Stabilitet (skrog)

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Hæl er et skibs hældning omkring dets længdeakse (x)

Inden for skibsbygning og nautisk videnskab beskriver udtrykket stabilitet egenskaben ved et flydende organ , for eksempel et skib, for at opretholde en opretstående svømmestilling eller at rette sig op igen som reaktion på et krængningsmoment .

Havgående fartøjers stabilitet

Indflydelsesfaktorer

Følgende faktorer bestemmer et skibs individuelle stabilitet.

Andre driftsbetingelser, der skal overvejes, er:

Fysisk grundlæggende

Placering af tyngdepunktet (G), liftens centrum (B) og metacenteret (M), når skibet er oprejst eller hælet

De grundlæggende parametre for et skibs stabilitet er tyngdepunktet og liftens centrum (også form eller forskydning af tyngdepunkt ) samt den resulterende metacentriske højde .

I tyngdepunktet kan du forestille dig hele skibets nedadgående vægt koncentreret på et punkt. Hvis skibet krænges, bevarer det sin position inden for skibet, så længe alle masser i skibet forbliver på plads. (For eksempel, hvis last glider eller vand bryder ind, ændrer dette tyngdepunktet).

Man kan forestille sig den samlede opadgående vægt af det fortrængte vand i fokus på opdrift. Det ændrer sin position, når det hæler, fordi skrogets form også ændrer "formen" på det fordrevne vand.

Når skibet er i en opretstående position, er tyngdepunktet nøjagtigt under opdriftens centrum. Hvis skibet krænges af en ekstern indflydelse, er tyngdepunktet og opdriftens centrum ikke længere vinkelret på hinanden. Der oprettes et retningsmoment, som vender skibet tilbage til udgangspositionen, når krængningsindflydelsen fjernes.

Identifikation og evaluering

Håndtag arm kurve. GZ svarer til den højre håndtag

Nøgleparametrene til evaluering af et skibs stabilitet er den oprindelige stabilitet (metacentrisk starthøjde), stabilitetsområdet og området under den udjævne håndtagskurve. Den metacentriske højde er en parameter for den højre håndtag. Omfanget af stabilitet refererer til den beregnede krængning af skibet i grader op til vendepunktet og den højre håndtaget er en kurve er en grafisk fremstilling af den højre håndtaksarm over hele krængningsområdet op til vendepunktet. Håndtagarmen vokser sig stærkere med stigende hæl, derefter svagere og svagere og bliver mindre igen med endnu stærkere hæl, indtil den endelig når kæntringspunktet, når tyngdepunktet vandrer ud over liftens centrum. Med området under løftearmskurven er det ikke kun muligt at bevise, at minimumsstabiliteten er opfyldt, men også at demonstrere et uønsket højt stabilitetsniveau.

Lovbestemmelser

Flere IMO -resolutioner er afgørende for skibenes stabilitet. Den vigtigste af disse er resolutionerne A.749 (18) og MSC.267 (85) ( 2008 IS Code ) for intakt stabilitet i søgående skibe eller følgelig SOLAS -forordningen for passagerskibe. Selvom kravene deri ikke er bindende, er mange flagstater og z. For eksempel har EU også vedtaget IMO -reglerne i sine egne stabilitetsregler. Handelsskibe, der fører tysk flag, skal imidlertid også opfylde de strengere regler i See-Berufsgenossenschaft , nu BG Verkehr, i denne henseende.

Typiske stabilitetskrav er f.eks.

  • Minimumsstørrelse af metacentrisk højde , afstanden mellem tyngdepunktet og metacenteret.
  • Område under den højre kurve.
  • Maksimal vinkel på den højre armkurve.
  • Retningsmoment ved en defineret hælvinkel kontrolleres ved hjælp af den virkende håndtag.

