Japonya Satın Alma, Teknoloji ve Lojistik Ajansı (ATLA), “Uzun Dayanıklılık UUV” adlı yeni bir Ekstra Büyük İnsansız Sualtı Aracı (XLUUV) geliştiriyor. Bu deneysel drone, Japonya’nın yaşlanan nüfusundan kaynaklanan mürettebat eksikliğini gidermek ve su altı savunma yeteneklerini geliştirmek için tasarlanmış.
Ana Özellikler:
Modüler tasarım: Değiştirilebilir yük modülleri (ör. sensörler, iletişim düğümleri) aracılığıyla çeşitli görev yapılandırmalarına olanak tanıyor.
Uzun dayanıklılık: Temel konfigürasyonunda (10 metre uzunluk) bir haftalık sürekli çalışma elde edilmiş. ATLA, akü ve motor seçenekleri aracılığıyla daha da genişletilmiş çalışma olanağı araştırıyor.
Özerklik: Ataletsel Navigasyon Sistemi (INS), Doppler Hız Günlüğü (DVL) ve navigasyon ve durumsal farkındalık için sonardan yararlanabiliyor.
Açık mimari: Japonya’da UUV teknolojisini geliştirmek için hükümet ve özel sektör arasındaki işbirliğini teşvik edilmekte.
Geliştirme aşaması:
Şu anda araştırma ve geliştirme aşamasında.
ATLA, gerçek dünyadaki okyanus ortamlarını simüle etmek ve kontrol mantığını geliştirmek için büyük bir su deposu tesisi kullanıyor.
Teknoloji, Japonya Deniz Öz Savunma Kuvvetleri (JMSDF) tarafından derhal kullanıma yönelik değil. Veriler gelecekteki otonom ve kontrol edilebilir UUV’leri geliştirmek için kullanılacak.
Genel önemi:
Bu proje, Japonya’nın gelecekteki savunma uygulamaları için gelişmiş insansız su altı araçları geliştirme ve ülke içinde UUV teknolojisi gelişimini teşvik etme konusundaki kararlılığını ifade ediyor.
BAHRİYE TEKNOLOJİLERİNDEKİ GÜNCEL GELİŞMELER websitesinin HABERLER bölümünde. Haberi yararlı buldu iseniz diğer meslektaşlarımızla (ve özellikle halen görevde olan ya da MSÜ DENİZ bölümü öğrencileri ile) paylaşarak FARKINDALIK ve GELİŞMELERE katkıda bulunun lütfen.
BAHRİYE MÜHENDİSLERİ olarak bu özel günde bizlerin ülke ve deniz kuvvetlerimize olan/olabilecek katkıları üzerindeki düşüncelerimi kapsayan ve daha önce yayımlamış olduğum bir yazımı meslektaşlarıma tekrar sunuyorum..
“ 6. DONANMALAR İÇİN BAHRİYE MÜHENDİSLİĞİNİN TARİHSEL ROLÜ
6.1 Bahriye mühendisliği, tarih boyunca donanmaların geliştirilmesinde ve işletilmesinde hayati bir rol oynamıştır. Yelkenli gemilerin ilk günlerinden bugünün nükleer güdümlü savaş gemilerine kadar, Bahriye Mühendisleri donanmaların görevlerini yerine getirmek için güvendikleri gemileri ve sistemleri tasarlama, inşa etme ve bakımından sorumlu olmuşlardır.
6.2 Deniz savaşının ilk günlerinde, Bahriye Mühendisleri öncelikle savaş gemilerinin tasarımı ve inşasıyla ilgileniyordu. Önceki gemilerden daha verimli ve manevra kabiliyetine sahip yeni gemi tasarımları geliştirdiler ve ayrıca savaş gemilerinin savaş gücünü artırmak için yeni silah ve zırh sistemleri oluşturdular.
6.3 Deniz savaşları evrildikçe, Bahriye Mühendisleri ayrıca deniz operasyonlarını desteklemek için yeni teknolojiler geliştirmeye odaklanmaya başladı. Bu, 19. yüzyılda deniz savaşında devrim yaratan buhar motorlarının geliştirilmesini ve ayrıca yeni haberleşme ve navigasyon teknolojilerinin geliştirilmesini içeriyordu.
6.4 20.yüzyılda, denizaltılar, uçak gemileri ve nükleer tahrik gibi yeni teknolojileri benimsemeye başlayan donanmalar için Bahriye mühendisliği daha da önemli hale geldi. Bu yeni teknolojilerin geliştirilmesinde ve sistemlerin işletilmesinde ve bakımında hayati bir rol oynadılar.
6.5 Bugün Bahriye Mühendisleri, dünya çapındaki donanmaların geliştirilmesinde ve işletilmesinde hayati bir rol oynamaya devam etmektedir. Donanmaların görevlerini yerine getirmek için güvendikleri gemileri ve sistemleri tasarlamak, inşa etmek ve ömür boyu bakımından sorumludurlar. Bahriye Mühendisleri ayrıca insansız araçlar ve yönlendirilmiş enerji silahları gibi yeni deniz teknolojilerinin geliştirilmesinde de kilit bir rol oynamaktadır.”
1.1 Bu sene meslek ve kariyerimizin onur kaynağı olan DENİZ HARP OKULUMUZUN 250. Kuruluş Yıldönümünü kutluyoruz. Okulumuz aynı zamanda ülkemizin ilk mühendislik eğitimini başlatan bir kurum olarak çok önemli bir yere sahip. Kuruluşundan bu yana Türk donanmasına çeşitli savaş gemileri kazandıran veya yeni nesilleri yetiştiren birçok Bahriye Mühendisinin yetişme kaynağı. Bu vesile ile bahriye mühendisliğini ve eğitimini ele alan bir yazı dizimi sizlerle paylaşacağım
1.2 Gözlemlediğimiz üzere (örneğin Ukrayna- Rusya Karadeniz çatışmaları) Çağdaş deniz savaşları bugüne kadar olduğundan çok daha sıkı bir şekilde teknolojilerin savaşı olmakta ve olacaklar.
Gerek savunma sektörü dışında endüstride ve araştırma merkezlerinde oluşan gerekse Bahriyelerin kendi olanaklarıyla geliştirdikleri birçok teknolojik yenilik bir süre içerisinde donanmalara aktarılmakta. Bunların aktarılarak donanma bünyeleri içinde teknolojik olarak etkili bir şekilde kullanılabilir hale gelmelerini gerçekleştiren grup ise Bahriye Mühendisleri.
2. BAHRİYE MÜHENDİSLİĞİ nedir?
2.1 Daha önceki bu yazımdabahriye mühendisliği kavramını hangi anlamda ve kapsamda kullandığımı açıklamıştım.
Kavramı bu ve ileriki yazılarımda referans olmak üzere aşağıda özetle tekrarlıyorum;
Bahriye mühendisliği, gemilerin ve diğer deniz araçlarının tasarımını, inşasını, işletilmesini ve bakımını kapsayan geniş bir mühendislik alanıdır. Bu kapsamda yeni gemi ve deniz araçlarının tasarımlarının geliştirilmesindenbakım dönüşüm ve ömür boyu idamelerine kadar çok çeşitli alanlarda çalışırlar.
Bahriye mühendisliği tek bir başlık gibi gözükmekle birlikte kapsadığı alanların çeşitliliği nedeniyle farklı alt başlıklar altında da toplanmakta.
2.2 En yaygın olanlarından bazıları şunlardır:
Gemi inşa: Gemi mimarları, gemilerin ve diğer deniz araçlarının şeklini ve yapısını tasarlarlar. Geminin amaçlanan amacı, taşıyacağı kargo türü ve faaliyet göstereceği çevre koşulları gibi faktörleri göz önünde bulundururlar.
Makine sistemleri mühendisliği: Deniz mühendisleri, gemileri ve diğer deniz araçlarını çalıştıran tahrik sistemlerini ve diğer makineleri tasarlar ve inşa ederler. Ayrıca elektrik, sıhhi tesisat ve HVAC sistemlerinin tasarımı ve montajı üzerinde de çalışırlar.
Okyanus mühendisliği: Okyanus mühendisleri, petrol platformları, rüzgâr türbinleri ve dalga enerjisi jeneratörleri gibi açık deniz yapılarını ve sistemlerini tasarlar ve inşa ederler. Ayrıca deniz duvarları ve dalgakıranlar gibi kıyı mühendisliği projeleri üzerinde de çalışırlar.
Denizaltı mühendisliği: Denizaltı mühendisleri, denizaltıları ve diğer su altı araçlarını tasarlar ve inşa ederler. Denizaltı tasarımının gövdeden tahrik sistemine ve silah sistemlerine kadar tüm yönleri üzerinde çalışırlar,
Elektronik sistemler mühendisliği: Donanma sistem mühendisleri, savaş sistemleri, navigasyon sistemleri ve iletişim sistemleri gibi karmaşık donanma sistemlerinin tasarımı ve entegrasyonu üzerinde çalışırlar.
3. Bahriye mühendisliği zorlu ve ödüllendirici bir alandır. En son teknoloji üzerinde çalışma ve ülkelerinin ulusal güvenliğinde gerçek bir fark yaratabilme fırsatına sahiptirler. Ulusal güvenlik için geliştirdiğimiz gemileri ve diğer deniz araçlarını tasarlamak, inşa etmek ve bakımını yapmaktan sorumlu olmaları bakımından hayati bir rol oynamaktalar.
4. Bahriye mühendisleri ayrıca bir teknolojik ekip ortamında etkili bir şekilde liderlik edebilmeli ve karmaşık teknik kavramları hem teknik hem de teknik olmayan kitlelere iletebilmelidirler.
