Onderzoek naar de invloed van een passieve slingertank op de bewegingen van een weerschip

R a p p o r t No„ I 3 7 .

LABORATORIUM VOOR

SCHEEPSBOUWKUNDE

T E C H N I S C H E H O G E S C H O O L DELFT

ONDERZOEK NAAR DE INVLOED VAN EEN PAS.SIEVE SLINGERTANK OP DE BEWEGINGEN VAN EEN WEERSCHIP.

Door I r J.H. Vugts»

de bewegingen van een w e e r s c h i p .

Door I r J.H. V u g t s .

1o I n l e i d i n g .

Voor de N e d e r l a n d s e w e e r s c h e p e n werd de m o g e l i j k h e i d nagegaan een s l i n g e r d e m p i n g s t a n k van h e t v r i j e o p p e r v l a k t y p e t o e t e p a s s e n met h e t d o e l de e i g e n s c h a p p e n vmn h e t s t a b i l i s a t i e p l a t f o r m v o o r de r a d a r i n s t a l -l a t i e t e v e r b e t e r e n o

A l s b e l a d i n g s t o e s t a n d werd de s t a t i o n s t o e s t a n d h a l v e r w e g e een A - r e i s van de "Cumulus" g e k o z e n . B i j z o n d e r h e d e n z i j n gegeven onder punt 2o

Na o v e r l e g met de Heer Knegt en b e s t u d e r i n g van h e t algemeen p l a n en de s i t u a t i e aan boord van de "Cumulus" werden 5 m o g e l i j k h e d e n v a s t g e s t e l d voor h e t inbouwen van een a n t i - s l i n g e r t a n k . I n de e e r s t e p l a a t s kwam i n a a n m e r k i n g een momenteel n i e t g e b r u i k t e r u i m t e onder h e t D -dek t u s s e n s p a n t 72 en 94; i n de tweede p l a a t s h e r i n d e l i n g van de r u i m t e boven de t a n k t o p t u s s e n s p a n t 58 en 72, waar z i c h o.a. d r i n k w a t e r t a n k s bevinden» B e i d e p o s i t i e s z i j n n i e t g u n s t i g voor een t a n k , d a a r de s c h e e p s v o r m t e r p l a a t s e n i e t meer de v o l l e b r e e d t e b e z i t . De t a n k zou z i c h ook erg l a a g i n h e t s c h i p bevinden» Voor een o p t i i M i l e w e r k i n g van een s l i n g e r d e m p i n g s t a n k i s een h o o g g e l e g e n , m i d s c h e e p s c o m p a r t i m e n t d a t z i c h o v e r de g r o o t -s t e b e -s c h i k b a r e b r e e d t e u i t -s t r e k t h e t g u n -s t i g -s t . Daarom werd a l -s derde m o g e l i j k h e i d een f i c t i e v e t a n k op h e t C-dek g e k o z e n , m i d s c h e e p s g e l e g e n en z i c h u i t s t r e k k e n d o v e r een l e n g t e van k s p a n t e n . De b i j z o n d e r h e d e n van de d r i e positiès z i j n v e r m e l d i n punt 5» Van de l a a t s t e m o g e l i j k h e i d mag h e t g r o o t s t e e f f e c t worden v e r w a c h t en a l l e e n h i e r v o o r i s de v e r e i s -t e w a -t e r d i e p -t e b e p a a l d en de i n v l o e d van de -t a n k op de s l i n g e r b e w e g i n g van h e t s c h i p n a g e g a a n . De r e s u l t a t e n worden gegeven i n 4.

2 -2 , B e l a d i n g s t o e s t a n d voor w e e r s c h i p "Cumulus", B e l a d i n g s t o e s t a n d voor s t a t i o n t o e s t a n d , h a l v e r w e g e een A - r e i s Deplacement 1968,4 t o n Volume ( =1,025) 1920,4 ^ KM 5,836 m KG GM ( o n g e c o r r i g e e r d ) G M - c o r r e c t i e v o o r s l a c k e t a n k s GM ( g e c o r r i g e e r d ) Diepgang g e m i d d e l d T r i a ( t o t a a l ) D w a r s t r a a g h e i d s s t r a a l k ( g e s c h a t 0,38 B ) c a , 5.120 B 0,716 a 0,145 m ( z o n d e r a n t i - s l i n g e r t a n k c o r r e c t i e ) 0,571 m 4,578 m 0,75 • a c h t e r o v e r . 0 4,75 R e s o n a n t i e f r e q u e n t i e : = 4^ = "^"^'^^.l'^'' -₄₇₇₅ ^ = 0,498 s e c -Eigen p e r i o d e ^0-

₍₀₀

3c De p o s i t i e van de a n t i - s l i n g e r t a n k .

