824025
TECHNISCH.E HOGESCHOOL DELFT
AFOELING DER MARITIEME TECHNIEKLABORATORIUM VOOR SCHEEPSHVDROMECHANICA
,-ZEEGANGSGEDRAG AES ONTWERPPARAMETER door
Ing. W. Beukélman en Ir. J.A. Keuning
Rapportno. 709-P
Mel 1986
Deift University of Technology
Ship Hydromechanics Laboratory Mekelweg 2
- 2628:CD DELFT
The Netherlands
ZEEGANGSGEDRAG ALS ONTWERPPARAM$TER door
Ing.: W. Beukeiman en Ir. J.A. Keuning
T.H. :Delft
Afdeling der Maritieme Téchniek Vakgroep Hydrónautica
inleidIng
Berekeningen
2.1. Striptheorie (OSM)
2.2. Aidere. methoden
Experimenten
3.1. Onderzoek naar de grenzen voor :het gebruik van dé striptheorie
Toepassingen voor ontwerp en gebruik.
4.1. . Parameterstudjes
4.2. Methode Bales
4.3. inzetbaarheid senii-pianerende schepen
4.:4. Operationeel gebruik.
Conciusie
Referenties
Syinbolen
I. Inleiding
Sinds ± 1960 kunnen de bewegingen van een schip in zeegarig
redeIijk nauwkeurig voorspeld worden.
De bestaande rekenmethoden veronderstejilen in eerste instantie dat de zee langkammig is, terwijl verreweg het grootste deel gebaseerd is op de 1ineaire potentiaal theorie.
De onregeimatige zee wordt gedacht opgebouwd te zijn uit een
groat aantal regelmatige golf componenten zodat de berekening.en meestal in het frequentiedornein kunnen worden uitgevoerd.
De berekeningen kunnen worden gebruikt met het oog op zowel het
operationeel gebruik van het schip als voor het scheepsontw.erp.
Voor dit laatste aspect zijn niet zo zeer de absolute waarden van
de voorspeiLlingbelangrijk, maar is het nut van de berekeningen
vooral gelegen in de vergelijking van verschillende ontwerpen en
in de bepaling van de invioed van de hoofdparameters op de
bewe-gingen in zeegang.
De bekends.te en meest gebruikte rekenmethode is de iineaire
twee-dimensionale striptheorie.
De theorie heeft zijn beperkingen en is in principe slechts geldig voor kleine uitwijkingen ten opzichte van hat wateropperviak als verticale bewegingen beschouwd worden. Bij eindige golfhoogte
kunnen niet-lineariteiten een belangrijke rol spelen. Oak warden
geen drie-dimensionale eind'effecten in rekening gebracht. In principe dient derhalve te worden uitgegaan van een slank scheepsli.ch:aam. Verder mag de voorwaartse sneihéid niet te laag
of te hoog zijn. De grenzen van de genoemde beperkingen zijn
ex-perimenteel nader onderzocht-.
Ondanks de bovengenoemde beperking.en is de striptheorie goed
bruik-baar gebleken om het gedrag van schepen in regelmatige en
onregel-matige golven te bepalen..
G:ewezen wordt ook op andere en drie-dimensionale berekeningsmethoden om hydrodynamische cofficinten te bepalen.
Om te komen tot berekening van de scheepsbewegingen in golven dient
ailereerst de hydrodynamische of toegevoegde massà en demping
af-hankeiijk van de frequentie te worden bepaaid.
De cofficinten van de bewegingsvergelijking zijn opgebouwd uit deze p4rameters met daarbij statische veertermen die afhankelijk
zijn van de wateriijnvorm.
-1-Deze hydrodynamische coëfficiënten kunnên ook experimenteel bepaald worden met behuip van gedwongen oscillatie-techniek.
De experimentele waarden worden veelal gebruikt am de berekende waarden te toetsen. Hetze.Ifde geidt voor de metingen met modellen
in regelmatige of onregelmatige golven. In het algemeen werd een
aanvaardbare overeenstemining gevonden tussen de. experimentele en
berekende resultaten.
Vergelijking van ware grootte metingen 'met berekening.en is aileen
zinvol als de golf condities goed bepaald kunnen worden.. In dit opzicht is de richtings-spreicling van zeegolven een compi.icatie.
Doordat de berekeningsmethoden redelijk betrouwbaar zijn gebleken
is het mogelijk parameterstudjes uit te voeren die van belang zijn voor het scheepsontwerp met betrekkirig tot het zeegangsgedrag. Een eerste poging om de scheepsvorm ten aanzien van het
zeegangs-gedrag te optimaliseren is door Bales [1] uitgevoerd ten behoeve
van fregatten. Daartoe wordt een zogenaamde zeegangsindex gedef
1-nieerd als representatief gemiddelde van een aantal responsies
van het schip. De zeegangsindex wordt gerelateerd aan
vormpara-meters van het schip en dat verbandword.t gebruikt voor
optimali-satie ten aanzien van de behouden sneIheid in zeegang.