5. Bahriye mühendislerinin gerçekleştirebileceği belirli görevlerden bazıları şunlar olabilir:
Gemilerin ve diğer deniz araçlarının yapısını, dayanıklılığını ve dengelerini tasarlamak ve analiz etmek
Tahrik sistemlerini, elektrik sistemlerini ve diğer gemi sistemlerini tasarlamak ve geliştirmek
Gemilerin ve diğer deniz araçlarının inşa ve bakımını denetlemek
Yeni deniz teknolojileri üzerinde araştırma ve geliştirme yapmak
Yeni gemi tasarımları ve teknolojileri geliştirmek ve uygulamak için diğer mühendisler ve bilim insanları ile birlikte çalışmak
Yeni bir SAVAŞ gemisi tasarımı
Yeni bir tip denizaltı tahrik sistemi geliştirme
Bir savaş gemisindeki elektrik sistemlerinin bakımı
Gemilerdeki sürtünmeyi azaltmanın yeni yolları üzerinde araştırma yapmak
Diğer mühendislerle birlikte yeni bir tip deniz silahı geliştirmek
6.2 Deniz savaşının ilk günlerinde, Bahriye Mühendisleri öncelikle savaş gemilerinin tasarımı ve inşasıyla ilgileniyordu. Önceki gemilerden daha verimli ve manevra kabiliyetine sahip yeni gemi tasarımları geliştirdiler ve ayrıca savaş gemilerinin savaş gücünü artırmak için yeni silah ve zırh sistemleri oluşturdular.
6.3 Deniz savaşları evrildikçe, Bahriye Mühendisleri ayrıca deniz operasyonlarını desteklemek için yeni teknolojiler geliştirmeye odaklanmaya başladı. Bu, 19. yüzyılda deniz savaşında devrim yaratan buhar motorlarının geliştirilmesini ve ayrıca yeni haberleşme ve navigasyon teknolojilerinin geliştirilmesini içeriyordu.
6.4 20.yüzyılda, denizaltılar, uçak gemileri ve nükleer tahrik gibi yeni teknolojileri benimsemeye başlayan donanmalar için Bahriye mühendisliği daha da önemli hale geldi. Bu yeni teknolojilerin geliştirilmesinde ve sistemlerin işletilmesinde ve bakımında hayati bir rol oynadılar.
6.5 Bugün Bahriye Mühendisleri, dünya çapındaki donanmaların geliştirilmesinde ve işletilmesinde hayati bir rol oynamaya devam etmektedir. Donanmaların görevlerini yerine getirmek için güvendikleri gemileri ve sistemleri tasarlamak, inşa etmek ve ömür boyu bakımından sorumludurlar. Bahriye Mühendisleri ayrıca insansız araçlar ve yönlendirilmiş enerji silahları gibi yeni deniz teknolojilerinin geliştirilmesinde de kilit bir rol oynamaktadır.
7. BAHRİYE MÜHENDİSLERİ EĞİTİMİ
Bu kadar önemli ve kritik görevleri olan gurup bu görevin gereklerini karşılayabilmeleri için nasıl bir eğitimden geçirilmeli? Daha doğru bir sual ile; BAHRİYE MÜHENDİSLERİ EĞİTİMİ teknolojik gelişim sürecine ve hızına nasıl adapte edilmeli?
Bu yazı ile başlayan yeni bir yazı dizini ile bu suale bir cevap arayışında olacağım. Ön görülebileceği üzere bu konuda rehberlik yine teknoloji alanında Önder durumda olan ülkelerin soruna yaklaşım yolları oluyor. Bu nedenle, bahriye mühendisliği üzerinde genel bir değerlendirme yaptıktan sonra bu nitelikteki bazı ülkelerin gittikleri yaklaşımları da sizlere tanıtmaya çalışacağım.
1.1 Yüksek hızlı ve kapasiteli yeni nesil bilgisayarların, bulut depolama kapasitelerindeki çok büyük gelişmelerin, sanal gerçeklik teknolojisindeki sıçramaların oluşturduğu ENDÜSTRİ 4 teknolojik devrimi yaşamın her alanına yayılmakta. Bu olanakların desteği ile gelişen arttırılmış gerçeklik ,dijital ikizler, 3 boyutlu yazıcılarla üretim gibi teknolojilerin sanayi üreticisi birçok firmaca benimsendiğini görüyoruz.
1.2 Bunlardan bir tanesi de GEMİ TASARIM VE İNŞA SEKTÖRÜ.. Küresel olarak bu alanda öncülüğü özel sektör tersaneleri ve ticaret gemileri yapmakla birlikte savaş gemileri üreten sivil ve devlet kuruluşu tersanelerde artık bu teknolojilere uyum sağlamaya yönlendiler.
1.3 “Dijital tersane”ifadesi, gemilerin ve denizaltıların tasarımında, inşasında ve bakımında Endüstri 4.0 yeteneklerinin kullanılması ile ilgili altyapının izlenmesi ve bakımı için bu teknolojinin kullanılması anlamına gelir. Bir IoT(Internet of things -Nesnelerin interneti) cihazına büyük miktarda veri sağlayabilen ve gelecekteki onarımları öngörme ve programlama yeteneğini geliştirebilen Siber-Fiziksel Sistemler (Cyber Physical Systems – CPS) tarafından kurulan sensörler ve izleme sistemlerinden yararlanır. Operasyonel kapalı kalma süresini en aza indirmek için, elde edilen bu veriler endüstriyel bir ortamda kullanılan, genellikle Endüstriyel IoT veya IIoT olarak bilinen diğer IoT cihazlarıyla paylaşılabilir.
2.DÜNYA PAZARINDAKİ DURUM
2.1Küresel olarak dijital gemi inşası sektörünün gelişme ve yayılma derecesini hakkında fikir sahibi olmak ve önemini anlayabilmek bakımından aşağıdaki rapora göz atmak yararlı olacaktır
2.2 Market Research Future (MRFR)’nin raporu(1) Dijital Tersane Pazarı Araştırma Raporunu vurgulamaktadır: Tersane 2030 Tahmini Dijital Tersane Pazarının 2030 yılına kadar 476,8 Milyar ABD Dolarına ulaşacağını ifade ediyor!
2.3 Gemi inşa endüstrileri son birkaç yıldır otomasyona odaklanmaktadır. Otomasyon yöntemi, gemi inşası için gereken süreyi azaltır. Yanısıra Çeşitli işletmeler artık gemi inşa endüstrisinde dijitalleşmeyi uyguluyor.
2.4 Raporun ana hatlarına göre ;
2030 Pazar Büyüklüğü: 476,8 Milyar dolar
YBBO %20,2. (2022-2030)
Baz Yıl: 2021
Tahmin Dönemi: 2022-2030
Tarihsel Veriler: 2020
2.5 Rekabet Dinamikleri:
Piyasanın önemli oyuncuları şunlardır:
• Siemens (Almanya)
• Dassault Systèmes (Fransa)
• AVEVA Group plc (İngiltere)
• Accenture (İrlanda)
• SAP SE (Almanya)
• BAE Sistemleri (İngiltere)
• HexagonAB (İsveç)
• Altair Engineering, Inc. (ABD)
• Wärtsilä (Finlandiya)
• IBM Şirketi
• Inmarsat Plc (İngiltere)
• IFS AB (İsveç)
• Pemamek Ltd (Finlandiya)
• Aras Şirketi (ABD)
• Kreyon Systems Pvt. Ltd (Hindistan)
• KUKA AG (Almanya)
• iBASEt (ABD)
• PROSTEP (Almanya)
• KRANENDONK Akıllı robot teknolojisi (Hollanda)
• Damen Tersaneler Grubu (Hollanda)
• Navantia (İspanya)
2.6 Pazarı geliştiren etkenler
2.6.1 Artan uluslararası deniz ticareti de dahil olmak üzere diğer faktörler nedeniyle, Küresel Dijital Tersane Pazarının tahmin döneminde önemli bir büyüme kaydetmesi bekleniyor. Ek olarak, dünyanın dört bir yanındaki Bahriyelerin giderek daha sofistike savaş gemileri satın almasıyla endüstrinin yükselmesi bekleniyor. Ek olarak, tersane firmalarının dijital tersane pazarındaki artan yatırımlarının pazarın genişlemesini hızlandırması bekleniyor.
2.6.2 Denizcilik endüstrisinin ürettiği
karbon ayak izini azaltmak için dünya çapında çevresel endişelerin artması,
dijital ikiz teknolojisinin benimsenmesindeki artış ve
artan deniz ticaretinin
bir sonucu olarak kargo gemilerine olan talebin artması, tümü dijital tersanenin büyümesine katkıda bulunuyor.
2.7Ancak dijitalleşme maliyetlerinin ve eğitim maliyetlerinin yüksek olması, sistemlerin karmaşıklığı ve diğer sorunların dijital tersane sektörünün gelişimini kısıtlayacağı öngörülmektedir. Endüstriyel nesnelerin interneti (IIoT) ve gemi inşa endüstrisinde artan robot teknolojisi kullanımının da dijital tersane pazarındaki büyük oyuncular için zengin fırsatlar sunması bekleniyor.
2.8 Pazar Kısıtlamaları
Pazarın genişlemesi, artan siber tehdit güvenlik açığı ve dijital tersane yazılım çözümleri için pahalı satın alma maliyetleri ile ilgili sorunlar nedeniyle engellenebilir.
3. SAVAŞ GEMİLERİ İNŞASI BAKIMINDAN
3.1 Konu üzerinde bilgi sunmak ve uygulamaları açıklamak üzere daha önce birkaç makale yayınlamıştım bunlardan ilkine buradan erişebilirsiniz.
Bu kez bazı Avrupa ülkelerinin endüstri 4 diğer iş ve üretim alanlarında zaten uyarlanmaya başlamış olan endüstri 4 devrimini bahriye gemileri inşası sektöründe adaptasyonu için başlatmış oldukları bir girişimi hakkında bilgi sunmak istiyorum
3.2 AVRUPA IN 4.0 PROJESİ
3.2.1 IN4.0 projesi, Interreg Atlantik Bölgesi Bölgesel İşbirliği Programı 2014-2020 kapsamında Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu (ERDF) tarafından finanse edilen ortak bir girişimdir. Temel amacı, bu sektörde faaliyet gösteren firmaların rekabet güçlerini artırmak için Endüstri 4.0 ilkelerini Bahriye sektörüne uyarlamaktır. Proje, Endüstri 4.0 iş modelinin benimsenmesinin önündeki engelleri belirleyerek ve Bahriye sektöründeki küçük ve orta ölçekli işletmelerin SME ( SMALL MANUFACTURİNG ENTERPRISES -KOBİ’ler) uygulayabileceği mevcut teknolojilerin olgunluğunu değerlendirerek sektörün karşılaştığı zorlukları ele almayı hedefliyor.
