Cap 3 Contribuții Proprii 3.1 Octopus [304188]

CAPITOLUL 3 CONTRIBUȚII PROPRII LA ELABORAREA UNOR METODE DE EVALUARE A SIGURANȚEI NAVEI PORTCONTAINER ÎN SITUAȚII CRITICE

3.1 [anonimizat], urmărindu-[anonimizat]. Dezvoltarea informatică din ultimele decenii au dus la o îmbunătățire substanțială a programelor de simulare a răspunsului navei și a componentelor sale pentru o varietate mare de scenarii. Ca parte a [anonimizat], chestiunile legate de stabilitate au constituit dintotdeuna veritabile criterii pentru proiectarea și exploatarea navei. Abordările în această privință au crescut ca numar de la an la an prin acoperirea unor scenarii cât mai largi și cu rezultate cât mai exacte posibil. Numărul de variabile care trebuie luate în calcul la încărcarea navelor portcontainer duce de la necesitate spre obligativitate în implementarea unor programe computerizate de încărcare a navei, [anonimizat] a navei ([anonimizat], perioada de ruliu etc), în funcție de anumiți parametri de intrare (marfă, poziționare, balast, combustibili etc.)

[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] (propulsie, navigație, instalații și echipamente auxiliare sau instalatii de încărcare).

[anonimizat], în navigația pe valuri. [anonimizat] a navei, [anonimizat]. Analize similare cu ajutorul acestui program au fost efectuate de Chițu și Zăgan în anul 2014, pentru determinarea comportamentului unei nave de aprovizionare pentru platforme de foraj.[1]

[anonimizat], [anonimizat] a sarcinilor hidrodinamice asupra corpului navei, a [anonimizat] o abordare mai temeinică asupra acestui subiect. [anonimizat] ([anonimizat], accelerații verticale care conduc la solicitarea provei navei datorită efectului de tangaj violent), [anonimizat].

[anonimizat], așa cum a [anonimizat] efect puternic asupra raspunsului navei pentru o anumită stare a mării.

Pentru descrierea cantitativă a valurilor neregulate, întâlnite în mod obișnuit pe mare, sunt necesare analize statistice care permit identificarea caracteristicilor individuale în cadrul setului de date. Individualizarea se bazează pe principiul suprapunerii mai multor componente armonice regulate ale valului, fiecare cu propria amplitudine, lungime, perioadă sau frecvență și direcție de propagare, pentru a forma o profilul unui val neregulat. Conceptul a fost introdus în hidrodinamică de St.denis și Pierson în 1952, pentru aplicarea teoriei valurilor regulate în anticiparea comportamentului în cazul valurilor neregulate.

Programul OCTOPUS folosește pricipalele mărimi din teoria valurilor, precum:

Hs = Înalțimea semnificativă a valurilor și care reprezintă înălțimea medie, a celei mai înalte treimi, din totalul valurilor produse (înregistrate) într-o anumită perioadă;

Ts = Perioada semnificativă a valurilor care este perioada medie a celei mai înalte treimi din totalul valurilor produse (înregistrate) într-o anumită perioadă;

Tz = Perioada medie a valurilor care este media perioadelor tuturor valurilor dintr-un interval de timp dat.

O metodă de evaluare a unui câmp natural de valuri este analiza spectrală, prin care se evidențiază spectrul valurilor ce reprezintă corelat, energia valurilor versus frecvența valurilor.

Conform teoriei liniare a valurilor, energia totală a valurilor pe aria unitară de suprafață orizontală este:

(3.1)

Unde, ρ = densitatea apei de mare (kg/m3), g = accelerația gravitațională, iar H este înălțimea valului. [1a]

Energia (E) se poate observa că se raportează la suprafață (J/m2), fiind în fapt o masură a densității energiei valurilor.

Nivelul de agitație al mării poate fi însă apreciat și prin analiza distribuției energiei valului neregulat în funcție de pulsația valurilor regulate componente.

