Denizaltılar Nasıl Dalış Yapar ve Su Üstüne Çıkar?

 

Denizaltılar Nasıl Dalış Yapar ve Su Üstüne Çıkar?

  Denizin yüzeyinden baktığımızda denizaltılar oldukça ilginç araçlar. Bir gemi gibi suyun üzerinde ilerleyebiliyor, ancak istediği anda tamamen suyun altına girip uzun süre boyunca denizin metrelerce altında yoluna devam edebiliyor. Peki tonlarca ağırlığındaki bir denizaltı bunu nasıl başarıyor? Bir denizaltı suyun altına nasıl dalıyor ve tekrar yüzeye nasıl çıkıyor?

  Aslında bunun temelinde oldukça basit bir fizik prensibi var: kaldırma kuvveti ve ağırlık arasındaki denge. Ancak bu basit prensibi kontrol etmek için denizaltılarda oldukça gelişmiş sistemler kullanılıyor.

Denizaltı neden batıyor?

  Öncelikle şunu düşünelim: Bir gemi neden batmıyor?

 Geminin gövdesi çelikten yapılmış olmasına rağmen içerisinde büyük miktarda hava bulunan boşluklar vardır. Bu nedenle geminin toplam yoğunluğu sudan daha düşük kalır ve suyun uyguladığı kaldırma kuvveti gemiyi yüzeyde tutar.

 Denizaltılar da aslında benzer bir prensipten yararlanır. Fakat denizaltının önemli bir avantajı vardır: kendi kaldırma kuvvetini değiştirebilir.

 Bunu sağlayan en önemli sistem ise balast tanklarıdır.

Balast tankları denizaltının dalmasını sağlıyor

 Denizaltının gövdesinin içerisinde ve dışında bulunan balast tankları, dalma ve su yüzüne çıkma işleminin temelini oluşturur.

 Denizaltı suyun üzerinde seyrederken balast tanklarının içerisinde büyük ölçüde hava bulunur. Bu durumda tankların toplam yoğunluğu düşüktür ve denizaltı suyun üzerinde kalabilir.

 Dalış yapmak isteyen denizaltı ise balast tanklarının içine deniz suyu alır.

 Tanklara su girdikçe içerideki havanın bir kısmı dışarı çıkar ve denizaltının toplam ağırlığı artar. Böylece kaldırma kuvveti ile ağırlık arasındaki denge değişir.

 Bir noktadan sonra denizaltının ağırlığı kaldırma kuvvetinden fazla hale gelir ve denizaltı aşağı doğru hareket etmeye başlar.

 Burada aslında denizaltının “motoruyla aşağı doğru itilmesi” gibi bir durum yoktur. Ana prensip, kaldırma kuvvetinin değiştirilmesidir.

Peki denizaltı nasıl tekrar suyun üstüne çıkıyor?

 İşin diğer tarafında ise basınçlı hava devreye giriyor.

 Denizaltının yüzeye çıkması gerektiğinde balast tanklarına basınçlı hava gönderilir. Bu hava tankların içerisindeki deniz suyunu dışarı doğru iter.

 Tanklardaki su miktarı azaldıkça denizaltının toplam yoğunluğu düşer ve kaldırma kuvveti tekrar baskın hale gelir.

 Sonuç olarak denizaltı yukarı doğru hareket etmeye başlar.

 Yani en basit haliyle:

 Dalış → Balast tanklarına su alınır.

 Yüzeye çıkış → Balast tanklarındaki su basınçlı hava ile dışarı atılır.

 Fakat denizaltının kontrollü şekilde hareket etmesi bundan biraz daha karmaşıktır.

Denizaltı sadece aşağı ve yukarı mı hareket ediyor?

 Hayır. Asıl ilginç kısım burada başlıyor.

 Bir denizaltının su altında güvenli şekilde seyredebilmesi için sadece “batmak” veya “çıkmak” yeterli değildir. Denizaltının belirli bir derinlikte yatay şekilde ilerlemesi, gerektiğinde yükselmesi veya alçalması gerekir.

 Bu nedenle denizaltılarda dalış dümenleri bulunur.

