İnsansız Su Altı Aracındaki İtici Motorda Kullanılması Planlanan Bir Pervanenin Serbest Titreşim Karakteristiğinin İncelenmesi

Öz

Kendi kendini yönetebilen insansız araçlara; sanayi, sağlık sektörü, savunma sanayi gibi birçok sektörde, insan gücünün kullanılmasının tehlikeli veya imkânsız olduğu durumlarda ihtiyaç giderek artmıştır. İnsansız sualtı araçları, üzerinde herhangi bir operatöre ihtiyaç duymadan çeşitli sualtı görevlerini yerine getirebilen sualtı robotlarıdır. Robot kol, kamera gibi araçlar ile görevlerde daha aktif rol oynamak için donatılmış olabilirler. Göreve bağlı olarak, araca monte edilen sensörler ile birlikte de hassas sonuçlar elde ederek görevde başarı oranı artırılabilmektedir. Bununla birlikte, insansız sualtı araçlarının tümü, otonom seviyesi ne olursa olsun ülkelerin sualtı misyonları için önemli bir rol oynamaktadır. İnsansız sualtı araçlarının en önemli sistemlerinden bir tanesi de itki sistemidir. Pervane sistemleri ise su altı ve su üstü araçların sevk edilmesinde yararlanılan önemli bir itki sistemi elemanıdır. Kullanım alanına göre farklı niteliklerde olabilmektedir. Kullanılan pervane, görevleri istenilen performansta uygulanabilir şekilde olması ve yakıt tüketimini düşürmesinin yanı sıra kontrollü bir seyrin sağlanabilmesi adına da çok önemli olmaktadır. Bu çalışmada, insansız sualtı aracı itki sistemi elamanı olan pervanenin serbest titreşim frekansı araştırılarak, çalışma aralığında rezonansla karşılaşabilme ihtimali incelenecektir. PLA malzemesinde imal edilen pervane, ANSYS programı structural analysis modülünde maksimum çalışma devri göz önünde bulundurularak bir ön gerilmeye tabi tutulmuştur. Ardından modal modülünde ise çalışma devri sonucu meydana gelen titreşim frekansı, serbest titreşim frekansıyla karşılaştırılıp rezonans durumu incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• İnsansız Su Altı Aracı
• İtki Sistemi
• Pervane
• Rezonans
• Serbest Titreşim Karakteristiği

Investigation of the Free Vibration Characteristic of a Propeller Planned for Use in a Thruster in an Unmanned Underwater Vehicle

Abstract

The need for self-driving unmanned vehicles has increased in many sectors such as industry, health sector, defense industry, where the use of manpower is dangerous or impossible. Unmanned underwater vehicles are underwater robots that can perform various underwater tasks without the need for any operators on them. They can be equipped to play a more active role in tasks with tools such as a robotic arm, camera. Depending on the task, the success rate of the task can be increased by achieving precise results together with the sensors installed in the vehicle. However, all unmanned underwater vehicles, regardless of their autonomous level, play an important role for countries ' underwater missions. One of the most important systems of unmanned underwater vehicles is the propulsion system. Propeller systems, on the other hand, are an important element of the propulsion system that is used in the dispatch of underwater and above-water vehicles. It may have different qualities depending on the area of use. The propeller used is very important for its tasks to be applicable at the desired performance and to reduce fuel consumption, as well as to ensure a controlled course. In this thesis, the free vibration frequency of the unmanned underwater vehicle propeller, which is the propulsion system element, will be investigated. And the possibility of experiencing resonance during the study will be examined. Manufactured in PLA material, the propeller was subjected to a pre-stress in the structural analysis module of the ANSYS program, taking into account the maximum operating speed. Then, in the modal module, the frequency of vibration consisting of the working cycle was compared with the frequency of free vibration and the resonance state was examined.

Keywords

• Free Vibration Characteristic
• Propulsion System
• Propeller
• Resonance
• Unmanned Underwater Vehicle

Kaynakça

1. Alarcin, F., & Korkmaz, F. C. (2012). Vibration analysis of ship main engine and shaft system. Journal of Engineering and Natural Sciences, Sigma, 3, 310-319.
2. Boehm, J., Berkenpas, E., Henning, B., Rodriguez, M., Shepard, C., & Turchik, A. (2018). Characterization, modeling, and simulation of an ROV thruster using a six degree-of-freedom load cell. Paper presented at the OCEANS 2018 MTS/IEEE Charleston.
3. Budiyono, A. (2009). Advances in unmanned underwater vehicles technologies: Modeling, control and guidance perspectives.
4. CANLI, G. A., Kurtoğlu, İ., CANLI, M. O., & Tuna, Ö. S. DÜNYADA VE ÜLKEMİZDE İNSANSIZ SUALTI ARAÇLARI İSAA-AUV & ROV TASARIM VE UYGULAMALARI. GİDB Dergi(04), 43-75.
5. Cevheri, N. (2009). Computer aided engineering of an unmanned underwater vehicle.
6. Er, Y. (1998). Gemi pervanelerine etkileyen hidrodinamik yüklerin bulunması ve gerilme analizinin yapılması.
7. Gülgün, T., Alankaya, G., Duran, M. E., Erdoğdu, M., DURDU, A., YALÇINKAYA, İ. s., & Terzioğlu, H. (2020). Analysis of the Effect on the Thrust Force as a Result of Positioning Thrusters at Different Angles in Underwater Vehicles in CAD Environment. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 357-362.
8. Gülgün, T., Alankaya, G., Duran, M. E., Erdoğdu, M., Yalçinkaya, İ., Durdu, A., & Terzioğlu, H. (2020). Low-Cost Unmanned Underwater Vehicle Design. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 363-367.

9. Güngör, E. (2013). Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Kullanılarak Su Altı Araçları İçin Pervane Tasarımı Ve Analizi. Fen Bilimleri Enstitüsü,
10. Hara, Y., Yamatogi, T., Murayama, H., Uzawa, K., & Kageyama, K. (2011). Performance evaluation of composite marine propeller for a fishing boat by fluid-structure interaction analysis. Paper presented at the 18th international conference on composite materials, Jeju Island, Korea.
11. Kumar, G. S., Painumgal, U. V., Kumar, M. C., & Rajesh, K. (2018). Autonomous underwater vehicle for vision based tracking. Procedia computer science, 133, 169-180.
12. Mouritz, A. P., Gellert, E., Burchill, P., & Challis, K. (2001). Review of advanced composite structures for naval ships and submarines. Composite structures, 53(1), 21-42.
13. Samsul, B. Structural Analysis of a Composite Marine Propeller by Finite Element Method.
14. Şekerci, H. U. (2013). Bir Hava Aracı Komponentinin Dinamik Karakteristiklerinin Teorik Ve Deneysel Modal Analiz Metoduyla Belirlenmesi. Fen Bilimleri Enstitüsü.
15. Vardhan, D. H., Ramesh, A., & Reddy, B. C. M. (2019). A review on materials used for marine propellers. Materials Today: Proceedings, 18, 4482-4490.