1 Gemi Tasarımı
Bir gemi tasarımcısının tasarımın her teknik alanında uzman olması beklenmez; ancak bu alanlardaki bilgisinin bütünlüğü olan bir tasarım yaratabilecek düzeyde olması gerekir. Her açıdan mükemmel bir tasarım yapmak olanaksız olduğundan tasarımcının temel görevi, gemiden beklenen farklı işlevler arasında dengeli bir bütünlük sağlamaktır.
Gemi tasarımı hidrodinamik, stabilite, mukavemet gibi mühendislik bilimlerinin uygulandığı bir alandır; bunun yanında gemideki karmaşık bölme ve kompartımanları işlevsel bir bütün olarak düzenlemek de tasarımcının işidir. Bir gemi inşa etmenin temel amacı, bir faydalı yükü (payload: kargo, yolcu ya da bir silah sistemi) belirli bir bölgede belirli bir hızla taşımaktır.
Tasarımın temel adımları
- Gemiden beklenen işlev ve performansın belirlenmesi; inşa ve işletme maliyetinin, tasarım ve inşa takviminin çıkarılması.
- Tasarımı sınırlayan kısıtların (teknik, ekonomik, yasal, politik ya da askerî) belirlenmesi.
- Bu kısıtlar altında istenen işlevi sağlayabilecek alternatiflerin geliştirilmesi.
- Alternatiflerin ölçütlere göre karşılaştırılıp en uygununun (optimum) seçilmesi.
- Seçilen alternatifin ön tasarımda ayrıntılandırılıp inşaya başlanacak düzeyde tanımlanması.
- İnşanın tamamlanması; seyir ve servis tecrübelerinin sonraki tasarımlar için tasarımcıya iletilmesi.
Tasarım spirali
Tasarım, özellikle kavram ve ön tasarım aşamalarında yinelemelidir: bir alanda yapılan değişiklik diğer alanları etkiler, onların yeniden analiz edilip düzeltilmesi gerekir. Her aşamada tasarımcı performans özellikleri arasında ödün vermek zorunda kalır.
Bu süreç geleneksel olarak bir tasarım spirali ile gösterilir. Spiralin başlangıç noktası tasarımdan beklenen gereklerdir; genellikle birkaç turdan sonra istenen işlevleri karşılayan bir gemi formu elde edilir. Yat tasarımındaki spiral için bkz. Motor Yat Tasarımı.

2 Tasarım Gerekleri ve Ölçütleri
Ticari gemilerin çoğunun temel amacı işletene kâr sağlamaktır. Gemi sahibi istediği gemiyi taşıma kapasitesi, seyir hızı ve işletme hattı gibi işlevsel özelliklerle tanımlar; savaş gemileri ve bazı servis gemileri ise kâr amacı gütmeyen hedeflere göre tasarlanır. Tersane için ekonomik gemi ucuza inşa edilen gemidir; işletmeci için ise işletme giderleri ve kârlılık daha önemlidir. Bu nedenle ölçütler hem inşa hem işletme maliyetini kapsamalıdır. Fazladan direnç ya da düşük sevk verimi daha fazla makine gücü ve yakıt demektir; denizcilik özellikleri de hız kayıpları nedeniyle ekonomik analize girer.
| Ölçüt | Neyle belirlenir? |
|---|---|
| Üretim maliyeti | Geminin büyüklüğü, ana boyutları ve çelik tekne ağırlığı |
| İşletme maliyeti | Direnç ve sevk özellikleri, makine tipi ve gücü, yakıt tüketimi, bakım-tutum giderleri |
| Kâr yapma kapasitesi | Yük taşıma kapasitesi, yük tipi, yükleme-boşaltma kapasitesi, kanal ve liman ücretleri |
| Teknik performans | Genel denizcilik özellikleri ve manevra kabiliyeti |
| Güvenlik | Stabilite, mukavemet, denizcilik özellikleri ve güvenlik ekipmanı |
Temel hedefler
- Taşıma kapasitesini en büyük yapmak,
- Gemi boyutlarını en küçük tutmak,
- Direnci en küçük, sevk verimini en büyük yapmak,
- Stabilite ve denizcilik özelliklerini en iyi yapmak.