Uitgaande van verticale versnellingscriter.ia voor snelle semi-planerende schepen worden inzetbaarheidsberekeningen uitgevoerd
waarbij de lengte, breedte , diepgang en sneiheid gevarieerd
war-den om op deze wijze informatie te verkrijgen die beiangrijk is voor het scheepsontwerp.
Eveneens op grand van criteria voor verticale en horizontale ver-plaatsingen en versnellingen kan berekend warden welke handelingen op zee kunnen worden uitgevoerd afhankelijk van het gegeven golf-kiimaat. Dit is als voorbeeld uitgevoerd voor een enkel romp-type schip en een S.WATH-schip.
2.. Berekeningen
2.1. Striptheorie (OSM)
De oplossing van bet 3-dimensionale randwaarde probleem voor
een varend schip in golven wordt middeis de striptheorie
terug-gebracht tot een 2-dimens.ionaal probleern. De scheepsromp wordt
opgedee.ld jn een aantal "strippen". Elke strip wordt gedacht
deel :uit te maken van een oneindig lange cylinder met deze-lfde
spantvorm.
Voor elke strip wordt de hydrodynamische massa en 1emping
be-paald door gebruik te maken van de multipolen methoden in
corn-binatie met een conforme tran'sformatje-technjek.
Ursell [2] heeft een analytische oplossing gegeven voor een
oscillerende cirkelcylinder in viak water dIe gebaseerd is op
een serie potentialen voor multipolen die geplaatst zijn op
de as van de cirkelcylinder. Derneeste spantvormen kunnen op
een cirkel afgebee.ld- worden met de volgende transformatie-formule:
w = a
{ +
a21
waarin w = een punt op de countour van de scheepssectie
voorstelt
het overeenkomstig punt op de countour van de eenheidscirkel.
a
transformatie-coffjcint
w en zijn complexe coördinaten
Voor n=i wordtde zgn. Lewistransformatie verkregen die voor de meeste scheepsvormen al voldoende na.uwkeurige resultaten
geeft.
Een meer nauwkeurige benadering van de scheepssectie wordt ver-kregen door de "close-fit" transformatie waarvoor n>l.
Bij de Lewistransformatie wordt de spantvorm gekarakteriseerd door de breedte-diepgangsverhouding en de oppervlakte coëffi-cint. De uitbreiding van Ursell's werk voor Lewisspantvorrnen
is gegeven door Tasai [3] en Grim [41
Na bepaling van de hydrodynarnische cofficiënten voor elke scheepsstrip wordt de waarde voo:r het gehe.le schip verkregen door integratie over de scheepslengte [5,6,7]
Daarna kunnen voor verschiliende golf lengten en bepaalde snel-heden de response-functies bepaald worden voor de bewegingen, versnellingen,, toegevoegde weerstand in golven, buigende mo-menten en dwarskrachten.
Deze espon's-functies kunnen voor twee versies met betrekking
- versie 1 soms wel genoemd de "ordinary strip method". (OSM) geeft een stel coëfficiènten met termen die alleen de afgeleide van de toegevoegde massa per
lengte-eenheidnaar de lengte bevatten d.w.z. V
- versie 2 geeft bovendien termen met de afgeleide van de dempingscoëfficient per lengte-eenheid naar de
lengte d.w.z. V en V
dx dx
In het algemeen komen de resultaten van versie 1 beter overeen
met de metingen, zie Figuur 1 [8].
De resultaten volgens versie 1 en die bepaald met de "close-fit" transformatie verschillen weinig.
Voor toepassing an de striptheorie gelden de volgende
ver-onderstellingen:
Het schip moet slank zijn me.t slechts een geleidelijke
ver-andering van de scheepsvorm in de iangsscheepse richtiñg.
De bewegingsfrequentie
e moet niet te iaag of te hoog zijn.
De voorwaartse snelheid moat iaag zijn.
In het verleden zijn verschiilende onderzoekcn uitgevoerd om
de grenzen vast te stellen waarbinnen de striptheorie kan
war-den toegepast.
2.2. Andere methoden
Een andere mogelijkheid am de potentiaalfunctie van een
oscillerende cylinderte benaderen is met behuip van een
bran-belegging op de wand van de cylinder. Daze methode is voor het
eerst toegepast door Frank [9) en wordt oak wel de "Frank
close-f it" methode genoemd. De ste:rkte van die bronnen wordt bepaaid
met behuip van een integraal-vergeiij]cirig waarbij. voldaan moet
warden aan de kinematische randvoorwaarde' op de omtrek van de doorsnede.
Een volgende mogelijkheid am voor het 2-dimensionale geval de hydrodynamische reacties bij oscillerende cylinders te bepalen is de eindige elementen methode.
-4-Deze methode is door verschillende auteurs toegepast
1 10,11,121
Een voordeel van de eindige elementen methode is dat deze
ge-schikt is voor problemen met gecompliceerde geometrie zoals eindige en/of variabele waterdiepte, extreme spantvormen, SWATH-schepen etc.
