Studie av Mindre Yrkesfartygs Intaktstabilitet

Transkript

1 Studie av Mindre Yrkesfartygs Intaktstabilitet Marina System GZ z M GZΔ G θ TCB B Δ y JACOB ROCKSTRÖM jacobro@kth.se MAGNUS HANSEN msundber@kth.se Stockholm november 28 V 1.2

2 Förord Denna studie utgör ett examensarbete vid Institutionen Farkost och Flyg, avdelningen för Marina System, vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Arbetet är utförts på uppdrag av Sjöfartsverket. Vi vill tacka alla som har hjälpt oss med projektet genom att upplåta resurser, tid eller engagemang. Ett speciellt tack riktas till följande: Anders Rosén (KTH) Patrik Granstam (Sjöfartsverket) Erik Eklund (Sjöfartsverket) Personalen på IOS Stockholm november 28 Jacob Rockström Magnus Hansen I

3 Abstract Regulations for smaller commercial vessels have long been neglected according to the Swedish Maritime Safety Inspectorate (SI). An important part of the regulations for increased safety on the vessels is guidance regarding intact stability. To easily maintain the safety regarding intact stability without demanding inspections from SI, simple function based criteria has been developed that can be used in a self inspection. The function based criteria are based on results from roll period tests and offload tests, which the ship-owner can perform without any previous knowledge on how an intact stability analysis is done. The offload test shows how much cargo the vessel can carry with enough stability, when the cargo shifts to the maximum at one direction. Before the offload test begins the minimum freeboard should be measured when the vessel is in upright position and during the test the residual freeboard should be measured. The roll period test gives an estimation of GM and is calculated with the rolling period, the vessels breadth and a constant. The proposed criteria are developed based on offload test, heeling test and roll period test on a selection of 13 vessels with different characteristics. Based on the trials and statistics from the British Maritime and Coastguard Agency regarding capsized fishing vessels, criteria for a self inspection has been determined which is shown in the table below. Criteria F [m] θ b [ ] F b [m] GM [m] Approved F,2 θb 12 Fb,5 GM,5 Warning,15 F<,2 12<θb 15 <Fb<,5,35 GM<,5 Failed F<,15 θb>15 Fb GM<,35 F is the freeboard in fully loaded condition, θ b is the heeling angle at the offload test, F b is the minimum residual freeboard at the offload test and GM is the vessels metacentric height. II

4 Sammanfattning Regler för mindre yrkesfartyg anses av sjöfartsinspektionen(si) länge ha varit eftersatta. En viktig del av reglerna för ökad säkerhet är att sätta upp riktlinjer för intaktstabiliteten på fartygen. För att enkelt kunna upprätthålla säkerheten angående intaktstabiliteten, utan att ställa krav på inspektion från SI, har enkla funktionsbaserade kriterier som kan användas för en egenkontroll tagits fram. De funktionsbaserade kriterierna bygger på resultat från rullningsprov och belastningsprov, som redaren själv kan utföra, utan någon större kunskap om hur en intaktstabilitetsanalys egentligen går till. Belastningsprovet visar hur mycket last fartyget kan frakta med tillräcklig stabilitet, då lasten förskjuts maximalt åt ena hållet. I belastningsprovet ingår även att mäta upp minsta fribordet vid upprätt läge, samt vid krängt läge. Rullningsprovet ger en uppskattning av GM och beräknas med hjälp av periodtiden, fartygets bredd och en konstant. Kriterierna är framtagna med hjälp av belastnings-, krängnings- och rullningsprov på ett urval av 13 stycken fartyg utav olika karaktär. Utgående från resultaten av försöken och statistik från Storbritanniens Maritime and Coastguard Agency angående kapsejsade fiskefartyg har kriterier för en tänkt egenkontroll tagits fram, vilket visas i tabellen nedan. Kriterier F [m] θ b [ ] F b [m] GM [m] Godkänd F,2 θb 12 Fb,5 GM,5 Varning,15 F<,2 12<θb 15 <Fb<,5,35 GM<,5 Underkänd F<,15 θb>15 Fb GM<,35 F är fribordet vid fullastat fartyg, θ b är krängningsvinkeln vid belastningsprovet, F b är minsta restfribord vid belastningsprovet och GM är fartygets metacenterhöjd. III

5 Arbetsfördelning De ingående delarna i detta examensarbete är till stor del skrivna av de båda författarna gemensamt. De olika kapitlen är utarbetade efter diskussioner mellan författarna och handledare. Rockström har haft huvudansvaret för och skrivit om Teoriavsnitt: Intaktstabilitet Förslag på kriterier Bilaga B, C, D, G, H, M, P och Q Hansen har haft huvudansvaret för och skrivit om Teoriavsnitt: Rörelseekvationer och Tröghetsradie Analys av masströghetsmoment och tröghetsradie Bilaga A, E, F, I, J, K, L, och O De övriga delarna i examensarbetet är gemensamt författade. IV

6 Innehållsförteckning Nomenklatur Inledning Bakgrund Syfte Metod Begränsningar Teori Intaktstabilitet Krängningsprov Rörelseekvationer Regelstudie IMO Resolution A SJÖFS 26: MCA NBS-Y ISO Standarden Irland Andra studier Slutsats Urval fartyg Arbetsfartyg Fiskefartyg Fartyg för personbefordran Bogserfartyg Intaktstabilitetsundersökning Fullständig intaktstabilitetsundersökning Krängningsprov Felanalys krängningsprov GZ kriterier Förenklad intaktstabilitetsundersökning Rullningsprov Belastningsprov Felanalys av rullningsprov Slutsats Ytterligare fartyg i studien Analys av masströghetsmoment och tröghetsradie Rullningskonstanten Förslag på provningsmetoder Rullningsprov Belastningsprov Förslag på kriterier Fribord Belastningsprov Rullningsprov Utfall av föreslagna kriterier Slutsats Fortsatta studier Referenser V