3.2.2 Buna ek olarak, projenin birkaç başka hedefi daha var. İlk olarak, üretkenliği ve verimliliği optimize etmek için Bahriye sektöründeki iş organizasyon sistemlerini incelemeyi ve yeniden tanımlamayı amaçlamaktadır. Bu, Endüstri 4.0 ilkeleriyle uyumlu iş organizasyonuna yönelik yeni yaklaşımları keşfetmeyi içerir.
İkinci olarak proje, Bahriye sektöründeki personelin Endüstri 4.0’a geçişini kolaylaştırmak için eğitim vermeyi hedefliyor. Bu eğitim, onları ileri teknolojilerin ve çalışma metodolojilerinin potansiyelinden etkin bir şekilde yararlanmak için gerekli bilgi ve becerilerle donatacaktır.
Üçüncüsü, proje, teknolojilerin uygulanmasında maliyet tasarrufu sağlayan yenilikçi stratejiler tasarlamayı amaçlamaktadır. Bu, Endüstri 4.0 teknolojilerinin benimsenmesiyle ilişkili masrafları azaltmanın yollarını belirlemeyi ve gelişen pazar ortamında Bahriye sektörünü teşvik etmek için yeni pazarlama yöntemleri bulmayı içerir.
3.2.3 Son olarak, IN4.0 projesi seçilen teknolojileri ve stratejileri katılımcı bölgelerden bir KOBİ panelinde uygulamayı amaçlamaktadır. Bu pratik uygulama, Bahriye sektöründe Endüstri 4.0 ilkelerinin benimsenmesinin uygulanabilirliğini ve faydalarını gösteren bir pilot program görevi görecek. Proje, böylelikle sektörün uzun vadeli sürdürülebilirliğini ve yenilikçiliğin yönlendirdiği rekabetçi bir pazar ortamında gelişebilme yeteneğini sağlamayı amaçlamaktadır.
3.3 Genel olarak IN4.0 projesi, KOBİ’lerde engelleri belirleyerek, teknolojileri değerlendirerek, iş organizasyonunu yeniden tanımlayarak, eğitim sağlayarak, maliyet tasarrufu stratejileri tasarlayarak ve seçilen teknolojileri uygulayarak Bahriye sektörünün dijital dönüşümünü desteklemeyi amaçlamaktadır.
Yukarıda açıklandığı gibi IN 4.0 projesi, KOBİ’lere 4.0 dönüşümlerinde yardımcı olacak eylemlerin uygulanması yoluyla Bahriye sektörünün modernizasyonunu teşvik etmeyi amaçlamaktadır. Araştırma ile Atlantik bölgesinin Bahriye sektöründe “geleceğin fabrikası” teknolojilerinin uygulanmasının mevcut durumunu 2018 itibariyle gözden geçirmek ve KOBİ’lerin bu yenilikçi çözümleri entegre etmesinin önündeki engelleri belirlemek isteniyor.
Savaş gemilerinde enerji depolamaya neden gerek duyulduğu ve kullanılabilecek depolama sistemleri hakkında bundan önceki yazımda genel bir bilgi sunmuştum. Bu yazıda konu üzerinde bir uygulama örneği göstermek üzere ABD bahriyesinin DDG 51 firkateynleri için yapılan çalışmalara değineceğim.
IMAGE- ENERGY STORAGE ALT.
3. GEMİNİN ORİJİNAL GÜÇ SİSTEMİ (DDG 51)
ANA TAHRİK:
4 adet GE LM 2500 gaz türbini. TOPLAM 100000 SHP
ELEKTRİK GÜÇ SİSTEMİ:
Üç Gaz Türbini Jeneratör Setinin (GTGS) her biri 2500 KW değerindedir ve 450 VAC, üç fazlı, 60 HZ gücünde Allison 501-K34 Gaz Türbini Motoru, bir modül grubu, bir redüksiyon dişlisi grubu ve bir jeneratör sağlar.
SAVAŞ KONTROL VE YÖNETİM SİSTEMİ: AEGİS
Bu firkateynlerin Proje programı, gemilerin detaylı teknik özellikleri hakkında bilgileri buradabulabilirsiniz.
4. DEPOLAMA GEREKSİNİM NEDENLERİ 4.1 Geminin mevcut sistemlerini besleme dışında kullanılabilir güç olarak sadece 150 kilowatt vardır. Kullanılması düşünülen lazer silahı sadece 100 ile 1 megawatt arası güç desteğine gereksinim duymaktadır. Bu durumda eksik kalan enerji için bir depolama sistemine gereksinim duyulmuştur. Ancak Lazer silahının bağlantı noktasındaki kayıplar nedeniyle gerekli enerji lazer çıkış gücünün 3 katını bulabilmekte. Örneğin 150 kilovatlık lazer 450 kilowatt enerji gereksinmekte.
4.2 Enerji Depolama sistemi silah ve sensörleri destekleme yanısıra aşağıda belirtilen başka yararlar da sağlamakta. Gemide overall yakıt tasarrufu (1 milyon dolar yıl tasarruf gemi başına) Gemi elektrik sisteminde UPS olarak destek sağlama Gemi elektrik sisteminde TEK jeneratör ve gaz türbini ile çalışma olanağı sağlama Gaz türbininin çalışma saatlerini düşürme. Böylece, Gaz türbini bakım tutum masraflarını azaltma, çalışma ömrünü arttırma.
5. ÖNGÖRÜLEN KONFÜGÜRASYON
5.1 ABD Bahriyesi konu üzerinde ONR (Office of Naval Research) önderliğinde 2010 yılında fizibilite çalışmaları başlatmıştır. Başlangıçta 2012 yılında DDG 51 firkateynlerin tahrik sistemi yakıt verimliliğini arttırılması amacıyla enerji depolama sistemlerinin etkisi araştırılması yapılmıştır.
ENERGY STORAGE ALTERNATİVES . SOURCE : USN NAVSEA.
5.2Bir çalışmaya göre (4);
5.2.1 Seçenekler olarak kapasitif batarya ve döner rotor sistemleri irdelenerek Lityum iyon ve döner rotor sistemlerinin karşılaştırılması yapılmıştır. Karşılaştırma kriterleri şöyle belirlenmiştir; Teknolojik yeterlilik düzeyi Ağırlık ve hacim kısıtlamaları Zamanla kapasitelerin düşme miktarı Batarya ömrü Güvenlik ve sürdürülebilirlik 5.2.2 Araştırmada gemi elektrik yükünün 4000 saat/ yıl olduğu ve ortalama 2525 kilowatt yüklendiği varsayılmıştır. Sonuçta 2 jeneratörlü çalışma moduna göre bir jeneratörlüde yakıt kullanımında %30 tasarruf sağlanacağı bulunmuştur.
5.3 Bir diğer araştırmada (5);
5.3.1 Texas üniversitesi ve Naval Postgraduate School tarafından ortaklaşa bir model çalışması yapılmıştır. Bu firkateynlerin öngörülen lazer silahlarının desteklenmesinde kullanılacak enerji depolama sistemi montaj fizibilitesi için bir model oluşturulması istenmiştir. Modele esas olmak üzere 4 farklı enerji depolama sistemi ele alınmıştır Bunlar;
Kurşun asitli batarya
Lityum iyon batarya
Süper kapasitör ve
Döner rotor sistemler olmuştur. 5.3.2 Modelde sistemlerin geminin mevcut elektrik dağıtım sistemine bölgesel dağılım ve sancak /iskele basparlar üzerinden entegrasyonu öngörülmüştür.
Lazer silahı güç seviyeleri 30, 60 ve 125 kilowatt olarak alınmıştır. Operasyonel değerlendirme parametreleri şunlardır; Lazer silahının güç gereksinimi Batarya depolamada boyutlar Lazer silahının çalışma sıklık ve maksimum süreleri. Örneğin döner rotorlu sistem için 6 saniye süreli 60 adet atış.
5.3.3 Modellemede varsayılan sistemlere ait hacim ve ağırlıklar
125 kilowatt lazer için örneğin; Kurşun asitli sistemde 1.9 metreküp 5140 kilogram Lityum batarya için 0.206 metreküp 551 kilogram 5.3.4 Model çalışmaları sonunda lazer silahının ve enerji depolama sisteminin şarj durumunu göre değişik senaryolar ele alınmış ve bu senaryolara göre model çıktıları elde edilmiştir. Bunların detayları ref (5) da görülebilir. Çalışma iki ayrı lisansüstü tez konusu olmuştur. (9)(10)
6. UYGULAMA
BESS – BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEMS
ABD Bahriyesi NAVSEA Komutanlığı yapılan ön çalışmalardan sonra LEONARDO DRS firması ile 10 milyon dolarlık bir ENERJİ MAGAZİNİ (Depolama) prototipi geliştirme projesi vermiş durumda. (2)(3)(7)(8)
1000 VDC ve 71 kilowattsaat lik tekil modüllerden oluşan LİTYUM DEMİR FOSFAT AKÜLÜ sistem halen sürecinde olup 2022 Haziran ayı içinde kabul denemelerine başlanması planlanmıştır.
LRS – ENERGY STORAGE MODULE
7. SONUÇ
7.1 Savaş gemilerinde enerji depolama sistemleri öncelikle modern silah ve sensörlerin beslenmesi ve bunların yanında gemi elektrik yüklerinin dengelenmesi, tek jeneratörle besleme yapılabilmesi gibi ek faydalarla gerekli hale gelmiştir 7.2 Bir uygulama örneği olarak ABD bahriyesi DDG 51 sınıfı fırkateynlerin de bu sistemlerin kullanılabilmesi için bir prototip çalışması başlatmıştır. Lityum Demir fosfat bataryalı ve modüler yapıdaki Prototipin Haziran 2022 ayı içerisinde kullanılabilir hale gelmesi planlanmıştır. Sonuçlara göre bu modüler ünitelerin diğer Bahriye gemilerinde de kullanılması öngörülmektedir.
9. POWER SYSTEMS ANALYSIS OF A DIRECTED ENERGY WEAPON SYSTEM FOR NAVAL PLATFORMS. Master’s Thesis, Naval Postgraduate School, Monterey, CA, 2013. Woehrman, Lt. Cmdr. Michael A.