Baar [12] geeft. in Figuur 2 een voorbeeld van de berekening van
de hydrodynamische coëfficiënten volgens de eindige elementen
methode (FEM) in vergelijking met de striptheorieberekening
volgens Keil [161 (KRV) en experimentele resultaten (EXP).
Onder invloed van toenemende activiteiten op off shore-gebied zijn voor drijvende constructies in golven ook 3-dimensionale berekenings-methoden ontwikkeld.
Hoewel de eindige elementen methode ook geschikt is voor toe-passing in drie dimensies [10,13) maken de meeste rekenmethoden gebruik van bronbeleggingstechniek [14,15) zoals ook de dif-fractie methode van Van Oortmerssen (14J waarmede de krachten op ondiep water in de nabijheid. van een verticale wand be-rekend worden.
Het nadeel van de 3-dimensionale methoden is dat zij veel rekentijd vergen.
Een interessante vergelijking van de diverse berekenings-methoden i.s uitgevoerd door het Waterloopkundig Laboratorium, het MARIN en het Laboratorium voor Scheepshydromechanica in verband met de bewegingen van een schip op ondiep water (7) Met een scheepsmodel bestaande uit zeven delen zijn oscillatie-proeven op ondiep water uitgevoerd (h/T = 1.15 en 1.50) en
de in-fase en quadratuur componenten van de hydrodynamische krachten (massa en demping) zijn gemeten voor elk van de zeven delen van het model bij Fn = 0.2.
Er zijn drie berekenings-methoden gebruikt:
Een veelpool benadering van de potentiaal voor het geval van ondiep water volgens Keil [16]
De berekening is uitgevoerd voor de 2-dimensionale
door-snede.
Een 2-dimensionale bronbeleggingsmethode. Een 3-dimensionale bronbeleggingsmethode.
5-De berekende resultaten komen onderling goed overeen en de correlatie mat de experimentele waarde is eveneens bevredi-gend zie Figuur no 3.
Ook de verdeling van massa en demping over de lengte van het schip geeft een redelijke overeenstemming te zien. Zie figuur 4.
3. Experimenten
Er is reeds op gewezen dat de bepaling van de hydrodynamische coëfficiënten belangrijk is om de bewegingsvergelijking te kunnen opstellen.
De berekening van' deze coëfficiënten is op experimentele wijze getoetst door middel van gedwongen oscillatie voor diep water [17] maar ook als aangegeven onder 2.2. voor ondiep water, zie Figuur
3 en 4 [71
Ook het model-onderzoek in goiven is steeds uitgevoerd om de
be-rekenderesultaten te kunnen verifiëren [5,8,17] . Zie figuur 1.
Voor analyse van het gedrag in zeegang wordt het schip als een lineair systeem voorgesteld waarvoor het superpositie beginsel
geldt.
Het superpos:itie beginsel houdt in dat de reacties van het schip in onregelmatige zee het resuItaat is van de responsies van het
schip op de regelmatige componenten waaruit d'e onregelmatige zee is opgebouwd. Een experimenteel bewijs is gegeven door zowel de amplitude- als de fase-karakteristieken van de verticale bewe-gingen te bepalen door meting van het golfspectrum en de
kruis-spectra van de domp- en stampbewegingen in relatie met de golf.
De overeenstemming met de responsies die in enkelvoudige golven werden bepaald bleek zeer goedte zijn ook ten aanzien van de
fase-karakteristieken, zie Figuur 5 [18]
Er zijn ook verschillende ware grootte metingen uitgevoerd om de gemeten bewegingen te vergelijken met berekende waarden. Daarvoor is het wel noodzakelijk dat het golf spectrum waar het schip 'in vaart bekend is. Bij iangkammige golven uit één richting werd meestal een bevredigende overeenstemming tussen meting en bere-kening gevonden. AIs de golven echter uit verschillende rich-tingen komen dient ook de richtingsspreiding bepaald te worden. Zulke proeven verkeren flog in het begin-stadium.
3.1. Onderzoek naar de. grenzen voor het gebruik van de strip-theorie
Teneinde inzicht te krijgen in de grenzen die de strip-theorie stelt aan de toepasbaarheid z-ijn verschillende ex-perimenten uitgevoerd.
De eerste eis n.1. dat het schip slank moet zijn is beschouwd door onderzoek uit te voeren met een serie modellen waarbij de breedte steeds toeneernt.
Gebleken is dat zelfs voor L/B = 4 de striptheorie nog steeds
bruikbare resultaten geeft [s} . Zie figuur 6.
Experimenten in korte golven ten bèhoëve van een analyse van "springing" verschijnselen hebben aangetoond dat de strip-theorie voor relatief korte golven (A/L<0.5) zeer grote af-wijkingen ten opzichte van experimentele waarden vertoont,
zie Figuur 7 [19] . Verondersteld mag worden dat 3-dimensionale
berekeningen in het geval van kleine golflengte/scheepslengte verhoudingen een beter resultaat zullen geven.
