Filikalar hem yolcular hem de gemideki ve sahil ötesi platformlardaki mürettebat için önemli bir güvenlik unsurudur. Güvenli bir tahliyenin gerçekleÅŸtirilebilmesi için, filikaların hem suya girdiÄŸi zaman zarar görmemesi hem de tehlikeli bölgeden hızla uzaklaÅŸabilmesi gerekir. Ayrıca, yolcuların maruz kaldığı ivmenin belli bir zaman içerisinde tanımlanmış seviyenin üzerine çıkmaması da ÅŸarttır. 

Şimdiye kadar, filikalar yalnızca deneyler bazında incelenmiş ve optimize edilmiştir. Basınç, gövdedeki belli noktalar üzerinden ölçülmüştür. Aynı zamanda, hız ve ivme kaydedilmiştir. Ancak, farklı büyüklükte filikalar ve çeşitli faaliyet biçimleri söz konusu olduğundan, bu yöntem ile her gövde çeşidi ve durumun incelenmesi mümkün olmamaktadır. Bu deneysel yaklaşımın, filikaların optimize edilmesi için yetersiz olmasının birçok başka sebebi vardır:

1.            Model denemeler gerçek durumların tam bir emülasyonunu saÄŸlayamaz, çünkü modellerin büyüklükleri (yaklaşık olarak 1:10) ve dalga yükseklikleri (normalde bir metreden daha az) sınırlıdır. Tam ölçeÄŸe ekstrapolasyon ve tasarım koÅŸulları, sonuçların kesinlik taşımamasına sebep olur.

2.            Tam ölçek ile yapılan deneyler ancak iyi hava koÅŸullarında gerçekleÅŸtirilebilir. Buna karşın, 15 metreye kadar dalga yükseklikleri ve çok güçlü rüzgarlar tasarım koÅŸulları için bir temel olarak kullanılabilir. Bu çeliÅŸki, test verilerinin deÄŸerlendirilmesini güçleÅŸtirmektedir.

3.            Düşüş yüksekliÄŸi ile ilgili olarak, model basenlerindeki imkanlar laboratuvarın tavan yüksekliÄŸinin yarattığı kısıtlamalara maruz kalmaktadır. Benzer bir biçimde, tam ölçekli bir filikayı normal fırlatma noktasına denk bir yükseklikten düşürmek çoÄŸu zaman ya uygulanamaz ya da çok masraflıdır.

4.            Deneyler yapıya ve mürettebata etki eden gerçek yükleri saptamak için uygundur,  ancak tasarımda herhangi bir iyileÅŸtirme yapabilmesi için gereken bilgiyi saÄŸlamazlar. Dolayısıyla, suya girerken ve hemen sonrasındaki batma sürecinde gövde etrafında meydana gelen basınç ve hız dağılımını tespit etmek önemlidir. 

Akış simülasyonunundaki (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği-CFD) gelişmeler artık filikaların gerçekçi başlangıç ve sınır koşulları altında tam ölçek fırlatma simülasyonlarını mümkün kılmaktadır. Simülasyon, ayrıca, gövde tasarımındaki değişikliklerin etkilerini fiziksel model yapmak zorunda kalmadan inceleme imkanı vermektedir. Bu yaklaşım, tasarımcıların geniş bir yelpazede faaliyet türü için daha fazla sayıda tasarım parametresini araştırabilmelerini ve beklentiye en uygun tasarımı bulabilmelerini sağlar.

Ãœst Ãœste Binen AÄŸlar

Burada anlatılan yöntem CD-adapco'dan en son CFD programını kullanmaktadır. Bir CAD aletine bağlıdır ve geminin hareketlerini altı serbestlik derecesi ile hesaplamak için bir çözücü kullanır. Akışın hesaplanması için yapısal olmayan ağ ile keyfi çok kenarlı kontrol hacimleri ile işleyen sonlu hacim yöntemi kullanılır. Su akışı ile birlikte filikanın akış etkisiyle meydana gelen hareketi (ki burada rijit gövde olarak gönderme yapılıyor) bağlantılı sistem olarak hesaplanır. Filikaya etki eden akış etkisiyle meydana gelmiş kuvvet ve momentler ile bunların sonucunda teknenin aldığı pozisyon adım adım saptanır.