M o g e l i j k h e i d 1»

De open r u i m t e onder h e t D -dek. T o t a l e l e n g t e v a n s p a n t 72 t o t

• p a n t 94; 22 x 0,60 = 13,20 m» Te v e r d e l e n i n 3 t a n k s t u s s e n s p a n t 72 en 90; de r e s t e r e n d e r u i m t e i s t e k l e i n om n u t t i g t e z i j n .

OBéat n i e t bekend i s hoe hoog h e t w a t e r komt t e s t a a n , wordt s t e e d s de bodemmaat a l s t a n k b r e e d t e aangehouden. I n l e n g t e r i c h t i n g wordt g e -m i d d e l d e geno-men.

Tank 1: = 5 , 2 ? + 4,28 = 9 , 5 5 » ; = T M k 2 : b^ = 4, 2 8 - ^ 3 , 2 0 = 7,48»; = Tank 3- b^ = 3 f 2 0 2 ,02 = 5,22E ; = CO^ = 0,498 sec"''» -2,11m; s^/b^ = - 0 , 2 2 -2,01m; S2/b2 = - 0 t 2 7 -1,90m; s ^ / b ^ = - 0 , 3 6 CO ii 0 y - j - = 0 , 4 9 8 x 0 , 9 8 6 7 = 0,491 = 0 , 4 9 8 x 0 , 8 7 3 2 = 0,435 ^ = 0 , 4 9 8 x 0 , 7 2 9 5 = 0,363.

0 Y I

\; De t o t a l e r u i m t i s t e v e r d e l e n i n twee t a n k s . De OM r e d u c t i e b e d r a a g t 0,282m.

4

a^/b^ = - 0 , 3 2 ; a a n t e houden -0,4o.

= 0 , 4 9 8 x 1 , 0 5 7 = 0 , 5 2 6 . Tank 2 : b^ = 5 , 2 5 -t- 4, 6 2 = 9 , 8 7 m . I 2 3, 0 0 i B . - 3 , 5 2 m . ^2^^2 ~ " 0 , 3 6 ; a a n t e houden -0,40. ^ 0 l / ? 0 , 4 9 8 x 1 , 0 0 3 = 0 , 4 9 9 . M o g e l i . i k h e i d 3 . Een f i c t i e v e t a n k o v e r de v o l l e b r e e d e t u s s e n h e t B» en h e t C-dek; m i d s c h e e p s g e l e g e n o v e r een l e n g t e van 4 s p a n t e n ( 2 , 4 0 m ) . b = 1 2 , 5 0 m . 1 = 2,40B. s = 6 , 8 5 - 5 , 1 2 = + 1 , 7 3 m . s/b = + 0 , 1 4 ; a a n t e houden + 0 , 1 0 . = 0 , 4 9 8 x 1 , 1 2 9 = 0 , 5 6 2 . De r e d u c t i e v a n GM b e d r a a g t : voor 1 = 2,40m 0 , 2 0 4 m v o o r 1 = 3 , 6 0 m O,305m voor 1 = 4,8aB 0 , 4 0 7 m ,

4. R e s u l t a t e n van de b e r e k e n i n g e n voor de derde m o K e l i j k h e l d o

De w a t e r h o o g t e werd b e p a a l d op 50 cm (h/b = 0 , 0 4 ) D i t b e t e k e n t een t a a k i n h o u d van l b h = 15m^; 15 t o n w a t e r i s 0,76?J van h e t d e p l a c e m e n t .

Aan de b e r e k e n i n g van h e t dempend e f f e c t van de t a n k l i g g e n de v o l -gende v e r o n d e r s t e l l i n g e n t e n g r o n d s l a g :

a o Het s c h i p v o e r t een z u i v e r e , h a r m o n i s c h e s l i n g e r b e w e g i n g u i t om een l a n g s s c h e e p s e a s door h e t s c h e e p s z w a a r t e p u n t . b o De g o l v e n z i j n langkammig en komen d w a r s s c h e e p s i n ; ze z i j n z o w e l r e g e l m a t i g a l s o n r e g e l m a t i g aangenomen. c . De beweging van h e t s c h i p z o n d e r s l i n g e r d e m p i n g s t a n k i s e q u i v a l e n t aan een l i n e a i r m a s s a - v e e r s y s t e e m . De m a s s a - t r a a g h e i d s s t r a a l i s aangenomen op 0,38B en de d i m e n s i e l o z e dempingscoëfficiënt op 0,10.

