Rapport evaluatie nautisch onderzoek havenmond van Hoek van Holland

I

I

I

I

I

I

I

I

I

-I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

VW-HAV-

Postum-1538

1979

NEDERLANDS SCHEEPSBOUWKUNDIG PROEFSTATION

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Rapport No. Ol091-1-MS

VAKGROEP

NATERBOUWKUNDE

Afd. Civiele Techn'ek TH D~lft

RAPPORPAGE EVALUATIE

NAUTISCH ONDERZOEK

1f,4//é IVl7o/y7) #",6

e

I/A#

#".,e

..c..4;1'~

December 1979

EINDRAPPORT

I

,

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG

PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport Uo. 01091-1-HS

I

I

RAPPORTAGE EVALUATIE NAUTISCH ONDERZOEK

I

I

N.S.P. Opdracht No. M 01091

I

I

I

Ter afronding van het voor de Afdeling

Haven-monden van de Rijkswaterstaat, Direktie

Beneden-rivieren verrichte nautische onderzoek werd een

samenvattende rapportage en evaluatie uitgevoerd.

I

I

I

In opdracht van: Rijkswaterstaat

Direktie Benedenrivieren

Postbus 137

3300 AC DORDRECHT

I

Samengesteld door: Ir. A. Postuma, K. Meurs en

Drs. P.J. payrnans

Dr. Ir. J.P. Hooft.

Goedgekeurd door

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG _{Rapport No. 01091-1-MS} BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN 1

I

I

INHOUD: Blz.

1. INLEIDING 2

2. SAMENVATTING ANALYSE EN EVALUATIE VAN HET NAUTISCH ONDERZOEK 5

I

2.1 Fysisch-hydrodynamisch onderzoek met schaalmodellen 5

I'

J

I

2.2 Empirisch onderzoek aan het gedrag van het

mens-schip-omgeving systeem 8

3. BESCHRIJVING VAN HET NAUTISCH ONDERZOEK 11

3.1 Verkennend onderzoek 11

3.2 Voorbereidend onderzoek 11

I

3.3.0nderzoek3.4 Onderzoek ten behoevein verband metvande realisatiede realisatie 2432

I

3.5 Onderzoek naar de uitbreiding van de bereikbaarheid 46

3.6 Overige onderzoeken 80 4. REFERENTIES 88

I

I

BIJLAGE I

I

I

Overzicht van het nautisch onderzoek, samengevat

naar doel, proefopzet en resultaten. 95

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ.

PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-MS 2

I

1. INLEIDING

I

I

I

I

Ten behoeve van de bouw van de nieuwe havenmond nabij Hoek van

Holland, de definitieve toegang naar Europoort en de aanleg van de

naderingsgeul voor diepstekende schepen, is in de periodè van

1960 tot heden veel onderzoek verricht. Als onderdeel van de

af-sluiting van de werkzaamheden wordt een samenvattende rapportage

én evaluatie gemaakt van alle "hiertoe verrichte nautische

onder-zoekingen. Het onderhavige rapport behandelt daartoe dat gedeelte

van de uitgevoerde onderzoeken, dat verricht werd door/bij het

Nederlands Scheepsbouwkundig Proefstation te Wageningen. In 1975

werd hiertoe opdracht ontvangen van de Rijkswaterstaat, Direktie

Benedenrivieren in de brief d.d. 25 mei 1975, nr. 1513 van de

Afdeling Havenmonden. Welke plaats deze onderzoeken hebben

inge-nomen in het totaal van de onderzoeksaktiviteiten van de door de

Rijkswaterstaat speciaal voor genoemde havenwerken opgerichte

afdeling Havenmonden, moge blijken uit het volgende overzicht:

I

I

I

1. Verkennend onderzoek

In dit stadium, tot 1961, zijn voorontwerpen voor de nieuwe

havenmond ontwikkeld waartoe enkele onderzoekingen zijn

ver-richt. Daarna werd in 1961 voor een principe-ontwerp van de

gekombineerde havenmond gekozen.

2. Voorbereidend onderzoek

Dit is een overgangsstadium naar een meer definitief ontwerp

van de havenmond, dat lag in de periode 1961-1966.

Tijdens dit stadium is het Europoort bekken verwezenlijkt en

daarna kwamen de eerste schepen via een tijdelijke toegang

binnen en begonnen de onderzoeken bij ondermeer: het N.S.P.

en het W.L.

In het eerste onderzoek bij het N.S.P. is bekeken of de reeds

bekende onderzoekresultaten van vertikale scheepsbewegingen

op diep water bruikbaar zijn voor de ondiep water situatie~

De daarop volgende onderzoeken naar vertikale scheepsbewegingen

en manoeuvreereigenschappen zijn uitgevoerd aan een 100.000 DWT

tanker.

I

I

"I

I

I

"I

I

I

I

I

'I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

-I-I

I

I

I

I

I

BLZ. NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG

PROEFSTA TlON WAGENINGEN _{Rapport No. 01091-1-MS 3}

3. Onderzoek ten behoeve van de realisatie

Het onderzoek in dit stadium, 1966-1968, was gericht op de

volgende twee aspecten:

a. fundamenteel,

onderzoek naar en vastleggen van basisgegevens

b. ten behoeve van de dimensionering,

onderzoek naar de practische toepassing van de basisgegevens.

In deze periode is, met behulp van de uit het voorbereidende

onderzoek verkregen inzicht in meetmethodieken en in het opzetten

van modelonderzoeken, een principe onderzoek naar het gedrag van

een 200.000 DWT tanker varend onder diverse omstandigheden

uit-gevoerd.

4. Onderzoek in verband met de realisatie

In het onderzoeksstadium, 1968-1971, liepen diverse

onderzoeks-activiteiten parallel aan ontwerp, realisatie en

gebruiksacti-viteiten waarbij plaats was voor een onderlinge uitwisseling

van gegevens van verschillende aspekten. Het uitgevoerde

onder-zoek was vooral gericht op:

1. de vorm van de definitieve toegang tot Europoort.

Dit vormgevingsonderzoek is opgezet voor drie tankers; een

200.000 DWT, een 300.000 DWT en een 500.000 DWT tanker.

2. de gevoeligheid van de ontworpen 62/65' toegankelijkheid

voor een' verdere vergroting in tankerafmetingen.

5. Onderzoek in verband met uitbreiding van de bereikbaarheid

Dit is het afbouw stadium van al het onderzoek dat in verband

met de bouw van de havenmond is verricht en het richtte zich

op uitbreiding van de bereikbaarheid van de havenmond in de

periode van 1971 tot heden.

Het onderzoek in dit stadium is begonnen met een modelonderzoek

naar de wijze waarop grote tankers de manoeuvre in verband met

de overgang in de lichtenlijn kunnen uitvoeren. De andere

onder-zoeken in het kader van uitbreiding van de bereikbaarheid zijn

uitgevoerd op de Manoeuvreer Simulator en zijn onderzoeken

ge-weest naar onder meer de aard en presentatie van het positie

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. Ol091 ....1-HS 5

I

I

I

I

2. SM-1ENVATTENDE ANALYSE EN EVALUJl..TIEVAN HET NAUTISCH ONDERZOEK

I

I

Het onderzoek dat door het N.S.P. in de verschillende fasen van

de realisatie van de nieuwe havenmonden werd uitgevoerd kan naar

de aard van de toegepaste methodieken in twee groepen worden

onder-verdeeld. Eén groep bevat het onderzoek waarbij gekozen is voor

metingen aan schaalmodellen van schepen in een fysisch model van

de vaarsituatiei deze onderzoeken worden geëvalueerd in de

navolgen-de paragraaf 2.1. Een tweede groep, behandeld in paragraaf 2.2,

omvat onderzoeken welke meer gericht zijn op de bestudering van

het integrale gedrag van het "mens-schip-omgevings syteem", waarbij

inschakeling van een scheepsmanoeuvreersimulator werd geprefereerd.