7 Bilaga A Felanalys... A-1 Bilaga B Laborationsrapport Arbetsfartyg 1... B-5 Bilaga C Laborationsrapport Arbetsfartyg 2... C-9 Bilaga D Laborationsrapport Bogserfartyg 1... D-13 Bilaga E Laborationsrapport Bogserfartyg 2...E-16 Bilaga F Laborationsrapport Bogserfartyg 3... F-18 Bilaga G Laborationsrapport Fiskefartyg 1... G-19 Bilaga H Laborationsrapport Fiskefartyg 2... H-23 Bilaga I Laborationsrapport Taxifartyg 1... I-27 Bilaga J Laborationsrapport Taxifartyg 2... J-31 Bilaga K Laborationsrapport Taxifartyg 3... K-35 Bilaga L Laborationsrapport Taxifartyg 4...L-39 Bilaga M Laborationsrapport Taxifartyg 5... M-43 Bilaga N Bollard pull... N-47 Bilaga O Masströghetsmoment och adderad vattenmassa... O-48 Bilaga P Instruktioner för egenkontroll av intaktstabilitet... P-49 Bilaga Q Alternativa kriterier... Q-52 VI

8 Nomenklatur A Adderad vattenmasströghetsmoment [tonm 2 ] B Dämpningskoefficient [tonm 2 /s] B Bredd över allt [m] B Flytkraftscentrum [] B d Bredd vid däck [m] C Hydrostatisk koefficient [tonm 2 /s 2 ] D Skrovhöjden [m] DGM Absoluta felet [m] Ddepl Uppskattat fel av deplacementet [kg] Dl Uppskattat fel av hävarm [m] Dm Uppskattat fel av massan för testvikter [kg] Dp Uppskattat fel av pendellängd [m] Du Uppskattat fel av pendelutslag [m] d Förskjutning krängningsvikt [m] depl Deplacement [kg] dm n Delmassa [kg] e θ Dynamisk hävarm [mrad] F Fribord [m] F b Restfribord vid belastningsprov [m] f Rullningskonstant [] G Masscentrum [] GG Förskjutning masscentrum [m] GM Begynnelsemetacenterhöjden [m] GM Metacenterhöjden [m] GM k Korrigerad metacenterhöjd [m] GM kräng Metacentrum från krängningsprov [m] GM min Minsta tillåtna GM [m] GM rull Metacentrum från rullningsprovet [m] GZ Rätande hävarm [m] GZ max Den största rätande hävarmen [m] GZ 3 Den rätande hävarmen vid 3 krängning [m] g Gravitationskonstanten [m/s 2 ] HM Krängande moment [kgm] I Masströghetsmoment [tonm 2 ] I tx Tröghetsmoment för den fria vätskeytan i tanken [m 4 ] KG Masscentrum vertikalt [m] KM T Metacentrum i tvärskeppsled [m] k rullningskonstant [] L Längd över allt [m] LCB Flytkraftscentrum i långskeppsled [m] LCG Masscentrum i långskeppsled [m] LW Fartygets egenvikt [ton] l Pendellängd [m] l s Överbyggnadens längd [m] m Massa för testvikter [kg] M Metacentrum [] r Tröghetsradien [m] r n Avståndet från långskeppsaxeln till delmasscentrum [m] T Djupgåendet [m] 1

9 TCG Masscentrum i Tvärskeppsled [m] T r Periodtiden [s] u Pendelutslag [m] V Volymsdeplacement [m 3 ] w Krängningsvikt [kg] Δ Deplacement [ton] δ Dämpningskoefficient [Hz] η Rullningsvinkel [rad] η Rullningsvinkelhastighet [rad/s] η Rullningsvinkelacceleration [rad/s 2 ] θ Krängningsvinkel [ ] θ b Krängningsvinkel vid belastningsprov [ ] θ f Flödesvinkel [ ] ρ Densitet för vatten [kg/m 3 ] ω Odämpad egenfrekvens [rad/s] ω Egenfrekvens [rad/s] eg 2