d. Het opwekkend moment (golfmoment) i s g e s c h a t met b e h u l p van de

F r o u d e - K r i l o f f h y p o t h e s e . De g r o o t t e i s dan 4 GM. OC^^; A = d e p l a c e m e n t ; GM = m e t a c e n t e r h o o g t e z o n d e r c o r r e c t i e voor s l i n g e r t a n k ; 01^= g o l f -h e l l i n g , aangenomen op 0,02 en 0,03 r a d . , d a t i s 1,15 en 1,72 g r a a d ; OCi^ts c o n s t a n t gehouden o v e r h e t g e h e l e f r e q u e n t i e - g e b i e d o De r e s u l t a t e n voor r e g e l m a t i g e d w a r s s c h e e p s e g o l v e n z i j n gegeven i n b i j g a a n d e f i g u u r . Ze z i j n w e e r g e g e v e n a l s s l i n g e r h o e k t e g e n g o l f f r e q u e n t i e o f g o l f l e n g t e . De s c h e e p s s n e l h e i d s p e e l t b i j de gemaakte v e r o n d e r -s t e l l i n g t n geen r o l ; de f i g u u r g e l d t ook voor -s n e l h e i d n u l .

De d w a r s s c h e e p s e v e r s n e l l i n g e n t e n g e v o l g e van h e t s l i n g e r e n z i j n : r 0 ^ £ O ^ , w a a r i n : r = v e r t i c a l e a f s t a n d t o t de s l i n g e r a s , 0 = a m p l i t u d e van de s l i n g e r b e w e g i n g , (Ai = f r e q u e n t i e " " "

Het r a d a r p l a t f o r m b e v i n d t z i c h o n g e v e e r op een hoogte van l O m boven h e t z w a a r t e p u n t . I n de f i g u u r i s nu t e v e n s een l i j n g e t e k e n d w a a r v o o r de d w a r s s c h e e p s e v e r s n e l l i n g e n op deze hoogte 0,05 g b e d r a g e n ; boven deze l i j n z i j n de v e r s n e l l i n g e n g r o t e r , e r o n d e r l a g e r .

6

-T a b e l 1

g o l f - g r o o t s t e . ,. g r o o t s t e

r e d u c t i e ^ u u i - a u c r e d u c t i e

h e l l i n g s l i n g e r h o e k dWo v e r s n e l l i n g z o n d e r t a n k met tank z o n d e r t a n k «et t a n k

I . I S " 11,5° 4 , 8 ° 5 8 ^ 0 , 5 0 m / 8 e c ^ 0,08m/8ec^ Sk% 1,72° 17,2° 7,3° 5 8 ^ 0,74 m/sec ^ 0 , l 6 m / 8 e c ^ 78% Met b e h u l p van de b e r e k e n i n g e n i n r e g e l m a t i g e g o l v e n i s v e r v o l g e n s de s i g n i f i c a n t e s l i n g e r h o e k i n o n r e g e l m a t i g e g o l v e n , b e p a a l d door h e t t h e o -r e t i s c h e Neumann-spect-rum, b e -r e k e n d . De s i g n i f i c a n t e s l i n g e -r h o e k i s h e t g e m i d d e l d e van h e t d e r d e d e e l v a n a l l e s l i n g e r h o e k e n , d i e h e t g r o o t s t e z i j n . T a b e l 2 g e e f t de resultaten» T a b e l 2, w i n d s n e l h e i d s i g n i f i c a n t e s l i n g e r h o e k z o n d e r t a n k met t a n k 24 kn. 7,6° 5,0° 30 kn. 17,4° 8,1°

E r wordt met n a d r u k op gewezen d a t a l l e r e s u l t a t e n a l l e e n o n d e r l i n g v e r g e l i j k e n d e waarde hebben en n i e t a b s o l u u t geïnterpreteerd mogen wor-den»

5c B e n a d e r i n g van h e t e f f e c t van de t a n k voor de b e i d e a n d e r e m o g e l i j k -heden.

Het tankmoment i s e v e n r e d i g met b ^ l ; door een g e m i d d e l d e b r e e d t e a a n t e nemen kan d a a r u i t een ruwe s c h a t t i n g worden gemaakt v a n de orde van g r o o t t e van h e t tankmoment i n de b e i d e a n d e r e g e v a l l e n .

