De manoevreereigenschappen van grote tankers

ARCH

Ond.erzoek van:

I. A].gemeen

Inleiding

In eon eerder uitgevoerd _{progrmm9 (T.N.0 N.S.S rapport}

99 S) is naar voren gekoinen, dat _{bij toenemende aímetingen}

van tankers hoge eisen aan. de manoeuvreerbaarheid gesteld moeten worden. Niet alleen de ongunstiger _{verhoud.ingen van} de afmetingen, doch

00k

de absolute toename van de afmetingen. maken doze schepen lastigbestuurbaar.

0m een inzicht te krijgen in de wiJze waarop doze schepen bestuurd dienen te worden, wordt voorgesteld een onderzoek uit te voeren naar de manoeuvreereigenschappen van een tanker varende op eon in breedte en diepte beperkt vaarwater door middel van modeiproeven.

Voorstel voor onderzoek

Voorgeateld. wordt orn de proeven uit _{te voeren met een}

model van eon 100.000 tdw tanker met eén lengte-breedte verhouding van 6,08. Men verwacht dat deze verhouding in de toekomat voor de :zeer grote schepen van toepassing

blijft, zod.at de meetresultaten

_00k

_{omgeschaald kunnen}

worden naar biJvoorbeeid 500.000 tdw _sohepen.

Bij dit ond.erzoek zal hot ged.ag _{van het schip met behulp}

van niet lineaire beweging.svergelijkingen worden _beschreveri.

Als basis voor .het opstèllen _{van de bewegingsverge1ikjngen}

wordt uitgegaan van de onderzoekingen

_{van Abkowitz.}

Lh.

y. Sch:

T '

' r_{C':_}

r'î'

"DE. MANOEtJVREEREIGENSCBApPEN VAN GROTE TANKERS" NETHERLANDS SHIP MODEL BASIN

Andere onderzoekinßen waarvan bij het opstellen van de bewegingsvergeiijkinen gebruik gemaakt aal worden, zijn

gegeven in reíerentie (2) tot en met (6).

De cofficinten iii de bewegingsvergelijkingen zullen worden bepaald met behuip van een oscillator. Bij het analys eren van de meetresultaten aal gebruik gemaakt worden van een Pourier integrator. De invloed van de waterd.iepte en de waterbreedte op de coffieinten za3. worden bepaald..

Door oplossing van de bewegingsvergelijkingen wasrin de cofficinten door mid.del van de metingen bekend. zijn, zullen verachillende manoeuvres van het sohip worden berekend. Mn de hand van deze berekeningen zullen

Ref erenties

MA. Abkowitz, "Lectures in. Ship Hydrodynim1cs, Steering and Mano euverability"

Hydro-Og Äero&ynainisk Laboratorium, Report Hy-5, Lyngby, Copenhagen _196'4. Philip Mandel, "Ship maneuvering and control" Chapter VIII

of Principles of Naval Aràhiteoture.

Published by the S.N.A.M.E. New York

_1967.

Hsav-Hain-Chen,"An investigation of the sensitivity and the

linearity of response of a steered ship" University of California, Berkeley,

Report no. NA 67-1,

_1967.

(Le.) _{G. van Leeuwen en} CoG. Glansdorp,

"Ebcperimental deùrmination of

linear and

non linear Hydrodynainic derivatives of a "Marinez"-type ship model"I.T.T.C. 1966

M.S. Chislett and J. Strm-Tejsen,

"Pl'mr motion mechanism tests and full-scale steering and manoeuvring predictions for a mariner class vessel" Report no. Uy 6,

Ryd.ro-. and Aero&ynamics Laboratory, Lyngby, Copenhagen

_1965.

M. Gertler and G.R. Hagen,

"Standard equations of motion for submarine simulation" N.S.R.D.C. report 2510,

Washington.

NETHERLANDS SHIP MODEL BASIN

Bejroting van de kosten en van de tijdsduur

Het onderzoek wordt in de voigende fasen ingedeeld:

Phase I : Bepaling van de beiangrijkste eofficinten

in de bewegingsvergelijking; uit. te voeren voor I sneiheid in de ongestoorde toestand, op I waterdiepte en voor I schroefbeiasting, overeenkomende met de werkelijkheid. Deze proeven zullen binnen 3 maand.en worden uitgevoerd. waarbij de kosten worden geschat op

HZ]. 50.000,...