Ten aanzien van de derde beperkende voorwaarde n.i. dat de voorwaartse sneiheid laag moet zijn wordt gewezen op experi-menten met semi-planerende scheepsmodellen in golven bij hoge
sne]heden, bijv. Fn>l [8,20,21] . Zie oak Figuur 1. Uit
oñder-zoeken volgde dat de striptheorie voor hoge sneiheden (Fn = 1)
flog bruikbaar is am de absolute verticale bewegingen en de ver-snellingen te berekenen, maar- niet de relatieve bewegingen of daarmede samenhangeñd de weerstandstoename in goiven. Zie
Figuur 1.
Tenslotte wordt erop gewezen dat de striptheorie volgens Keil [.161 ook goede resultaten geeft voor ondiep water zoals
gegeven in het onderzoek als reeds heschreven onder 2.2.
[71
,
zie Figuur 3 en 4.
4. Toepassing voor gebruik en ontwerp 4.1. Parameterstudies
Om de invloed van de scheepsvorm op het gedrag in zeegang te bepalen zijn verschiilende parameterstudies uitgevoerd Een bekend voorbeeld is de studie van Bau [22) waarbij het gedrag tevens getoetst is aan verschillende criteria.
In deze studie zijn rampvormvariaties van een snel
depiace-mentsschip geañalyseerd zoals:
CB, Cp, L/1/3
BIT, LCB enterwijl de volgende criteria in acht werden genomen:
tiJit
het onderzoek is naar voren gekomen dat de verticalever-snelling vóór de grootste beperking van de sneiheid in zee-gang geeft, terwijl slamming pas bij seastate 6 van belang:
wordt.
-Verder bleekdat hêtwaterlijnoppervla:k (Cp) de gevoeligste parameter was met het oog op de behouden sneiheid in zeegang, terwiji de invloed van 1% verandering van CB en L/v1/3 op de sneiheid een factor 3 kIèiner is.
Als slot conclusieblijkt uit dit orIderzoek dat een grote C, een grate L/vl/3 en een kleine traagheidsstraal
gunstig zijn voor het beschouwde scheepstype. De BIT
ver-houding moet nietgroter zijn dan nod'ig is voor de stabiliteit daar anders de vlak water weerstand te veel .toeneemt, hoewel een grote B/T gunstig is voor de demping van de scheepsbewe-ging in golven. Een amndere parameterstudie met ongeveerde-zelfde resultaten is die van Beukelman en Huyser [23]
De volgende parameters werden gevarieerd:
L, vorm van de scheepssectie voor (u,uv,v-spanten), CB,
LCB,
De invloed van deze parameters op de verticale bewegingen, de relatiëve bewegingen op het voorschip, de verticale versnelling, de weerstandstoename en het paàitjes pikken werden bepaald.
Een berekeningsresultaat Is gege-ven in Figuur 8.
Uit deze studie bleek dat stampen n±et sterk afhangt van de snelheid, maar afneemt met toenemende 1ente, terwijl dampen toeneemt met desnelheid.
verticaieversnélling vóór 0.4 g
kans op groen Water < 7%
In het aigemeen. voigt uit de genoemde studies dat de scheeps-iengte de grootste invloedheeft op het zeegangsgedrag., daar-na de voorwaartse sneiheid en vervolgens de spantvorrn vóór met als gunstige vorm V-vormige spanten ofwei een grote Cp
of kleine Cp
4.2. Methode Bales
Een voor de ontwerper directe methode om de optirnale scheepsvorm in zeegang te bepalen voor eeñ serie schepen is
die van' Bales [1]
Hierbij wordt uitgegaan van een 20-tal snelle depiacements-schepen in kopgolven. Met de striptheorie worden de responsies van deze schepen bepaa]id in 5 golf spectra met oplopende golf-periode en voor 5 scheepssnelheden..
De volgende 8 responsieswordenberekend: stampen, dompen, absolute verticale beweging op de a:chterioodlijn (ALL), de
relatieve beweging op.VLL en ALL, de verticale versnelling
op de VLL en in het zwaartepunt en een "slamniing indicator". Per responsie werd het ongewogen gemiddelde bepaald van de
25 beschouwde condities. Vervolgens werden de 8 gemiddelde responsies genormaliseerd door elke responsie te delen door de kleinste waarde van de reeks van 2:0 schepen zodat de zee-gangsindex R ontstond. R had vobr het beste.schip (kieinste gemiddeide responsie) de waarde 10 en voor het siechtste schip de waarde 1.