Se poate astfel scrie:

(3.2)

În care, s(ɷ) reprezintă energia valului corespunzătoare unității de suprafață, în Js/m2, și Δɷ reprezintă variația pulsației în rad/s. Înlocuind:

(3.3)

În care, S(ɷ) se numește spectru energetic al valului neregulat plan, rezultă:

(3.4)

Forma spectrului energetic este influențată de gradul de agitație al mării și de viteza vântului. Marea se montează dupa o anumită perioadă, în care bate în mod constant vântul, iar pentru diferite valori ale vitezei vântului, marea evident că se montează în grade diferite.

Așa cum se poate observa și în Figura 3.1 a), pentru viteza vântului constantă în direcție și viteză, dupa o anumită perioadă, spectrul energetic crește și tinde să se deplaseze în domeniul pulsațiilor joase.

În Figura 3.1 b) se observă cum, pentru valori diferite ale vantului (Vv1-4 ) care au provocat montarea completă a mării, maximul spectrului energetic este pe măsură și totodată deplasat spre domeniul pulsațiilor joase.

Pentru obținerea unui spectru energetic a cărui frecvență de variație a înălțimii respectă legea de probabilitate a distribuției Rayleigh, nu este recomandată înregistrarea unui număr prea mare de valuri pe o perioadă de timp prea îndelungată deoarece marea își păstrează o anumită stare, care este limitată pentru o anumită perioadă de timp și arie.

Este considerată optimă observarea unui număr de 1000 de valuri, iar înălțimea valului cu o asigurare de 10%, poate fi considerată cea mai probabilă înălțime a valului neregulat plan, având spectrul obținut din aceste înregistrări.

Figura 3.1 Forma spectrului energetic al valului pentru diferite stări ale mării (adaptare din diverse surse din timpul cercetării)

Aria de sub spectrul energetic se numește momentul spectrului, m0 și se determină cu relația:

(3.5)

Derivând în raport cu timpu ecuația profilului valului neregulat plan, obținem expresia vitezei profilului valului. Momentul spectrului vitezei valului va fi:

(3.6)

Mărimile de mai sus sunt folosite de programul OCTOPUS pentru calcularea perioadei de trecere aparente prin 0, definită ca:

(3.7)

Amplitudinea semnificativă:

(3.8)

Înălțimea semnificativă:

(3.9)

Și maximul definit ca cea mai probabilă extremă (MPE)

(3.10)

Unde, t este perioada de referință a stării mării, în secunde, de obicei 3 ore sau 10400 de secunde. Această perioadă poate fi definită însă și de utilizatorul programului.

Procedura care se folosește pentru analiza mișcărilor navei, accelerațiile sau momentele de redresare trebuie să includă:

analiza stabilității inițiale a navei pentru a obține parametrii de stabilitate;

evaluarea condițiilor meteo care pot fi întâlnite;

analiza mișcărilor navei în ceea ce privește accelerațiile, unghiurile de bandă, momente și evidențierea valorilor proiectate pentru diferite puncte de interes pentru navă sau marfă.

O astfel de analiză se poate efectua cu ajutorul programului OCTOPUS care funcționează dupa schema logică din Figura 3.2:

Nava poate fi privită în acest caz ca un sistem, în care intră anumite mărimi și raspunde prin alte mărimi, de ieșire, prin intermediul unei funcții de transfer. Pentru studiul mișcărilor pe care nava le execută datorită valurilor, funcția de transfer este un operator numit „raspuns în amplitudine” (RAO – response amplitude operator) .

Figura 3.2 Secvența de analiză a valorilor proiectate în programul OCTOPUS[2]

Pentru fiecare pulsație de val regulat, ɷ, care participă la formarea de valuri neregulate, RAO are expresia:

(3.11)

Unde, rA este amplitudinea răspunsului navei pentru tipul de mișcare analizat în m iar este amplitudinea valului regulat, de asemenea în m.

Sistemul reprezentat de navă și excitat de valuri produce răspunsuri diferite pentru fiecare din cele șase grade de libertate pe care le are.

Operatorul RAO are valori în funcție de mișcarea pe care o descrie și care poate liniară, în m, pentru mișcarea de translație (avans, derivă sau înălțare pe verticală) sau unghiulară, în grade, pentru cea de rotație (ruliu, tangaj, girație).