10 1 Inledning 1.1 Bakgrund Inom Sjöfartsverket finns avdelningen Sjöfartsinspektionen (SI) som är en svensk myndighet vilken har till uppgift att kontrollera att regler för svenska fartyg följs med avseende på säkerhet och miljöskydd. Detta gäller även för utländska fartyg i svenska farvatten. Ansvaret för att fartygen håller föreskriven standard ligger på redaren. Genom att utveckla regler och utföra inspektioner tillser SI att redaren efterlever det ansvaret. SI har under en längre tid identifierat behovet av ett samlat regelverk för mindre yrkesfartyg där tillsynen kommer att bestå av ett egenkontrollsystem som ligger till grund för utfärdandet av ett sjövärdighetsintyg. Som det är idag finns inget svenskt samlat regelverk för yrkesfartyg under 2 bruttotonnage 1, undantaget passagerarfartyg under 2 bruttotonnage som tar fler än 12 passagerare. Fritidsbåtar som tages in på den inre marknaden har den så kallade CE-märkningen som ställer krav på säkerhet för dessa båtar. Något motsvarande för de mindre yrkesfartygen finns inte idag. På 198-talet och fram till CE-märkningen(1998) byggdes båtarna enligt NBS-Y (nordisk båtstandard för yrkesfartyg) och då fanns det krav på intaktstabilitet som varven testade båtarna för. Av de varv som har kontaktats används fortfarande denna standard som verifikation på att deras båtar håller god kvalitet ifråga om sjövärdighet. Större yrkesfartyg har krav på certifikat och därmed krävs det tillsyn av dessa från sjöfartsinspektionen för utfärdande av certifikat. Gruppen med mindre yrkesfartyg består idag av ca 65 fartyg som är byggda från 188-talet fram till idag 1.2 Syfte Syftet med detta examensarbete är att undersöka intaktstabiliteten för ett urval av fartyg och ta fram utvärderingsmetoder och förslag på kriterier för intaktstabilitet för mindre yrkesfartyg under 2 brutto. Tanken är att den som redan äger en båt som inte är certifierad, själv ska kunna testa om båten är sjövärdig för dess ändamål. Målet är att redaren med några enkla test och lättillgängliga fartygsdata ska kunna verifiera om båten är sjövärdig med avseende på intaktstabiliteten. Det innebär att kriterierna bör ha en säkerhetsmarginal. 1.3 Metod Tillvägagångssättet för att bestämma kriterier och testmetoder för att värdera mindre fartygs sjövärdighet är praktiska försök och analysering av dem. Även en förundersökning av vad det finns för kriterier och testmetoder idag hos andra länder ska genomföras. De praktiska försöken består av krängnings-, belastnings- och rullningsförsök. 1.4 Begränsningar Långt ifrån alla typer av mindre yrkesfartyg är representerade i denna undersökning. På grund av svårigheten att få tag på tillräcklig dokumentation är så gott som alla fartygen av nyare karaktär. Undersökning av stabilitet vid sneddrag för fiske- och bogserfartyg är inte behandlat. 1 Bruttotonnage eller bruttodräktighet är ett dimensionslöst mått på fartygets inneslutna volym där 2 Bruttotonnage motsvarar ca 84 m 3 innesluten volym. 3

11 2 Teori I detta avsnitt behandlas grundläggande teori för ett fartygs intaktstabilitet samt hur ett krängningsprov kan användas för att bestämma dess intaktstabilitet. Även fartygets rörelseekvationer för rullning samt hur fartygets stabilitetsegenskaper kan analyseras genom ett belastningsprov kommer beskrivas. Är läsaren bekant med dessa teorier kan dessa avsnitt hoppas över. 2.1 Intaktstabilitet Med ett stabilt tillstånd menas ett stationärt läge som efter att den utsatts för yttre störningar återgår till ursprungsläget. För ett fartyg är det alltså dess förmåga att motstå krängningar i tvärskeppsled från t.ex. vågor och vindar. I Figur 1 syns ett tvärsnitt på ett upprätt fartyg i statisk jämvikt där både flytkraften i B och gravitationskraften i G verkar i fartygets centrumslinje. Figur 1 Tvärsnitt på ett fartyg i statisk jämvikt Om en yttre kraft påtvingas vilket visas i Figur 2 så att fartyget kränger förskjuts deplacementets flytkraftscentrum då undervattenskroppen inte längre ligger symmetriskt runt centrumlinjen. Metacentrum M är skärningspunkten mellan flytkraftens verkningslinje och centrumlinjen och anses vara fix för små krängningsvinklar. Ett av de mest fundamentala måtten på ett fartygs initialstabilitet är dess begynnelsemetacenterhöjd GM. Så länge GM är positiv kommer fartyget återgå till det ursprungliga stabila jämviktsläget om den yttre påtvingade kraften försvinner. Om GM är negativt skulle fartyget få en ökande krängning vilket alltså menas att den är instabil. GM KG KB Figur 2 Rätande moment vid en påtvingad krängning 4

12 Ett annat viktigt mått på stabiliteten är den rätande hävarmen GZ vilket är det horisontella avståndet mellan G och M vilket kan uttryckas som GZ ( θ ) GM sin = θ (1) där θ är krängningsvinkeln. Genom att plotta den rätande hävarmen för varierande krängningsvinklar fås en GZ-kurva, vilket visats i Figur 3, som har ett antal karakteristiska drag. Initialstabiliteten representeras av den första delen av GZ-kurvan som i princip endast bestäms av GM. GM kan utläsas ur kurvan och utgör tangenten till kurvan vid nollgenomgången upp till en radian. Detta bestämmer i stort även fartygets egenskaper under normala driftsförhållanden. Det bör dock påpekas att även om GM är viktigt för initialstabiliteten är det kanske inte alltid ett bra mått för ett fartygs säkerhetsmarginaler. Det kan ge bra marginaler vid t.ex. lyft och andra arbeten under drift och ett högt GM ger oftast höga värden på GZ upp till krängningsvinkeln där däckkanten sänks ner under vattnet. Men det betyder inte att stabilitetsvidden är stor utan det kan till och med vara tvärtom och vinkeln för maximala GZ kan vara rätt så låg. Figur 3 GZ-kurva GZ max är det maximala värdet på GZ-kurvan och motsvarar det största statiska moment från t.ex. en lastförskjutning som fartyget klarar innan det kantrar. Vatteninträngning på däcket har oftast en stor påverkan på GZ max och att höja fribordet för att försena vatteninträngningen ger ett högre GZ max. En vattentät överbyggnad ger också upphov till ökande värden på GZ max men det ställer höga krav på dess konstruktion och risken finns för vatteninträngning från dörrar och ventiler. GZ max är ett bra mått på fartygets sjövärdighet och dess säkerhetsmarginal. Stabilitetsvidden är det vinkelområde inom vilket fartyget har en positiv rätande hävarm. Detta motsvarar avståndet mellan de första två jämviktslägena. Fartyget klarar av att ta upp ett yttre krängande moment från t.ex. vågor upp tills stabilitetsvidden passerats. Det är inte så praktiskt användbart då andra saker sker innan stabilitetsvidden uppnås, som vatteninträngning eller lastförskjutning. Den dynamiska hävarmen e θ är arean under GZ-kurvan och är ett mått på fartygets förmåga att stå emot dynamiska krängningar eller den potentiella krängningsenergi som krävs för att kränga ner fartyget en viss vinkel θ. 5