I

I

-I

I

I

I

De centrale doelstelling van het fysisch-hydrodynamisch onderzoek,

dat door het N.S.P. werd uitgevoerd, betrof een verbreding en een

verdieping van de kennis over de eigenschappen van grote schepen

in beperkte vaarwaters. Door de snelle en aanzienlijke

schaalver-groting van de schepen in de zestiger jaren, traden grote lacunes

op in de kennis van de hydrodynamische eigenschap~en, vooral met

betrekking tot de invloed op het scheepsgedrag van in breedte en

diepte bêperkt vaarwater. Nadat in een eerste onderzoek [IJ werd

vastgesteld dat de eigenschappen van een 100.000 DWT tanker, zoals

beproefd in diep en onbeperkt breed vaarwater, zich niet eenvoudig

laten vertalen naar ondiep "later omstandigheden, werd in een ui

t-gebreide serie modelproeven de benodigde kennis verzameld. r-1etingen

in regelmatige golven en berekeningen van het gedrag in

onregelma-tige golven gaven een voorsrelling van de relaties tussen verticale

scheepsbewegingen en scheepssnelheid, inclusief effecten als squat

en vertrimming [SJ.

I

I

I

I

I

I

•

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. OlO91-1-MS 4

I

I

I

I

Vanwege de grote hoeveelheid en de uitgebreidheid van de

onder-zoeken werd bij de samenstelling van dit rapport gekozen voor een

indeling, waarbij in eerste instantie (Hoofdstuk 2) een

samenvat-tende analyse en evaluatie van het nautisch onderzoek wordt

ge-geven, gevolgd door een meer gedetailleerde rapportage en evaluatie

van de afzonderlijke onderzoeken, conform de bovengegeven fasen

van het onderzoek (Hoofdstuk 3).

I

I

I

I

I

I

I

I

·1

I

I

I

I

I

•

I

I

NEDERLANDSCH

SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-HS 6

I

I'

I

I

Modelproeven in een gesimuleerd 630 m breed kanaal, stopproeven

en vaarbaanmetingen in verschillende bochten bij constante

roer-hoeken leverden basisgegevens voor de voorspelling van het gedrag

van een 100.000 DWT tanker bij het aan- en binnenlopen van een in

breedte en diepte beperkte havenmond [2J. De belangrijkste

resul-taten van deze proeven kunnen als volgt worden samengevat:

_ verticale scheepsbewegingen, waaronder effecten als sguat en

vertrimming, hangen af van de scheepssnelheid, en vaak ook van

de golfhoogte

- diepgang neemt toe bij toenemende vaart en afnemende waterdiepte

- oevereffecten hàngen af van de vaart en de waterdiepte, en

beln-vloeden tevens de diepgangsvermeerdering

- er kan een theoretische afstand van de oever gevonden worden,

zo-danig dat een gemiddelde roerhoek van 150 de oevereffecten kan

compenseren

- stopwegen en het volgen van gekromde vaarwatergedeelten hangen

af van de waterdiepte en het gebruik van roer

_ waterdiepte en scheepssnelheid hebben grote invloed op de

manoeuvreereigenschappen.

De modelproefprogramma's met een 100.000 DUT tanker riepen met

name op twee aspecten duidelijke twijfels op: de betrouwbaarheid

van de stopproefresultaten en de regeltechnische simulatie van het

gedrag van een roerganger. Wat de stopproeven betreft, leverden

proeftochtmetingen aan boord van drie 80.000 DWT tankers stopwegen

op, die 20% of meer korter vlaren dan de uit de nodelproeven

bereken-de afstanden. Verschillen in meetomstandigheden en stopprocedures

speelden hierbij vermoedelijk een belangrijke rol. Wat de

naboot-sing van het gedrag van de roerganger betreft, moest door het

ont-breken van kennis op het gebied van het mens-gestuurde schip, worden

volstaan met een zo goed ~ogelijk opgestelde mathematische

trans-fer functie. riet een dienovereenkomstig ingestelde stuurautomaat

konden een aantal proeven met fysische modellen wel basisgegevens

over het scheepsgedrag leveren, doch niet een juiste voorspelling

van de besturings- en manoeuvreermogelijkheden in het betreffende

vaargebied geven.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

•

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No. 01091-1-MS 7}

.

I

I

I

In deze lacune werd in een later stadium door andere

onderzoeks-methoden voorzien.

De verbreding van de verworven inzichten in het gedrag van grote

schepen in beperkt vaarwater werd gerealiseerd door een uitgebreid

onderzoek naar het gedrag van een 200.000 DWT supertanker. Dit

modelonderzoek imvatte vrijvarende en door middel van

stuurauto-maten gecontroleerde proeven in regelmatige en onregelmatige golven

en onder invloed van stroom. Na vergelijking met ervaringen aan

boord van supertankers kan als belangrijkste resultaat gesteld

worden dat bij varen met relatief hogere snelheden in een geul

onder variërende omstandigheden, zoals die in het kustgebied

nabij Hoek van Holland voorkomen, het aanhouden (aan boord) van

keelclearances van 10% en minder aanleiding kan geven tot

situa-ties waarbij het schip moeilijk onder kontrole kan worden gehouden

zowel uit oogpunt van manoeuvreerbaarheid alsook uit oogpunt

van een grotere gevoeligheid voor diepgangsvermeerdering en

hier-uit resulterende kans op bodemcontact en om die reden ontraden

moet worden,

[10J.

In het kader van het bepalen van de definitieve

toegang tot Europoort werd vervolqens modelonderzoek uitqevoerd

waarbij gedetailleerder naar het manoeuvreergedrag van supertankers

wer gekeken

[lIJ.

De volgende aspekten werden daarbij betrokken en

gekwantificeerd:

relaties tussen roerhoek en koershoeksnelheid

(dynamische stabiliteit)

_ gegevens over roereffectiviteit, toerental, baan van het schip,

vaart en drifthoek, mede ten gevolge van de vaarweggeometrie en

automaatinstelling

- invloed uitwendige verstoringen, inclusief oevereffecten

- nautisch gedrag van het (automatisch) gestuurde schip

- benodigde vaarbaanbreedtes en bochtstraaladviezen

_ overgangsmanoeuvre van 82,50 naar 1120 lichtenlijn.

De laatste drie aspecten brachten opnieuw aan het licht, dat waar

het fysisch-hydrodynamisch onderzoek zeer succesvol was (en is) in

het diepgaand onderzoeken van de inherente eigenschappen van een

schip onder uiteenlopende omstandigheden, de toepassing van deze

methoden op nautisch-, navigatorisch- en besturingsproblematieken

ontoereikend genoemd moeten worden door het ontbreken van een

ade-quate simulatie van het menselijk gedrag.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG

BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-MS

8

I

I

Het binnenvaren van diepstekende tankers in Europoort wordt mede

bepaald door de beschikbare keel-clearance, die gemeten ten

opzichte van de bovenkantsliblaag tenminste 10% van de diepgang

moet bedragen.

Na tijden van grote aanslibbing kan dit kriterium leiden tot een

incidenteel invaarverbod. Dit is de aanleiding geweest om door

middel voor modelonderzoek de invloed van een sliblaag op het

manoeuvreergedrag van een representatieve 200.000 DWT-tanker te

bepalen. In een groot aantal kondities zijn statische en dynamische

reakties van een scheepsmodel varend boven een sliblaag gemeten.

Hieruit zijn de koëfficiënten van de bewegingsvergelijkingen

bepaald, waarmee diverse standaardmanoeuvres berekend worden.

Bij varen boven of in slib bleek dat voor behoud van de snelheid

een hoger schroef toerental nodig te zijn en dat de squat en trim

afnemen. Verder is te zien dat er op de grenslaag van slib en

water een interne golf gaat lopen.

De resultaten van het manoeuvreren boven slib hangen af van

keel-clearance, slibeigenschappen, aanvangssnelheid, toerental en

roeruitslagen. Vergelijking met een slibloze konditie geeft bij

varen boven of in slib enerzijds grotere draaicirkels te zien doch

anderzijds een schip dat vlotter van koers kan veranderen. De

onderkenning van de betekenis van de verkregen uitkomsten van dit

slib-manoeuvreeronderzoek voor de vaarpraktijk in de definitieve

toegang vraagt om een geavanceerde beoordeling, waarvan de behoefte

aan aanvullend onderzoek op voorhand niet is uit te sluiten.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Het leidt geen twijfel, dat het door het N.S.P. uitgevoerde

modelonderzoek naar het gedrag van supertankers in de

omstandig-heden zoals die gelden voor het aan- en binnenlopen van Europoort

in een kort tijdsbestek een schat aan hydrodynamische inzichten

heeft gegenereerd, daarmee de Rijkswaterstaat gefundeerde

infor-matie en adviezen in handen gevend voor een evenwichtige,

efficiënte en veilige realisatie van de nieuwe havenmond.

