Salmanın Verimini Belirleyen Bazı Öğeler

İyi tasarlanmış bir salma, teknenin ihtiyaç duyduğu kaldırma kuvvetini en az rüzgaraltına düşme ile üretebilmelidir. Böyle bir salma tasarlarken kaldırma kuvveti oluşumunu teşvik edici etkenleri destekleyip akışkan direnci gibi olumsuz etkenleri kısıtlamamız gerekir. Bunu yapabilmek de salmanın hangi özelliklerinin nasıl bir etkiye sahip olduğunu kavramayı gerektirir. Öğeleri tanıyıp birbirleri arasındaki ilişkileri bilmenin salmanın verimini arttırmadaki önemini kavramak için takip eden bölümlerde birkaçı üzerinde duralım.


Görünüm Oranı ve Etkisi (GO)

Aynı yüzey büyüklüğüne sahip iki salmadan biri dar ve derine doğru uzanırken diğeri teknenin omurga hattı boyunca uzanan kısa bir salma olabilir. Bu iki salmayı birbirinden görünüm oranı sayesinde ayırt edebiliriz. Görünüm oranı teknik anlamda Denklem 2 ile ifade edilir:

Görünüm Oranı = (Salma uzunluğu)2 / Yanal Alan        (Denklem  2)

Bu tanıma göre yüzey alanları eşit iki salma arasından dar ve derin olan salma, geniş ama kısa olan salmadan daha yüksek bir görünüm oranına sahiptir.

Görünüm oranının kaldırma kuvveti ? rüzgaraltına düşme ilişkisi üzerindeki etkisi Şekil 5?de gösterilmiştir. Belli bir kaldırma kuvveti üretimi için görünüm oranı daha yüksek olan salmalar daha az sürüklenerek seyir yapar. Dolayısıyla dar seyirlerde teknenin istenen rotaya yakın gidebilmesi için büyük bir salmadan çok, uzun ve dar bir salmaya ihtiyaç vardır.


Görünüm oranı ile ilgili önemli bir konu tutunma noktası ile ilgilidir. Şekil 5?de eğrilerin yaptığı tepe noktaları tutunma (perdövites) noktası olarak tanımlanır. Belli bir hücum açısından itibaren su akışı artık salma yüzeyini sonuna kadar takip edemez ve yüzeyden kopar. Yüzeye tutunamayan akış yüzünden basınç farkı düşmeye başlar ve kaldırma kuvveti azalır. Yüzeyden kopmanın başlayacağı hücum açısına tutunma açısı denir ve Şekil 5?de görüleceği gibi görünüm oranı yüksek olan salmalarda tutunma açısı gittikçe düşmektedir. Diğer yandan görünüm oranı düşük, örneğin ¨1¨ olan bir salma büyük açılarla sürükleniyor olsa da kaldırma kuvveti üretebilir.

Eliptik Yük Dağılımı

İndüklenmiş direnci azaltmanın en temel yollarından birisi salma üzerinde oluşan yüklerin dağılımını belirlemektir. Yapılan deneyler sonucu yük büyüklükleri salma derinliği boyunca eliptik bir şekilde dağıldığında indüklenmiş direncin en az ölçüde oluştuğu gözlemlenmiştir. Fakat karmaşık akışa maruz kalan 3 boyutlu salma üzerinde eliptik bir yük dağılımı, salmanın her kirişi (tekne gövdesinden salma ucuna inen hayali çizgiler) üzerinde elde edilemez. Bu yüzden önceliğimiz bu yük dağılımını en etkili olacağı bölgelerde elde etmektir. %25 kirişi böyle bir yerdir. Bu hayali çizgi salmanın suya karşı direnç noktasını taşımasından ötürü önem taşır.

Eliptik yük dağılımını incelerken aşina olmamız gereken iki kavram vardır: Ok açısı ve sivrilme oranı. Ok açısı Şekil 6?da gösterilmiştir. Bu açı, salmanın üst ve alt kirişinin salmanın suyu yaran ucundan %25?lik uzaklığında birleşen hayali bir çizginin eğimi olarak tanımlanmıştır.Yük dağılımını belirleyici ikinci öğe olan sivrilme oranı ise Denklem 3 ile gösterilmiştir.

Sivrilme oranı = Alt kiriş / Üst kiriş      ( Denklem 3)


Ok açısını ve sivrilme oranını birbirinden bağımsız bir şekilde tanımlayabilmek mümkündür fakat ancak ikisi arasındaki doğru ilişki sayesinde %25 kirişinde eliptik bir dağılımına yaklaşabiliriz. Bu bağlamda tasarımcının seçeceği her farklı sivrilme oranı için eliptik yük dağılımı sağlayacak ideal bir ok açısı vardır ve tasarımcı bu ideal ilişkiyi koruyabilmek uğruna sivrilme oranını arttırmak istedikçe ok açısı azaltmak zorunda kalacaktır.