Pentru predicția funcției de transfer se folosesc:

metode numerice în domeniul timp, prin care se analizează valul care întâlnește nava urmărindu-i evoluția în eșantione de timp mici. Prin integrarea pe pași a presiunii hidrodinamice a apei pe carena navei se determină componentele rezistenței la înaintare, iar din legea a doua a mecanicii clasice se determină accelerația carenei, ce permite obținerea vitezei și poziției navei.

metode numerice în domeniul frecvență (pulsație), care folosesc teoria fâșiilor, prin care carena se divizează în secțiuni transversale subțiri și se calculează coeficienții hidrodinamici, lucru ce permite determinarea valorilor variabilelor din ecuațiile de mișcare și implicit răspunsul navei la acțiunea valurilor.

Este de menționat faptul că cea de a doua metodă este folosită datorită volumului mai mic de calcul și a posibilității estimării mișcărilor navei încă din fazele incipiente. Rezultatele ambelor metode trebuie sa fie validate prin probe de bazin sau probe de mare.

Pentru a exemplifica analiza comportamentului navei în cu ajutorul programului OCTOPUS, a fost aleasă o nava portcontainer de tip Panamax, încărcată cu marfă și cu următoarele caracteristici principale:

LWL = 285 m (lungimea navei)

B = 32,2 m (lățimea navei)

Tmax = 12,5 m (pescajul navei)

CB = 0.691 (coeficient bloc)

GM = 3m (înălțime metacentrică)

M1 = 82760 to (masa în condiția de încărcare 1)

M2 = 42760 to (masa în condiția de încărcare 2 – marș în balast)

Voiajul ales pentru studiul comportamentului navei a fost pe ruta Hamburg – Baltimore, prin Atlanticul de Nord, o rută foarte folosită dealtfel, iar rezultatele sunt sistemtizate în continuare.

După încărcarea datelor referitoare la dimensiunile principale ale navei, a fost modelat în 3D corpul navei, cu posibilitatea de a defini scenarii pentru mai multe pescaje, viteze sau unghiuri de incidență ale valurilor.

Conform analizei pe termen lung a statisticilor bazate pe înregistrările de val, diagrama de împrăștiere avalurilor ia în considerare histogramele înălțimii de val pentru perioada fixată, iar distribuția pe lungă durată a înălțimii semnificative poate fi aproximată folosind distribuția de probabilitate tip Wibull.[2a]

Prin folosirea bazei de date din programul OCTOPUS ( program ce se poate conecta cu alte baze de date oceanice disponibile la bordul navei sau la uscat), a fost elaborată digrama de împrăștiere, care arată numărul aparițiilor diferitelor înălțimi semnificative Hs corespunzătoare la diferite perioade medii Tz, într-o perioadă de înregistrare pe o perioadă lungă ce acoperă 100.000 de măsurători.(Figura 3.3)

Figura 3.3 Diagrama de împrăștiere pentru Atlanticul de Nord (programul OCTOPUS)

Este de menționat că înălțimea medie semnificativă a valului în zona centrală a Atlanticului (Anexa 1.1 – careul 15 și careul 16) este considerabil mai mare decât în restul regiunilor aferente rutei alese.

Spectrul de val folosit a fost Jonswap, programul permițînd și folosirea spectrului Newman sau Bretschneider (echivalent cu Pierson-Moskowitz).

Caracteristicile de stare ale mării, cu valori specifice unei anumite zone în care nava se află la un moment dat, sunt introduse cu usurință ca două sisteme de valuri: sistem principal – provocate de vânt și sistemul secundar – valul de hulă, înlocuind astfel parametrii statistici pe termen scurt din baza de date a programului.(Anexa 1.2)

Analiza hidrodinamică a corpului navei depinde doar de caracteristicile dimensionale ale navei, unghiul de incidență și frecvența valului, precum și viteza navei, fără a lua în considerare condițiile de încărcare.

În cazul mișcării de ruliu, răspunsul în amplitudine datorat sarcinilor valului, pentru corpului de navă având pescajul de 12,5m și viteza de 19,2 Nd, poate fi observat în Figura 3.3. Este ușor identificabilă o zonă critică a ruliului, pentru incindența valului din direcții cuprinse între 550 și 730 (în cazul programului Octopus direcția se referă la unghiul de incidență al valului, contat dinspre pupa navei în sens direct).