I

I

I

I

2.2

~~E!~!ê~~_~~~~~~~~~_~~~_~~~_g~~~~g_~~~_~~~_~~~ê=~~~!E=~~g~~!~g

.êY~~~~~

I

Toenhavenmondeenmaalvaststond,de definitieveontwikkeldevorm en afmetingenzich een geleidelijkevan· de nieuwe

verschui-ving van het begeleidend onderzoek in de richting van de

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-MS ₉

I

I

_{Aangezien deze verschuiving naar het feitelijk gebruik van het}

vaarwater meer aandacht eist van nautische en navigatorische aard

en reeds eerder gebleken was dat modelonderzoek aan deze aspecten

geen recht kan doen, werd besloten de onderzoeksmethodiek van de

real time simulatie te gebruiken. De eerste onderzoeken warer er op

gericht het gedrag van het schip-loods-roerganger systeem te leren

kennen, met als belangrijkste factor de wijze van positie-informatie.

Deze simulatorproeven "gevoeligheidsaspecten van

navigatie-hulp-middelen" leverden voorspellingen op ten aanzien van het gedrag

van door de mens gestuurde supertankers onder invloed van

automati-sche walradarsystemen , d.ecca-patroon, optredende skyware[ 15J

waar-bij ook de taakbelasting van de loods onder uiteenlopende

omstan-digheden werd onderzocht [16J. De veronderstelling dat mede door

de fysische onmogelijkheid van het volgen van een knik in de

gelei-delijn, een gekromde, electronisch gegenereerde, en aan de loods

gepresenteerde geleidelijn gemakkelijker zou kunnen worden gevaren,

werd na uitgebreide proeven noch geverifiëerd noch gefalsificeerd

[18J. Het op grond van deze resultaten ontwikkelde EKP prototype

(Electronisch Kanaal Presentatie) werd in vele later uitgevoerde

simulatoronderzoeken uitgebreid getest, waarbij gemiddeld genomen

geen duidelijk positief of negatief resultaat kon worden gevonden.

In het kader van een mogelijke uitbreiding van de bereikbaarheid

van de haven werden simulatorproeven uitgevoerd naar de

operatione-le randvoorwaarden voor het manoeuvreren in een lange, (30 mijl)

smalle (600 m) geul, geprojecteerd in het verlengde van de 1120

lichtenlijn. Uit een eerste onderzoek [19J bleek dat langdurige

geulvaart (3~ uur) in een dergelijk vaarwater nautisch verantwoord

kon worden geacht. Een volgende serie simulatorproeven betrof

daar-op de mogelijkheid andere geulgebonden schepen in een dergelijk

vaarwater in tegengestelde richting te ontmoeten.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Noot: in meer indirekt verband tot het projekt nieuwe havenmond

werden ook proeven uitgevoerd voor het elkaar oplopen van

twee geulgebonden tankers; hierop zal in dit rapport niet

worden ingegaan.

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No. 01091-1-HS 10}

I

I

I

I

I

Speciaal voor dit type onderzoek werden in modelproeven de

gecom-pliceerde hydrodynamische interaktiekrachten tussen twee elkaar

nadere~de supertankers gemeten (dichtheid 1,2).

Als resultaat van de simulatorproeven kon worden geconcludeerd, dat

een 200.000 DWT en een 450.000 DWT (restricted draft) tanker elkaar

veilig tegemoetkomend kunnen passeren, althans in de onderzochte

omstandigheden [20] en [21J.

I

I

I

Een andere serie simulatorproeven betrof het gedrag van grote

geulgebonden schepen, die Europoort verlaten ((22] t/m (25J) .

Onder de onderzochte omstandigheden welke ook extreme wind- en

stroomcondities omvatten, konden geen nautisch onveilige situaties

gelsoleerd worden, zodat de oorzaken van de in dergelijke situaties

gesignaleerde strandingen en near misses elders gezocht moesten

worden. Een vergelijking met metingen in de werkelijkheid

(ge-durende vaarten die volgens een identieke vaarinstruktie werden

uitgevoerd) leverde goede resultaten op, met uitzondering van de

roerhoek registratie.

Samenvattend kan gesteld worden, dat de uitgevoerde

simulatoronder-zoeken het mogelijk hebben gemaakt, dat de nautische en

navigato-rische consequenties van de nieuwe hav enmorid al tijdens de

ont-werpfase van de 6~, 63 en 72/75' bereikbaarheid als integraal

aspect van de activiteiten van de Afdeling Havenmonden van de

Rijkswaterstaat nader onderzocht konden worden. Momenteel wordt

simulatoronderzoek tevens in belangrijke mate ten behoeve van de

dimensionering van havens en vaarwegen toegepast, hetgeen ten tijde

van de dimensionering van de 53,57 en 62' bereikbaarheid nieuwe

havenmonden nog niet mogelijk was. Desalniettemin heeft de

ge-bruikte onderzoeksmethode zijn waarde bewezen in al die

proble-men waar de onderlinge afstemming van vaarweg, schip, mens en

om-geving onder heersende of te verwachten bedrijfsomstandigheden

essentieel wordt geacht voor een veilig en efficiënt havenbedrijf.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No.}

o

_{109 1- 1-!·1S} 11

I

I

I

I

3. BESCHRIJVING VAN HET 'NAUTISCH ONDERZOEK

I

In dit hoofdstuk worden de door het NSP voor de Rijk swa t.er-st aat ,

Directie Benedenrivieren uitgevoerde onderzoeken afzonderlijk

beschreven. Deze beschrijving omvat allereerst het doel en de

methode van onderzoek, gevolgd door de belangrijkste resultaten

en de relaties met eerder onderzoek. vlaar noodzakelijk, wo rdt;

tevens de evaluatie van het onderzoek gegeven, waarbij vooral de

methode van onderzoek en de waarde van de resultaten voor

toepas-sing op de activiteiten van de opdrachtgever nader beschouwd worden.

Bij de beschrijving van de afzonderlijke onderzoeken is de indeling

aangehouden, zoals die in Hoofdstuk 2 (Inleiding) werd gegeven ten

behoeve van een totaal-overzicht van de door de afdeling Havenmonden

gepleegde onderzoekactiviteiten.

I

I

I

I

I

3.1. Verkennend onderzoek

I

I

I

Gedurende dit stadium van de werkzaamheden ten behoeve van de nieuwe

havenmond vierden geen onderzoeken door het Nederlands

Scheeps-bouwkundig Proefstation uitgevoerd.

I

3.2. Voorbereidend onderzoek

I

I

Zoals reeds in de inleiding is gemenoreerd, zij n de iJSP

onder-zoeken ten behoeve van de bouw van de nieuwe havenmond begonnen

met een onderzoek

[IJ

van de verticale scheepsbewegingen voor

diep en voor ondiep water. Voor diep water is het verband tussen

de golfafmetingen en de scheepsbewegingen te schatten uit

beschik-bare literatuur. De invloed van de waterdiepte op deze

overdrachts-functie was echter niet bekend. Er is een serie proeven uitgevoerd,

bij scheepssnelheid nul, op diep en ondiep viater met een 100.000

DWT tanker.

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No. 01091-1-HS 12}

I

I

I

I

I

Het doel van deze proeven was te onderzoeken of de gegevens voor

diep water bereikbaar zijn voor ondiep water.

