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

Salma Tasarımı” üzerine bir düşünce

Bir cevap yazın