İndüklenmiş direnci asgari düzeyde tutacak ideal bir ilişkinin varlığına karşın hangi sivrilme oranının veya ok açısının seçileceği bariz değildir. Tasarımcının yapmış olduğu önceki tercihlere göre bu seçim belirgin hale gelir. Ayrıca sivrilme oranının ve ok açısının tekne üzerinde istenmeyen bir takım etkileri de vardır. Örneğin düşük sivrilme oranları teknenin dengesini kötüleştirir çünkü salmanın ve safranın büyük bir kısmı üst kirişe yani teknenin gövdesine yakın durmaktadır ve dolayısıyla teknenin ağırlık merkezi yüzeye yakın kalır. Yüksek sivrilme oranları da salma ile tekne gövdesinin birleştiği yerde girdap oluşumunu tetikler. Başka bir örnek olarak büyük ok açıları salmada kaldırma kuvveti kaybına yol açar. Küçük ok açıları da özellikle yosunlu sularda seyir yapan teknelerin salmasında yosun birikmesine neden olacaktır. Dolayısıyla tasarımcı ya bu olumsuz etkileri ortadan kaldıracak başka öğeleri kullanacak ya da kısıtlı seçimler yapmaya razı olacaktır.

Salmanın Uç Şekli

?Küçük dokunuş?ların etkisini en iyi gözlemleyebileceğimiz örneklerden biri salmanın uç şeklinin etkisidir. Daha önce salmayı 3 boyutlu olarak incelediğimizde uç bölgesi civarında akışın denetimsizleştiğini görmüştük. Uygun uç şekli bu bölgedeki denetimsiz akışın kaldırma kuvveti üzerindeki etkisini azaltabilir. Buradaki temel amaç salma çıkışında oluşan girdabın olabildiğince uzak ve derinde oluşabilmesini sağlamaktır.

Şekil 7?de iki farklı uç şekli gösterilmiştir. Salmalara yandan baktığımızda basit bir dördül uca sahip salmanın arkasındaki girdabın daha derinde oluştuğunu görmekteyiz. Dördül uç, bu üstünlüğü düz arka çıkışı sayesinde önden gelen akışı arkaya doğru yönlendirerek elde etmektedir. Diğer yandan yuvarlatılmış uç akışı arkaya ama aynı zamanda kısmen yukarı doğru yönlendirmekte ve dolayısıyla girdap merkezini yukarı doğru taşımaktadır. Benzer bir durumla önden baktığımızda da karşılaşırız. Rüzgaraltından rüzgarüstüne doğru ?kısa yolu? kullanmaya çalışan akış dördül uç kullanan salmada yüzeyden erken bir kopuş yaşar. Yuvarlatılmış uç ise keskin bir köşeye sahip olmadığından ?kısa yolu? kullanan akışı engelleyemez. Yüksek basınç bölgesi rüzgaraltından gelen akış düzgün yüzey üzerinde ilerler ve dolayısıyla yüzeyden geç kopar. Bu nedenle girdap merkezinin derinliği azalır. Girdabın yüzeye ve salmaya yakın oluşması salmada üretilen kaldırma kuvvetini azaltacaktır. Bu nedenle ?küçük dokunuşlar? dahil olmak üzere salma şeklinin girdap oluşumunu azaltacak ve derinde tutacak yapıda olması tercih edilir.

SONSÖZ

Yaygın olarak kullanılan yat sınıfı yelkenli teknelerin salmaları ya sabittir ya da sadece kısıtlı hareket imkanına sahiptirler. Dolayısıyla salma, önemine rağmen yelkencinin hayatında yelken kadar ön planda değildir. Buna karşın günümüzde oynar ve yönlendirilebilir salma tasarımları baş döndüren bir hızla gelişiyor. ¨Volvo Ocean Race¨ gibi yarış teknelerine büyük araştırma geliştirme bütçeleri ayrılmasını sağlayan organizasyonlar sayesinde gezi amaçlı teknelerde de bu tür salmaları yakın bir zamanda göreceğiz. Salmasını aşağı/yukarı oynatabildiği gibi omurga hattı, kemere hattı ve dikey eksen etrafında döndürebilen her yelkenci için ?salma trimi? bilmek şart olacaktır.

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

Bir cevap yazın