De proeven tonen aan, dat het niet mogelijk is om de resultaten

van proeven op diep water te gebruiken voor de berekening van

scheepsbewegingen op ondiep water. Wel kan uit deze proeven worden

opgenerkt, dat de noodzakelijke diepte van de vaargeul, voor wat

de verticale scheepsbewegingen betreft, waarschijnlijk bepaald

zal worden door de combinatie van dompen en slingeren bij

dwars-inkomende golven. En er wordt een aanbeveling voor de

vaargeul-diepte gegeven, waardoor de toegang tot Hoek van Holland gedurende

meer dan 90% van het jaar verzekerd is, omdat de tijdens dit

onder-zoek gebruikte golven - voorkomend bij Beaufort 7 - een

overschrij-dingskans hebben van 7,4% volgens meting in 1959.

Aan deze aanbeveling omtrent de vaargeuldiepte kleven een aantal

onzekerheden, onder andere ten gevolge van de onnauwkeurigheid in

de aangenomen relatie tussen golfmetingen en verticale scheepsbe~

wegingen en ten gevolge van de onbekendheid met de invloed van de

snelheid op deze relatie. Daarom is een onderzoek [SJ uitgevoerd

met een 100.000 m\1T tanker in voor- en aoht.er-Lnkomende golven en

zonder golven op ondiep water, net voorwaartse snelheid, om inzicht

te krijgen in het verband tussen verticale scheepsbewegingen en

golven afhankelijk van de scheepssnelheid. Hieruit kan I!1.ende

naxi-male diepgang waarmee schepen de haven kunnen binnenkomen bepalen.

De metingen zijn verricht in regelmatige golven. Uit de

neetresul-taten is het gedrag in onregelmatige golven berekend.

De resultaten geven weer: de squat - de verticale

diepgangsverneer-dering gemeten in het zwaa rt.epunt van het schip - , de vertrinning

van de tanker zijn afhankelijk van de vaarsnelheid, en de grootte

van de verticale beweging van het voor- en achterschip is

afhanke-lijk van de golfhoogte en de vaarsnelheid.

Verder blijkt uit de resultaten, dat in onregelmatige golven, zoals

die op de Noordzee verwacht kunnen worden, de scheepsbevlegingen

meer dan evenredig toenemen met de golfhoogte en dat bij

achterin-komende golven grotere bewe qi.nqen optreden dan bij voorinkonende

golven.

I

I

I

I

I

I

I

I

1

I

1I

I

I

I

I

I

I

•

_BLZ.

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG

PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-HS 13

I

I

·1

EiQJ 'd

o

..0

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I·

I

I

I

varend ~ stilliggend U.K.C.

§

Onderkant kiel bij snelheid 0

~ I-

--~_---~

L---jl---+_-_l

- t--"':::-

'::--r-_-f-

vlntrimming ..

--r-..

-,

--___

.

Acht.er Lood Lt jn

_,-I

2 ~ 10 15 Scheepssnelheid in knopen

Intrimming van een 100.000 DWT tanker in stil water.

o

voorlOOdlijJ~, <,

r-Parallel aan de bovengenoemde onderzoeken van de verticale

scheepsbewegingen liepen de onderzoeken van de

manoeuvreer-baarheid, in verband met de vorm van de havenmond.

De eerste proeven, uitgevoerd om voor de nieuwe havenmond de

minimum afmetingen vast te stellen welke het toelaten van schepen

met een draagvermogen van 100.000 ton mogelijk maken, zijn

beschre-ven in

[2J.

De volgende problemen zijn daarbij aan de orde gekomen:

1. De diepgangsvermeerdering op ondiep water ten gevolge van de

voorwaartse snelheid van het schip

2. De invloed van de waterdiepte en de waterbreedte op de

bestuur-baarheid

3. De afstand welke een schip af Boet leggen om tot stilstand

te komen.

Het bli jkt dat de diepgangsvermeerdering toeneemt zowe L net een

toe-nemehde voorwaartse snelheid, als met een afnemende waterdiepte en dat

de diepgangsvergroting van het voorschip groter is dan van het

achterschip. Uit de resultaten wordt afhankelijk van de waterdiepte

de maxinum vaarsnelheid van het schip, bij rustig weer, aangegeven.

Ten aanzien van de manoeuvreerbaarheid op beperkt water kwamen de

volgende punten naar voren.

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-115 14

I

I

I

I

Het schip reageert bij afnemende waterdiepte sneller op het

roer, waaruit geconcludeerd kan worden dat bij een voldoende

breedte van de vaargeul als g~volg van de beperkte waterdiepte

geen bijzondere moeilijkheden voor de besturing te verwachten zijn.

De onderzoeken naar de invloed van de waterbreedte zijn uitgevoerd

in-een rechthoekig kanaal met een breedte van 630 m. Het bleek niet

eenvoudig het schip zonder koersvariaties op korte afstand

even-wijdig aan de oever te sturen. Bij toenemende vaarsnelheid wordt de

gemiddelde roerhoek, die nodig is om een bepaalde afstand van de

oever te varen kleiner. Daarentegen wo rdt; de oever invloed bij

af-nemende waterdiepte groter. Als resultaat is er een tabel opgesteld

waarin is aangegeven op welke afstand het schip uit het hart van

het vaarwater kan varen, zodanig dat met een gemiddelde roerhoek

van 150 de oeverinvloed kan worden geneutraliseerd. Deze afstand

is weergegeven afhankelijk van de snelheid en de waterdiepte. De

gemiddelde roerhoek van 150 werd gekozen als de maximaal

toelaat-bare gemiddelde roerhoek aangezien enige reserve aan roerhoek moet

worden aangehouden in verband met uitwendige verstoringen van bij

voorbeelp windstoten, stroming en verkeer.

Ten aanzien van de bepaling van de afstand welke een schip moet

afleggen om tot stilstand te komen kan worden opgemerkt dat deze

st.opweq mede afhankelijk is van de manoeuvres die de eventueel

aanwezige sleepboten uitvoeren. Het manoeuvreren der sleepboten

werd echter niet in de proeven betrokken. Tijdens de proeven ter

bepaling van de st.opweq van het schip werd de remkracht,

afhanke-lijk van het toerental, gemeten. Uit deze gemeten grootheid is de

stopweg voor verschillende aanvangssnelheden van het schip bekend.

Bovendien blijkt de lengte van de stopweg afhankelijk te zijn van

de waterdieptei voor afnemende waterdiepte wordt de stopweg kleiner.

Echter de in rapport

[2J

beschreven resultaten omtrent het bepalen

van de stopweg en de hieronder vermelde gegevens zijn gebaseerd op

een vlaterdiepte van 1,2 maal de diepgang van de beproefde 100.000

DWT tanker.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport.Uo. 01091-1-!1S 15

I

I

I

De invloed van het schroef toerental op de stopweg is erg groot,

als het schip bij het stoppen geen gebruik maakt van het

achter-uitvermogen, bedraagt bij invaarsnelheden boven de 10 knoop de

snelheid 4 km voorbij het aanvangspunt van de stopmanoeuvre ~eer

dan 5 knoop doch, als het schip met een toerental van 50 omw./min.

achteruit slaat dan is de stopweg, zelfs voor een invaarsnelheid

van 14 knoop, kleiner dan 4 km. Tijdens deze proeven bleek dat,

indien het schip achteruit slaat, het schip slecht bestuurbaar is.

Dit betekent dat het schip tijdens een stopmanoeuvre waarbij de

schroef achteruit draait sleepboot assistentie nodig heeft, die

ten doel heeft het schip op koers te houden.

Uit de resultaten van de proeven is, als aangeno~en wordt dat het

gewenst is de binnenvarende schepen binnen 4 km te stoppen, de

volgende tactiek voor de stopmanoeuvre opgesteld. Het schip brengt

bij het passeren van de havenmond onmiddellijk het aantal

omwente-lingen van de schroef terug tot ongeveer 20 vooruit. Nadat de

sleepboten hebben vastge~aakt, wordt de vaart uit het schip gehaald

door met 50 omw./min. achteruit te slaan, waarbij de sleepboten het

schip op koers houden. Indien de sleepboot assistentie zodanig

ge-organiseerd is dat na het vastmaken het schip niet alleen op koers

wordt gehouden, doch dat tevens een merkbare bijdrage aan het

af-remmen wordt geleverd, kunnen de invaarsnelheden hoger worden. De

uitwerking van deze stopmanoeuvre geeft aan dat, teneinde het schip

op 4 km binnen de havenmond tot stilstand te brengen bij

invaar-snelheden van 10 knoop of hoger, aan de sleepboten de irreële eis

moet worden gesteld dat zij bij snelheden boven 3 knoop kunnen

vastmaken en het schip op koers houden. Tevens blijkt dat het

binnen-lopende schip over voldoende vermogen beschikt om zichzelf binnen

4 km tot stilstand te brengen en dat in verband daarmee de afremmende

werking van de sleepboten van secundair belang wqrdt geacht.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

•

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

•

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No. 01091-1-.HS} '16

Remweg als functie van snelheid en toerental

15

~ ~

1\

'"

"',

Schroef slaat achteruit

r-, ~ N =0 t-

-

---s

2'",

N =40 / s _'

....