13 l 2.2 Krängningsprov Med ett krängningsprov kan ett fartygs masscentrum, KG bestämmas under förutsättning att flytläget mäts upp så deplacementet kan beräknas med fartygets geometri. Detta är i princip det enda sättet att bestämma KG med tillräcklig noggrannhet. Med hjälp av fartygets geometri kan dess hydrostatiska data beräknas vilket i detta arbete görs i Tribon [1] med en geometrisk modell baserad på fartygets linjeritning. Med dessa hydrostatiska data och ett känt flytläge kan fartygets deplacement och flytkraftscentrum, LCB och därmed LCG bestämmas. Krängningsprovet går till så att en kontrollvägd vikt, w placeras ombord på fartyget och flyttas systematiskt i tvärskeppsled. I Figur 4 syns en principskiss på hur ett krängningsprov går till. θ u M d w w G G Figur 4 Principskiss på ett krängningsprov Överst visas en pendel nedsänkt i ett oljebad för att dämpa oscillationerna vilket underlättar avläsning av det utslag u som pendeln flyttas vid krängningen. Med en känd pendellängd l kan krängningsvinkeln θ beräknas med hjälp av det uppmätta pendelutslaget enligt u tanθ = (2) l 6

14 Då krängningsvikten flyttas med avståndet d från centerlinjen förskjuts fartygets tyngdpunkt G till G enligt dw GG ' = (3) Δ För små vinklar kan GM beräknas genom sambandet mellan θ och GG enligt GM GG ' = (4) tanθ Vid alla försök har fartygens bränsletankar varken varit helt tomma eller fulla så en korrektion för inflytande av fria vätskeytor görs. Dessa fria vätskeytor ger en effekt av en skenbar höjning av masscentrum då fartyget kränger, på grund av att vätskan kommer förskjuta masscentrum i tvärskeppsled. Denna korrektion GM k görs enligt dtcg GM GM GM t tx k = + = + dθ ρ i ρ I (5) där ρ t är vätskans densitet och I tx är fria vätskeytans tröghetsmoment för varje tank i. Slutligen kan KG bestämmas med det korrigerade GM k och tvärskeppsmetacentrum över kölen KM T från hydrostatiska data enligt KG = KM GM (6) T k Detta resulterar alltså i att deplacementet och masscentrum med hjälp av krängningsförsöket blir känt, men genom att göra en avräkning av alla tillfälliga vikter ombord erhålls istället fartygets egenvikt, LW och dess tyngdpunkt. Med dessa värden för LW kan flera olika beräkningar göras som fartygets GZ-kurva vid olika lastfall. 7

15 2.3 Rörelseekvationer Fartygs rörelse runt långskeppsaxeln, den så kallade rullningsrörelsen är för de flesta fartyg mycket svagt dämpad och därmed är rullningsfrekvensen starkt kopplad till metacenterhöjden tvärskepps. Rullningsrörelsen kan beskrivas som ett jämviktstillstånd mellan olika tidsberoende moment. För små vinkelrörelser kan detta beskrivas med en linjär differentialekvation med konstanta koefficienter enligt [2] ( I + A) η + Bη + Cη = (7) där I är fartygets så kallade torra masströghetsmoment, alltså masströghetsmomentet utan vattnets inverkan. A är adderat vattenmasströghetsmoment, så I tot =I+A är alltså fartygets totala tröghetsmoment vid rörelse i vatten, η är vinkelaccelerationen. B är en dämpningskoefficient, η är vinkelhastigheten, C är hydrostatiskt rätande moment och η är rullningsvinkeln. För att underlätta beräkningarna skrivs ekvation(7) om på formeln η + 2δη + ω η = (8) 2 där ω = C I + A (9) och δ = B 2( I + A) (1) där δ är en dämpningskoefficient. Rulldämpningen av fartyg i lugnt vatten är liten och har i denna redogörelse uteslutits helt, vilket innebär att δ=b=. Det innebär att fartygets egenrullningsfrekvens ω eg =ω, varför ω ofta refereras till som den odämpade egenfrekvensen, även för dämpade system. Egenfrekvensen förhåller sig till egenperioden enligt ω = 2π (11) eg där T r är egenperiodtiden. Den hydrostatiska koefficienten C tas direkt från teorin om fartygs tvärskeppsstabilitet, enligt vilken det rätande momentet vid en statisk förskjutning i rullningsled kan uttryckas som 8 T r ρ gv GZ (12) där ρ är vattnets densitet, g är gravitationskonstanten, V är fartygets volymsdeplacement och GZ är den rätande hävarmen. För små krängningsvinklar är GZ linjärt proportionell mot krängningsvinkeln ηenligt GZ = GM η (13)