Phase LI : Bepaling van deinvloed van de waterdiepte op de coffiointen; uit te voerèn op 2 watezd.ieptes. Deze proeven zullen in de eerste helft van 1968 kunnen worden uitgevoerd. De kosten bedragen Hf]. 70.000,.-.

Phase III : Bepaling van de invloed van de sneiheid

en de schroefbelaating. Deze proeven zullen eveneens in de eerste helft van 1968 kuxthen worden uitgevoerd.

De olnvang van dit programma voigt uit de resultaten van phase I en II. De kosten zullen direct nadàt de resultaten uit phase I bekend zijn worden opgegeven.

Phase IV : Bepaling van de invloed. van de

bx'eedte-beperking van het vaarwater op de cofficinten plus bepaling van nieuwe cofficinten tengevolge _{van de}

breedtebeperking. Deze .proeven zullen in de tweede helft van 1968 uitgevoerd kunnen worden. De kosten zullen

tegelijk met de kosten

nit

phase III worden opgegeven. De resultaten worden in de eerste helft van

₁₉₆₉

opgeleverd in de vorm van een rapport, gesteld in de Engelse taal en geschikt voor publikatie.

NETHERLANDS SHIP MODEL BASIN WAGENINGEN

II. Basis gegevens

1. Gegevens van model en schroef

Schaal

=

I

:

72

Voor de

verdere

gegevens van model en sch.roef moeten de volgende proeven worden uitgevo'erd.:

slingeren van bet model voor de bepaling van i

weerstand.sproeven op een waterdiepte van 1,00

in en

0,238

in

(1,2d)

o. voortstuwingsproeven op een waterdiepte van 1,00 in

'en 0,238 in (1,2 d).

De d.ienstsnelheid ven de 100;000 tdw

tanker bed.raagt

0,813

in/sec op modelachaal. 0m

voor

een 500.000

tdw tanker

dezelfde

dienstsnelheid te halen moet

de modelsnelheid.

0,622 in/sec zijn.

Model

Lengte tussen loodlijnen (L) =

3,52

in

Breedte = _0,58 in Diepgang Cd) 0,1985 in Waterverplaatsing =

338,33

dm3

Traagheidsstraal (i)

= 0,88 in (0,25 L) Ro eropperviak =

1,12

2(Ó6L)

Schroef

Diameter

= 90,0 mm

Spoed. op 0,7 R

= 62,6 mm

Aantal bladen

=

4

Spoedverhouding = 0,694 Bladoppervlak7erhouding =

0,539

NO. ₅

2. Bewegingsvergejjjn

Coefficienten van hoogstens de derde orde en afhankelijk van hoogstens twee bewegingen worden in besehouwing

genomen.

Het assenstelse]. wordt.scheepsvast genoinen.

De oorsprong ugt in het _{zwaartepunt. De snelheidsvector}

bedraagt _{+ u,}

y)

_{waarin u0 de ongestoorde} sneiheid is.

(ni - X) ii

_{= X0 + X.4Au + + XuuAu2 + 1/6 xuAu3}

+ + xvv v2.+

f

K _{r2 + + x} 2

+ + XvvuVU

_{+ +}

Xp.g ¿

_{+ +}

_Xjç62Au

+ (x1

+ ni) vr + yÇ + _re - r ). -

r;;

= + + +

Tuu2

+ _V +

1/6Im

+ r

2 _{+ +} vc- vi2 + VA

U +

++Yy.gvAu2+(yu.mu)r+1/6Y

+

+fTry2

_{+ + y1,}

_rc2

_+YrurAU+

++Y

_{PAU2+Yó.6 +1/6YJ34a.}

+ rr + r + + u2 (I-Nt ) N; = N + N1

_{a u + k}

_{NU a}

_{u2 + .N . y + 1/6 Nm} + + Nvr vr2 + +

N1

_v62+N

_VA

_{U ++}

+ Nr.r +1/6

Nr3

4Nrvvl'V2

+ + r

62

+ N r a

u+41

r a

u2+N.

_+1/6

+ + ¿y2 + +

Nrr

¿r2

+ N6

uçuu

¿AU2

NETHERLANDS SHIP MODEL BASIN WAGENINGEN

De voorste sta.ng loopt (p graden voor op de achterste stang. De grootate amplitude bedraagt 0,12 xn:

Beweging van de stangen:.