Kısıtlar
- Kızak, havuz ve kanal boyutlarından gelen ana boyut sınırları,
- IMO stabilite kriterleri,
- Uluslararası fribord kriterleri,
- Klas kuruluşlarının yapısal mukavemet kriterleri.
Tasarımcı bu kısıtlar altında farklı alternatifler geliştirir ve her biri için şu kontrolleri yaparak en uygununu seçer: kapasite, tonaj ve ana boyutlar; yerleştirme planı; hidrostatik; stabilite; ağırlık hesabı; güç hesabı ve makine seçimi; boyuna mukavemet ve temel yapı elemanları; denizcilik analizi; fribord.
3 Ön Tasarım Yöntemleri
Yeni bir gemi tasarımında ilk adım ana boyutların ve tekne formunun belirlenmesidir. Bunun için evrensel tek bir yöntem yoktur; her tasarımcı kendi yöntemini geliştirir. Yöntemler yine de dört grupta toplanabilir:
a) Ana gemi yaklaşımı
Yeni tasarıma yeterince benzeyen, denenmiş ve iyi sonuç vermiş bir gemi başlangıç noktası alınır. Kullanımı çok kolaydır; ancak yeni teknoloji gerektiren tasarımlarda kullanılamaz.
b) Tarihsel veriye dayalı tasarım
Uzun bir dönemde yapılmış gemilerin verilerinden çıkarılan tasarım eğrileriyle yeni geminin özellikleri belirlenir. Sonuç iyi ve kötü tasarımların ortalamasıdır: güvenli ama klasik bir tasarım.
c) Parametrik analiz
İnşa eden en küçük boyutlu, en az güçlü ve en ucuz gemiyi; işletmeci en düşük satın alma ve işletme maliyetli, en çok kazandıran gemiyi ister. Tasarımcı temel parametreleri sistemli olarak değiştirip etkilerini inceler. Örneğin Murphy ve arkadaşları (1965) V/√L, B/T, CP, Δ, L/D ve CM parametrelerinin her biri için 4 değer alarak 45 = 1024 tasarımlık bir gemi ailesi oluşturmuş, bütün koşulları sağlayan en ekonomik tasarımı grafiklerden bulmuştur. Bilgisayar zorunludur.
d) Optimizasyon
Verilenler (taşıma kapasitesi, hız, seyir menzili, sevk sistemi), istenen (en düşük inşa ya da işletme maliyeti, en yüksek kâr, sermaye geri kazanım faktörü, net bugünkü değer…) ve kısıtlar (kanal, liman, havuz, stabilite, fribord) tanımlanır; amaç fonksiyonu M = f(x1, …, xn) kısıtlar gi(x1, …, xn) ≥ 0 altında en küçük (ya da en büyük) yapılır. En zor iş amaç fonksiyonunu tanımlamaktır.
Tasarımda bilgisayar
Rekabetçi ortamda tersane ve tasarım bürolarının istenen kalitede tasarımı uygun fiyata ve kısa sürede üretmesi gerekir; bu yüzden bilgisayar kullanımı kaçınılmazdır:
- Rutin hesaplar: hidrostatik, başlangıç ve yaralı stabilite, denize indirme, trim, tank kalibrasyonu, boyuna mukavemet. Çoğu bir ofset tablosuyla başlar.
- Karmaşık hesaplar: form geliştirme, sonlu elemanlarla yapı analizi, denizcilik analizi, teorik direnç ve sevk.
- Tasarım paketleri: bu programların ortak bir veri tabanı çevresinde birleştirilmesi.