10. POWER SYSTEMS AND ENERGY STORAGE MODELING FOR DIRECTED ENERGY WEAPONS.” Master’s Thesis, Naval Postgraduate School, Monterey, CA, 2014. Sylvester, Jeremy E
1.1 Daha önceki bir dizi yazımda (1 – 2 – 3 ) Savaş gemilerindeki enerji sistemleri ve sistem gereksinimleri üzerinde durmuştum. Ayrıca yine Savaş gemilerinde tüm elektrik sistemlerinin hangi önemli nedenlerle artık tercih edilmeye başlandığını belirtmiştim 1.2 Savaş gemilerinde Entegre Elektrik Sistemlerine (EES) geçiş klasik sistemlerin yerini alan yeni bir aşama olmuştur. Ancak teknolojinin getirdiği yeni silah sistemleri ve sensörler işlevlerini yerine getirebilmek için büyük ve çok kısa süreli enerjiye gereksinim duymaktadırlar. Üstelik bu yüksek enerji talebi gelecekte daha da artacak gözükmektedir 1.3 Bu yazı dizimde ise ; depolama sistemlerinin fonksiyonları, çeşitleri, tekil olarak avantaj ve dezavantajları ile bir örnek uygulama ve konunun Türk Bahriyesi bakımından kısa bir değerlendirmesini yapacağım. 2. ENERJİ DEPOSUNUN İŞLEVLERİ 2.1 Yeni silah ve sensör sistemlerinin yüksek enerji taleplerini karşılamak 2.2 Geminin mevcut enerji sisteminde kaynaklardan birinin (dizel jeneratör/Gaz türbini ) devreden çıkması halinde eksik gücü kesintisiz bir şekilde sağlamak 2.3 Enerji sistemindeki anormal dalgalanmalar da tampon görevi görmek 2.4 Gemi enerji sisteminin maksimum yük yerine daha düşük çalışma değerleri için tasarımına olanak vermek 3. YENİ SİLAH VE SENSÖRLERİN GEREKSİNİMLERİ 3.1 Daha önceki bir yazımda belirttiğim gibi yeni silah ve sensör sistemleri şimdiye kadar görülmemiş miktarlarda yüksek enerji desteğine gereksinim duymaktadırlar. Örneğin ANSP 6 arama radarı uzun mesafe arama modunda 2.8 megawatt, bazı lazer silahları averaj olarak 2 megawatt enerji gerektirmektedir. Daha detaylı fikir edinmek üzere buradaki tabloya tekrar göz atılabilir.
4. DEPOLAMA SİSTEMLERİ
4.1 Çeşitleri 4.1.1 Bugünkü teknoloji ile Savaş gemilerinde kullanılabilecek enerji depolama sistemleri;
BATARYA
SÜPER KAPASİTÖRLER
DÖNER ROTOR
Sistemleridir.
4.1.2 Döner Rotorlu sistemlerde enerji kaybı%1 bulabilirken bataryalı sistemler haftalarca dayanabilmektedir. Buna karşın kapasitörlü sistemler çok kısa zaman aralığında çok yüksek enerji verebilmektedirler. 4.1.3 Kurşun-asit ortamlı bataryalar bahriyelerde şimdiye dek temel depolama sistemi idi. Yakın zamanlarda lityum Ion bataryalar yaygınlaştı. Bunlar kurşun asit bataryalara göre enerji ve güç yoğunluğu, kullanım ömrü ve dönüşümlü verimlilik bakımında daha avantajlı durumdalar.
(Dönüşümlü verimlilik – cihazdan alınan enerji/verilen enerji) Ancak bu bataryalar çalışma koşullarına bağlı olarak alevlenme hatta patlama potansiyeli taşıyorlar. 4.1.4 Süperkapasitörler çok yüksek güç verebilmekte. Ömürleri daha uzun, enerji yoğunlukları yüksek. Ancak şarj zamanları yetersiz. Yüksek maliyetli ve ilave destek ekipmanları gereği bulunuyor. 4.1.5 Döner rotorlar (FLYWHEEL) Uzun ömür, yüksek dönüşüm verimi bakımlarından avantajlı, ancak maliyet ve yardımcı ekipmanlar gereksinimi bakımlarından dezavantajlı bu sistemler 20 yılın üzerinde kullanım ömrüne sahipler. Rotor malzeme direnci ve yüksek dayanıklılığa sahip yataklama gereksinimleri nedenleriyle dönüş hızında sınırlama gerektirmekte. Malzeme teknolojisindeki gelişimler ile bunların hızlarında artırım sağlanmakta.
SOURCE : REF (6)
4.2 Seçim kriterleri
Değişik enerji depolama sistemleri değişik karakteristikleri taşıdıklarından gereksinimlere tek bir sistemle cevap vermek olası değildir. Gemideki hacim ve ağırlık kısıtlamaları nedeniyle gemi üzerine konuşlandırılacak dün sistemlerde enerji ve güç yoğunluğu en önemli kriterlerdir. Değişik depolama sistemleri arasında seçim yapabilmek için ana kriterler şöyledir;
Hacim ve ağırlık (M3- KG) Enerji yoğunluğu (KWH / KG) Güç yoğunluğu (KW / KG) Dönüşümlü enerji verimliliği (SİSTEMDEN ÇIKAN ENERJİ / GİREN ENERJİ) Enerji kaybı hızı (YÜKLÜ ENERJİNİN % EKSİLMESİ / SAAT) Max şarj / deşarj adedi Kullanım ömrü
Ancak bu kriterler genel anlamda olup uygulamadaki işlevsel gereksinimlere göre bazıları diğerlerine göre ağırlık kazanacaktır.
8.1 Yazı dizimin ilk bölümünde Entegre Elektrik Güç Sisteminin (Integrated Power System – IPS) savaş gemilerinde kullanımının tarihçesine kısaca değinmiştim. Hatırlanacağı üzere, sistemin ilk uygulamaları 1915 yılında başlamıştı.
8.2 Elektrik Endüstrisi içerisindeki yeni buluşlar gerek silah sistemleri gerek sensörlerde oluşan ve ivmelenerek artan teknolojik gelişmeler, savaş gemileri enerji gereksiniminin tek bir yapı içerisinde bütünleştirilmesinin en akılcı çözüm olacağını göstermiştir. Bu fikir birçok ülke bahriyesi tarafından giderek benimsenmektedir.
8.3 Her ne kadar bu fikre temel olan teknolojik gelişmeler belirli bir düzeye gelmişse de çalışmalar geleceğe yönelik olarak, süregelmektedir. Yani sistemi oluşturan teknolojilerin tam bir olgunluk düzeyine geldiği söylenemez.
8.4 Bu bakımdan ana fikir benimsenmekle beraber, uygulamaya geçiş, bu dinamik etkilerle ayrı bir zorluk arz etmekte ve çözümlere yönelik dönüşümü en uygun şekilde yönetecek ve gerçekleştirecek bir yapının kurulmasını gerekli kılmaktadır.
Bu yazımda böyle bir yapılanmaya örnek olabilecek ABD Bahriye senin organizasyonuna ve yaklaşımını özetle değineceğim.
8.5 ABD bahriyesi konu üzerindeki ilk yol haritasını (TECHNOLOGIC DEVELOPMENT ROADMAP – TDR ) 2007 yılında yayınlamıştı. Bu yol haritasında zamanki mevcut teknolojik olanaklar ile Bahriye’nin mevcut ve gelecekteki istekleri, dikkate alınarak aradaki teknolojik boşluklar belirlenmiş ve öneriler açıklanmıştır.
Örnek olarak IPS uygulaması yapılacak FFG 62 fırkateyn hakkında genel bilgiler aşağıdaki videoda yer almakta.
8.6 Yol haritası (TDR) 30 yıllık bir zaman suresini hedef almış ve hedeflerini yakın, orta ve uzun vadede gerçekleştirecek şekilde bölmüş ve belirlemiştir
8.7 Yakın zaman için Hedefler:
Gelişmiş silah ve sensörleri destekleyecek enerji magazinleri
Enerjinin geri kazanımı
Enerji magazinleri güç kontrol sistemleri ve enerji geri kazanım aygıtları için prototiplerin geliştirilmesi
Orta voltaj DC teknolojileri
8.8 Orta zaman dilimi için Hedefler
İleri teknoloji silah ve sensörlerin geliştirmeye devam etmesi
Modüler yaklaşımın geliştirilmesi
8.9 Uzak zaman dilimi için Hedefler
Daha güçlü, odaklanmış enerji silahlarının geliştirilmesi
Modüler aygıt birimlerinin genişletilmesi
Güç sisteminin daha dengeli olabilmesi
Güç sistemlerinin daha otonom, küçük, hafif ve düşük maliyetli hale getirilmesi
8.10 Bu üç zaman dilimi için öngörülen hedefleri gerçekleştirmek üzere, ABD Bahriyesi öncülüğünde Bahriye, Endüstri ve Akademi kaynakları iş birliği yapmaktadır. Bu noktaya önemle dikkatinizi çekmek isterim.
TDR Her iki yılda bir üye kuruluşların katılımıyla güncellenmektedir.
8.11 Bu yol haritası bir tedarik stratejisi veya tekil platformlar için belirlenmemiştir. Bunların her biri ayrı bir program ve proje konusudur.
YOL HARİTASININ UYGULANMASI
8.12 ABD Bahriyesinin teknik projeleri NAVAL SEA SYSTEMS COMMAND – NAVSEA çatısı altında değerlendirilmekte ve yönetilmektedir. NAVSEA nin genel organizasyonu aşağıdaki şemadaki gibidir.
8.13 IPS Programının yürütüldüğü PMS 320 OFİSİ bu yapıda sol üs köşedeki PSO gurubu içinde yer almaktadır.Program temelleri hakkında daha detaylı bilgi için Kaynakça 2. de yer alan VİDEO yu izlemenizi öneririm.
8.14 ELECTRIC SHIPS Projesi için 2006 yılında Amiraller düzeyinde bir yönetim kurulu oluşturulmuştur.
Kurul temelde bilim ve teknolojideki gelişmeleri ve ARGE ye ayrılan olanakları dikkate alarak projenin gelişim temposunu belirlemektedir.