Daarna werd een lineaire regressi.e van R naar een aantal romp-vorm parameters uitgevoerd:
R = a0 + a1 * CWF a2 * CWA + a3 * T/L + a4 *
c/L+
+a,5 *CVPF+ a6 * CVPA
Uit de 20 beschouwde scheepsvormen werden de coefficienten aj bepaaiden trends afgeIeid cm tot een betere rompvorm te komen. In Figuur 9 is het resuitaat gegeven van een geconstrueerd op-timum (21) in vergelij'king met het beste schip (06) en het siechtste schip (13) van de beschouwde reeks.
Dergeiijké bnderzoeken voor een reeks kleine schepen op de Noordzee zijn daarna ook uitgevoerd door Van Wijngaarden [24)
4.3. Inzetbaarheid van semi-planerende schepen
Een andere vorm van parame.terstud'ie vindt pi.aats op basis
van de inzetbaarheid van een reeks schepen afhankelijk van een gesteld criterium.
Ver'schillende studies zijn uitgevoerd voor modeifamilies van snelle pianerende vaartuigen wa'arvoor op basis van de lengte, breedte en diepgang werden gevarieerd [20,21)
De inzetbaarheid is ais volgt gedefinieerd:
De inzetbaarheid geefthet jaarlijkse percentage tijd aan waar-bij aan boord van een vaartuig dat met een zekere sneiheid in recht van voren Inkomende golven vaart een gesteld versnellings-criterium nlet wordt overschreden.
Als versneilingscriterium wordt veel gebru'ikt:
- de verticale significante versneiiing midscheeps mag niet meer bedragen dan 0.35 g
of
a1/3 t. midscheeps 0.35 g
Om voor een bepaald vaargebied .de inzetbaarheid van een schip
te
kunnen
bepalen dient het percentage of promillage voorkomen per' tijdseenheid van de significante golfhoogte per karakteris-tieke goifperiode bekend te zijn. In Figuur 10 is dit in. de vorm van een "wave scatter" diagram voor het kustgebied t.p.v'. het meetpunt Goeree wee'rgegeven als ,promiilage voorkomen perjaar van de significante goifhOogte opiopend met 0.5 m op basis van de gemidde.ide nuldoorgangs-golfperiode T2.
Indien 'voor de verschiilende sneihed'en de verticale versneiiing per eenheid van significante golfhoogteberekend is voor de te beschouwen lokatie kan per nuidoorgangsperiode de optredende
vertikaiè versneliingen voor de diverse voorkomende
signifi-cante goifhoogten bepa'aid worden door vermen'ingvuldiging met deze goifhoogte. Uitgaande van het aangenomen versn'eIlings-critrium voor de beschouwde lokatie kan nu vastgesteid worden bij' welke. significante goifhoogte dit criterium wordt
over-schreden. '
-Op deze wijze kan voor elk model de grens worden aangegeven
waaronder het gestelde criterium niet Wordt averschreden, zie
Figuur 10 voor drie verschillende scheepslengten.
Door samrnatie van alle promillages onder zulk
eengrenslijn
kan. het percentage inzetbaarheid warden gevonden.
Ui deze. studies komt als algemene tendens naar voren dat de
inzetbaarheid toeneemt met de lengt.e en breedte., maar
onaf-hankelijk is van de.diepgang, zie Figuir 11.
In het kustgebied van de Noordzee (T2 = 3.5 sec) biijkt de
inzetbaarheid van semi-planerende vaartuigen 1½ 2x groter
te zijn dan voor het midden van de Noordzee (T2 6.5 sec).
4.4. Operationeel gebruik
Bepaling van de inzetbaarheid op bovengenoemde Wijze geeft een globale indruk van de zeegangseigenschappen van het be-schouwde type schip.
De methoden zijn vooral ook bedoeld om tendensen in verbete-ring van dit zeegangsgedrag gerelateerd aan ontwerp parameter-variatie te vinden.
Voor een aantal schepen of maritieme constructies is een meer
gedetailleerde analyse noodzakeiijk in verband met de zeer
spe-cifieke werkzaamheden en/of functies van het schip, te denken valt hierbij bijvoorbeeld aan helicopter-operaties,
wapen-systemen, duik-operaties, boar-werkzaamheden,
kraan-werkzaam-heden etc.
-Als een nauwkeurige set van criteria voor handen is voor wat betreft de grens van de toelaatbare bewegingen gezien de taak die uitg:evoerd moet warden dan is het mogelijk am voor een
significante golfhoogte of "sea state:" en variabele goif-invals-hoek éen zogenaamd "polair diagram" op te steilen.
In dit polair diagram worden combina,ties van sneiheid en
golf-invaishoek gegeven waarvoor de werkzaamheden nag juist
uitge-voerd kunnen warden en oor deze pu.nten te verbinden on-tstaan
gebieden, "vensters" genoemd, waarbinnen de beschouwde speci-fieke functie van het schip, varende in een specispeci-fieke zeetoe-stand, nag uitgevoerd kan warden.
Bet totale apperviak van de vensters ten opzichte van: het
van het schip. be gehele cirkel oppervlakte komt overeen met 100% operability zoals dit bijvoorbeeld het geval is voor het werken in een vlakke zee,, golfhoogte nul.