Getirdiği başlıca kazançlar: çok sayıda alternatifin hassas biçimde analizi, yinelemeli hesapların kolayca tekrarlanması ve tasarımın doğrudan CNC tezgâhlarla üretime aktarılması.

4 Ön Tasarımda Ana Boyutlar
Bir gemiden beklenen işlevi sağlayan sonsuz sayıda boyut ve form birleşimi vardır; en uygununu bulmak yinelemeli bir iştir. Seçilen boyutlar ve deplasman işlevi karşılayacak kadar büyük, ama gereğinden büyük olmamalıdır. Genellikle şu sıra izlenir:
- Toplam ağırlığın (deplasmanın) yaklaşık bulunması,
- Deplasmana ve hıza uygun boyun seçilmesi,
- Boya uygun genişliğin seçilmesi,
- Boya ve hıza bağlı blok katsayısının bulunması,
- Δ = ρ·L·B·T·CB bağıntısını sağlayan draftın bulunması,
- Fribord sözleşmesine göre en küçük fribordun ve buna göre derinliğin bulunması.
Kanal sınırları
| Kanal | Bağladığı denizler | En büyük boyutlar |
|---|---|---|
| Süveyş | Akdeniz – Kızıldeniz | T < 18,29 m |
| Panama | Atlas Okyanusu – Büyük Okyanus | L < 290 m, B ≤ 32,24 m, T < 13 m (eski havuzlar) |
| Kiel | Kuzey Denizi – Baltık | L < 315 m, B < 40 m, T < 9,5 m |
Deplasman
| Gemi tipi | DWT/Δ |
|---|---|
| Yolcu gemisi | 0,35 |
| Konteyner gemisi | 0,60 |
| LPG gemisi | 0,62 |
| Yük gemisi | 0,67 |
| Cevher gemisi | 0,82 |
| Süper tanker | 0,86 |
Taşıma kapasitesinden (DWT) deplasmana geçmek için tipik DWT/Δ oranları kullanılır. Kafalı (1988):
Boy
Aynı deplasmanlı ama farklı boylu iki gemi karşılaştırılırsa boy arttıkça:
- Islak alan ve viskoz direnç artar, dalga direnci azalır, sevk verimi iyileşir;
- Çelik ağırlığı ve inşa maliyeti artar; aynı deplasman için form narinleşir, yük kapasitesi azalabilir;
- Başlangıç stabilitesi genellikle azalır; rota dengesi artar, manevra kabiliyeti azalır;
- Gereken en küçük fribord artar;
- Düşey düzlemdeki denizcilik (dalıp çıkma, baş-kıç vurma, güverte ıslanması, dövünme) özellikle baş dalgalarda iyileşir.
İstatistik boy formülleri gemi narinliği (L/Δ1/3) ile hız arasındaki ilişkiye dayanır; hızlı gemiler daha narindir. (V: knot, L: m, Δ: ton)
1. Ayre
L iki tarafta da olduğundan yinelemeyle çözülür.
2. Posdunine
C: tek pervaneli 7,15; çift pervaneli 7,30; çift pervaneli hızlı gemi 7,90. Kafalı'ya göre C hıza bağlıdır: yolcu gemisi C = 3V/√L + 3,2; yük gemisi ve tanker C = 1,7V/√L + 4,4; römorkör C = 0,75V/√L + 3,66.
3. Schneekluth
Fn = V/√(gL) Froude sayısıdır (burada V m/s). Uygun CB seçilirse C ≈ 3,2 olur.
4. Völker
Kuru yük ve konteyner gemileri için önerilmiştir.