16 vilket gör att den hydrostatiska konstanten slutligen kan uttryckas som Utveckling av ekvation (9) då I tot =mr 2 och ω eg =ω och C insatt ger C = ρ gvgm (14) 2 2 C 2π ρvggm g 2r ω = = ρv m, 1 GM 2 = 2 = I + A Tr mr π Tr (15) där r är tröghetsradien. För att bestämma tröghetsradien beräknas först fartygets masströghetsmoment som 2 n n (16) n I = dm r där dm n är fartygets olika delmassor och r n är avståndet från fartygets långskeppsaxel till respektive delmassas masscentrum. Med masströghetsmomentet kan fartygets tröghetsradie bestämmas enligt r I + A =. (17) m där A förhåller sig till I som,1 A/I,2 för konventionella handelsfartyg. Eftersom det är svårt att hålla reda på alla delmassor och deras inbördes lägen brukar en vanlig approximation av fartygs tröghetsradie vara [3],35B r, 5B. (18) Med denna approximation på förhållandet mellan r och B kan tröghetsradien i ekvation (15) ersättas så GM kan beräknas enligt B GM = k Tr där rullningskonstanten k ligger i intervallet,49 k 1. De små fartygen är av varierande utförande och storlek, vilket innebär att massfördelningen och skrovformen varierar en hel del mellan dem. Variationen på fartygen innebär antagligen att tröghetsradierna skiljer sig en del åt. 2 (19) 9

17 3 Regelstudie Ett antal regelverk har undersökts för att klargöra vilka alternativa metoder och kriterier som används för att utvärdera ett fartygs sjövärdighet med avseende på dess intaktstabilitet. Dessa metoder och kriterier ligger till grund för att ta fram en enkel egenkontroll av ett fartygs sjövärdighet med avseende på dess intaktstabilitet. 3.1 IMO Resolution A.749 Den vanligaste metoden för att utvärdera ett fartygs intaktstabilitet är i huvudsak baserat på den rätande hävarmens karakteristiska utseende. Grunden för dessa teorier formulerades för 7 år sedan av finländaren Jaakko Raholas i hans doktorsavhandling [4] om kriterier för fartygsstabilitet. Det är begränsat till 34 stycken nationella fartyg som kapsejsat. Av dessa är det endast 13 som användes vid jämförelse av GZ kurvor och dess resulterande kriterier. Det är dessa kriterier som International Maritime Organization (IMO) och andra nationella regelverk använder för bedömning av intaktstabilitet. Dessa allmänna intaktstabilitetskriterier som gäller för alla fartyg [5] är: 1. Arean under GZ-kurvan, den dynamiska stabiliteten e 4,9 mrad räknat till krängningsvinkeln 4 eller flödningsvinkeln θ om den är mindre än 4. f 2. e 3,55 mrad räknat till krängningsvinkeln e 3 4,3 mrad mellan krängningsvinkeln 3 och 4 eller mellan 3 och θ f om denna vinkel är mindre än Den rätande hävarmen GZ skall vara minst,2 meter vid en krängningsvinkel av minst 3 5. Den maximalt rätande hävarmen GZ max skall inträffa vid en krängningsvinkel som är större än Begynnelsemetacenterhöjden GM skall vara minst,15 meter. I Figur 5 visas en GZ-kurva där de allmänna stabilitetskriterierna illustreras. Figur 5 GZ kurva med de allmänna stabilitetskriterierna 1

18 IMO insåg att det förutom kriterierna för GZ-kurvan även fanns önskemål om förenklade bestämmelser av intaktstabiliteten för mindre fartyg. Studier visade att ett rullningsprov kunde rekommenderas för att approximera initialstabiliteten för mindre fartyg där det inte är praktiskt att utföra en fullständig stabilitetsundersökning. GM beräknas enligt GM f B = Tr 2 (2) där konstanten f förhåller sig till konstanten k i (19) enligt f = k (21) De gjorde ett begränsat antal försök för att bestämma medelvärdet på f för några olika typer av fartyg vilket visas i Tabell 1 Tabell 1 Observerade f värden från IMO f k Empty ship or ship carrying ballast f,88,77 Ship fully loaded with liquids in tanks comprising the following percentage of the total load on board (i.e cargo, liquids, stores, etc): 2% of total load f,78,61 1% of total load f,75,56 5% of total load f,73,53 Dubble-boom shrimp fishing boats f,95,9 Deep-sea fishing boats f,8,64 Boats with a live fish well f,6,36 Följande kan noteras, ju större avståndet mellan fartygets delmassor och dess rullnings axel är, desto större blir f. Alltså är f för ett olastat fartyg större än för ett lastat och ett fartyg med mycket bunker och ballast (oftast placerat långt ner nära kölen) har större f än om fartyget inte haft bunker och ballast. Deras försök visade även att metoden blir mindre och mindre pålitlig desto närmare GM för fartygen hamnar vid,2 m och lägre. 11