Een voorbeeld van zo'n polair diagram is te zien in figuur l2. waarin de gebieden zijn aangegeven waarbinnen "Vertical Take Off and Landing" vliegtuigen nog kunnen opereren vanaf twèe verschillende vliegdekschepen bij. een significante golf hoogte van 5.5. meter.
Deze figuur is ontleend aan een rapport van Comstock et. al. [ 25] waarin de inzetbaarheid van verschillende typen vlieg-dekschepen met elkaar wordt vergeleken. De in de figuur. ge-presenteerde polaire diagrammen hebben betrekking op een mono-hull en een "Small Waterplane Area Twin Hull Schip". Dit laatste type schip is een voor1eeld van een ontwerp dat specifiek is ontworpen met het oog op het verbeteren van het zeegangsge-drag en het minimaliseren van bewegingen en versnellingen. Hat verschil in inzetbaarheid tussen de beide schepen is evi-dent. Dit wordt nog eens benadruktinfiguur 13 waarin de
"mission effectiveness" wordt verkregen door de polairen
voor verschiliende gelijktijdig uit te voeren taken over elkaar te superponeren. Een vergelijk zowel op basis van lengte als op basis van deplacement toont de superioriteit van het SWATH
concept.
Op basis van dit soort zeer gedetailleerde studies kan getracht worden het meest geschikte ontwerp voor een specifieke missie te vinden.
5. Conciusie
Het nut van het uitvoeren van al deze ontwerp optimalisaties met betrekking tot hat gebruik van het schip in een realistische omgeving moge hiermee zijn geillustreerd. Bij het ontwer,p van een. schip dient het gedrag van het schip in zeegang nadrukkelijk
in beschouwing te worden genomen teneinde een effectief gebruik van het schip te kunnen garanderen.
Voorwaarde hiertoe is het kunnen beschikken over experimentele en reken'kundige hulpmiddelen om dit zeegangsgedrag met de
-wenste mate van nauwkeurigheid voor de meest uit een lopende typen schepen en omstandigheden te kunnen bepalen.
Deze methoden worden.
flog
steeds verfijnder maar in hun huidigevorm zijn het reeds uiterst geschikte hulpmiddelen voor de, ont-werper.
6.. Referenties
(i) Bales, N.K.,
"Optimizing the seakeeping performance of destroyertype hulls",
13th Symposium on Naval Hydrodynamics, TOkyo., 1:980
12]
Ursell, F.,"On the virtual mass and damping of floating bodies at zero speed ahead"
Symposium on the Behaviour of Ships in a Seeway, Wageningen 1957
Tasai,, F.,
"On the damping forceand added mass of ships heaving and pitching"
Reports of Research Institute of Applied Mechanics,
Kyu:s'ha University, Japan, 1960
Grim, 0.,
"A method for amore precise computation of heaving and pitching motions, 'both in smooth water and in waves", Third symposium on Naval Hydrodynamics, Scheveningen 1960
[51 Gerritsma, J., Beukelman, W. and Glansdor.p, C.C.,
"The effect of beam on the hydrodynamic characteristics of ship hulls",
10th Symposium onNaval Hydrodynamics, 1974
Salvesen, N., Tuck, E.O. and Fàltinsen, O.M., "Ship motions and sea loads",
Transactions SNAME, vol. 79, New York, 1970
Beu'kelinan,, W., Huymans, R.H.M. and Keuning, P.J.,
"Calculation methods of hydrodynamic coefficients of ships in shallow water",
International Shipbuilding Progress, volume 31, no. 360,
August 1984.
15
-E ] Blok,, Jan J. and Wim Beukelman,,
"The high speed displacement ship systemati.c hull forms
Seakeepi,ng Characteristics ",
Transactions SNAME, New York, November 1984'
19] Frank, W'.,
"Oscillation of cylinders in or below the free surface of deep fluids",
Naval Ship Research and Development Center, Report 2375,
1967
Bai, K.J.. and Yeung, R.W.,
"Numerical solutions to free surface flow problems", 10th Symposium on Naval Hydrodynamics, 1974
Opsteeg, 3.D.,
"Berekening van de hydrodynamische coefficienten van lichamen die zich bevinden in de vrije oppervia'kte van een uitgestrekt fluidum met bhu1p van dé eindige elé-menten methode",
Thesis belft University of Technology, 1971
Baar, J.J.M.,
"Computation by finite element method of hydrodynamic
coefficient of ships in shallow water",
International Shipbuilding Progress, volume 31, no 357, May 1984
Zienkiewicz, O.C., Bettes, P. and Kelly, D.W.,
'!The finite ëlëment method for determining fluid loading of rigid structures",
Offshore Engineering Conference, Swansea, 1977
Oortmerssen, G. van,
"The motions of a moored ship in shallow water", Thesis Deift Unive.rsity of' Technology, 1976,
Fal.tinsên, O.M. and Michelsen, F.C.,
"Motions of large structures in waves at zero Froude number",
Proc. Symp. on the dynamics of marine vehicles and
structures in waves, Univ. College London, 1974
[16) Keil, H.,
"Die hydrodynamische kräfte bei der periodischen Bewegung zwe:idimensionaler Körper an derOberfiäche
flacher Gewässer",
Institut für Schiffbau der Universität Hamburg, Bericht nr 305, February 1974
Gerritsrna, J.; and Beukelman, W.,
Analysis of the modified strip theory for the calculation
of ship motions and wave bending moments",
Intrnationa]. Shipbuilding Progress, vol. 14, no 156, 1967
Gerritsma, J.