Teknenin pozisyonundaki değişiklik akışı etkilediğinden bağlantılama yinelenerek dikkate alınmalıdır: her zaman adımındaki yinelemeler ne akış alanında ne de teknenin pozisyonunda kayda değer bir değişim gözlemlenmeyen bir hale gelinceye kadar tekrarlanır. Her zaman adımı için genellikle beş ila on yinelemeye ihtiyaç duyulur. Optimizasyon için gereken simülasyonların sayısı yüksek olduğu için hesaplama çabası açısından yöntemin verimli olduğunu temin etmek gerekir. Bu da lokal ağın geliştirilmesini ve hareket eden filikanın pozisyonuna yapılacak ağ adaptasyonunun verimli bir biçimde kotarılmasını gerektirir.

Bu yaklaşım üst üste binen ağların kullanımını içermektedir. Bu yöntem ile, üst üste binen ağlar filikaya eklenirken (onunla beraber hareket eder, ancak bir deformasyona sebebiyet vermez) serbest yüzey ve dış sınırlara (deniz yatağı, petrol kulesi veya gemi) bir background ağ takılır. Burada sağlanan fayda şudur: üst üste binen ağ yöntemi her türlü harekete (alabora olmak da dahil olmak üzere) uygulanabilir ve sınır koşulları (örneğin dalga üretimi) diğer yaklaşımlara oranla daha kolay bir biçimde gerçekleştirilebilir.

Ağırlık merkezinin konumu ve filikanın su yüzeyine göre eğimi, simülasyon için başlangıç koşulu oluşturur. Yatay ve dikey yöndeki başlangıç hızları ile açısal hızlar da belirlenmelidir. Bu değerler serbest düşüş işlemi için sıfıra eşittir; rampadan indirme durumunda hız değerleri teknenin rampadan ayrıldığı ana göre ayrı ayrı hesaplanmalıdır.

Havada serbest düşüş içerisinde bulunan filikanın hareketi hesaplanırken, CFD simülasyonu hesaplamak için gereken zamanı aza indirgeyebilmek için bazı basitleştirici yöntemler kullanılabilir. Bu durumda, simülasyon işlemi farklı yöntemler aracılığıyla belirlenmiş bir başlangıç koşulu ile suyun yüzeyinden birkaç metre yüksekte başlatılabilir.

Kritik AÅŸama

Simülasyon genellikle sadece suya giriş aşaması için yapılır. Çünkü yapı üzerindeki ve mürettebatı etkileyen ivme gibi büyük yükler bu aşamada meydana gelir. Bu aşama yaklaşık iki saniye sürer. Genellikle milisaniyelik zaman adımları kullanılır, böylelikle simülasyonun süresi 2000 zaman adımına kadar uzamak durumunda kalır.

İncelenecek işlem durumları arasında başlangıç konumu, filikanın hızı, rüzgar kuvveti ve yönü, su akıntıları, su derinliği, su profilleri, yayılımın yönü ve bunlarla ilgili herhangi bir kombinasyon bulunmaktadır. Dalgaları modellemek için beşinci mertebeden 'Stokes' kuramı kullanılır. Başlangıç hız alanı da bu kuram ile saptanır.

Bu simülasyon işlemini test etmek için Norsafe AS ile işbirliği içinde bir geçerlilik çalışması yapılmıştır. Çalışmada gövde şeklinin, filikanın hareketlerine olan etkisi ve yolculara etki eden ivmeler incelenmiştir. Üç farklı gövde şekli dikkate alınmıştır: orijinal versiyon, kıç tarafı değiştirilmiş bir versiyon ve hem kıç tarafı hem de baş tarafı değiştirilmiş versiyon. Simetriden faydalanılarak, hesaplamalar için üç serbestlik derecesi dikkate alınmıştır: yatay ve dikey hareket ile çapraz eksendeki rotasyon. Hesaplama ağı yaklaşık 350.000 hücreden oluşmuştur.

Deneyler ve simülasyonlardan elde edilen sonuçlara göre: hem baÅŸ hem de kıç taraflarındaki ivme geliÅŸimi kritik aÅŸama için son derece doÄŸru tahmin edilmiÅŸtir (ilk iki saniye). Suya ilk olarak baÅŸ taraf çarpmakta ve yaklaşık 5 g deÄŸerinde bir yavaÅŸlama deneyimlemektedir; baÅŸ taraftaki su direnci devirme momentine sebep olmaktadır; ki kıç tarafının baÅŸlangıçta kazandığı ivme (yerçekiminden dolayı ivmenin 3 g üzerine kadar) bundan kaynaklanmaktadır. Ancak kıç tarafı su ile buluÅŸtuÄŸunda çok kısa süreli olarak 6 g deÄŸerinde bir yavaÅŸlama kaydedilir.