Figura 3.3 RAO – Mișcarea de ruliu a navei –amplitudine (program Octopus)

Se poate observa de asemenea dependența momentului indus de frecvența valurilor. Așa cum este arătat în Figura 3.3, momentul începe să crească în gama de frecvență cuprinsă între 0,9 rad/s și 1,1 rad/s, atingând caloarea maximă = 1,01 x 105 kNm, în condițiile de pescaj 8,67 m, și viteză a navei de 18 Nd iar direcția valurilor din travers (830).

O detaliere a gamelor de frecvențe periculoase pentru navă este redată în diagrama mișcărilor de ruliu în funcție de frecvența valului (Figura 3.4), fapt ce confirmă aspectele de mai sus.

A fost verificată amplitudinea răspunsului pentru celelalte mișcări oscilatorii ale navei, în Anexa 1.3 fiind redată diagrama de răspuns pentru tangaj, nava fiind solicitată suplimentar în mod evident pentru valuri de prova (1300 – 1800).

Un pescaj mai mic al navei (10m), ceea ce presupune de fapt un corp mai mic în imersie, va modifica amplitudinea momentelor de înclinare, pentru același regim de viteză, nemodificând însă masa navei, valorile maxime cresc ușor, atingând un maxim de 1,32×105 kNm (Anexa 1.4).

Figura 3.4 RAO – Diagrama de ruliu a navei (amplitudine) în funcție de frecvență de val

Schimbarea regimului de viteză, așa cum este arătat și teoretic, în mofică valorile maxime ale solicitărilor induse în corpul navei, reducându-se mărimea unghiurilor cu care nava oscilează, iar diagrama care simulează reducerea de la viteza de 19,2 la viteza de 6,4 Nd (Anexa 1.5) confirmă acest lucru, prin valoarea maximă a momentului de 9,54×104 kNm.

Cazul 1

Pentru simularea voiajului cu nava încărcată, am ales o variantă de încărcare specifică, după cum urmează:

Masa totală: 82760 to

Tpv 13.24 m

Tpp 13.13 m

GM 3,15 m

Principalul răspuns, care prezintă interes maxim pentru stabilitatea dinamică a navei, este reprezentat în Figura 3.5 și arată amplitudinea ruliului pentru diferite unghiuri de incidență ale valului, la viteza de 19,2 Nd.

Figura 3.4 RAO – Diagramele de ruliu ale navei (amplitudine) la viteza de 19,2 Nd [grade] și maximul pentru unghiul de incidență de 2500 și 1100

Valorile maxime pot fi atinse în cazul unui val de travers (puțin spre prova) pentru ambele borduri. Maximele de ruliu pe care nava le poate atinge sunt ușor de vizualizat în raportul comparativ pentru diferite unghiuri de incidență a valului, conform Figurii 3.5.

În pasul următor au fost deduse mișcările de accelerație pe care, un punct corespunzător poziției unui container, (coordonate de la linia de bază pupa x = 145m, y = 16m, z = 25m), aflat pe puntea navei în stivă laterală, le poate dezvolta datorită oscilațiilor navei.

Acest lucru ajută ofițerii de punte în verificarea criteriilor pentru lashingul containerelor din documetațiile tehnice și de asemenea, valorile mari ar trebui evitate pentru a nu solicita suplimentar nici mărfurile aflate în interiorul containerelor (Anexa 1.6).

Figura 3.5 Diagrama comparativă a ruliului pentru diferite unghiuri de val

Există în acest moment o presiune pe echipajul navei portcontainer, în sensul luării tuturor măsurilor de precauție, pentru evitarea pierderii în mare agitată, a containerele de pe punte, lucru destul de des întalnit dealtfel.[3]

Pentru luarea unei decizii corecte de atenuare a oscilațiilor navei în caz de furtună se poate evalua comportamentul navei în condiții similare, dar modificând câte un parametru de intrare cum ar fi, scăderea vitezei navei, rezultatele fiind elocvente și redate pentru viteza de 12,8 Nd și 6,4 Nd în Anexa 1.7 respectiv Anexa 1.8.

Statistica pe termen scurt a stării mării este redată în continuare pentru diferite răspunsuri ale navei și pentru operatorul ales, cea mai probabilă extremă (MPE – Most Probable Extreme).