"Scheepsbewegingen in zeegang"
Voordracht gehouden op d'e dagbijeenkomst ":Schepen in
g,eorganiseer door de Sectie Scheepstechniek van het
i.s.m. de Ned. Ver. v. Technici op scheepvaartgebied
het scheepsbouwkundig Gezelschap "William Froude" bij de
TH Delft op 1.maart 1984,
Schip en Werf, 51e jaargang, nr 11, 1984
Moeyes., G.,
"Measurement Of exciting forces in short waves", Deift Progress Report, 1976
Beukelman, W.,
"Prediction of operability of fast semiplaning vessels in
a seaway",
Ship Hydromechanics Laboratory, Deift, report no 700
Zeegang" KIVI en
-Wijngaarden.van, A.M. and Beukelman, W.,
"Semi-planing vess'elsin a seaway, Comparitive. prediction of operability",
MARIN. Workshop on Developments, in Hull Form Design,,
session 5, Wageningen, oktobër 1985
Bau, F.,. B'elione,,. G., Fiamengo F.,
"A systematic study about the effect. of the main nondi-rnensional parameters on the seakeeping behaviour of slender
fast ships",
Proceedings 5th Polish_Italla,n seminar, Gdansk 1981
'Beukelman, W. and Huyser, A.,
"Variation, of parameters determining seakeeping", International Shipbuilding Progress, vol. 24, no 275, July 1977
Wijngaard'en van, A.M.,
"The optimum form of a Small hull for the North Sea area",
International
Shipbuilding Progress., vol.., .31,, no.359,July i98'4
Comstock, E.N., Bales', S.L., Gentile, D.M.,
"Seakeeping performance comparison, of air capable ships", Naval Engineers Journal 1982
Hosoda, R., Kunitake1 Y., Koyama, H. Nakamura, H.,
"A method for evaluating of seakeeping. performance in ship design based on mission effectiviness. concept",
2nd
International
Symposium on Practical Design inShip-building, 'Tokyo, 1983
-7. Symbolen
a transformatie-coefficient; parameter-coefficient Bales
a113 significante verticale versnellings-ampiitude
ALL achterloodlijn
B breedte
c/L cut-up ratio Bales
CB blokcoefficient
verticaal prismatische coefficient
Cp
oppervlakte coefficient van de waterlijnFn getal van Froude
g versnelling van de zwaartekracht
h waterdiepte
H1,3 significante golfhoogte
langsscheepse massatraagheidsstraái
L lengte
LCB ligging van drukkingspunt in lengte
hydrodynamisçhe massa per Iengte-eenheid
N hydrodynamische demping per lengte-een'heid
T diepgang; golf periode
T2 gemiddeide nuidoorgangsperiode
V scheepssneIheid
VLL voorioodiijn
w punt op de contour van de scheepssectie
x,y,Z
richtingsvast assenstelsel met de oorsprong in de waterlijn t.p.v. het gewichtszwaartepunt in lengteZ dompverpiaatsing
uitwijking van het wateropperviak punt op de eenheidscirkei
c fase hoek
0 stamp hoek
V volunte van de waterverpiaatsing
-3 IS 10 OS IS to OS - o to ON..l0., 0 75 S '5 10 0 05 tO C.I.R0I- t-e 0 j Vt7 a, 0 to C00..5ONR.OI R0 R0 - I00 a, IS 10 05 0 15 10 05 0
Figuur 1. Response functies voor-sne depacementsschip -3 01 75 50 25 0 05 - - - IS
C,.01IO,0 fl001O ,Pj01IOI R0PtR0. C01..l01j01, II I01a010011I 0 R0VRIlti IN - b.1cI - 0 IN 100100101 IS 10 S 2.0 OIT 2.5 0 3 bat 9I. ISO 1.5 2.001T 25 pitch 300 5" 'a.,,. ISO IS 2.0d/T 25 IS ID 2.0 0IT 25 01.0 IS 20 011 25 yaw ISEXP.OKRV,CFEM.
Hydrodyanuc mass and daroplig related to witerdepth at Fn 0.2 and 4.
Figuur 2. Toegèvoegde massa en demping afhankeUjk van waterdiepte.