8.15 Kurulun önerisi ile 2007 yanında ELEKTRİKLİ GEMİLEROFİSİ – PMS 320 oluşturulmuştur. Ofis ilk olarak gelecek nesil Entegre güç sistemleri üzerine ayrı bir TDR geliştirmiştir. Donanmaca yakıt tüketiminin 2020 yılına kadar %15 azaltılması öngörülmesi ile sonradan, yakıt tasarrufu ve enerji güvenliği alanı yüksek öncelikle ve ayrıca kapsam içine alınmıştır.
8.16 Güncel ve ileriye yönelik teknolojileri değerlendirmek üzere ayrı bir çalışma grubu TEKNOLOJİ WORKİNG GROUP – TWG. kurulmuştur. Grubun üyeleri Bahriye içindeki teknik kuruluşlardan alınmıştır.
Teknolojik gelişmeler başta Bahriye istekleri dikkate alınmadan endüstrinin kendi içindeki durumuna göre izlenmiştir.
Bu belirlendikten sonra hangilerinin direkt olarak Bahriye uyarlanabileceği, hangilerinin değişikliklerle kullanılabileceği veya geliştirilebileceği saptanmıştır.
8.17 Grubun odaklandığı alanlar
Güç kontrolü
Enerji Dağıtımı
Enerji depolaması
Elektrik motorları
Güç konvertörleri
Ana tahrik üniteleri
Bir örnek olmak üzere enerji depolama sistemlerinin Bahriyede uygulanabilmesi için şu şartları karşılaması gerekli görülmektedir;
Şok direnci
Yüksek sıcaklıklarda dengeli kalabilmesi
Alçak sıcaklıklarda çalışabilmesi
Standart batarya yönetim yönergesine uyumlanabilmesi
Daha gelişmiş Güvenlik
Daha gelişmiş Ömür ve servis ömrü
Toplam bakım maliyeti düşüklüğü
Büyük çoğunluğunu sağlamak üzere Entegre soğutma sistemi
Düşük hacım
Bir diğer örnek; gemi ana sevk sistemi üzerinde Bahriye’nin özel istekleri;
Daha verimli düşük maliyetli ve kolay idame ettirilebilir olması
Şok’a dayanıklılık
Operasyonel ortamlara dayanıklılık
Değişken operasyonel çalışma koşullarına uyum.
Bahriyede sevk sistemleri Ticaret gemilerine göre çok daha fazla ivme değişimleri, süratli geçişler gerektirmekte ve makineler düşük yüklerde daha uzun süre çalışmaktadırlar. Makinelerde uzak ve süratli sürat geçişleri lise malzemeler üzerinde Termal ve mekanik olarak Yorulma dayanıklılığının düşürmektedir
Düşük Gürültü İzdüşümü
8.18 ABD Bahriyesince Research and Development departmanından ayrı bir ARGE konsorsiyumu oluşturulmuştur. Başlangıçta bu konsorsiyuma Florida State University, Massachusetts Institute of Technology, Mississippi State Üniversite, Purde Üniversity, U.S. Naval Academy, Üniversity of South Carolina ile University of Texas / Austin seçilmişlerdir. Burada dikkat çeken nokta USNA nin grup içinde olmasıdır.
8.19 Konsorsiyumun oluşturulmasındaki temel amaç , konu üzerinde üniversitelerin kapasitelerinin değerlendirilmesi ve aynı zamanda hem Akademi hem endüstri için gerekli elemanların yetiştirilmesidir.
Konsorsiyum her üniversitenin birer temsilcisinin bulunduğu Yönetim Kurulu tarafından yönlendirilmektedir.
Konsorsiyum çalışmalarıyla şu konularda katkı sağlamıştır;
Modelleme ve simülasyon
Prototipleri geliştirilmesi ve test edilmesi
Endüstriye teknolojik bilgi ve yazılım sağlanması
Modelleme ve simülasyon üzerinde workshoplar
Konular üzerinde 300’den fazla makale
50’den fazla öğrencinin araştırmalarla lisansüstü diploma edinmesi
Ayrıca MIT Üniversitesi aktif görevdeki bazı Bahriye subaylarına ve Sahil Güvenlik subaylarına Gemi inşa ve Bahriye mühendisliği ( Naval Engineering) konularında lisans programları sağlamış ve yetiştirmiştir.
8.18 Konsorsiyum sonradan yıllık rutin toplantılarına bir de endüstri ile yapılan toplantıları katmıştır. Bu toplantılara bahriyenin temsilcileri yanısıra ilgili diğer devlet temsilcileri, tersaneler ve endüstriyel kuruluş temsilcileri katılmaktadır. Konsorsiyum Ayrıca ASNE ve IEEE Mühendis odalarının bu konular üzerinde kendi bünyelerinde çalışmalar yapmasına yardımcı olmaktadır.
8.20 ARGE Çalışmaları kapsamında her üniversitelerin test laboratuvarı, yazılım olanakları vb. kendine özgüolanakları değerlendirilmiştir. Örneğin MIT Üniversitesinin hidrodinamik laboratuvarları, Mississippi Üniversitesinin yüksek voltaj laboratuvarları. Gibi.
ESO da Aktif olarak görev almış Mühendis Bahriye subaylarının bazıları emekli olduktan sonra USN PGS de ENERJİ Bölümünün kurulmasında rol almışlar ve burada çalışmalara katkı sağlamışlardır.
ENTEGRE ELEKTRİKLİ TAHRİK SİSTEMLERİ hakkında giriş niteliğinde bilgileri birincive ikinci bölümlerde derlemiştim.
6. MEVCUT ELEKTRİK SİSTEMLERİ
6.1 Savaş gemilerinde en çok kullanılan elektrik güç kaynağı 440 / 115 VAC 50/60 HERTZ frekanslı jeneratörler ve toprak bağlantısız dağıtım sistemleridir. Daha sınırlı cihazlarla kullanmak üzere 440 / 115 VAC 400 HERTZ sistemlerde vardır.
6.2 Gemi aydınlatma sistemi, Transformerler aracılığıyla 115 VAC 60 Hertz 3 Faz ve topraksız şekilde beslenir buna uygun cihazların beslenmesi de bu devre üzerinden sağlanır.
6.3 400 AC sistemlerde ise servis gücü motor jeneratör setlerinden ya da Solid State devreler üzerinden beslenir.
6.4 YÜK gereksinimleri 1000 amperi geçtiği zaman 4.16 kilovolt sisteme geçilir. Bu durumda servis sistemine rectifier üzerinden 1000 VDC dağıtım yapılabilir
6.5 Savaş gemilerinde Elektrik enerji sistemi dört ayrı tip yük beslemektedir
Görev için gerekliyükler
Görev için önemli yükler; örneğin tahrik sistemi
Görev için Gerekliliği bulunmayan yükler; örneğin ısıtma
Yeni teknolojinin getirdiği yükler; örneğin yeni silahlar, sensörler
ÖNGÖRÜLEN GÜÇ SİSTEMLERİ MİMARİSİ
7.1 Önceki yazımdaanlatıldığı gibi savaş gemilerinde Entegre Elektrik Tahrik sistemi kullanımı yeni olmayıp 1900 li yıllara kadar geri gider. Ancak yapılan prototip uygulamalar o zamanlarda mekanik ünitelerde sağlamış olan teknoloji ve verimliliği gerisinde kalmıştı. Bir süre sonra yüksek dayanımlı manyetik materyaller ve Solid State Elektronik alanındaki büyük aşamalar ile daha verimli ve küçük hacimli hafif motorların geliştirilmesi mümkün olmuştu. Böylece bunlar geniş hacimli ve ağır mekanik ünitelerin yerini alacak hale gelmiştir.
7.2Konvansiyonel güç paketlerinin yerini alacak yeni modüler enerji paket sistemleri geliştirilmektedir.
7.3 IPS ni etkileyen ve tasarımda dikkate alınması gereken noktalar şunlardır;
Tekne FORMU
Gürültü izi
Şok
Ayakta kalabilme (Survavibility)
Ağırlık ve hacim sınırlamaları
Güç Sistemi yerleşimi (ring /zone)
Ortam etkileri (örn. elektromanyetik alan)
Elektromanyetik iz
7.4 IPS sisteminin getirdiği büyük avantajlardan birisi sistemi oluşturan birimler arasında mekanik bağlantı zorunluluğunun ortadan kalkmasıdır. Birimler artık birbirlerine elektrik kablolar ve servis tabloları üzerinden bağlanmaktadır. Bu ise tasarım açısından büyük bir esneklik getirmektedir Artık birimlerin aynı bölümlerde yer alması şart değildir. IPS im getirdiği bir diğer avantaj daha birimlerin modüler bir yapıya kavuşturulabilmesidir. Bu sayede gemi bünyesinde yerleşim kolaylığı getirildiği gibi zamanla gelişecek yeni sistemlere ait modülleri mevcut olanlarla değiştirilebilir. Açıklanan bu avantajlar çerçevesinde IPS üniteleri bugün modüler olarak tasarlamakta ve üretilmektedir.
7.5 IPS i oluşturan ana alt sistemler şunlardır
Güç ürettim modülü
Gaz türbini, Dizel, Yakıt hücreleri
Tahrik Elk.motoru modülü
Senkron, Sabit manyetik alanlı, Endüksiyon,
HTS, senkron, HTS
Yakın zamanda yüksek voltaj uygulamalarında artık endüksiyon ve DC motorların yerini Sabit manyetli veya DC motorlar almakta. Bazı gemilerde tümü ile AC bazılarında ise AC/DC karma üniteler kullanılmakta
Enerji depolama modülü
Kurşun asitli batarya, LI- ON Batarya, Süper kapasitörler, Manyetik enerji depolama
Güç dönüşüm (konverterler) modülü
Güç dağıtım ve Otomasyon modülü
7.6 Integrated Reconfigurable Intelligent System(IRIS) sayesinde gemi üzerindeki Makine tahrik, seyir, silahlar, sensörler (radarlar), akışkanla çalışan (örn:hidrolik) kontrol birimleri ,yara savunma ve bazı yardımcı sistemlere monteli sensörler üzerinden gelecek tüm verilerle ortak bir kontrol vekomuta merkezi oluşturulmaktadır. Sistem gelen bu verileri değerlendirerek ya kendisi reaksiyon oluşturmakta ya da verileri bir başka karar vericiye iletmektedir. Sistem,Güç birimlerinin çalışmasını kontrol eden ve duruma göre güç dağılımını sağlayan Platform Management System (PMS) ,Sistem üzerindeki hataları saptayan ve buna göre yönlendirmesağlayan Electrical Load Management System (ELMS), monitorler gibi alt sistemlerden oluşmaktadır.