19 För just fiskefartyg under 3 meter har IMO gett ett förslag på kriterier för minsta tillåtna GM enligt 2 F F B l GM min =,53+ 2B,75,37 +,82,14,32 s B B D L (22) där l s är längden på överbyggnaden och D skrovhöjden. De har även följande avgränsningar: 1. F/B mellan,2 och,2 2. l s /L mindre än,6 3. B/D mellan 1,75 och 2,15 Fartyg som hamnar utanför avgränsningarna bör använda detta kriterie med särskild försiktighet. Det beräknade värdet på GM min bör jämföras mot det faktiska GM för fartyget. Om ett rullningsprov eller ett krängningsprov med approximerat deplacement används för att uppskatta GM så bör en säkerhetsmarginal tillämpas på GM min. 3.2 SJÖFS 26:1 I Sjöfartsverkets författningssamling SJÖFS 26:1 [6] finns det allmänna intaktstabilitetskriterier som i princip följer IMO:s rekommendationer på kriterier för GZkurvan. Det finns även förenklade kriterier baserat på rullnings- och belastningsprov för vissa passagerarfartyg som går i fartområde E eller mer inskränkt fart och övriga fartyg som går i fartområde D eller mer inskränkt fart. Dessa fartområden är indelningar av Sveriges kuster och vattendrag där olika säkerhetskrav gäller. De definieras av signifikant våghöjd och avstånd till kust och kallas A, B, C, D, E där A är mest vidsträckt och E mest inskränkt. Det finns även kriterier för minsta tillåtna fribord, F som inte direkt hör till intaktstabilitetskriterierna men som ändå kan vara intressant för att bedöma sjövärdigheten med avseende på intaktstabiliteten. För fartyg under 24 m är kriteriet att F ska vara större än 2 mm. Till IMO:s allmänna kriterier som visats tidigare i 3.1 finns alternativa kriterier ifall punkt 5 inte uppfylls för fartyg under 24 meter 5.1 e θ ( θ ),55 +,1 3 vid GZ max och vinkeln för halva stabilitetsvidden. 5.2 GZ max skall inträffa vid minst 15 mrad räknat till θ där θ anger den minsta av vinkeln Det finns även särskilda kriterier för olika typer av fartyg och redskap. För fartyg som sysslar med lyft bör inte kränga mer än 12 eller halva vinkeln för GZ max vid maximalt krängande moment från lyftanordningen. För bogserfartyg som definieras som ett fartyg som drar eller skjuter på en eller flera enheter har även kriterier för krängande bogserhävarm. För fiskefartyg med fiskeredskap som kan orsaka ett krängande moment, t.ex. sneddrag vid trålning i en riktning som avviker 3 från kurslinjen, bör krängningsvinkeln inte överstiga

20 Följande kriterier används vid den förenklade stabilitetsundersökningen: 1. Fartygets begynnelsemetacenterhöjd, GM skall bestämmas genom ett rullningsprov eller krängningsprov och får inte i den minst gynnsamma konditionen understiga,7 m. Vid rullningsprov beräknas GM med hjälp av fartygets bredd B, och rullningsperioden T r, enligt (19) där k=,5 används vilket motsvarar en tröghetsradie på 35 % av bredden. 2. Ett belastningsprov går ut på att förskjuta hela lasten åt ena sidan på det ur stabilitetssynpunkt minst gynnsamma sättet inom de områden och utrymmen som är avsedda för last. För passagerarfartyg ska passagerarna samlas på det minst gynnsamma sättet vid fartygets ena sida med sex personer per kvadratmeter fri däcksyta. Det ska utföras i den minst gynnsamma konditionen då krängningen inte får överstiga 12 och avståndet från vattennivån till överkant av skrovsidan får inte understiga 3 % av L under belastningsprovet. 3.3 MCA Storbritanniens motsvarighet till sjöfartsverket är MCA (Maritime and Coastguard Agency). MCA tillåter förenklad stabilitetsanalys för mindre fartyg [7], i deras fall gäller det persontransportfartyg som inte tar mer än 15 personer eller fartyg som inte tar mer än 1 kg i last. Fartyget ska testas i fullt lastad kondition. För att bestämma krängningsvinkeln ska alla personer som fartyget har befogenhet att frakta samlas på en sida. Personerna kan approximeras med vikter på 75 kg/person. Fartyget anses ha tillräckligt god stabilitet om det uppfyller följande rekommendationer. 1. Krängningsvinkeln inte överstiger 7 grader. 2. Vid kontinuerligt vädertätt väderdäck ska avståndet till första flödningsöppning vara minst 375 mm och minsta fribordet inte i någon punkt understiga 75 mm. 3. Krängningsvinkeln kan överstiga 7 grader men inte 1 grader om avståndet till flödesöppningen är 6 mm och lägsta fribordet 2 mm vid upprätt läge för fartyg < 7 m. För fartyg > 18 m ska avståndet till flödesöppningen vara minst 15 mm och lägsta fribordshöjd 4 mm, för fartyg mellan 7-18 m interpoleras måtten fram. För öppna fartyg < 7m ska fribordet vara minst 4 mm upp till sargkanten och för fartyg > 18 m ska minsta fribord vara 8 mm. Samma sak här, fartyg mellan dessa längder interpoleras för att erhålla fribordshöjden för ett fartyg som ligger emellan. 4. Vid beräkning av GM används formeln nedan, GM ska vara minst,35 m vid uppmätt deplacement eller vid uppgift om deplacementet, i dessa fall ska ansvarig myndighet verifiera att deplacementet stämmer. Vid uppskattat deplacement ska GM vara minst,5 m. GM 57,3 HM = θ Δ (23) där HM = krängande moment i kgm θ= krängningsvinkeln i grader uppmätt av testet ovan Δ= deplacementet i kg, antingen uppmätt och verifierat av myndighet eller uppskattat 13