İvme için genel olarak kullanılan nicel ölçü CAR değeri olarak ifade edilebilir ve bu değer, üç yöndeki ivmelerin bir kombinasyonu olarak belirlenir. Her üç gövde şekli için de, arka kısımdaki ivmeler ön kısımdakilerden daha yüksektir. Ancak orijinal tasarımda yapılan değişiklikler ile bu fark azalır. Dahası, CAR değerlerinin mutlak seviyesi her modifikasyon ile düşer.

Kıç ve baş tarafı değişikliğe uğramış bir gövde kıç tarafının CAR değerlerinde orijinaline oranla yüzde 20 azalma sağlar. Ön tarafların CAR değerlerindeki azalma çok daha düşüktür (yaklaşık olarak yüzde 5).

Bu karşılaştırmalar simülasyon sonuçlarının hem nicel hem de nitel açıdan makul olduğunu göstermektedir: tasarımdaki değişikliklerin etkisini deneyde olduğu gibi yansıtırlar.

Güçlük Dalgası

Dalgaya giriş için hem dalga yayılımı hem de dalga tepesine göre giriş noktası önemli rol oynar. Bu etkileri araştırmak için (yaklaşık 15 metre boyunda ve 201 civarında bir kütleye sahip) bir filika 32 metre yükseklikten 35 °'lik bir eğimle (baş aşağı) derinliği 33.5 metre olan akıntısız bir suda 13 saniyelik ve 15.8 metre yükseklikteki bir dalgaya indirilmiştir.

Toplam 18 simülasyon yapılmış; bunlardan dokuzu önden gelen dalgalarla, dokuzu arkadan gelen dalgalarla gerçekleştirilmiştir (dalga tepesinin başlangıç konumu 20 metre ile çeşitlenir). Tekneye -önceki vakada olduğu gibi- üç derece serbestlik verilmiştir ve ağda yaklaşık olarak 600.000 hücre bulunmaktadır.

Bu incelemeler en yüksek yüklerin takip eden dalgalardan -yani tekne dalga tepesinden önce dalgaya vurduğu zaman (dalga boyunun yaklaşık yüzde 15'i bir mesafeden)- kaynaklandığını göstermiştir. Kritik durumda omurga bölgesindeki bir sensör tarafından ölçülen basınç değerlerinin en yüksek ortalaması 7 bar'ı aşmaktayken, maksimum yük gelen dalgalar için yaklaşık 4 bar'lık bir değere ulaşır. Kritik durumda en yüksek ivmeler 13 g (dikey) veya 27 rad/s (rotasyon)'lik değerlere ulaşırken, ters dalga yayılım yönü için maksimum değerler sırasıyla 10 g ve 20 rad/s olarak seyreder.

Yükler yandan gelen dalgalar, diğer düşme yükseklikleri, rampadan iniş, farklı eğimler, diğer rüzgar yön ve hızlarına göre çeşitlilik gösterecektir. İlgili parametreler çeşitlendirilerek gerçekleştirilen kapsamlı çözümlemelerden sonra sadece hangi durumun genel olarak tercih edilmediğini belirlemek mümkün olacaktır. Son değerlendirme için, söz konusu durumun meydana geldiği coğrafi konum da dikkate alınmalıdır.

Buraya kadar yapılan hesaplamalar üç derece serbestlik, tam ölçek ve yaklaşık yarım milyon hücresi bulunan ağ ile yaklaşık iki ila üç saniyelik kritik aşama sırasında gerçekleştirilecek filika hareketi simülasyonunun bir gün içinde tek bir işlemci (yani çok çekirdekli bir işlemcinin bir çekirdeği) üzerinde yapılabildiğini göstermiştir. Çok daha iyi bir ağ (yaklaşık 1.5 milyon hücre) ile yapılan simülasyonlar sadece dikkate alınmayacak kadar düşüklükte yük öngörülmesine sebep olmuştur; bu yüzden, bir önceki ağ büyüklüğü optimizasyon hedefleri için uygun kabul edilebilir.

Bu nedenle, suya girerken filika gövdesindeki yükler ve farklı pozisyonlarda oturan yolcular üzerinde etki eden ivmelerin çalışılmasında CFD'nin kullanımı deneysel araştırmalar için ideal bir takviye teşkil etmektedir. Deneyler optimize edilmiş bir geometri simülasyonunun geçerliliği için final aşaması ile sınırlandırılabilir. Yüz işlemci biriminden oluşan bir grup ile binlerce simülasyon yapmak ve sonuçları sadece birkaç shafta içinde değerlendirmek mümkündür.