_~ ~ I--

--~

r----~ =50

r---

r--

-

=::::::

:;::

_~ ~ s

_---=:::

_:::::::-::

r-, --.;::::::::_~

::::--

r--.

o

o

1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Scheepssnelheid in knonen.

l1eetresultaten van stopproeven met een 100.000 DWT

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No. 01091-1-1-18 17}

I

I

I

Als vervolg op het bepalen van de stopweg van de binnenvarende

100.000 DWT tanker is, eveneens beschreven in rapport [2J, de

invloed van achterinkomende wind op de lengte van deze stopweg

bepaald. De grootte van de windkracht is bepaald uit literatuur

gegevens. De invloed van de achterinkomende wind, geldig voor

recht en schuin inkomende wind, op de stopweg is berekend voor

een aantal windsterktes van Beaufort 4 tot en met Beaufort 10.

Eveneens is in rapport [2J opgenomen een advies betreffende de

kanaalbocht bij de ingang Beerhaven, Europoort. Dit, om een

ver-band tussen scheepssnelheid en minimale straal van de boog,

waar-bij nog veilige vaart mogelijk is, te verkrijgen in verband met de

toegang naar het havencomplex op de Haasvlakte. Op grond van

gepu-bliceerde resultaten van modelproeven op diep water is de baan

be-rekend, welke een schip doorloopt bij het beschrijven van een bocht

van 150, 120 en 90 graden. De berekening is uitgevoerd voor een

vrachtschip van 1.000, 4.000 en 10.000 ton dead weight. Om enige

reserve in de roerhoek te hebben, teneinde uitwendige verstoringen

te kunnen opvangen, wordt aanbevolen om de bocht met een roerhoek

van 10 graden uit te voeren, alhoewel ook roerhoeken van 20 en 30

graden bij de berekening in beschouwing zijn genomen. Omtrent de

invloed van de waterdiepte op het bochtvaren kan worden gezegd dat:

1. het schip beter op het roer zal reageren, waardoor de aanloop

kleiner wordt

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

-2. de straal van de bocht zal toenemen.

Om een correlatie met de resultaten van proeven in de werkelijkheid

te verkrijgen, daar op ware grootte slechts proeven zijn genomen

met andere schepen op andere waterdieptes, zijn meer gegevens over

stopwegen dan beschreven in [2J nodig. Vandaar dat er een

uitbrei-ding op het hiervoor besproken onderzoek ontstond, die beschreven is

in rapport [3J. In dit rapport zijn stopwegen bepaald voor zeven

tankers variërend in grootte van 50.000 DWT tot 200.000

DvIT,

op

vier verschillende waterdiepte-diepgang verhoudingen, waaronder de

diep water situatie. Door toepassing van verschillende

schaalwaar-den - onder de aanname dat zeer grote tankers practisch gelijkvormig

zijn - was het mogelijk dit onderzoek met één model, het model van

de 100.000 DWT tanker, uit te voeren.

I

I

I

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-HS 18

I

I

I

De modelproeven ZlJn op dezelfde wijze uitgevoerd als is

be-schreven in rapport [2J .

De resultaten van de proeven zijn vergeleken met de resultaten

van proeftochtmetingen van de stopweg van drie tankers in de

grootte van 77.000, 80.000 en 86.000 ovV'!' [3J. Deze vergelijking

geeft aan dat de metingen op zee een veel kortere stopweg geven

dan de berekeningen met behulp van de modelproeven . De beste

over-eenkomst met de werkelijkheid wordt verkregen voor de stopproeven

met volle kracht achteruitslaande schroef. In dat geval is het

verschil gemiddeld 20%. Als oorzaken van deze verschillen kunnen de

volgende omstandigheden worden genoemd welke wel in de

werkelijk-heid doch niet in de tank optreden:

de weerstand van het schip: het model is zonder bovenbouw beproefd

- de weerstand ten gevolge van kimkielen

- de drifthoek waarmee het schip door het vlater gaat

- de roerhoek welke gebruikt moet vlOrden om het schip op koers

te houden.

Ook kunnen er verschillen in de stopweg optreden door invloed van

wind, stroming en zeegang.

Uit de weerstand verhogende factoren kan een proeftochttoeslag

wor-den bepaald en ook kunnen wind- en zeeinvloeden worden berekend,

waaruit dan een correctiefactor voor de stopweg volgt. Doch,

aange-raden wordt het verschil van 20% te beschouwen als een

veiligheids-marge voor het geval er 'zich omstandigheden voordoen waarbij er een

kleinere re~kracht optreedt dan die welke bij de drie beproefde

tankers optrad.

Tijdens de proeftochten bleek dat het beste de volgende tactiek voor

de stopmanoeuvre kan worden gevolgd:

1. Aanvangssnelheid 14 respectievelijk 10 knoop.

Stroomtoevoer naar de turbine afsluiten.

2. Bij een snelheid van 9 knoop volle kracht achteruit

(iJschroef

=

-50 omw ./min.) .

3. Als de snelheid is verminderd tot 6 knoop, dan de machine stoppen,

daar anders het schip onbestuurbaar wordt.

4. Als bij een snelheid van 4 knoop de sleepboten hebben vastgemaakt

kan weer voorzichtig achteruit geslagen worden

(Nschroef

=

-20 omw ,/min.)

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

•

1

1

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-1-18 ₁₉

1

I

Resultaten van deze wijze van stoppen zijn, voor zowel

proto-type als model in het rapport [3J opgenomen.

1

1

Lengte van de stopweg voor een tanker met een draagvermogen

van 106.000 ton - Aanvangssnelheid 14 knopen - Waterdiepte

1.4T-Naast het bepalen van de stopweg zijn nog twee onderzoeken

uit-gevoerd [3J. Ten eerste is de diepgangsverandering van het

voor-en achterschip ten gevolge van de voorwaartse snelheid van het

schip gemeten, tijdens weerstandsproeven en tijdens

overbelastings-proeven. En verder is de afstand bepaald, welke is afgelegd als met

achteruitslaande schroef vanuit de stilliggende toestand een zekere

snelheid achteruit is bereikt. Deze beide onderzoeken zijn met de

zeven tanker modellen en op de vier waterdiepte

diepgangsverhou-dingen uitgevoerd, behalve het achteruitvaren dat slechts op één

waterdiepte is beproefd.

25

-I

a - 14-9 knopen stoomtoevoer

-

naar turbine afgesloten _

-b =

schroef wordt door het water aangedreven. .

9-6 knopen volle kracht achteruit N =-50

c = _{6-4 knopen schroef gestopt - sleepb5ten vastmaken}

J

d = _{4-0 knopen sleepboten vastqemaakt - langzaam achteruit}

N =-20 s _{-a b} d c ornw./min. van de schroef

I

"

~

l

Proeftocht

--.::::::::

~ afgelegde ~ weg

:::::::-,._

r---=

=--======--

>.

stopweg zonder sleepbooth:lp"">

-

...

---I I J I ...

I.

I

I

20 ~ c: C: C h ~ ₁₅ ~ ...-1 r;j

...

(!) ₁₀ .c ...-i (!) ~ ij') 5

I

1

1

I

I

o

o

1 _{2 3 4 5 6} 7

I

afgelegde stopweg in km. 8topmanoeuvre.

1

1

I.