Yük gemisi için karşılaştırma (L, m)
| Δ (t) | V (kn) | Schneekluth (C = 3,2) | Ayre | Posdunine (C = 7,15) | Völker |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 000 | 10 | 51 | 56 | 50 | 58 |
| 1 000 | 13 | 55 | 61 | 54 | 65 |
| 10 000 | 16 | 117 | 123 | 122 | 130 |
| 10 000 | 21 | 126 | 136 | 128 | 147 |
| 100 000 | 17 | 237 | 240 | 266 | 248 |
Genişlik
Genişlik arttıkça direnç, güç gereksinimi ve işletme maliyeti artar; başlangıç stabilitesi iyileşir; çelik ağırlığı ve inşa maliyeti artar; yalpa genliği azalır. Büyük gemilerde genişlik kızak ya da kanal ölçüleriyle sınırlanabilir; konteyner ve Ro-Ro gemilerinde ancak belli adımlarla değiştirilebilir. Sınır yoksa en küçük stabilite gereksinimini karşılayacak bir değer seçilir; fazlası yalpa periyodunu kısaltır ve direnci artırır.
| Gemi tipi | B (m) |
|---|---|
| Yolcu gemisi | L/9 + 6,10 |
| Yük gemisi | L/9 + 4,27 ya da 0,125L + 2,45 |
| Tanker | L/7,5 + 1,98 ya da 0,125L + 2,45 |
| Konteyner gemisi | 0,150L + 2,45 |
| Römorkör | 0,200L + 2,45 ya da 0,22L + 1,5 |
| Ro-Ro gemisi | L/10 + 8 |
| Dökme yük gemisi | 0,146L + 1,04 |
Draft ve derinlik
Draft, boy ve genişliğe göre performansı daha az etkiler; boy, genişlik ve CB seçildikten sonra ∇ = L·B·T·CB bağıntısından bulunur. Büyük gemilerde havuz, liman ve kanal derinlikleriyle sınırlanabilir. Draft arttıkça direnç azalır, daha büyük pervane çapıyla sevk verimi artar.
Derinlik yük kapasitesini, boyuna mukavemeti ve ağırlık merkezinin yüksekliği yoluyla stabiliteyi etkiler. Önce fribord sözleşmesine göre en küçük fribord bulunur; buna göre çıkan derinlik kapasite, mukavemet ve stabilite açısından kontrol edilir. Klas kuruluşları en büyük L/D oranını sınırlar: büyük L/D boyuna mukavemet, çok küçük L/D burkulma sorunu doğurur.
| Gemi tipi | D (m) |
|---|---|
| Yolcu gemisi | (B + 0,3) / 1,5 |
| Yük gemisi | (B − 2) / 1,4 |
| Tanker | L / 13,5 |
5 Fribord ve Plimsoll Markası
Fribord, gemi ortasında yüklü su hattından fribord güvertesine kadar olan düşey uzaklıktır; geminin dalgalı denizde güvenle seyretmesini ve yaralanmada yedek deplasman sağlamasını güvenceye alır. Fribordun yararları:
- Kesit mukavemetini artırır,
- Yaralanmada yedek deplasman sağlar,
- Büyük açılarda devrilme açısını büyüterek stabiliteyi artırır,
- Güverte ıslanmasında teçhizatı ve yükü korur,
- Yolcu ve mürettebat için güvenli bir ortam sağlar.
En küçük fribordu 1966 Uluslararası Yükleme Sınırı (Fribord) Sözleşmesi belirler. Sözleşme 24 m'den büyük ticaret gemileri için geçerlidir; savaş gemileri, uluslararası balık taşımacılığı yapmayan balıkçı gemileri, 150 gros tondan küçük mevcut gemiler ve ticarette kullanılmayan gezi yatları kapsam dışıdır. Sözleşme beş bölümdür: tanımlar, fribord atanma koşulları, fribord tabloları ve düzeltmeler, özel düzenlemeler, bölgeler ve mevsim dönemleri.
Tanımlar
- Gemi boyu (L): %85 derinlikte ölçülen dikmeler arası boy (LBP) ile aynı su hattındaki boyun (LWL) %96'sından büyük olanı.