21 3.4 NBS-Y I Nordisk Båtstandard för fritidsfartyg och yrkesfartyg [8] NBS-Y finns konstruktions kriterier som användes i de nordiska länderna men har ersatts av ISO standarden i och med EU inträdet. Med ISO standarden som enbart gäller fritidsfartyg försvann därmed en enhetlig standard för mindre yrkesfartyg även fast flera varv fortfarande använder NBS. Här finns ingen förenklad stabilitetsundersökning utan kriterier för GZ-kurvan användes. Men det är endast för GZ 3,2 m och att GZ max ska ske vid en krängningsvinkel större än 25 samt att GZ-kurvan ska vara positiv upp till 4. För öppna båtar finns en alternativ metod att bestämma GZ-kurvan genom att använda vikter för att kränga fartyget upp till 3 och mäta momentet med en dynamometer. Särskilda regler finns för bogserfartyg som definieras som ett fartyg som är planerad för bogsering av andra fartyg eller liknande och har en maskineffekt på mer än 15 kw. Krängande hävarm beräknas med kriterier på arean mellan den krängande och rätande hävarmskurvan. För fribordet finns olika kriterier för öppna och slutna fartyg där ett öppet fartyg mäter fribordet upp till relingskanten så länge det inte finns någon öppning större än 2 mm under relingskanten. Minsta tillåta fribordet för slutna fartyg är,2 m och,5 m för öppna fartyg. 3.5 ISO Standarden För fritidsbåtar finns flera standarder från Internationella Standardiseringsorganisationen ISO med avseende på olika konstruktionskrav. Ett av dessa berör just stabilitet [9] för segelbåtar och icke seglande båtar under och över 6 m. Det finns även separata standarder för rib båtar men då de inte är med i denna studie kommer de inte behandlas här, likaså kommer inte segelbåtar att behandlas. ISO standarden har fått viss kritik för att det är tillverkarna som kontrollerar att de själva bygger enligt ISO. I Standarden finns 4 designkategorier som beror på signifikant våghöjd och vindhastighet vilket visas i Tabell 2. Observera att designkategorierna inte är samma sak som fartområdena i SJÖFS. Tabell 2 Designkategorierna i ISO standarden. Design kategori A B C D Signifikant våghöjd 7 m 4 m 2 m,5 m Vindhastighet 28 m/s 21 m/s 17 m/s 13 m/s ISO standarden har kriterier på höjd till flödesöppning eller flödesvinkel, vindmotstånd och flytbarhet beroende på designkategori och om båten är däckad eller inte. Då det handlar om fritidsbåtar går belastningsprovet ut på att besättningen ställer sig på ena sidan vilket kanske inte är aktuellt för yrkesfartygen. Minsta tillåtna krängningsvinkeln vid belastningsprovet varierar beroende på fartygets längd, L enligt ( 24 L) 3 θ 1 + (24) 6 Alltså skulle kriteriet för krängningsvinkel på en 6 m lång båt vara nästan 2 och en 12 m lång båt nästan 13. Beroende på metod har de ett krav på kvarvarande höjd till flödesöppning på,11 L för designkategori C och,7 L för D. 14

22 3.6 Irland Den irländska myndigheten Maritime Safety Directorate har publicerat en Code of Practice [1] för fiskefartyg under 15 m. De har använt IMO:s förslag på förenklade kriterier på GM min med en säkerhetsmarginal på 1 %. För att approximera GM använder de IMO:s förslag på rullningsprov med rullningskonstanterna för fiskefartyg som står i Tabell 1. För fribordet skriver de bara lite vagt att de bör ha tillräckliga marginaler för att operera fartyget säkert. Dessa gäller endast för redan existerande fiskefartyg och inte för nybyggda fartyg som skall byggas enligt något klassningssällskap eller liknande. 3.7 Andra studier Förutom de genomgångna regelverken för intaktstabiliteten och dess GZ-kriterier finns det andra studier som undersöker intaktstabiliteten. I [11] visas att en del av GZ-kriterierna ger ett mindre bra mått på fartygens stabilitet som till exempel vinkeln vid GZ max. I en studie [12] om design av mindre fartyg föreslås att det eventuellt skulle vara intressant att använda GZkriterier för större krängningsvinklar, ända upp till 18. I en studie om mindre fiskefartyg [13] föreslås att istället för GZ-kriterier bör en dynamisk analys av fartygens respons i varierande sjötillstånd användas för att bedöma fartygens sjövärdighet. 3.8 Slutsats SJÖFS allmänna stabilitetskriterier används för att bedöma fartygens sjövärdighet, och refereras som GZ-kriterier hädanefter. En nackdel med denna metod är att de fartyg som användes för att bestämma kriterierna inte är representativa ifråga om formen och storleken på dagens fartyg, speciellt inte för mindre yrkesfartyg. NBS-Y som var framtagen speciellt för mindre fartyg använder faktiskt kriterier för GZ-kurvan liknande de allmänna stabilitetskriterierna. Det borde ge en tillräcklig säkerhetsmarginal även för mindre fartyg och kan sedan jämföras med resultaten från en förenklad intaktstabilitetsundersökning. Det finns några mindre skillnader på kriterier och metoder för en förenklad intaktstabilitetsundersökning i de olika regelverken. Som grund används SJÖFS förenklade stabilitetsundersökning vid de praktiska försöken där ett rullningsprov och belastningsprov används. Angående bogserfartyg kan det vara aktuellt med en bättre definition av vad som verkligen är ett bogserfartyg liknande den i NBS-Y. Detta skulle förmodligen leda till att en stor del av de registrerade bogserfartygen inte tillhör den kategorin. Vad som skulle ske för de fartygen som anses vara bogserfartyg är alternativt att göra som för passagerarfartyg, ha krav på certifikat även om de är under 2 brutto. Annars får belastningsprovet i princip motsvara det krängande momentet som skulle uppkomma vid sneddrag från bogseringen. Tillsammans med fiskefartyg som trålar och fartyg med lyftanordning kan alla behandlas i belastningsprovet fast där det krängande momentet motsvarar det som uppstår vid respektive sneddrag eller lyft istället för momentet som uppstår vid en lastförskjutning. 15