Stabiliteten tages allerede i betragtning i designfasen af ​​et skib og undersøges blandt andet på grundlag af specificerede standardlasttilfælde. I dag verificeres stabiliteten normalt ved hjælp af en kørecomputer, som på forhånd beregner alle last- og stabilitetskriterier. Skibets tyngdepunkt bestemmes eksperimentelt i en krængningstest . Fakturaen kontrolleres af et klassificeringsselskab, der er godkendt af flagstaten og anses for accepteret, hvis alle stabilitetsbestemmelser, der gælder for det pågældende skib, overholdes. De kontrollerede stabilitetsdokumenter er en del af de indbyggede dokumenter.

Praktiske overvejelser

Rulleopførsel for skibe med en stor rettet håndtag kaldes stiv , skibe med en lille rettet håndtag kaldes blød og et skib med kun en meget lille højre håndtag kaldes rang .

Skibstyper som containerskibe eller færger har ofte et uønsket højt tyngdepunkt på grund af deres belastning og design, hvilket ville resultere i utilstrækkelig stabilitet. For at sikre tilstrækkelig stabilitet balanceres derfor en høj belastning på dækket med store ballastvandskapaciteter, hovedsageligt i dobbeltbundstanke. Den modsatte situation kan for eksempel findes med malmskibe , der normalt har et ekstremt lavt tyngdepunkt, når de lastes. Et skib med en uønsket høj stabilitet har en meget kort rulleperiode med små rullevinkler, der på grund af de høje accelerationer, der opstår, favoriserer lasten, der passeres eller personskade og ville lægge stor belastning på skibets formationer. Her forskydes tyngdepunktet opad ved optagelse af ballastvand i høje tanke for at forbedre denne adfærd.

Et skibs stabilitetsvurdering vedrører ikke kun skroget alene, men også forskellige forhold, der varierer under driften. Dette omfatter hovedsageligt lastning af skibet, hvor der f.eks. Skal tages hensyn til de særlige forskrifter for kornlast (som let kan glide som bulkfragt ) eller små hælvinkler for tunggods -kolli på dæk. Endvidere skal de ændrede betingelser under drift, især på grund af forbruget af bunkers, driftsmaterialer og ferskvand, samt ændringer i mængden af ​​ballastvand fra begyndelsen til slutningen af ​​rejsen beregnes på forhånd. Der skal også tages hensyn til påvirkningen af ​​forskellige ydre driftsforhold, såsom vindtryk, svulmning, vandoptagelse fra dækkets last og vandophobning på dækket eller isdannelse i kolde områder. Sidst men ikke mindst skal der også tages hensyn til interne påvirkninger, såsom at sætte hårde ror på fuld fart eller den mulige situation, at alle passagerer flytter til den ene side af passagerskibet.

Under en rejse kan andre såkaldte dynamiske stabilitetsbelastninger opstå fra vind og opsvulmning. Hovedsageligt handler det om påvirkningerne af stærke vindstød, skibets adfærd fra skibet ved svulme og svulme samt forekommende rulleperiodsresonanser. Da disse fænomener ikke let kan sættes i formler på grund af de meget komplekse energibalancer, de er baseret på, er deres vurdering stadig stort set overladt til den nautiske oplevelse af skibets kommando. I tilfælde af utætheder kan vægtfordelingen såvel som opdriften ændres betydeligt, så et skib kæntrer, selvom det stadig er fuldt flydende. Af alt det ovenstående følger det, at vurderingen af ​​skibenes stabilitet er vanskeligere, jo mere kompleks den er og jo mere variabel driftsbetingelserne er.

Skibsstabilisatorer

I større skibe, især passagerskibe , bruges ofte systemer, som bevægelse af et skib på længdeaksen dæmper eller sådan. B. med finnestabilisatorer, kan kontrolleres aktivt.

Lystfartøjsområde

I modsætning til kommercielle og flådefartøjer er lystfartøjer ofte mere enkelt konstrueret. Ofte består de hovedsageligt af et hul skrog, muligvis med en mast og sejl. I praksis er det derfor tilstrækkeligt at overveje et par aspekter: gennemsnitligt torso-tværsnit, tyngdepunkt og / eller en yderligere stabiliserende vægt.