Diagrama polară pentru mișcările de ruliu ale navei, redată în Figura 3.6, reprezintă cel mai fidel maximele pe care nava le poate dezvolta, în funcție și de starea mării, pe lângă parametrii care au fost prezentați anterior.

Figura 3.6 Diagrama polară a mișcării de ruliu a navei

Diagrama răspunsurilor în funcție de starea mării din programul OCOPUS, ne-a permis ca, în funcție de drumul și viteza navei, dar și gradul de agitație al mării, să estimăm cea mai probabilă extremă a unei anumite valori pe care un anumit parametru de mișcare îl poate atinge.

Modelul diagramei este utilizat și de alte programe de la bordul navelor (exArrow) și respectă cerințele Codului de Stabilitate din anul 2008.[4]

În figură este redată statistica pentru o perioadă scurtă a mișcărilor de ruliu ale navei , pentru marea cu valuri Hs = 5,2m și Tz = 8,3s. Deși această înălțime a valurilor nu reprezintă în mod obișnuit o problemă pentru o navă Panamax, este important de observat că sunt create condiții ca cele expuse în capitolul precedent, de apariție a anumitor fenomene periculoase în comportamentul navei.

Astfel, pentru valuri de prova (1600 – 2000 unghiul de incidență al valurilor), există în regimul de viteză de 23 – 25 Nd, posibilitatea apariției ruliului parametric, așa cum a fost descris în capitolul 2.1. Acest lucru este posibil în fapt, având în vedere viteza nominală a unei nave portcontainer tip Panamax, ce se situează în jurul acestei valori.

Vizualizarea valorilor extreme în funcție de direcția valului la o anumită viteză, este mai facilă analizând diagrama din Figura 3.7, în care se confirmă amplitudinea maximă a ruliului pentru valurile de travers.

Figura 3.7 Diagrama celei mai probabile extreme de ruliu a navei în funcție de direcția valului

Al doilea fenomen periculos descris în teză se referă la fenomenele asciate valurilor de urmărire și anume de plutire pe creasta de val – surfing și de cădere între valuri – broaching, ce afectează așa cum am arătat, stabilitatea navei într-un mod rapid și periculos.

Fenomenul de broaching este asociat de obicei cu slamming-ul (lovirea puternică a fundului navei de apă) ce induce după cum am spus, sarcini suplimentare asupra tablelor și structurii navei. Condițiile de apariție sunt pentru valuri de pupa (450 – 3150 unghi de incidență față de pupa navei) în regimul de viteză de 14,5 Nd – 17,5 Nd.

Alt fenomen reprezentat este ruliu sincronizat însă, direcția valurilor din travers (800 – 1000 și 2600 – 2800) impune în mod uzual atenție sporită din partea echipei de cart datorită afectării directe a stabilității navei prin unghiurile de bandă ridicată pe care nava le poate lua (vezi Figura 3.7)

Măsuri ce pot fi luate în vederea evitării unor oscilații puternice ale navei sunt date chiar de citirea corectă a diagramei polare și se rezumă la cele uzuale:

Reducerea vitezei – până la limita de guvernare a navei în cazuri extreme

Schimbarea de drum a navei – în așa fel încât abaterea să fie rezonabilă și efectele să fie totuși cele așteptate.

Având în vedere ca starea mării nu are modificări atât de rapide, o calibrare a diagramei pentru fiecare navă este evident necesară, pentru a fi siguri de evaluare corectă a răspunsului dinamic al navei în condiții certe.

O schimbare relativ minoră a parametrilor valurilor poate atenua sau amplifica răspunsurile navei, iar o mare mai montată poate elimina cadrul de apariție al unor fenomene periculoase, cum ar fi ruliul parametric pentru Hs =6,6 m (Anexa 1.9) însă evaluarea este bine să fie făcută în termen de extreme și în acest caz am folosit anvelopele MPE ale ruliului, în funcție de starea mării, direcția valului și viteza navei.

Figura 3.8 Anvelopa valorilor maxime pentru unghiul de ruliu în funcție de starea mării

Conform teoriei, starea mării are o relație de proporționalitate cu oscilațiile transversale ale navei iar graficul acestei relații, pentru nava încărcată, pe ruta din Atlanticul de Nord este confirmat în Figura 3.8 , unde se poate observa o pantă ascendentă a valorilor maxime pentru mare cu valuri de 8m, după care această creștere devine mai lentă.