1

1

I

100 50 ~ ·rl+J 0 ::J H H .c 0 o 0 UJ _:> 0 _(!) '"d ~ cu :> 50 _+J ~ ·rl ·rl ::J S

""

<, (!) +J 100 _S~ ..r::_o 0 ~ 8

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport Ho. 01091-1-MS 20

I

I

I

In het laatste deel van het stadium "voorbereidend onderzoek"

kwam vast te staan dat voor de bom', van de Europoort-haven een

onderzoek op modelschaal zou worden verricht naar het gedrag van

mammoettankers tijdens het naderen en binnenvaren van de haven.

Bij de proeven werd het vrijvarende model uitgerust met een

auto-matische piloot, die het model langs een vooraf uitgelegde baan

stuurde. Deze baan komt overeen met de route die het schip tijdens

het binnenvaren moet volgen. Om de automatische piloot in het model

zodanig te kunnen instellen, dat de besturing van het model

overeen-komt met de werkelijkheid, moesten de eigenschappen van een

roer-ganger, die een mammoettanker bestuurt, bekend zijn.

Als inleiding tot bovengenoemd onderzoek is een modelonderzoek

[4J

uitgevoerd n~ar de invloed, die de roerganger uitoefent op het

gedrag van een binnenvarend schip. Het onderzoek is begonnen met

het opstellen van twee wiskundige relaties, één geeft de reactie

van het schip op het roer en de andere beschrijft de eigenschappen

van de roerganger. De beide relaties worden gegeven als

overdrachts-functies, respectievelijk tussen koershoek en roerhoek en tussen

roerhoek en gewenste koersverandering.

Daarna is een automatische piloot ontwikkeld die het model moet

besturen zoals in de werkelijkheid het schip bestuurd wordt. De

roeruitslag, die deze automatische piloot aan het model geeft, is

afhankelijk van de afstand van het model tot de juiste baan (verzet

afstand) en van de koersafwijking ten opzichte van de juiste koers.

Bovendien is de roeruitslag afhankelijk van de snelheid waarmee

ver-zet- en koersfout veranderen.

De uit te voeren modelproeven moeten voldoende gegevens opleveren

omtrent de reactie van het schip op het roer. Indien dan de

eigen-schappen van de roerganger (uit proeven in de werkelijkheid) bekend

zijn, kan men met behulp van de kennis van het schip, het gedrag van

het schip bepalen.

Er zijn tijdens onderzoek [4J twee soorten modelproeven uitgevoerd,

op twee beperkte waterdieptes met twee vaarsnelheden, te weten een

draaicirkelproef en een manoeuvreerproef over een rechte baan.

Tijdens een draaicirkelproef wordt bij een constante roerhoek de

stationaire koershoeksnelheid gemeten.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No. 01091-1-HS 21}

I

I

I

I

Uit het verloop van de koershoeksnelheid-roerhoek relatie kan men

bepalen hoe goed het schip bij lage frequenties (statisch) te

besturen is. Uit de grootte van de koershoeksnelheid bij een

be-paalde roerhoek kan de roer effectiviteit worden bepaald. Aan dit

laatste punt is tijdens dit onderzoek geen aandacht besteed,

aan-gezien dit reeds in rapport[2J is gedaan in verband met het geven

van een advies betreffende de kanaalbocht bij de ingang Beerhaven.

Uit de resultaten van de dr-aa.i.ci.rke Lp roef blijkt dat de 100.000 Dh'T

tanker in alle onderzochte toestanden niet-lineair op het roer

reageert.

Tijdens het varen over een rechte baan werd bij verschillende

in-stellingen van de automatische piloot de reactie in de gierbeweging

van het model op het roer geven gemeten. Dit is zo vaak herhaald,

totdat een volledig overzicht in het gedrag van het model als functie

van de roerhoek en de frequentie was verkregen. Uit de resultaten van

deze manoeuvreerproeven blijkt dat de invloed van de waterdiepte en

de snelheid op de manoeuvreereigenschappen groot is. Op een kleine

waterdiepte en varend met een lage snelheid is het schip het

ge-makkelijkst "op koers te houden.

Verder blijkt dat, wil men het schip een zo klein mogelijke

vaar-breedte laten innemen, de roerganger fel op een koersuitslag moet

reageren, door het roer bij relatief hoge frequenties relatief grote

uitslagen te geven.

Als eind conclusie wordt in rapport [4J gesteld:

Bij het verdere modelonderzoek van naar binnenvarende tankers heeft

men gegevens over de eigenschappen van de roerganger in de

werkelijk-heid nodig.

Het gedrag van het schip moet bij relatief hoge frequenties worden

onderzocht, bij deze frequenties is de stabiele gierbeweging alleen

afhankelijk van de verhouding van koershoekamplitude tot

roerhoek-amnlitude en wordt niet meer beïnvloed door de roerhoekamplitude

alleen. In onderzoek [6J zijn, als vervolg op bovenbeschreven

onder-zoek, de resultaten hiervan nader geanalyseerd en metingen in de

werkelijkheid verricht, waarvan de resultaten eveneens in [6J Zl]n

opgenomen. Dit de resultaten van onderzoek [4J blijkt namelijk dat

de reactie van het schip op een roeruitslag dusdanig niet-lineair is,

dat het niet mogelijk is om het schip op een rechte koers te houden.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No.}

o

1091- 1-1,1S 22

Dit houdt in, dat het schip op een stationair periodieke wijze

van koers zal blijven veranderen. Door deze stationair periodieke

koerswijzigingen te meten, achtte men zich in staat OQ tijdens

het normaal bedrijf aan boord de eigenschappen van de roerganger

te bepalen. Deze metingen zijn verricht gedurende het najaar van

1965 en het voorjaar van 1966~aan boord van supertankers, die de

haven van Hoek van Holland binnenliepen

[6J.

Uit deze metingen kwam het volgende naar voren:

1. Als het schip langzamer vaart, wordt het met een kleinere

fre-quentie bestuurd, terwij look de koersafwijkingen kleiner wor-den.

2. Als het schip op ondiep water komt, kan het beter op zijn koers

gehouden worden, omdat het over een grotere periode kleinere

koersafwijkingen maakt.

De resultaten van de proeven op ware grootte geven met behulp van

li tera tuurgegevens (McRue r en Krendel) een vergelijking waaxmee de

stuureigenschappen van de roerganger beschreven kunnen worden.

Ook is in rapport

C6J

een vergelijking opgesteld voor de

rotatie-beweging van het schip in het horizontale vlak (vergelijking van

Nomoto). De coefficiënten van deze vergelijking kunnen uit de

model-proeven [4J worden bepaald.

Het blijkt dat de stuureigenschappen van de roerganger gedeeltelijk

drukt.

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-HS 23

I

I

I

I

I

.1

I

I

I

I

I

'I

I

I

breedSquat metingenvaarwater aanmeteenniet200.000vlakke DWTbodem,tankerin stroomverstoringen.varend, in onbeperkt

I

I

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No. 0109l-l-HS}

24

I

I

I

I

Uit het stadium voorbereidend onderzoek zijn veel gegevens

ver-kregen met betrekking tot de aanpak van - en de meettechniek

tij-dens de modelonderzoeken. Met deze kennis is een principe onderzoek

naar het gedrag van een 200.000 DWT tanker varend onder diverse

om-standigheden opgezet. Tijdens de modelproeven zijn deze uitwendige

omstandigheden systematisch gevarieerd overeenkomstig de situatie

op de Noordzee vóór de mond van Europoort. Hierbij is vooral gelet

op de invloed van stroom, golven en de waterdiepte, zowel over een

vlakke bodem als in een geul.

Het eerste deel van het modelonderzoek - Invloed van regelmatige

golven - is beschreven in rapport [7J en het tweede deel - Invloed

van onregelmatige golven - in rapport [GJ.

Nadat deze rapporten geschreven waren is er van het totale onderzoek

naar het gedrag van een 200.000 DvIT tanker één eindrapport [9J

op-gemaakt. De resultaten van de proeven beschreven in de rapporten

[.7J en [8J zijn in dit eindrapport opgenomen, zodat hierdoor de

inhoud van deze beide rapporten kan komen te vervallen.

In het eerste deel van het eindrapport is een beschrijving van de

meetprocedure gegeven, terwijl in de vier hierop volgende delen de

resultaten zijn opgenomen.