2.0 011 2.0 OE ESO -VRIN3-.COEFTF
iO0MN S
r
. ML F LS I n 10pMRILPI I OE ....ESQ ESO LS I n07 AI O 'a MO .. LS I n07 A0 S0°\
OES...._LS I I tO50010PJ M ODELSFa. t10 o MACIN LOPCLOSE FIT MODELS
Fn.0S70 COPFIT
CLOSE
0 MAR00
MODELS
En. 0570 _._._CLOSEFITo MAR01 LOP
.z..
IlL.
0 o v't7 tø-- 55 °5Vt7I I I
0.2 Figuur 3. Berekende en gemeten
hydro-dynamische, cofficiënten voor twee waterdiepten.
2Dmp - - - 3Ddiffr
2DdtXfr 0 EXP
Calculated andmeasured hydrodynamic coefl1cints for pltch,h/T 1.50 and 1.15. F,, = 0.2.
-90 EXPERIMENT IN ENXELVOUOIOE GOLVEN .IIs IL',.'.. EXPERIMENT IN ONRCGELI4ATIGE GOLVEN S TAM PE N
Sixty SeriEs ö.O.1O -Fn--2O
Flguur 4. Verdeling van toegevoegde massa en demping over de scheepslengte voor twee waterdiepten.
F-iguur 5. AmplItude- en fase karak-teristleken van dompen en stampen bepáald met spec-tralè analyse van een model-proef in oflregelmatige gol-yen In- vergelijklng met een :proef in eflkel,voudi ge golven.
"--2
2Dmp- -
3DdiffrL
Fn.i0
.I0
20 002 tO 15
)
co.e1e. r.oae. k5.0.2SL. ice .ás
F.,..30
20
110
Figuür 8. Responsie in zeegang als functie van lengte,.
sneiheld en spantvorm. Series S.ixty CB = .60.
2OO2X - 200-STRIP THEORY S IA IX cr-IS.-. OS 00 07 01 0J 04 0.1 0.1 0I 0.0 01 01 0.7 0$ 00 0.4 03 02 0.5 - F,..20 o HULl. 01 O 000.1.13 A HULL 20 00T10100 ---DATA B0$S05IVOL000
Figuur 9. De invloed van optimailisatie op het gedrag in
zeegarig.
Figuur 6. Starupainpiltude karakteristiek F1guur 7. Verdeling van golfkracht amplitude
voor vijf lengte/breedte ver- over de lengte.. van een tanker. AlL = .215 houdingen. Series sixty CB=.7O.
is
05
IS
- .0 Ul.d.n
INZETBAARHEID IN WAVE SCATTER DIAGRAM (°/oo); KUST NOORDZEE Meetpunt : Goeree Ca. 10 roiji uit de kut
mmum wu
:1IIIEiIIA
. . : I .., .W4
ffl £iii:
,pi1j
NI1::t- A
6g .
...i83 122
54. 1O7 . ... I I I I 1 2 3 4 5 6 78910111213
nuldoorgangsgolfperiode T2 Cs) 80 C 1'. 60 0 40 80 60 0 80 C 60 © 40 0 20 km (Fm 25 km (Fm -0.724) 0.905) - 20.6 m T - 1.27 C 2Okm(Fn-0.724) L20.6m 25 km (Fm - 0.905) 3 4.42 m 3.92 1.27 1.5 Model nr. L Cm) B Cm) T Cm) Zeeganga criterium Inzetbaarheid (%) Sneiheid 20 (ka) 0.90 ord. :10 max. g: 0.35 Lnl5m L=25m Ln35m 49 83 91 Fm - 0.724 0.905 B 1 - 4.42 1.27 in in Fm -5 ._. 29.6 25 80 C 14 w 60 40)5 °4.42 beam (m) © 4.8 5 36 20 km T - 1.27 inB - 4.12 m 15km length (m)0
20.60 025Figuur 11. Inzetbaarheid als functie van hoofdparameters en
Figuur 10. Grensiijnen voor inzetbaarheid als functie van scheepssnelheid voor ai,'3 0.49 t.p.v. 0.434 LWL.
de scheepsengte.
0 0
-I.?
noN RN
Figuur 12. Vergelijking van de 'vensters' van twee typen vliegdekschepen.
100 U) U) £4 z o 50 £4 14 N z 0 I-1 U) U) '-4 ,01000n.a SI. Sill, 0 SOOT SI.. RN Hy3sai 55 in. IN STILL WATER 5 6 7 BEAUFORT NUMBER HEAD SEAS
Figuur 13. Vergelijking van de effectiviteit van zes verschjllende patroui.11e schepen.
SSC-1 IN SHORT-CRESTED PM-i PM-2 PM-3 PM-4 SSC-1 SSC-2 L (m) 100 90 73 63 31.5 65 B (m) 14.6 11.6 9.6 7.9 17.1 35.3 T (m) 4.9 3.8 3.3 2.7 3.2 5.5 (ton) 3643 2081 1237 666 340 2000 V (kn) 22 21 21 19 24 18 lN*0fl* 111*051* oN