Sejlskibe

Sejlbåde og skibe er et særligt kig værd. Da deres sejl tilbyder et meget stort overfladeareal for vinden at angribe, uden passende modforanstaltninger ville de simpelthen vælte ved lave vindstyrker.

En sejlbåds stabilitet afhænger i høj grad af skrogets form og bådens vægtfordeling (inklusive besætningen). Der er to komponenter, der kan bruges til at kompensere for en hæl. Bortset fra i nogle få specielle tilfælde (rent dimensionsstabile både) består stabiliteten altid af to opsætningskomponenter:

  • Vægtstabilitet-en lavtliggende ballastkøl tvinger båden tilbage i en opretstående position ( stand-up- princip).
  • Dimensionsstabilitet - bagagerummet form favoriserer en tilbagevenden til startpositionen.

Vægtstabilitet

Vægtstabilitet gennem ballastkøl

sejlskibe og lystbåde fungerer en ballastkøl som modvægt for at modvirke krængning . Dette indeholder op til 50% af skibets masse og forårsager dermed et rettende øjeblik. En vis krængning under sejl - afhængigt af fartøjets konstruktion på 20 til 45 ° - er normal i disse fartøjer og udgør ikke for skibet På billedet G er tyngdepunktet (bådens tyngdepunkt) og A er det geometriske tyngdepunkt (tyngdepunkt for forskudt vandmasse). Af mekaniske hensyn kan vægtkræfterne betragtes som kombineret i punkt G og opdriftskræfterne som i punkt A. Med stigende hæl bevæger tyngdepunktet sig længere udad, og det rettende drejningsmoment øges . Nogle sejlskibe retter sig derfor op igen, selvom de hæles med mere end 120 ° [1] . De kan kun vendes med kølen opad i meget høje bølger og anses derfor for at være sikre mod at vælte . Men hvis større mængder vand trænger ind i bådens indre, synker de på grund af den høje ballastvægt. Hvis et sådant skrog mister sin ballastkøl, for eksempel efter at have rørt jorden, er der næsten ingen stabilitet og kæntring kan faktisk ikke længere forhindres.

Dimensionel stabilitet

Dimensionel stabilitet

I modsætning til kølbåde er de fleste joller stort set dimensionsstabile. Jolleens (for det meste udfoldede) lette sværd har ikke en bemærkelsesværdig opretningseffekt. Katamaraner eller trimaraner har også en høj grad af dimensionsstabilitet på grund af deres bredde.

På det tilstødende billede er G tyngdepunktet (bådens tyngdepunkt) og A er formens tyngdepunkt (tyngdepunktet for den forskudte vandmasse). I disse punkter kan man tænke på vægten eller opdriftskræfterne kombineret. Placeringen af ​​A er afgørende for dimensionsstabilitet.

Når båden er oprejst, forskydes den samme mængde vand på begge sider af skroget. A er derefter i midten af ​​skrogets tværsnit, der er intet drejningsmoment. Med stigende hæl (se billede) forskydes vand hovedsageligt på den ene side af skroget. Som et resultat migrerer A udad og skaber et drejningsmoment. Jo bredere båden, jo længere A migrerer udad og jo stærkere er det rettende drejningsmoment. Hvis hælen bliver for stor, falder drejningsmomentet imidlertid igen, fordi den brede bagagerum derefter vippes, og A er tættere på midten igen. En let hæl kompenseres derfor af det kraftige retningsmoment ("vandmodstand"), mens for meget hæl fører til, at båden kæntrer. Katamaraner kæntrer, når hælen når 90 °. [1]

Der er endda eksempler på fuldstændigt dimensionelt stabile bådtyper med negativ initialstabilitet. Disse har ikke en opretstående svømmestilling, når de hviler.

Modforanstaltninger i tilfælde af en stor hæl

En sømand hænger i trapez for at balancere katamaranen.