 Bunları bir anlamda gemilerdeki dümen sisteminin farklı bir versiyonu gibi düşünebiliriz. Ancak geminin dümeni esas olarak sağa ve sola yön vermek için kullanılırken, denizaltılardaki yatay dümenler denizaltının baş-kıç doğrultusundaki açısını, yani pitch hareketini kontrol eder.

 Denizaltı ilerlerken bu dümenlerin açısı değiştirilerek baş tarafının aşağı veya yukarı hareket etmesi sağlanabilir.

 Örneğin denizaltı dalış yapmak istediğinde başını biraz aşağı verir. İleri doğru hareket ettiği için hidrofor benzeri bir etkiyle gövde aşağı doğru yönlenir.

 Yüzeye çıkarken ise bunun tersi yapılır.

 Burada önemli bir ayrıntı var: Denizaltı su altında belirli bir derinlikte seyrediyorsa sürekli balast tanklarına su alıp vermek zorunda değildir. Trim ve denge tankları kullanılarak denizaltının su içerisinde nötr yüzer durumda tutulması sağlanabilir.

Nötr yüzerlik nedir?

 Denizaltıcılıkta en önemli kavramlardan biri de nötr yüzerliktir.

 Denizaltının ağırlığı ile üzerine etki eden kaldırma kuvveti birbirine eşit olduğunda denizaltı ne yukarı çıkar ne de aşağı iner.

 İşte denizaltı su altında belirli bir derinlikte seyir yaparken mümkün olduğunca bu duruma yaklaşmak ister.

 Bu durumda denizaltı adeta suyun içerisinde “askıda” kalır.

 Sonrasında küçük derinlik değişiklikleri için yatay dümenler ve trim sistemleri kullanılarak kontrol sağlanabilir.

 Bir denizci açısından bakıldığında burada işin ne kadar hassas olduğu daha iyi anlaşılabilir. Açık denizde bir geminin draftı, trim'i, deplasmanı ve stabilitesi nasıl önemliyse, denizaltıda bunlara ek olarak derinlik kontrolü ve su altındaki dinamik denge çok daha kritik hale gelir.

Denizaltının içerisinde neden bu kadar fazla tank var?

 İlk bakışta denizaltının içerisindeki tank sistemleri oldukça karmaşık görünebilir. Bunun nedeni yalnızca dalmak ve çıkmak değildir.

 Denizaltının yakıt tüketmesi, personel ve ekipman ağırlığının değişmesi, farklı derinliklerdeki su yoğunluğu ve operasyon şartları gibi faktörler denizaltının dengesini etkileyebilir.

 Bu nedenle denizaltılarda farklı amaçlara hizmet eden balast, trim ve dengeleme tankları bulunur.

 Özellikle trim tankları sayesinde denizaltının baş veya kıç tarafındaki ağırlık dağılımı kontrol edilebilir.

 Örneğin denizaltının baş tarafı fazla ağır hale geldiyse tanklar arasındaki su transferiyle denge yeniden ayarlanabilir.

 Bu açıdan bakıldığında denizaltının su altında seyri, aslında sürekli bir ağırlık ve kaldırma kuvveti yönetimi işlemidir.

Denizaltı ne kadar derine dalabilir?

 Burada da çok önemli bir konu var: su basıncı.

 Denizin derinliklerine indikçe üzerimizdeki su miktarı arttığı için basınç da yükselir.

 Yaklaşık olarak her 10 metre derinlikte basınç 1 atmosfer daha artar. Yani deniz seviyesinde yaklaşık 1 atmosfer olan basınç, 100 metre derinlikte kabaca 11 atmosfere ulaşır.

 Bu nedenle denizaltının ne kadar derine inebileceğini yalnızca balast tankları belirlemez. Asıl kritik sınır, denizaltının basınca dayanıklı gövdesidir.

 Denizaltının dış gövdesi hidrodinamik açıdan şekillendirilirken, iç tarafta personeli ve kritik sistemleri koruyan basınç gövdesi bulunur.

 Bu gövdenin tasarımı, denizaltının güvenli şekilde çalışabileceği maksimum derinlik açısından son derece önemlidir.

 Derinlik arttıkça gövde üzerine uygulanan dış basınç inanılmaz seviyelere ulaşır. Bu nedenle denizaltı tasarımında birkaç santimetrelik bir detay bile hayati önem taşıyabilir.

Peki denizaltı neden ezilip gitmiyor?