SV =

Sifl ((a)t +

sin (c,t - fq)

X = langskracht

Y = Y + Y

= dwars1aacht N = * (Yy. _Ta = moment

Tussen deze

stangen en het

model wordt een raam geplaatst, waarmee de achten en momenten die op het model werken worden gemeten, De gévoeligheid

van

elk van de

trekkracht-opnemers bedraagt

₅

kg!.

= 0,12 m

FRAME

3.

Gegevens oscillator

Het model word.t geosoilleerd door twee stangen, die een harmonische beweging uitvoeren:

5 ACHTER S VOOR

ROTEREMDE AS

De stangen moeten scharnierend aan het meetframe worden bevestigd.

De verticale as door het zwaartepwit mag tijdens het oscilleren niet in de langerichtingen verschuiven.

Bet model mag wel in vertikale zin bewegen, doch moet zodanig star zijn opgehangen dat het niet kan slingeren of staznpen.

PRINCIPE OPS1ELL%NG

05Cl LL PTORSTANGEN SCHARNI EREMO AAN MEETRAAM

DWARSGELE IDI NG (VAST AßP4 DE BRUG)

III. Nauwkeurigheidseisen

1. Goot1e orde der bewegingen

De maximale zwenksnelheid van hat schip bedraagt ongeveer 0,6 °/seo. Op modelsohaal is dit ongeveer ₅

/áec.

De maximale ongestoorde sneiheid bedraagt 13,14. kn. of wel 0,813 rn/sec voor hat model.

Het snelheid.sverlies in de draaicirkel bedraagt rnaximal 35 % bij een aanvangssnelheid van 13,14. km. en 45 % bij een aanvangssnelheid van ₇ kn.

0m geen be!nvloed.ing te krijgen van het door de bewegingen opgewekte golfsysteem moet men vold.oen aan:

U-)

-

0,15 + = 1,85 - T

3,4 sec.

Daar de inanoeuvreerbewegingen relatief traag zijri,

behoef t men slechts bij kleine frequenties te oscilleren.

De cofficinten zullen frequentie onafhankelijk zijn als

')< 0,5

0,835 - T>

_7,5

sec.

Besloten wordt orn de drift- en gierbewegingen te oscilleren met een periode van 8 secs

Met een slag van maximaal 0,12 m vindt men dan dat op modelschaal de me,rimale koershoekainplitude 5,980 en de maximale zwenksne].heid 11,7 °/sec bedraagt.

De maximale drifthoek. statisch bedraagt ¡3 = 13,5e en dynamisch 6,6°.

De maxim le amplitude van de snelheid.sòscillatie bedraagt 11,6 %. Daar men echter kan aannemen datde toegevoegde massa lineair is, is een grotere snelheidsafname tijdens de dynamische proeven iiiet noodzákelijk.

NETHERLANDS SHIP MODEL BASIN

Zujvere driftbewegingen: Door het dwars uit oscilleren

van het model wordt de driftsnelheid harmonisch gevarieerd., terwiji de langescheepse en rotatle variaties nul zijn. Tijdens de statische proeven, waarbij het model onder sen drifthoek,6 wordt gesleept, bedraagt de driftaneiheid

y = U sin4 en de langssneTheid U0 = U cos4. Daarom most

voor de statische proeven de wagenaneiheid U veranderen

a1s3 verandert bij gelijkblijvende _{ongestoorde sneiheid U0.}

Zujyere gjerbewegjngan: Met de _{bestaande oscillator is het} niet mogelijk een zu.ivere harmonische gièrbeweging J te

maken. Het optizawii wordt bereikt indien het _faseverachil

tussen de voorste stang en de achterste stang q graden

bedraagt, waarbij tg +P=

W/2 U0.

_{In dt geval is de}

gierbeweging ÇiJ

Y= arctg (2

sin +p)coswt.

Door echter tg _{te lineariseren tot 4' wordt sen maximale} fout van 0,36 % gemaakt als4'= 6°.

Ook kan geen zuivere gierbeweging worden gemaakt omdat

interacte door langsscheepse _{anelheidavariaties optreden.}

Bij een koersafwijking van 6° bedraagt dezé

anelheids-variatie maximaal 0,14.5 % _{van de ongestoorde sneiheid.}

14. Zujyer _{schrjkbewegjn: Het schip wordt in}

langsacheepse

richting geoscilleerd orn de _{toegevoegde massa te bepalen.}

Alle overige invloeden van de sneiheidsyariaties worden

bepaald door de proeven bij verschillende _{constante snelheds..} veranderingen u uit te voeren.