Het totale onderzoek bestond uit de volgende onderdelen:

- proeven op ondiep water in stil en stromend water

- proeven op ondiep water in regelmatige golven

- proeven op ondiep water in onregelmatige golven

- proeven in een geul.

Van het gehele onderzoek is in een later stadium een samenvatting

en analyse van de resultaten gemaakt, dit is beschreven in rapport

[IOJ.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

~vaarna, als slot van dit onderzoek, informatie over - en projectie

van de uitkomsten op de concrete situatie in het zeegebied voor de

nieuwe haven van Rotterdam-Europoort in een gesprek aan de orde kwam.

Het besprekingsverslag van dit gesprek is bij het N.S.P. ingedeeld

als deel VI van deze rapporten serie [9J.

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No. 01091-1-HS 25}

I

I

I

I

De proeven tijdens bovengenoemd onderzoek zijn uitgevoerd met

een vrijvarend model van een 200.000 DWT tanker, dat door middel

van een automatische piloot op een rechte koers werd gehouden.

De automatische piloot is ingesteld overeenkonstig de resultaten

van de proeven, beschreven in rapport [6], in het stadium

"Verkennend onderzoek".

In deel I van het rapport [9J wordt een beschrijving gegeven

om-trent de manier waarop de bewegingen gemeten worden en de

nauw-keurigheid van deze metingen. Tevens wordt een assenstelsel

vast-gelegd - als referentie tijdens de proeven diende hiervoor een

volgsysteem - en worden de teken-afspraken van de bewegingen

gede-finiëerd.

I

I

I

I

Verder bevat deel I een beschrijving van:

- het opwekken en het instellen van regelmatige en onregelmatige

golven,

van de bewegingen zelf

en, samenhangend met de periode van de golven en de vaarsnelheid,

de tijdsduur van elke proef

- de stroomverdeling in lengte- en hoogterichting en de bepaling

van de chezy constante voor de bodemruwheid

- de spectrale analyse, die is toegepast om de registraties van de

meetsignalen te analyseren.

De meetresultaten van het onderzoek naar het gedrag van een 200.000

DWT tanker zijn opgeleverd in aparte delen, de indeling hiervan is

als volgt:

Deel 11 : Overschrijdingskansen van de bewegingen van hetschip en

de golven

Deel 111: Energieverdelingen van de bewegingen van het schip en de

golven

I

I

I

I

I

I

I

I

Responsiefunctiesgolfbeweging van de bewegingen van het schip en de

Resultaten van de metingen van de squat en de manoeuvres

van het schip.

De omrekening van deze meetresultaten naar de werkelijkheid is

be-Deel IV

I

I

Deel V

schreven in het reeds genoemde deel I.

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No.

o

10 9 1 - 1 -11S ₂₆

I

I

I

Bij de uitvoering van de modelproeven is voor de dynamische

gelijk-vormigheid tussen de bewegingen op modelschaal en die in de

werke-lijkheid uitgegaan van de wet van Froude. Door te voldoen aan de

wet van Froude zullen alle potentiaal verschijnselen op nodelschaal

overeenkomen met die in de werkelijkheid. Doch aan andere vletten

betreffende dynamische gelijkvormigheid wordt niet voldaan.

Daar-door zullen - als belangrijkste - de verschijnselen die beinvloed

worden door de viscositeit van het water niet overeenkomen met die

in de werkelijkheid, omdat dan aan de gelijkheid van Reynolds had

moeten worden voldaan.

Tengevolge van het verschil in het getal van Reynolds zal de

grens-laag van het model dikker zijn dan die van het schip, wat tot gevolg

heeft dat het model relatief een te grote weerstand heeft. Daarom

moet het toerental van de modelschroef groter zijn, om de gewenste

snelheid te bereiken, dan op grond van de wet van Froude geldt.

Een ander gevolg van de dikkere grens laag is dat de stroomsnelheden

om het roer kleiner zijn. Echter door de hogere schroefbelasting

wordt de stroomsnelheid om het roer dusdanig groter, dat op

model-schaal eenzelfde roereffectiviteit als in de werkelijkheid wordt

verkregen.

Betreffende de squat metingen geldt, dat de resultaten hiervan niet

alleen door de grens laagdikte van het schip worden beïnvloed, maar

ook door de. grens laagdikte van de zeebodem. Vergelijkingen van de

resultaten van de modelproeven net prototype metingen betreffende

squat, tonen aan dat voor het varen in een geul er een goede

over-eenkomst is (Captain A.F. Dickson, IJavigation of tankers through

channels, Shell Tankers Ltd.). Voor het varen op een in breedte

on-beperkt vaarwater zijn dergelijke vergelijkingen niet bekend.

Tijdens de proeven in stroom kwam de snelheidsverdeling van de

stroom overeen met die in de natuur. Hierdoor zal er wat betreft

de horizontale beweging van dit schip geen schaaleffect optreden.

De verticale beweging tijdens deze modelproeven zal niet geheel

overeenkomen net die van het schip vanwege de relatief dikkere

grens laag van het model ten opzichte van die van het schip.

Het betrekking tot de bewegingen van het schip in stil water en de

opwekkende krachten van de golven op het schip worden alleen de

dempingskrachten ten dele beïnvloed door viscositeits effecten.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG

BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-HS ₂₇

I

I

Naar aanleiding van resultaten van diverse studies is aangenomen

dat dit verschil in het getal van Reynolds voor het schip en het

model geen invloed heeft op de dempingskrachten en dus ook geen

invloed heeft op de scheepsbewegingen.

I

I

De beschrijving van de resultaten in rapport [10] is overeenkomstig

de verdeling van het onderzoek in de twee onderzoekgebieden:

1. de diepgangsvermeerdering van het schip ten gevol0e van de

vaarsnelheid, stroomsnelheid en onregelmatige golfbeweging

2. de bestuurbaarheid van het schip in diverse

vaarwateromstandig-heden.

Het onderzoek naar de diepgangsvermeerdering van het schip is in

eerste instantie uitgevoerd in water zonder golfbeweging. Voor

een aantal scheepssnelheden en voor twee waterdieptes is in de

volgende situaties gevaren:

A. in breedte onbeperkt vaarwater met vlakke bodem;

- geen stroom - stroom

I

I

I

I

I

I

B. geul met vlakke bodem;

- geen stroom

- stroom

c.

in breedte onbeperkt vaarwater met niet-vlakke bodem;

- geen stroom - homogene stroom - stroomverstoringen.

I

I

I

I

Uit de resultaten van deel A. van dit onderzoek blijkt dat de

inzakking van het voorschip maatgevend is voor de waterdiepte,

omdat daar de verticale inzakking van het gehele schip (squat)

wordt vergroot door de vertrimming (koplast) die het schip

onder-vindt bij het varen in ondiep water. De diepgangsvermeerdering

neemt sterk toe naarmate de scheepssnelheid groter wordt en neemt

eveneens toe met afnemende wat erdtepte .

De diepgangsvermeerdering van het schip varend in stromend water

wordt bepaald door squat en vertrimming ten gevolge van de

langs-scheepse component van de stroomsnelheid en ten gevolge van de

dwarscomponent ervan.

I

I

I

I

I

I

I

PROEFSTATIONNEDERlANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIGWAGENINGEN BLZ.

Rapport No. 01091-1-118 28

I

I

De invloed van de langsscheepse component van de stroonsnelheid

is identiek aan de invloed van een vermeerdering of vermindering

van de scheepssnelheid, terwijl tevens uit de resultaten bleek

dat de invloed van de dwarsstroming op de squat zeer gering is.

Tijdens de proeven in stroom zijn voor de stroomrichtingen 450

en. 2250 ook enkele proeven· uitgevoerd met de tanker varend in

ballast, dus met een verminderde diepgang, maar wel op dezelfde

waterdiepte. De gemeten squat was hierbij kleiner dan van het

beladen schip.

I

I

I

I

I

In het deel B. van het onderzoek naar de diepgangsvermeerdering

van het schip in water zonder golfbeweging, vaart de tanker in

een geul die asyrmnetrisch van vorm is en een diepte heeft van 5 m

ten opzichte van de naast gelegen zeebodem. De helling van de

geul-wanden bedraagt 1 : 40 en 1 : 100.