 Bunun cevabı denizaltının gövde tasarımında saklı.

 Denizaltıların basınca dayanıklı gövdeleri genellikle dairesel veya dairesel forma yakın kesitlere sahip olacak şekilde tasarlanır. Bunun sebebi basıncın gövde üzerine daha dengeli şekilde dağıtılabilmesidir.

 Bir denizaltıyı boş bir teneke kutu gibi düşünürsek, dışarıdan uygulanan basınç kutuyu kolayca ezebilir. Ancak basınca dayanıklı bir denizaltının gövdesi, bu kuvvetlere dayanabilecek şekilde hesaplanır.

 İşte bu nedenle denizaltılar sadece “su alan ve çıkan gemiler” değildir. Aslında mühendislik açısından son derece karmaşık basınç kaplarıdır.

Denizaltılar su altında nasıl yön değiştiriyor?

 Sağa ve sola dönüş için denizaltılarda dikey dümenler kullanılır.

 Bu noktada sistem aslında klasik gemilere oldukça benzer.

 Dümen belirli bir açıya getirildiğinde su akışı değişir ve denizaltının başı istenilen yöne döner.

 Ancak su altında görüş çok sınırlı olduğu için denizaltının seyri yalnızca dışarıdan görsel olarak kontrol edilemez. Modern denizaltılarda sonar, jiroskopik seyrüsefer sistemleri, derinlik sensörleri ve çeşitli elektronik seyrüsefer sistemleri çok önemli bir rol oynar.

 Özellikle sonar sistemi denizaltının su altındaki “gözlerinden” biri olarak düşünülebilir.

Denizaltı su altında motorunu kullanıyor mu?

 Evet, fakat burada denizaltının tipine göre önemli farklılıklar bulunuyor.

 Dizel-elektrik denizaltılarda dizel motorlar genellikle atmosferik hava gerektiği için su altında doğrudan çalıştırılamaz. Bu nedenle denizaltı yüzeyde veya uygun şartlarda şnorkel kullanarak dizel motorlarını çalıştırıp bataryalarını şarj eder.

 Su altında ise elektrik motorları kullanılarak sessiz ve daha uygun bir şekilde seyir yapılabilir.

 Nükleer denizaltılarda ise durum oldukça farklıdır. Nükleer reaktör sürekli enerji üretmeye devam edebildiği için denizaltı haftalar hatta aylar boyunca yüzeye çıkmadan operasyon yapabilir.

 Bu nedenle nükleer denizaltılar ile dizel-elektrik denizaltıların operasyonel kabiliyetleri arasında ciddi fark vardır.

Denizaltı aslında bir gemiden çok daha farklı

 Denizcilik açısından baktığımızda denizaltıların en ilginç tarafı, üç boyutlu bir ortamda seyir yapmalarıdır.

 Bir yüzey gemisi için temel olarak baş-kıç ve sancak-iskele hareketlerinden bahsederiz. Denizaltıda ise bunlara bir de derinlik eklenir.

 Yani denizaltı sadece sağa ve sola değil, aynı zamanda yukarı ve aşağı da manevra yapar.

 Bu nedenle denizaltı seyri; kaldırma kuvveti, deplasman, trim, hidrostatik denge, hidrodinamik kuvvetler, basınç ve seyrüsefer sistemlerinin birlikte yönetilmesini gerektirir.

 Bence denizaltıları ilginç yapan asıl şey de burada.

 Denizin üzerinde seyreden bir gemiye baktığımızda onu suyun taşıdığını açıkça görebiliyoruz. Denizaltı ise aynı suyun içerisinde görünmez hale gelip, tonlarca ağırlığındaki gövdesini belirli bir derinlikte dengede tutabiliyor.

 Kısacası bir denizaltının dalması aslında “bir düğmeye basıp batmak” kadar basit değil. Deniz suyu, basınçlı hava, balast tankları, trim sistemleri, dümenler ve sevk sistemi birlikte çalışarak denizaltının su altındaki hareketini mümkün hale getiriyor.

 Ve belki de denizcilik açısından en güzel tarafı şu: Yüzlerce yıllık gemicilik tecrübesinin aksine, burada denizci yalnızca suyun üzerinde değil, suyun kendisinin içerisinde seyir yapıyor.