7.7 Yeni sistemler klasiklerden farklı olarak enerji depolama,termal yönetim ve güç konverterlerine gereksinim duymaktadır.
7.8 Savaş gemilerinin ağırlık ve hacim kısıtlamaları bakımından konulacak modüller yüksek güç yoğunluğuna (örn: kW/ağılık ya da kW/hacim) sahip olmalıdır. Ayrıca iletimde kayıpları önlemek bakımından yerine doğru akım iletkenleri kullanılmalıdır.
7.9 Çok kısa sürede (milisaniye) çok yüksek enerjiler (megavat) kullanılacağından sistemin kontrol elemanları bu yüksek duyarlılığa cevap verebilmelidir.
7.10 Ayrıca kontrol elemanları geminin her türlü operasyon koşulunda yükler arası güç ve enerji geçişlerini istenen zaman aralığında ve istenen büyüklükte sağlayabilmelidir
7.11 Savaş şartlarında hasarlı durumda bile geminin fonksiyonel kalabilmesi için sistemi gerekli yedekleme ve yönlendirme değişikliğine sahip olmalıdır. Bu ise modüllerin ve iletim yollarının gemi boyunca bölgesel(zone) olarak dağıtımını zorunlu kılar Görevin Sürdürülebilir şekilde sağlanabilmesi bakımında bu bölgelerin hasar kontrol bölgeleriyle uyumlu olması tasarlanır. Bu nedenlerle gemi platformu ile sistemlerin Entegrasyonu bugüne kadar olduğundan daha fazla birbiriyle bağımlı ve kritik hali gelmiştir. Bunu sağlayabilmek için Bahriye mühendisleri gerek Devlet tarafından gerekse ticari sektörden gelen birçok yazılımı kullanmak durumundadır. Fakat buradaki sıkıntı yeni teknolojilerle ilgili bu yazılımlara girdi sağlayabilecek gerçek verilerin yeterince oluşmadığıdır. Bu noktada BAHRİYE, ÖZEL SEKTÖR ve AKADEMİK KURUMLARIN ARGE bölümlerinin yakın iş birliğine ihtiyaç duyulmaktadır.
7.12 Bu durum aynı zamanda tasarımın iteratif bir şekilde geliştirilerek sistem mimarisinden Konsept tasarımını, oradan dinamik analizleri ve neticede tasarım değişiklikleri ile tekrar başa dönülmesini gerekli kılar.
7.13 Sistem tasarımının erken aşamasında sistemin Hasarlara duyarlılık ( vulnerability) ile toparlanma (recovery) nitelikleri önemli birer girdi olacaktır
7.14 Harekât koşullarında tüm Elektrik Güç sisteminde makinelerin tam Stop durumuna getirilmesiyle oluşacak anlık enerji fazlalığını sönümlendirmek için iki yöntem kullanılır
Oluşan ekstra enerji geminin AC sisteminde kullanabilmek üzere dönüştürülmesi
Enerjiyi dinamik devre kırıcılar üzerinde sönümlendirmek
DÜNYA BAHRİYELERİNDE SİSTEMİN UYGULANDIĞI ÖRNEK GEMİLER ?
DESIGNING ALL ELECTRIC NAVAL SURFACE SHIPS Howard Fireman (Author) Director, Surface Ship Design Group Naval Sea Systems Command United States Navy United States of America
DESIGN DATA SHEET ELECTRIC POWER LOAD ANALYSIS (EPLA) FOR SURFACE SHIPS
Savaş gemilerinin enerji verimliliğini artırmak üzere, tekne yapısında alınan hidrodinamik önlemlere daha önceki yazımdadeğinilmişti. Su içi sürtünme direncinin ağırlıklı kısmı yüzeyde oluşan organik birikimler ya da üretim hatası , korozyon vb. nedenler ile oluşan yüzey bozukluklarıdır. Birikimler gemide kullanılan enerjinin %25 e varan kısmını tüketebilir. ABD bahriyesinde DDG 51 sınıfı fırkateynlerde bu maliyetin 15 yılda 3 milyon dolara ulaştığı görülmüştür. Tekne direncini , Yüzey birikimini ve maliyeti düşürmek üzere daha etkili kaplama teknolojileri ve boya yöntemleri geliştirilmektedir. Örneğin hidrofobik boyalar. Sürtünme maliyetini azaltarak sağlanacak tasarrufla daha etkili teknolojilerin de geliştirilmesi mümkün olacaktır.
2. Tekne sürtünme direnci ve gemi hareketine etkisi
2.1 Hareket halinde bulunan Gemilerin su içinde karşılaştığı toplam direncin , düşük süratli olanlarda %70- 90, yüksek süratli olanlarda ise %40 kadar kısmı, bu direnci yenmeye sarf edilir. Gemi denize indirildiğinde tekne PÜRÜZLÜLÜĞÜNÜ (ROUGHNESS) sıfır sayarsak, geminin ömrü boyunca yüzeyde oluşan bozulma ve BİRİKİMLER (FOULING) ile bu değer %25′i Bulabilir. Gemiyi hareket ettiren enerji açısından bakıldığında bu değerlerin önemli kayıplara neden olacağı görülür.
2.2 Tekne sürtünme direncinin azaltılması şu bakımlardan önem kazanır;
Teknenin Total enerji verimliliğinin artması
Atmosfere karbon salınımının azaltılması
Havuz ve bakım Periyotlarının kısa olması
Harekât gereksinimlerine bağlı olarak yüksek sürat performansı
2.3 En temel şekli ile tekne sürtünme direnci şöyle formüle edilir
R = C½ Q AV2
Burada R sürtünme direncini
C – Sürtünme katsayısının
Q – Sıvı yoğunluğunu
A – Yüzey alanını
V – Tekne hızını göstermektedir
Böylece direnç, su içi yüzey alanı ve özellikle tekne süratı ile doğru orantılıdır.
2.4 Sürtünme direnci oluşum nedenleri
Yeni inşaat halindeki gemilerde yüzey temizliği, üretim hataları, materyal bozuklukları gibi nedenlerle oluşabildiği gibi boyama aşamasındaki uygulama hataları da ayrı bir neden oluşturur. Operasyonel halde ise boya tabakalarının zamanla aşınması, Antifouling etkisinin giderek azalması, gemilerin bulunduğu konumlardaki Deniz şartları, yüzey pürüzlülüğünü artırmaktadır. Ayrıca su içindeki mikro organizmalar, kabuklu böcekler, yosunlar gibi canlıların yüzeye yapışması en büyük etkendir. Her iki tip yüzey bozulması ve pürüzlülüğün artması ile gemilerin sürat performansı düşmekte , yakıt tüketimi ve güç gereksinimi artmaktadır.
2.5 Sürtünme direncinin ölçümlenmesi
Özellikle yeni inşa edilen gemilerde tekne pürüzlülüğünün, gerekli gemi gücü ve dolayısıyla yakıt tüketimi artımı üzerinde önemli yeri vardır. Ayrıca yüzey pürüzü, geminin yaşam süreci boyunca değişeceğinden yakın takip ve düzeltmeleri gerektirecektir. Güncel uygulamada tekne pürüzlülüğü, genelde gemilerin havuzlama giriş ve çıkışında ölçülmektedir. Kullanılan ölçek RT 50 olup 50 milimetre örnek uzunluğunda ölçülen maksimum pik değere karşılık gelmektedir. Ölçümler teknenin değişik yerlerinden alınarak averaj bir değer belirlenmektedir.
Yüzeydeki viskoz alt tabakanın örtüm kalınlığının dışına taşmaması bakımından, pürüzlülüğünün 10 ila 30 mikron değerleri arasında kalması arzu edilir. Operasyon halinde bulunan Ticaret gemilerinde yüzey pürüzlülük Değeri 200 mikronu bulabilmektedir.
Bunların ekonomik yansımalarını belirlemek üzere çeşitli bilimsel çalışmalar yapılmıştır ve yapılmaktadır
3. Yüzey PÜRÜZLÜLÜK (ROUGHNESS) ve BİRİKİMİNİN (FOULING) azaltılması için önlemler
3.1 Bu sorunları gidermek ya da azaltmak amacıyla 19 cu Yüzyıl başından bu yana bilimsel araştırma ve çalışmalar yapılmaktadır.
Birikime karşı değişmeyen iki ana yöntem;
1.Periyodik mekanik temizlik
2. Doğal birikim önleyici kaplamalar ve boyalardır
3.2 Deniz içerisinde yaşayan bazı canlılar kendi dış yüzeyleri üzerinde mikroorganizmaların birikimini önlemek üzere doğal yöntemler geliştirmişlerdir.
ŞEKİL 1 Köpek balığı cildindeki antifouling yapı
Diğer bazı canlılarda ise, örneğin bazı balinalarda, ortamdan gelen sıcaklık ve pH değerleri değişimine göre yüzeylerinde salgı mekanizması harekete geçerek hem birikimi önlemekte hem de sürtünmeyi azaltmaktadır. (Batum et al., 2002),
3.3 Böyle Doğal yöntemlerden esinlenilerek geliştirilen önlemlere BIOMIMETICS adı verilmiştir. Buna bağlı olarak geliştirilecek antifouling sistemi ,uygulanacak gemilerin çalışma ortamlarını ve koşullarını dikkate alarak seçilmelidir.
Yüzey pürüzlülüğüne kaplamaların etkisini ölçmek için yapılan testlerde, deney yüzeylerinde kontrollü şartlarda ve standartlarda daha dikkatli bir uygulama yapılır. Gerçekte ise tekne yüzeylerinde şartlar bu kadar dikkatli kontrol edilememektedir. Doğal yöntem bazlı uygulamaların diğer kaplama teknikleri ile karşılaştırıldığında bazı önemli kısıtları bulunmaktadır ; örneğin bunlara sahip deniz içi canlıları, gemilere oranla çok daha düşük süratlerde hareket etmektedir. Ayrıca bu doğal yapıların ömürleri sınırlı olmaktadır.