O evaluare similară a maximelor pe care nava le poate întâlni pe ruta de mai sus, a fost făcută în funcție de unghiul de incidență al valurilor, conform datelor din Figura 3.9.

Figura 3.9 Anvelopa valorilor maxime pentru unghiul de ruliu în funcție de direcția valului

După cum unghiul de ruliu poate lua valoarea maxime pentru anumite valori de incidență ale valului, tot diagrama ne oferă soluția de limitare a acestei valori prin corectarea drumului, evitând valori de incidență ale valului între intervalele corespondente unghiului limită.

Spre exemplu, valori de peste 250 unghi de ruliu pot fi evitate dacă valul un este din direcția 700 – 1300 sau 2200 – 2850).

Evident că variația vitezei poate aduce îmbunătățiri ale comportamentului navei, iar rezultatele pot fi evaluate și în ceea ce privește celelalte tipuri de mișcări ale navei (unghiulare sau de translație pe cele trei axe) însă, viteza de marș se adaptează de regulă la condițiile de la fața locului deoarece variația maximelor nu poate reflecta situația de moment.(Anexa 1.10)

În mod practic, aceste anvelope de maxim se pot tipări înainte de plecarea în zona de navigație, urmând să fie folosită pentru evaluare cea care corespunde în ceea ce privește unghiul valului și starea mării, viteza fiind un parametru de rezervă pentru situații execepționale.

Decizia se ia în funcție de parametrul urmărit și zona de navigație ce urmează a fi parcursă. Starea mării poate fi modificată în program potrivit realității de moment și în acest caz se poate utiliza diagrama statistică a mării pe termen scurt.

Diagrama de împrăștiere a valurilor a fost întocmită pentru ruta prin Atlanticul de Nord, cu nava încărcată și arată într-o altă formă, prin operatorul de cea mai mare probabilitate, unghiurile de ruliu pe care nava le poate atinge în condițiile de valuri pe care le poate întâlni (Figura 3.10). Pe coloana din dreapta diagramei de împrăștiere este reprezentat gradul de realizabilitate, ce reprezintă probabilitatea combinată dintre stările mării și valorile de răspuns care nu depășesc un nivel dat, pentru unghiul de ruliu.

Figura 3.10 Diagrama de împrăștiere pentru unghiul de ruliu în funcție de direcția valului

Unghiul de incidență a fost ales la valoarea de 1100, pentru a putea compara rezultatele cu celelalte diagrame, confirmându-se valorile maxime posibile pe care, ruliul navei portcontainer, le poate lua. Utilitatea folosirii diagramei de împrăștierea constă în metoda comparativă prin care pot fi evidențiate valorile statistice optime pentru anumite situații, în funcție de parametrii de intrare, viteza navei (19 Nd) și unghiul de incidență al valului (1100).

Acestea sunt cele două mărimi care pot fi modificate în timp real la bordul navei, decizia de alegere dintre cele două și gradul de modificare bazându-se cu ajutorul diagramei, pe date statistice din diagramele de împrăștiere.

Astfel, dacă măsura este de scădere a vitezei și menținere a drumului navei, acest lucru conduce la înrăutățirea mișcărilor de ruliu, prin creșterea unghiului maxim în cele mai multe cazuri. (vezi diagrama de împrăștiere din Anexa 3.11)

Dacă însă, măsura este să se mențină viteza și să se modifice 200 spre dreapta drumul navei, astfel încât, unghiul de incidență al valului să fie de 1300, valorile sunt simțitor îmbunătățite. (Anexa 3.12)

Decizia finală aparține de regulă comandantului care în baza experienței și a cunoștințelor furnizate prin mijloacele de la bord, și ținând seama în primul rând de siguranța navei și a oamenilor va lua măsurile ce se impun.

Cazul 2

Pentru simularea voiajului cu nava în balast, am ales o altă variantă de încărcare, după cum urmează:

Masa totală: 42760 to

Tpv 7.49 m

Tpp 8.01 m

GM 4.40 m

După încărcarea datelor s-a putut face comparația între cele două moduri de navigație ale navei iar rezultatele confirmă abordările teoretice, în sensul scăderii solicitărilor pe care valurile le induc asupra corpului navei.