P o s i t i e 1: b = 7,48m (gem.) 1 = 10,80m

/ 7,48 ,3 10.80 ^ ,

van h e t tankmoment met c a . 20%,

I n t o t a a l b l i j f t e r c a . ( 0, 8 0 x 0,96) x lOOJii = 7 5 % van k«t tankmoment van p o s i t i e 3 over»

P o s i t i e 2o' b = 1 0, 4 l m (gem.) 1 = 5,70m

( l O i i i l ) ^ X ^ - 1 5 6 ^ 1 2 ,5 0 ^ ^

27ÏÏÖ ~ ''^^

s/b = -0,40 i . p . v . + 0, 1 0 ; de a f s t a n d d a a r d o o r i s c a . 25 a

Het tankmoment i s dan i n t o t a a l o n g e v e e r g e l i j k aan d a t van p o s i t i e 3o

A f g e z i e n van de i n v l o e d op de g r o o t t e van het tankmoment wordt de omvang van h e t f r e q u e n t i e - g e b i e d ook n a d e l i g beïnvloed a l s de t a n k z i c h l a a g i n het s c h i p b e v i n d t . De u i t w e r k i n g van de t a n k i n deze p o s i t i e s z a l dan ook o n g e t w i j f e l d wat minder z i j n dan de onder punt 4 v e r -melde resultaten»

6„ P r a c t i s c h e m o g e l i j k h e d e n .

De Q M - v e r l i e z e n , d i e o p t r e d e n t e n g e v o l g e van een s l i n g e r t a n k i n é é n van de d r i e genoemde p o s i t i e s , l i g g e n t u s s e n de 20 en 30 cm. A l s aan de s t a b i l i t e i t s e i s e n van m i n i m a a l 54 cm OM moet worden v a s t g e h o u d e n i s e r dan ook geen e n k e l e m o g e l i j k h e i d om een s l i n g e r d e m p i n g s t a n k te overwe-gen» Het s c h i p h e e f t i n de beschouwde b e l a d i n g s t o e s t a n d een GM van 57 cm, z o d a t e r s l e c h t s een r e d u c t i e van 3 cm kan worden toegestaan»

B i j een e v e n t u e e l nieuw t e bouwen s c h i p kan deze s i t u a t i e g e h e e l a n -d e r s l i g g e n en moet -de i n s t a l l a t i e van een s l i n g e r t a n k opnieuw wor-den be z i e n aan de hand van de g e g e v e n s voor dat s c h i p . E e n hoog, m i d s c h e e p s c o m p a r t i m e n t v e r d i e n t d a a r b i j s t e r k de v o o r k e u r . Het C-dek, z o a l s h i e r beschouwd, i s de b e s t e p l a a t s , maar ook h e t D-dek komt i n aanmerking» De v e r t i c a l e p o s i t i e s/b d a a l t dan van +0,10 t o t 0 , 0 5 , wat een v e r m i n -d e r i n g van h e t tankmoment met 5 a 1 0 % meebrengt. De s l i n g e r b e w e g i n g van h e t s c h i p wordt dan i e t s o n g u n s t i g e r dan de gegeven b e r e k e n i n g e n , t o n e n .

E r wordt nog op gewezen d a t h e t w e i n i g z i n h e e f t de GM v o o r een nieuw s c h i p o p z e t t e l i j k hoog t e maken om een a n t i - s l i n g e r t a n k toe t e kunnen p a s s e n . Het s t i j v e r e s c h i p z a l op z i c h z e l . r i n d e r g u n s t i g e s l i n g e r e i g e n s c h a p p e n b e z i t t e n en een d e e l van h e t e f f e c t van de t a n k z a l n o d i g z i j n om d a t weer t o t r e d e l i j k e p r o p o r t i e s t e r u g t e brengen»

8

-I e t s a n d e r s i s h e t u i t e r a a r d a l s h e t s c h i p t . g . v , op z i c h z e l f nood-z a k e l i j k e w i j nood-z i g i n g e n een g r o t e r e OM nood-zou k i ^ i j g e n . Toch nood-z a l m i n s t e n s een d e e l van h e t G K - v e r l i e s van een s l i n g e r d e m p i n g s t a n k m o g e l i j k moeten worden door een l a g e r e minimum-waarde. De r e s u l t a t e n tonen aan d a t de t o e p a s s i n g van een d e r g e l i j k e t a n k dan een g u n s t i g e u i t w e r k i n g op h e t s l i n g e r e n heeft» b - t a n k b r e e d t e B - s c h e e p s b r e e d t e g - v e r s n e l l i n g van de z w a a r t e k r a c h t h - w a t e r d i e p t e i n de s l i n g e r d e m p i n g s t a n k k0 - d w a r s t r a a g h e i d s s t r a a l 1 - t a n k l e n g t e

r v e r t i c a l e a f s t a n d van een punt i n h e t s c h i p t o t h e t s c h e e p s -zwaartepunt»

s - v e r t i c a l e a f s t a n d van de bodem van de t a n k t o t h e t z w a a r t e p u n t G . ( p o s i t i e f i n d i e n de t a n k boven G ) . T^ - r e s o n a n t i e - p e r i o d e i n s l i n g e r e n ^0 = m~ r e s o n a n t i e -2 T - f r e q u e n t i e i n s l i n g e r e n

co

X