4. Sürtünme direncinin ekonomik yansıması
4.1 Yapılan bir araştırmaya göre ( Kempf 1937; Benson et al.) Tekne yüzeyinin %75 nin kaya midyesi ile kaplanması halinde, sürtünme direnci maksimuma çıkabilmektedir. Ancak birikimin %5 e düşmesinde bile sürtünme direnci ancak 1/3 azalmaktadır.
4.2 (Woods Hole Oceanographic Institution [WHOI] 1952) tarafındanbelirtildiğine göre; sıcak deniz suyu ortamlarında bulunan savaş gemilerinde yaklaşık 6 ay sonra yakıt tüketiminde %35- 50 arasında artış görülmüştür.
Savaş gemilerinin operasyonel kullanım profilleri Ticaret gemilerinden farklı ve hareketsiz oldukları süreler daha fazla olduğu için boya vekaplamalar daha çok önem kazanmaktadır.
Antifouling boyaların sürtünme direncini azaltıcı etkisi dinamik durumlarda (hareket halinde) daha fazla olmaktadır.
4.3 Birikim ve pürüzlülük sorunu tekne üzerlerinde olduğu gibi Pervane yüzeylerinde de etkili olabilmektedir Böylece Pervane Performansı da düşmektedir. Sevensen and Medhurst (1984) e göre bu düşüşlerle %50 enerji kaybı oluşabilmektedir. Pervane yüzeylerini teknedeki gibi kaplanması halinde kayıplarda önemli azalmalar görülmektedir.
4.4 Shultz önderliğinde yapılan çalışma ile (1), boya kaplamalarının A.B.D Donanması ARLEIGH BURKE sınıfı (DDG 51) fırkateynlerde ekonomik olarak maliyetlere nasıl yansıdığı araştırılmıştır. Çalışmada, fırkateynlerin tümünün 3 yıl boyunca bakım ve kontrol periyotlarında alınan değerlerle oluşan veritabanı referans alınmıştır.
4.5 Bu çalışmaya göre;
Karina üzerindeki birikimlerin gemi işletim maliyeti üzerine yansıması, yakıt maliyeti, boya söküm maliyeti, yeni boya malzemesi ve işçilik maliyeti, ile karina temizliği maliyetleri üzerinden oluşmaktadır.
Çalışmada kullanılan ana referanslardan birisi ABD Bahriyesinin
NAVAL SHIPS’ TECHNICAL MANUAL CHAPTER 081 WATERBORNE UNDERWATER HULL CLEANING OF NAVY SHIPS dokümanıdır. Bu referansa göre; yüzey pürüzlülüğünü değerlendirmek üzere 0 ila 100 değerleri arasında ve 10’ar birim artacak şekilde bir cetvel geliştirilmiştir. Burada 0 tümüyle temiz ve pürüzsüz tekne yüzeyini belirtmektedir. Örneğin FR30, sıfıra göre 3 kademe artmış yüzey pürüzlülüğünü göstermektedir.
ABD Bahriyesinin boyaya ilişkin maliyet unsurlarının yapısı ŞEKİL de
Görülmektedir.
ŞEKİL 2. Boyamaya ilişkin maliyet Faktörleri
4.6 2009 yılı fiyatlarıyla firkateynlerin su içi temizlik ve kontrol maliyetleri şu şekilde verilmiştir;
Tekne karina temizliği 26830 dolar / gemi
Ara dönem su içi kontrol ve temizliği 18700 dolar / gemi
Fırkateynlerin yakıt tüketimi açısından bakıldığında
Ortalama yıllık seyir suresi 2835 saat
Surenin %90 ı cruising süratlerde yani 15 knot, %10 ise Yüksek süratte 30 knot varsayılmıştır.
Bu gemiler için antifouling miktarına göre oluşan maliyetler ŞEKİL 3 de verilmiştir.
ŞEKİL 3. Antifouling derecesine göre temizlik maliyetleri
4.7 Makinelerin Özgül yakıt tüketimi değerleri SFC esas alınarak bu operasyonel değerlere göre yakıt tüketimleri hesaplanmıştır.
Ona göre; Yıllık yakıt tüketimi maliyeti 11.1 milyon dolar / Gemi / Yıl olmaktadır
15 yıllık bir süre içinde antifouling boyaların oluşturduğu pürüzlülük maliyeti 3 milyon dolar öngörülmüştür
FR 30 Düzeyinde birikim ile, pürüzsüz karina ya göre %10,3 oranında yakıt tüketiminde artma olmaktadır.
Bu ise 1.2 Milyon dolar/Gemi/Yıl ilave yakıt maliyeti getirmektedir. Birikim FR60 düzeyine çıkar ise bu durumda yakıt tüketimi %20.4 artmakta, bu ise 2.92 Milyon Dolar/Gemi/Yıl ilave maliyet getirmektedir.
ŞEKİL 4. DDG71 Güç sisteminin (4 adet LM 2500 Gaz Türbini) Güç Üretimine karşın yakıt tüketimi
4.8 Gemi karinasının belirtilen ilave maliyetlerden kurtulabilmesi için yapılacak kontrol ve bakım tutumların ise, yapılacak işin cinsine göre ayrı maliyetleri bulunmaktadır. Kaliteli boya kullanılması halinde kümülatif boya ve bakım maliyetlerinde bakım maliyetlerinin payı giderek azalmaktadır Karina birikiminin FR 30’dan FR 20’ye düşürülebilmesi halinde 340.000 bin dolar/Gemi / Yıl Kazanç sağlanacaktır. Tüm Filo için düşünüldüğünde boyalar ve boyama pratikleri üzerinde yapılacak araştırmaların, kendini birkaç yılda amorti edebileceği belirlenmiştir.
5.Savaş gemileri için boya ve kaplama Standartları
5.1 Ticaret gemileri için tekne boyama ve kaplama sistemleri üzerine gerek kurumsal (Std.Büroları, Klaslar v.b.) gerekse boya firmaları tarafından standartlar geliştirilmiştir.
Boya ve kaplamda standartlarının yanı sıra antifouling boyaların çevre üzerinde yarattığı olumsuz etkilerin azaltmak üzere de kurallar
Geliştirilmiştir. Örneğin IMO bu boyaların kullanılma sınırlamaları ile sertifikalandırma kurallarını belirleyen bir regülasyon oluşturmuştur.
5.2 Savaş gemileri görevleri gereği Ticaret gemilerinden çok farklı operasyonel profillere ve sınırlamalara sahiptir. Bu bakımdan Ticaret gemileri için geliştirilen boya standartları savaş gemileri için geçerli değildir. Ancak onlarda aynı malzemelerden yapıldığından ve aynı ortamlarda hareket ettiklerinden bu konuda benzer standartlara gereksinim vardır. Böylece Örneğin NATO yapısında yer alan savaş gemileri için ANEP 77 içerisinde boyama konusunda kriterler belirlenmiştir. STANAG 4360 konunun detaylarını kapsamaktadır.
Boya öncesi yüzey temizliği üzerinde ABD Bahriyesinin NAVSEA S9086-CQ-STM-010 Standarttı bir örnek olarak incelenebilir.
6. Geliştirilen Yeni Boya Teknolojilerinden örnekler
6.1 Örneğin Japon Nippon Paint Marinefirmasınca Standart antifouling boyaları Boya bileşeni içerisindehidrojel bileşkenler kullanılarak tekne sürtünme direncinde azaltma ve dolayısıyla yakıt tasarrufu sağlanabilmiştir ( Ecoloflex SPC 200 LF).
6.2 Avrupa’da bir grup bilim insanı öncülüğünde yapılan çalışmalarda geliştirilen Zwitterionic Polymer Coatings .Bu tip kaplama aşınmaya uğrasa da su içerisinde yaklaşık 1 dakikalık bir sürede kendini toparlayabilmekte. Böylece kaplamanın sürekliliği ve uygulama periyodunun uzatılması bakımından önemli yararlar sağlanabilecektir .
6.3 Amerikan Bahriyesince desteklenen ve Michigan Üniversitesi’nde geliştirilen Yeni bir boya teknolojisi projesindesürtünme direncini düşürecek HIDROFOBIK bir boya geliştirilmiştir. Hidrofobik madde molekülleri suyu yüzeylerinden itici özelliğe sahiptir. Örneğin doğal ve Sentetik yağ molekülleri bu özelliği gösterir.
Bileşimi henüz gizli olmakla birlikte bu boyalarla kaplanan yüzeylerde hem bu itici özellikten yararlanılmakta hem de boyanın mekanik yapısıyla mikro hava baloncukları oluşturulmaktadır Böylece her iki etken birleşerek teknenin sürtünme direncini azaltmaktadır bu etkiye ilave olarak denizaltılarda ayrıca gürültü seviyesi düşürülebilmektedir.
6.4 Karina üzerindeki birikimlerin havuza çıkmadan deniz içerisinde temizlenebilmesi amacıyla yakın zamanda robot temizleyiciler geliştirilmeye başlanmıştır. Örneğin Jotun firmasınca geliştirilen HULLSKATER robotu gemi üzerinde konumlandırılan uzaktan kumanda sistemi ile tekne karinasını gemi tipine bağlı olarak maksimum 8 saatte temizleyebilmektedir. Lityum bataryalı robot, tekne üzerine manyetik şekilde tutunmakta , üzerinde monteli 3 projektör ile temizleme alanı aydınlatılmakta ve tekerlekli olduğundan kavisli yüzeylerde hareket edebilmektedir.
ŞEKİL 5. HULLSKATER Temizlik Robotu
6.4 Konu üzerinde güncel olarak yapılan araştırmalar ve geliştirilen diğer bazı ürünler hakkında buradan daha detaylı bilgiler edinilebilir.
KAYNAKÇA :
1. Economic impact of biofouling on a naval surface ship. P. Schultza; J. A. Bendickb; E. R. Holmb; W. M. Hertelb a .2010.
2. Hundley LL, Tate CW. 1980. Hull-fouling studies and ship powering trial results on seven FF 1052 class ships. Report # DTNSRDC-80/027. West Bethesda (MD): DW Taylor Naval Ship Research and Development Center.