Astfel, comparând raspunsul dinamic al navei în balast în amplitudinea mișcărilor de ruliu, se constată o reducere de aproximtiv două grade/metru, așa cum se poate observa în Figura 3.11.

Figura 3.11 RAO – Diagramele de ruliu ale navei în balast (amplitudine) la viteza de 19,2 Nd și maximul pentru unghiul de incidență de 2600

Incidența critică a valului se apropie mai mult de traversul navei în acest caz decât în cel al navei încărcate, valorile maxime fiind atinse pentru unghiul de 950 și 2650.

Se poate observa o mutare a valorilor maxime de la frecvența valului de 0,5 rad/s la 1,05 rad/s și totodată o scădere de la 9,42 grade/m la 6,26 grade/m, în privința valorilor maxime de ruliu,iar acest lucru este mai bine scos în evidență de diagrama din Figura 3.12, unde pentru aceleași valori folosite pentru nava încărcată, maximele se regăsesc în drepta diagramei, iar valorile sunt cu aproximativ 3 grade mai mici.

Figura 3.12 Diagrama comparativă a ruliului pentru diferite unghiuri de val, nava în balast

Statistica pe termen scurt a starii mării a fost evaluată prin elaborarea diagramei polare (Figura 3.13), în condiții similare ca cele din cazul navei încărcate.

Figura 3.13 Diagrama polară a mișcării de ruliu a navei (în balast)

Observația principală este că se confirmă valorile mai scăzute, ale celei mai probabile extreme, în toate variantele de stări ale mării.

Pentru mișcarea de ruliu, definitorie în evaluarea stabilității, diagrama polară relevă ca fenomene periculoase doar surf-riding-ul sau broaching –ul, ambele cauzate de valuri de urmărire.

A fost efectuată o comparație între mișcările navei portcontainer încărcată și în balast, iar rezultatele pentru principalele mișcări au fost structurate după cum urmează:

De rotație în jurul axei Ox – ruliu și Oz – răsucire (yaw),

De translație pe axa Oy – derivă (sway) și Oz – ridicare (heave).

Statistica MPE arată modul cum valorile maxime variază pentru cele două cazuri, în funcție de unghiul de incidență al valului și viteza navei.

Așa cum a fost arătat și în capitolul de teorie, valorile maxime pentru ruliu se îmbunătățesc în cazul navei în balast (cel mai important indicator de stabilitate – GM, crește), dar cele în jurul axei Oz se amplifică, masa totală a navei (prin pescajul mai mare), făcându-și efectul. Valorile cresc în cazul navei în balast și în ceea ce privește mișcările de translație, în special de derivă laterală pe axa Oy – sway.

În Anexa 1.12 – sunt prezentate rezultatele acestei comparații unde, diagramele scot mai bine în evidență comportamentul navei în cele două situații de încărcare.

Diagrama de împrăștiere din Figura 3.14, arată pentru cazul navei în balast, valori maxime mai mici pentru ruta aleasă, cu maxime critice în doar câteva situații specifice

După cum se poate observa în Figurile 3.6 și 3.13, pe diagramele polare sunt clar delimitate zonele în care pot apărea fenomenele periculoase pentru pierderea stabilității. Măsurile care presupun scăderea sau creșterea vitezei reprezintă una din soluțiile cele mai facile și ușor de evaluat atunci când modificarea drumului și implicit a unghiului de incidență a valului este mai puțin preferată.

Apariția fenomenelor periculoase în mare agitată poate fi evitată atât prin modificarea anumitor parametri enumerați mai sus – viteza navei și drumul navei – dar și prin modificarea înălțimii metacentrice, GM, prin balastarea sau debalastarea navei (atunci când este posibil).

Acest tip de abordare a fost propusă și ca urmare a unor cercetări efectuate în cadrul Universității Maritime din Constanța.[5]

Figura 3.10 Diagrama de împrăștiere pentru unghiul de ruliu în funcție de direcția valului

Evaluarea stabilității dinamice prin analiza mișcărilor pe cele șase grade de libertate ale navei în funcție de parametrii sus menționați completează calculele de stabilitate statică cu care nava pleacă în mod normal în orice voiaj.