- Baş dikey (FP): %85 derinlikteki su hattının baştaki ucu; kıç dikey (AP): dümen rodu ekseni.
- Fribord güvertesi: havaya ve denize açık, su geçmez perdelerin uzandığı en üst sürekli güverte.
- Güverte çizgisi: fribord güvertesini gösteren 300 × 25 mm'lik çizgi.
- Fribord markası: 300 mm çaplı, 25 mm kalınlıkta bir daire ve merkezi üst kenarına gelecek biçimde onu kesen 450 × 25 mm'lik yatay çizgi. Yatay çizgiden güverte çizgisinin üst kenarına kadar olan uzaklık yaz fribordudur.

Plimsoll markası, geminin farklı yoğunluktaki sularda ve mevsimlerde güvenle yüklenebileceği en derin su hattını gösterir; aşırı yüklemeyi önler. Sınır, ilgili çizginin üst kenarıdır.
- TF: tropik tatlı su
- F: tatlı su
- T: tropik deniz suyu
- S: yaz (ılıman deniz suyu)
- W: kış
- WNA: Kuzey Atlantik kış (100 m'den büyük gemilerde konmaz)
Yük hattı markasının ayrıntıları için ayrıca bkz. Kana Rakamları.
Mevsim fribordları
Yaz fribordu fS hesaplandıktan sonra diğerleri bundan bulunur (T: yaz draftı, mm; Δ: deplasman, t; T1: 1 cm batma tonajı, t/cm):
1 cm batma tonajı ve tatlı su kabulü
1 cm batma tonajı (TPC, T1), su çekimini 1 cm değiştirmek için gereken ağırlıktır (AWL: su hattı alanı, m²; ρ: t/m³):
Gemiler kutu biçiminde olmadığından su hattı alanı, dolayısıyla TPC drafta göre değişir; farklı draftlardaki TPC değerleri eğri olarak verilir.

Gemi tuzlu sudan (ρ = 1,025 t/m³) tatlı suya (ρ = 1,000 t/m³) geçince ağırlığı aynı kaldığı için daha çok batar. Bu batma farkına tatlı su kabulü (FWA, fresh water allowance) denir:

6 Fribord Hesabı
Fribord atanabilmesi için geminin yeterince güvenli olması ve bir klas kuruluşunca onaylanmış olması gerekir. 1966 sözleşmesi gemileri iki tipe ayırır:
- A tipi: yalnızca sıvı yük taşıyan gemiler (tankerler),
- B tipi: bunların dışındaki bütün gemiler.
Her iki tip için tablo fribordu, gemi boyuna bağlı olarak üst yapısı olmayan bir standart gemi için verilmiştir: CB = 0,68, L/D = 15, güverte sehimi B/50 ve standart şiyer. Gemi bundan farklıysa aşağıdaki düzeltmeler sırayla yapılır (fribordlar mm, boylar m).
Boy düzeltmesi
Boyu 24–100 m olan B tipi gemilerde üst yapı etkin boyu E < 0,35L ise:
Üst yapı: E1 = 12·(3/4)·1 = 9 m, E2 = 10·(1/4)·1 = 2,5 m → E = 11,5 m, E/L = 0,096.
E = L için fe = 860 + (1070 − 860)·(120 − 85)/(122 − 85) = 1059 mm. A tipi tabloda 0,096L → %7·0,96 = %6,71.
Yaz fribordu: fS ≈ 2774 mm. Mevcut fribord D − T = 10 − 7,2 = 2,8 m = 2800 mm > 2774 mm olduğundan yaz bölgesinde fribord yeterlidir.
Kış fribordu: yaz draftı T = 10 000 − 2774 = 7226 mm → fW = 2774 + 7226/48 = 2774 + 151 = 2925 mm. Gemi 7,2 m draftla kış bölgesinde yüklenemez; kışın en büyük draft 10 − 2,925 ≈ 7,07 m'dir.