelirse tepeleri yalayarak esmeye devam eder. Eğer ?dik açı? gibi daha geniş bir açıyla gelirse beklenmedik etkiler ortaya çıkarabilir. Rüzgar etkisini kaybedebileceği gibi, öngörülemeyen sağanaklar bindirebilir. Yüksek yer şekillerine yakın seyrederken bu tür etkilere karşı dikkatli olunmalıdır.

Bu ve benzeri çıkarımları kafanızda bir fizik modeli kurarak ve kurduğunuz modeli gözlem yoluyla test ederek yapabilirsiniz.

Dalga:

Rüzgarla yakından ilgisi olan dalga, seyri etkileyen en önemli unsurlardan biridir. Dalgaların boyuna ve aralığına göre yelken trimini değiştirmemiz gerekebilir. Dalgaları rüzgarı arkadan aldığımız seyirlerde avantajımıza kullanabiliriz. Orsada ise, dalga boyu fazla olduğunda, dümenci, dalgaların teknenin hızını kesmesine izin vermemelidir. Dalgayla mücadele veya dalgadan faydalanma tecrübeyle kazanılacak yeteneklerdir.

Değinilmesi gereken bir önemli nokta, dalganın rüzgarı gecikmeli olarak takip etmesidir. Bundan kasıt şudur: Sert rüzgar çıktığında hemen dalga kaldırmaz. Benzer olarak sert rüzgar durduğunda kaldırdığı dalga hemen sönmez. Hava kaldığında önceki sert havadan kalan ?kaba dalgalar? (rüzgarsız dalga) zor bir yelken seyrine sebep olabilir. Bu tarz bir ilişki dalga yönü ve rüzgar yönü arasında da mevcuttur. Belli yönden esen bir rüzgar dirse ettiğinde (döndüğünde) dalgası hemen rüzgar yönüne dönmez; bir müddet eski yönünü korur. Özellikle dalga yönünün rüzgar yönünden farklı olduğu durumlara dikkat edilmelidir.

Genellikle denizden esen rüzgarlar daha çok dalga kaldırır. Bunun sebebi rüzgarın daha uzak bir mesafeden denizi süpürmüş olmasıdır. Aynı mantıkla hareket edersek, kıyı yönünden gelen rüzgarlar ise büyük dalga yapamaz. Buna örnek olarak İstanbul’un güney sahillerini verebiliriz. Ataköy ve Kalamış açıkları, poyraz fırtınalarına karşı korunaklı olmalarına karşın, lodos estiğinde oldukça büyük dalgalara maruz kalırlar. Keza Marmara Denizi’nin güneyindeki bölgeler ise lodosa karşı korunaklıdır.

Seyri dolaylı olarak etkileyen bazı meteorolojik etkenler sıcaklık, bulutlar ve yağıştır. Bu faktörler yukarıda bahsedilen temel unsurları etkilerler.

Su-Sail 2* Yelkenci Eğitim Kitapçığı