Hælen på kølbåde samt katamaraner eller joller kan reduceres ved at have besætningen "siddende på den høje kant", det vil sige sidde på rækværket på vindsiden eller ved at reducere sejlområdet ( rev ). Når man sejler joller , hænger besætningen i en trapez for at kunne ride videre til vind. [2] Når man sejler joller til sport, kan der kæntre. Til gengæld er de udstyret med flydere, så de ikke synker trods kæntring. Ikke desto mindre er joller ikke egnede til åbent hav, og selv gode jolle -sejlere vil ikke længere kaste af, hvis der annonceres vindhastigheder på mere end 6.

Hælen reducerer automatisk det effektive sejlområde, og skrogets form foretrækker også en bestemt hælvinkel, hvormed skibet kan nå den højeste hastighed. Derfor bremser skibet på grund af stærk krængning, og det bliver mere ubehageligt at blive om bord. Der er også en øget risiko for et såkaldt solskud på grund af overdreven krængning og skibet "går ud af hånden" [3] og "skyder i vinden". [4] Det er endnu værre, hvis lågen på den store bom er nedsænket i vandet, hvilket kan føre til alvorlig skade på riggen . Ved revning i god tid - på trods af det reducerede sejlområde - kan hastigheden stige.

Motorbåde

Typisk motoryacht med en styreposition på taget
Hangarskibet Ronald Reagan hæler under roningstest.

Motorbåde til lystsejlads er næsten udelukkende dimensionsstabile både, de har et bredt og fladt skrog med et relativt lavt tyngdepunkt. Motorbåde kan vælte, når der laves snævre sving ved høj hastighed. I stærk sidevind tilbyder de typisk et større overfladeareal at angribe end en sejlbåd uden sejl, da de har flere dæk. Hvis der er tilsvarende bølger, er det også farligt for en motoryacht.

Capsize vinkel

Afhængigt af hvordan en bestemt båd opfører sig i forskellige hælvinkler, taler man om høj initial eller endelig stabilitet . Den dynamiske kæntringsvinkel, hvorfra vinklen øges, selv uden eksterne øjeblikke såsom vindtryk, vedrører den endelige stabilitet. Liftens centrum bevæger sig under tyngdepunktet. I vægtstabile kølbåde er denne kæntringsvinkel normalt mellem 110 ° og 160 °, med joller på den anden side er den normalt mindre end 90 °, hvilket betyder, at sidstnævnte let forbliver stabil i vandet med sværdet pegende opad, mens køllyachter normalt kæntrer hurtigt.

Se også

Individuelle beviser

  1. a b søfart , side 163
  2. ^ Søfarerskab , side 162.
  3. “At komme ud af hånden” betyder, at der opstår en bod ved roret, fordi det ikke længere vaskes ordentligt eller stikker helt ud af vandet. Dette gør styringen umulig.
  4. Sømandskab , side 270 - Af sikkerhedsmæssige årsager er både normalt designet til let at blive luffet, så hvis roret går tabt, luffer båden op, hvilket betyder, at kontrollen genoprettes.

litteratur

  • Helmers, Walter (red.): Müller-Krauss, manual til skibsvejledning . Bind 3, søfart og skibsteknologi, del B. Springer Verlag, Berlin 1980, ISBN 3-540-10357-0 .
  • Hermann Kaps: Stability, Trimm, Strength In: Knud Benedict (Hrsg.), Christoph Wand (Hrsg.): Manual Nautics II - Teknisk og operationel skibsstyring . Seehafen Verlag (DVV Media Group), Hamborg 2011, ISBN 978-3-87743-826-8 , s. 65–153.
  • Werner Voss: Stabilitet. inklusive forskellige vedhæftede filer (trim- og læseplaner, diagrammer, stabilitets- og resonansark osv.) (udgiver), Seafaring School Bremen, udgave 1963.

Weblinks

Commons : Stabilitet - samling af billeder, videoer og lydfiler