3. ‘Marine Fouling and its Prevention’ (Woods Hole Oceanographic Institution [WHOI] 1952)
4.NAVAL SHIPS’ TECHNICAL MANUAL CHAPTER 081 Waterborne Underwater Hull Cleanıng of Navy Shıps
5. New hull coatings for Navy ships cut fuel use, protect environment (w/Video)
1.Öncelikle enerji güvenliği açısından baktığımızda özellikle dışa bağımlı enerjinin temin edilebilir olması, ambargo, fiyat değişimleri ve yasal değişimlerden etkilenmemesi gerekmektedir. Bu kritik etkenlerin yanı sıra yakın zamanlarda gündeme gelen bir diğer etken Enerji verimliliği konusudur. Çünkü enerji verimliliği başlı başına bir enerji kaynağı olarak düşünülebilir. Verimi arttırmakla Savaş gemilerinin daha az yakıt tüketmesi ,böylece operasyon sürelerinin ve seyir sıalarının artması mümkün olur. Bu bölümde bahriyelerde enerji verimliliğinin kısaca ne gibi yöntemlerle sağlandığını ve HİDRODİNAMİK ÖNLEMLERİ göreceğiz.
2.Ticaret gemilerinde Enerji verimliliği konusunda IMO tarafından uluslararası yönlendirici hedefler ve yöntemler belirlenmiştir. Bahriye gemilerinin fiziksel yapıları ve operasyonel profilleri Ticaret gemilerinden farklı olmakla birlikte bu sektörde belirlenen önlemlerin çoğunluğu Bahriye gemileri içinde geçerlidir.
Ticaret gemileri ile donanma gemileri arasında kullanım amaçları bakımından önemli farklar vardır. Ticaret gemileri taşıdıkları yüke göre belirli sınıflara bölünmüştür ancak donanma gemileri çeşitli görevler bakımından çok daha geniş bir yelpazeye sahiptir aynı zamanda donanma gemilerinin operasyonel kullanımları Ticaret gemilerinden çok farklıdır. Bu farklılıklara rağmen Ticaret gemileri için geliştirilmiş olan enerji verimliliğini arttırıcı teknolojik önlemler donanma gemilerinde kullanılabilir niteliktedir
3. Bu önlemleri şu şekilde gruplayabiliriz;
3.1 TEKNE FORMU OPTİMİZASYONU
Uygun pervane ve tekne tasarımı, tekne formunu Optimize ederek ıslak yüzeydirencinin düşürülmesi. Tekneye ek düzenleyicilerin montesi ile dalga ve rüzgâr etkilerinin değerlendirilmesi. Tekne profiline uygun balp tasarımı.
3.2 ENERJİ TASARRUFU CİHAZLARI MONTESİ
Pervane verimini arttırıcı olanlar, tekne direncini düşürücü olanlar ve güneş ile rüzgâr enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklarının değerlendirilmesi
3.3 TEKNE İNŞAATI OPTİMİZASYONU VE AĞIRLIK DÜŞÜRÜCÜ ÖNLEMLER
Üretim yöntemlerinin optimizasyonu. Yüksek dirençli malzeme kullanımı ile ağırlıkların azaltılması yoluyla güç gereksinimin düşürülmesi
3.4 MAKİNE TEKNOLOJİSİ GELİŞİMİ
Gemi makine sistemlerinin daha az enerji tüketmesi verimli çalışabilmesi için üreticilerce geliştirilen yenilikler. Sistemlerden gelen atık ısıların tekrar kullanılması.
3.5 OPERASYONEL ÖNLEMLER
Optimum seyir rotası planlaması. Tekne ve pervane bakımları. Gemi enerji tüketicisi sistemlerinin Optimize edilmesi ve tümsel enerji yönetimi. Trim ve balast optimizasyonu.
4. KÜLTÜREL DÖNÜŞÜM
Yukarda belirtilen çeşitli teknolojik gelişim ve önlemler , bunları uygulayacak ekipler olmadıkça bir katkı sağlayamayacaktır. Temelde gerekli olan uygulayıcılarda farkındalık ve bilinç değişimi yaratarak önlemlerin sürekli kılınabilmesidir.Bu konu teknoloji dışında ayrıca ve önemle irdelenmelidir.
5. Enerji verimliliği acısından baktığımızda gemi hidrodinamiği, tekne ve tekne- pervane etkileşimi bakımlarından büyük önem arz eder. Tekne hareketi iki şekilde enerji tüketir. Tekne ıslak yüzeyinin viskoz rezistansı ile dalga direnci. Viskoz direnç teknenin ıslak alanının uzunluğunun karesi ile doğru orantılıdır. Teknenin kargo kapasitesi ise uzunluğun küpü ile değişmektedir. Bu nedenle taşıma kapasitesine göre teknenin güç gereksinimi daha yavaş yükselir Böylece büyük teknelerinhidrodinamik Enerji verimliliği daha fazla olacaktır.
6. Savaş gemileri görev gereği yüksek süratlere çıkmakla birlikte kullanım ömürleri içinde çoğunlukla crusing süratlerinde seyretmektedirler. Bu süratlerde yüzey sürtünmesi ise direncin çoğunluğunu oluşturur. Bu nedenle direncin azaltılması yakıt ekonomisi ile eşdeğerdir. Tekne üzerinde alınan önlemlerin başlıcaları aşağıda belirtilmiştir.
5. DEĞİŞİK BALP TASARIMLARI.Tekne pruvasında balp kullanımı ile hidrodinamik performansın artırılması çok uzun zamanlardan beri bilinen ve özellikle genelde Ticaret gemilerinde kullanılan bir yöntemdir. Ancak savaş gemilerinde sürat gereksinimi nedeniyle yakın zamana kadar bu yöntem kullanılmıyordu. Fakat yakıt ve enerji maliyetlerinin yükselmesi ile balp kullanımı tekrar gündeme gelmiştir Örneğin Alman tasarımı MEKO sınıf firkateynlerinin yeni yapılanlarında kullanılmakta olup Cezayir bahriyesine verilen gemilerde bulunmaktadır. Bu şekilde maksimum surette düşme olmakla birlikte yakıt tasarrufukompanze eder oranda artmaktadır. Bu yöntemde baş taraftaki Sonar’ın montajı sorun yaratmakla birlikte Sonar’ın balp içerisine alınabilmesi ile sorun çözülmüştür. Örneğin ABD DDG 51 firkateynler için 50 gemide ömür boyu kullanımda toplam 200 milyondolarlık Bir tasarruf sağlanabileceği öngörülmüştür
7. TEKNE ÜZERİ EKLENTİLER.Tekne ve pervanenin etkileşimi yoluyla enerji kaybına azaltmak üzere pervanelerin önünde ilave parçalar monte edilir ya da değişik dümen yelpazesi şekilleri kullanılır. Bu tip yöntemlerin amacı, su akışının pervaneye düzgün bir şekilde gelmesini sağlayarak pervane verimini arttırmaktır. Yöntemlerden birisi kıçta karinaya flaplar ve üçgen yapılar monte etmektir. Flapların ya da üçgen yapıların kullanılmasıyla kıç tarafta yukarı doğru ekstra kaldırıcı basınç sağlanmakta böylece form direnci ile emme direnci önemli ölçüde azalmaktadır. Böylece %5- 12 güçtasarrufu sağlanabilmektedir.
8. DDG 51 sınıfı firkateynler de bu şekilde monte edilen flapların bir yıldan daha az bir sürede amorti edildiği görülmüştür. Flaplar İngiliz Bahriyesinin Tip 23firkateynleri de ve TİP 42 destroyerlerinde de başarıyla kullanılmaktadırlar.
ŞEKİL 1. Kıç Flap montajı örneği
9. Bir diğer teknoloji PERVANE BOSASI ÜSTÜNE MONTELİ FİNLER kullanmaktır. Bu finler vortex kayıplarını düşürerek pervane direncini azaltmakla birlikte gürültü ve titreşimi de düşürmektedir. Pervane göbeğinin arkasında oluşan kayıpları düşürmek üzere pervane başlığının dümen yelpazesi ile entegrasyonu bir başka yöntemdir.
ŞEKİL 2. Bosa uzatmalı Dümen Yelpazesi
10. SCHNEEKLUTH KANALLAR MONTESİ. Bunlar pervane baş tarafına monteli dairesel kanallardır. Hydrofoil kesitleri ile su akışını minimum dirençle pervane merkezine doğru yönlendirmektedirler. Etkileri üçgen Finlerdeki gibidir.
.
ŞEKİL 3. Schneekluth Çember montajı
11. DÜMEN YELPAZESİ TASARIMI. Pervane verimini arttırmak üzere dümen yelpazesiyle bağlantılı olarak örneğin, bir Ford traktör kombinasyonu asimetrik bunlarda yelpazenin aerofoil kesiti Pervane ekseninin üstünde ve altında ayrı ayrı optimize edilerek pervane akışının en uygun şekilde olması sağlanır. Bir diğeri balık Pervane bosası Finleri monte edilmesidir. Bu eklentiler kullanmak yoluyla pervane arkasındaki akışın radyal dağılımı iyileştirilerek yüksek devirde oluşan kayıplar azaltılarak kuvvetli vorteks lirin oluşumu önlenir
12. GRIMM WHEEL ÇARKLARI. Pervanenin hemen arkasına montajlı kanatların kullanılmasıyla Pervane arkasında oluşan rotasyonel akıştaki enerjinin bir kısmının geri alınması Hedeflenmektedir.
ŞEKİL 4. GRIM WHEELS ÇARKLARI
Belirtilen Önlemlerin çoğu teknelerin ilk inşaasında uygulanabilecek niteliktedir.
Ancak örneğin kıça flap montesi yepılacak hidrodinamik bir model yada CFD
analizi sonrası hizmetteki uygun savaş gemilerine de uygulanabilir. Nitekim Yunan donanmasında uygulanmıştır (2).
Sonraki yazıda , YÜZEY DİRENCİNİ DÜŞÜREREK enerji verimini arttırma konusu ele alınacaktır.
KAYNAKÇA :
Ship Energy Efficiency Measures .ABS Guide
2. Energy saving measures for Naval Vessels. G. Gougoulidis, PhD . MIT
3.Ways to energy Efficiency.SSPA 2016
4. EU REPORT – Study on energy efficiency technologies for ships