În concluzie, putem afirma că introducerea programului OCTOPUS în procedura de evaluare a stabilității, poate fi considerată o bună măsură de siguranță, pentru evitarea oscilațiilor periculoase ale navei portcontainer, oscilații care pot conduce la pierderea containerelor dar și la supunerea structurii de rezistență a navei la eforturi considerabile.

Daca în urmă cu mulți ani, deciziile referitoare la siguranță în situații critice se luau exclusiv în baza experienței, în zilele noastre aceste decizii pot fi luate pe baza informațiilor furnizate de simulari computerizate sau cunostințe noi, rezultate din ultimele cercetări în domeniul respectiv.

Bibliografie

Ref 3

[1] Chițu M.G.,Zăgan R., Prediction for Roll Cross-Vertical Oscillatory Motions of the Ship in Real Sea Using OCTOPUS, International Journal of Modern Manufactoring Technologies Vol VI, No 1/2014

[1a] Journee H.M.J., Pinkster J., Introduction in ship hydromechanics, Delft University of Tehnology, April 2002.

[2] *** OCTOPUS Office 6 User Manual, AMARCON BV September 2010

[2a] Domnișoru L., Dinamica navei, Oscilații și vibrații ale corpului navei, Editura Tehnică, 2001.

[3] France W.N.,Levandou M.,Trakle T.W.,Michel R.K.,Moore K., An Investigation of Head-Sea Parametric Rolling and its Influence on Container Lashing Systems, SNAME Annual Meeting Presentation, 2001.

[4] *** MSC267(85), Code on Intact Stability IMO, December 2008.

[5] Acomi N., Ancuta C , Andrei C, Bostina A, Avoiding the Parametric Roll, 8th International Conference on Advanced Topics in Optoelectronics, Microelectronics, and Nanotechnologies (ATOM­N) 25-28 sept 2016 Constanta, Romania

ANEXE

Anexa 1.1 Harta voiajului în Atlanticul de Nord si histograma înălțimilor semnificative

Anexa 1.2 Starea mării cu două sisteme de valuri ce pot fi introduse in programul OCTOPUS

Anexa 1.3 RAO – Amplitudinea tangajului de răspuns la valuri (v = 19,2 Nd; T = 12,5 m)

Anexa 1.4 RAO – Amplitudinea ruliului de răspuns la valuri la pescaj redus (T = 10,0 m)

Anexa 1.5 RAO – Amplitudinea ruliului de răspuns la valuri în reducerea vitezei (v = 6,5 Nd)

Anexa 1.6 RAO – Accelerația într-un punct (container în stiva laterală) pe navă

Anexa 1.7 RAO – Amplitudinea ruliului nava încărcată la reducerea vitezei (v = 12,8 Nd)

Anexa 1.8 RAO – Amplitudinea ruliului nava încărcată la reducerea vitezei (v = 12,8 Nd)

Anexa 1.9 Diagrama polară a mișcării de ruliu a navei pentru mare cu valuri de 6,6m

Anexa 1.10 Anvelopa valorilor maxime pentru unghiul de ruliu în funcție de viteza navei

Anexa 1.10 Diagrama de împrăștiere pentru viteza navei 12,8 Nd și direcția valului 1100

Anexa 1.11 Diagrama de împrăștiere pentru viteza navei 19,2 Nd și direcția valului 1300

Nava încărcată Nava în balast

Anexa 1.12 Diagramele de răspuns cu valorilor maxime ale mișcării de ruliu în funcție de unghiul de incidență al valului și viteza navei încărcată – stânga și balast – dreapta

Anexa 1.13 Diagramele de răspuns cu valorilor maxime ale mișcării de răsucire (yaw) în funcție de unghiul de incidență al valului și viteza navei încărcată – stânga și balast – dreapta

Anexa 1.14 Diagramele de răspuns cu valorilor maxime ale mișcării de translație pe Oy (sway) în funcție de unghiul de incidență al valului și viteza navei încărcată – stânga și balast – dreapta

Anexa 1.14 Diagramele de răspuns cu valorilor maxime ale mișcării de translație pe Oz (heave) în funcție de unghiul de incidență al valului și viteza navei încărcată – stânga și balast – dreapta