Bij elke wagensnelheid wordt sen ander toerental

van de schroef ingesteld, afhankelijk van de schroef-belasting (uitgezocht wordt of het schip turbine of

dieselinotor heeft). Variaties in _{schroefbelastingen}

tijdens sen proef worden niet opgevangen door varierende toerentallen I

IV. Meetprogramma

Analyse der meetresultaten

Met behu].p van de Fourier integrator kunnen .twee

handelingen plaats vinden, namelijk een gemidde].de waarde worden bepaald. en een integratie over een geheel. aantal periodes van het signaal vermenigvuldigd met de sinus of de cosinus.

Pror'nirni proevenserie I

De proeven worden uitgevoerd. bu I sneihid in de

onge8toorde toestand U0=O,813 rn/sec. De schroefbelasting dient zodanig te worden ingesteld, dat daze overeenkomt met die in de werkelijkheid.

De waterdiepte bedraagt I m, overeenkomende met 72 in in

de werkelijkheid (watex'diepte _{: d.iepgang = 5,04).}

0m de cogfficinten uit II-2 te meten wordt _{het progrAiniTla} bepaald door de wijze van analyseren, zoals in IV-1 is

aangegeve.n; zia bijgaande tabel.

Voora.t dienen eerst de weerstand. van het sohip en de

voortstuwingscofficinten van de echroef bepaald te zijn!

Signaa]. f Gemiddelde waarde

f d t mf ase

jrsinwt&*Jt

Uitfaae

ffcoswtdwt

f=fconstent

Z=f.sinwt

Z=f sinwt

f =fsin wt

Z0 O

+f

O O f O +f0 O O O O NETHERLANDS SHIP MODEL BASIN

Op een scbrijver

_{dienen de volgende}

grootheden te worden geregistreerd: soliroef: toeren askoppe]. s tuwkpaeht wagensnelhejd..

roerbeweging

krachten: dwars (r

₊

lange (X)

moment (f r

+

Opiner1cinen.a (a) sneiheid aanpassen ('o) toerenta3. aanpassen

(c) sneiheid en tOerntai aanpassen.

Type proeven

MUtai variabelen

.

Cofficinten bepaald

door gerniddelde waard.e

Cofficnten bepaald.

door iu.tase dee].

Coffioiguten bepaald

door uitfase deel

X Y X Y N X Y N . I:Statische proeven: '

1 sheen. sohrikken (b) 2 alleen verzetten (a).

. 3 alleen roerhoek ¿I.

roerhoek en verzetten

samen (a)

5

roerhoek en schrikken samen (b)

6 verzetten en schrikken samen(e)

.

II:Dynamische sçhrikbewegingen

.

III :Dynamische verzetbeweging IV:Dynarnjsche gierbeweging:

. I alleen gieren

2. gieren

en verzetten (a) ;

3.gieren en roerhoek 1.gieren enschrikken (b)

c)

rn/seo<AUc+O,O4. rn/sec

(in etappen van 0,0k

nVsec)

12°q3

120 ( in etappen van 2 ° )

350

(in stappen van

5)

(12°/3>O; 35)'O)

-0,4 rn/secuO (in stappen van

o.,1 in/sec);

O<d'.35°

0,4

seoauO (in etappen van

0,1 rn/sea); 12 >13"O xovxu xuu X

Xç

X X X.. YoYuYuu

Y Y

Y Yjçç

Y

Y NONUNUU

N Nm

N N1 ' N O '

<12 cm (in etappen van 2 cm)

O < < 12 cm (in etappen van 2 cm) 0< ; < 12 cm (iii etappen van 1+. cm) 6 dz'ifthoeken; 6 gieramplitudes 6 roerhoeken; 6 gieramplitudes

. 6 snelbeden; 6 gieramplitudes X Xrr . Trr YrrU Nrr e TV

r1

N'

y

. N . X Xr, vi,vv TrTrrr Y rer Y Y . Z'UU

v"m

NrNr

ur

Xii I'UU Tabel I ; Px,ogramma Proevenserie I

U0 = 0,813 rn/sec

Waterdiepte I Ifl

Schroefbelastinß overeenkornende rnet de werkelijkheid.

Periode 8 seo.

NETHERLANDS SHIP MODEL BASIN

PAGE

WAGENINGEN