Wederom is bij deze proeven aandacht besteed aan de invloed van

de scheepssnelheid, de waterdiepte en de stroomsnelhe~d, doch

tevens aan de invloed van de vaarpositie van het schip in dwa rs+

richting van de geul en van de asymmetrie van het geulprofiel.

De resultaten van de metingen geven aan dat de

diepgangsvermeer-dering van de voorloodlijn weer maatgevend is.

Verder geven de resultaten aan dat, op beide waterdieptes, als het

schip in het midden van de geul vaart de diepgangsvermeerdering

geringer is dan als het schip op in een breedte onbeperkt

vaar-water vaart. Dit geldt voor de situaties zonder stroom als met

stroom van 1 kno en 2 kno

Het varen buiten de geulas geeft steeds een toename te zien in

squat ten opzichte van het varen op de geulas. De grootste

ver-meerdering van de squat wordt gevonden als het schip boven de knik

van één van beide geulhellingen vaart.

De stroom heeft bij het varen in een geul een relatief geringe

in-vloed op de squat.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Tijdens deel C. van het onderzoek is de invloed van een niet-vlakke

bodem op de diepgangsvermeerdering van het schip bestudeerd.

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No.

o

1 0 91-1 - !-1S 29

I

I

I

De niet-vlakke bodem was een geschematiseerde vorm van een

zee-bodem bedekt met megaribbels. Hiermee is in kwalitatieve zin een

indruk verkregen omtrent de invloed ervan op de scheepsbewegingen.

De resultaten van de metingen tonen aan dat de "gemiddelde squat"

geringer is dan bij het varen over een vlakke bodem. Van meer

belang zijn echter de variaties in de squat tengevolge van de

niet-vlakke bodem, die plaatselijk groter kunnen zijn dan in de

vlakke bodem situatie.

I

I

I

I

I

Het onderzoek naar de invloed van golven op de

diepgangsvermeer-dering van het schip is uitgevoerd in onregelmatige golven.

De bewegingen van het schip in golven wo rde n bepaald enerzijds

door de golfkrachten en de frequenties, waarmee deze op het

varen-de schip inwerken en anderzijds door de reactiekrachten van het

schip op de aangeboden uitwendige krachten. Bij dit laatste aspect

spelen de eigenbewegingstijd, de demping voor de bewegingen (in

verband met de diepgangsvermeerdering het dompen, stampen en

slingeren) en hun onderlinge faseverschillen een rol. Al deze

eigenschappen worden beïnvloed door de waterdiepte en de

scheeps-snelheid.

Om de invloed die de golfkarakteristieken (hoogte- lengte periode)

afzonderlijk op de scheepsbewegingen hebben, te onderkennen, zijn

inleidend proeven verricht met het schip varend in onregelmatige

golven.

Hierna is bij de vaarproeven in onregelmatige golven, waarvan

diverse zeetoestanden in beschouwing zijn genomen, het volgende

onderzocht:

1. de bewegingen van dat gedeelte van het schip waaruit voor

bepaling van de vaarwaterdiepte de grootste

diepgangsvermeer-dering voortkomt

2. de invloed op de diepgangsvermeerdering van het schip in golven

I

I

I

I

I

I

I

I

I

van:

I

a. de scheepssnelheid

b. de voortplantingsrichting van de golven ten opzichte van het

schip

c. de waterdiepte.

I

I

SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. NEDERLANDSCH

PROEFSTATION WAGENINGEN _{Rapport No. 01091-1-MS 30}

I

I

I

Uit de resultaten bleek dat voor de bepaling van de

vaarwater-diepte de bewegingen van één der voorschouders van het schip

maatgevend zijn, behalve bij recpt achter-inkomende golven, want

dan zijn de bewegingen van het voorschip maatgevend. Verder bleek

dat deze bewegingen maximaal zijn in zeer lange deiningsgolven. De

grootte van die bewegingen is zodanig dat de 200.000 DWT tanker

bij zeer lange deiningsgolven, op een waterdiepte van 1,1 maal de

diepgang, de kans heeft tegen de bodem te stoten, uitgezonderd bij

recht voor- of recht achter-inkomende golven.

I

I

I

I

_{De bestuurbaarheid van het schip in diverse vaarwater}

omstandig-heden;

Naast de hydrodynamische eigenschappen van het schip is de wijze

waarop het schip wordt bestuurd mede bepalend voor het

manoeuvreer-gedrag. Het blijkt dat het schip in ondiep water in kwalitatieve

zin moeilijk onder controle kan worden gehouden als de

scheepssnel-heid relatief groot is (12 knoop en meer). Bij relatief kleine

scheepssnelheden (5 knoop en minder) neemt de roereffectiviteit

snel af, zodat het schip dan alleen nog bestuurbaar blijft als men

tegelijk met de roeruitslag het schroef toerental verhoogt. Tijdens

varen in relatief sterke dwarsstroom (2 knoop en meer) wordt de

bestuurbaarheid eveneens geringer.

De invloed van de golfbeweging op de bestuurbaarheid blijkt

ver-waarloosbaar klein.

Bij het varen in een geul blijkt dat de bestuurbaarheid alleen

minder kan worden als de tanker dicht onder de oevers van de geul

vaart.

Voor een ondiep vaarwater met variërende waterdiepte zal de

bestuur-baarheid goed blijven zolang er geen stroom voorkomt. Staat er

ech-ter wel stroom en zijn de onregelmatigheden in het bodemprofiel

van dien aard dat het stroombeeld in grootte en richting hierdoor

verstoord is, dan zal de bestuurbaarheid van het schip sterk

beln-vloed kunnen worden door deze stroomverstoringen.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

NEDERLANDSCH SCHEEPSBOUWKUNDIG BLZ. PROEFSTATION WAGENINGEN Rapport No. 01091-1-MS 31

I

I

I

Als met de besturing niet te scherp op eventueel ontstane

af-wijkingen van de gewenste baan wordt gecorrigeerd, dan kan de

tanker goed onder controle gehouden worden vanwege een, in de

tijd gezien, nivellerend effect van de stroom- en

bodemversto-ringen op deze afwijkingen.

I

I

I

Na het bovengenoemde onderzoek is, in het laatste stadium van

het Voorbereidend onderzoek, een gesprek gehouden tussen een

aantal afdelingen van de Rijkswaterstaat en het Nederlands

Scheepsbouwkundig Proefstation. Deze bespreking

[9J

is gehouden

in verband met de moeilijkheden, ontstaan door de snelle groei

van de tankers, waarmee Europoort wordt geconfronteerd. In het

kader hiervan zijn drie soorten onderzoek verricht:

1. literatuuronderzoek

2. natuuronderzoek 3. modelonderzoek

Het literatuuronderzoek is zeer beperkt geweest.

Bij het natuuronderzoek is met tankers in een door boeien

gemar-keerde vaargeul gemanoeuvreerd. In eerste instantie zijn de

manoeu-vres van grote tankers tijdens het aanlopen van de Hate~""Wegbepaald.

De resultaten van dit onderzoek zijn gebruikt voor de instelling

van de automatische piloot tijdens de modelproeven, rapport

[6J.

Ook

zijn tijdens de aanloopmanoeuvres squatmetingen verricht, waarvan de

resultaten echter niet bruikbaar bleken. En er zijn

manoeuvreerproe-ven in een fictieve geul uitgevoerd, waarvan, samen met modelproeven

en proeven op de manoeuvreer simulator, gebruik kan worden gemaakt

om de breedte van de geul te bepalen. Tevens heeft men in deze

proe-ven een onderzoek naar verschillende navigatie-systemen betrokken.

De bespreking van het modelonderzoek is overeenkomstig de reeds

ge-geven beschrijving van het onderzoek en is de afsluiting van het

gehele onderzoek naar het gedrag van een 200. 000 D~IT tanker varend

in ondiep water. Tevens worden nu de resultaten van het onderzoek op

de werkelijke situatie geprojecteerd.

Met betrekking tot dit onderzoek wordt opgemerkt dat grote aandacht

besteed moet worden aan eventueel optredende schaaleffecten.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I