23 4 Urval fartyg Urvalet av representativa fartyg var inte så lätt som det först verkade. Efter att ha erhållit fartygsregistret från Sjöfartsverket för fartyg under 2 bruttotonnage började sorteringen. Den listan bestod av 65 fartyg som indelades i 5 kategorier, beroende på användningsområde. Kategorierna blev följande: arbetsfartyg, bogser- och bärgningsfartyg, fartyg för personbefordran (max 12 pass), fiskefartyg och övriga fartyg. Ur dessa kategorier skulle ett litet antal representativa fartyg tas ut för test och analys. Från början var tanken att vikta urvalet efter hur många fartyg som fanns i respektive kategori. Urvalet hade då viktats efter diagrammet i Figur 6. Fartygskategorier % 173 3% 292 5% % % Bogser och bärgningsfartyg Arbetsfartyg Övriga fartyg Fiskefartyg Fartyg för personbefodran Figur 6 Kategori uppdelning av fartygen För att kunna analysera fartygen var det tvunget att dokumentationen av fartygen var god, då ingen skeppsmätning skulle utföras. Med god dokumentation menas ritningar från tillverkaren och även att båten fortfarande har de gällande måtten och inte är ombyggd, just ombyggnationer är relativt vanligt på de äldre fartygen. Kraven medförde att de fartyg som undersöktes inte var äldre än 3 år. Ritningar saknades på många av de äldre fartygen och dessutom var det många som var ombyggda. Tyvärr fick viktningen ge vika, då tillgängligheten på dokumentation styrde urvalet istället. Till slut erhölls en grupp av testfartyg som bestod av två stycken arbetsfartyg, tre bogserfartyg, två fiskefartyg och fem fartyg för personbefordran (taxifartyg). Övriga fartyg var en sådan liten andel av det totala och uteslöts därmed. 16

24 Längd/Bredd förhållande Alla fartyg Bredd [m] Längd [m] Figur 7 Alla fartyg där de utvalda fartygen är markerade med blå cirklar Urvalet av fartyg som blev föremål för testning visas i Figur 7. Det visas att längd/bredd förhållandet för de mindre fartygen är linjärt, med undantag för några fartyg som är väldigt breda i förhållande till längden. De fartygen är pråmar som ofta är väldigt breda i förhållande till längden. De blå markeringarna visar vilka fartyg som testades och var de ligger storleksmässigt i förhållande till hur resterande 65 fartyg ligger. Fördelningen av testfartygen storleksmässigt ligger i intervallet för de vanligaste fartygsstorlekarna vilket är bra. För att få en uppfattning av testfartygens dimensioner följer Tabell 3 med huvuddata, där även data för två testlastfall är beskrivna. Lastfall 1 är tänkt att motsvara en normal lastkondition medan lastfall 2 ska motsvara en överlastning, för de flesta fartyg handlar det om den dubbla normala lasten. Tabell 3 Huvuddimensioner för fartygen i studien där T 1 och 1 är djupgåendet och deplacementet vid lastfall 1 och T 2 och 2 är djupgåendet och deplacementet vid lastfall 2 Fartyg L [m] B [m] T [m] [ton] T 1 [m] 1 [ton] T 2 [m] 2 [ton] Arbetsfartyg 1 14,89 4,8 1,15 11,67 1,4 23,1 1,53 3,1 Arbetsfartyg ,25,36 8,99,57 14,99,7 2 Bogserfartyg 1 1,2 3,4 1,48 13,69 1,53 15, Bogserfartyg Bogserfartyg 3 1 3, Fiskefartyg 1 8,4 2,8,98 4,33 1,18 7,47 1,21 7,97 Fiskefartyg 2 1,8 4,1 1,14 7,54 1,5 17,1 1,53 18,1 Taxifartyg 1 7,1 2,45,49 3,5,57 3,9,62 4,51 Taxifartyg 2 9,1 2,9,49 3,57,59 4,8,65 5,7 Taxifartyg ,9,58 5,2,56 6,38,6 7,28 Taxifartyg 4 9,5 3,8,52 6,34,59 7,6,63 8,51 Taxifartyg 5 1,8 2,9,57 6,88,65 8,4,69 9,4 17

25 Här nedan följer en förklaring av respektive fartygskategori om vad som är typiskt för dem i form av skrovform, utseende och storlek 4.1 Arbetsfartyg Ett arbetsfartyg kan ha många olika sorters uppgifter som transport av byggmaterial och annat gods eller till service och underhåll i skärgården. Detta är den näst största kategorin dit nästan en fjärdedel hör. Exakt vilka sorters fartyg som finns i denna kategori har varit svårt att utreda men av de fartygen som var större än 12x4 m visade det sig att majoriteten var av typen Sea trucks. Dessa har ett stort arbetsdäck med en liten styrhytt i aktern och en ramp i fören. En del är också utrustade med en kran monterad på ena sidan för att kunna lyfta av och på last. Skrovet på dessa är svagt V bottnat nästan platt och de är relativt breda. I denna studie har två stycken arbetsfartyg av typen Seatruck undersökts där den ena har en kran. I Figur 8 visas en bild på arbetsfartyg 2. Figur 8 Bild på arbetsfartyg Fiskefartyg Fiskeflottan är en av världens största sett till antalet och den klart största kategorin av Sveriges mindre yrkesfartyg där drygt hälften av allaa fartygen är fiskefartyg. Det finns en stor variation i skrovform, generalarrangemang och fiskemetoder. Det bör påpekas att av dessa drygt 3 fartyg har endast ca 12 tillstånd att bedriva yrkesmässigt fiske enligt statistik för 26 från Fiskeriverket. Mer än hälften av fiskefartygen i sjöfartsregistret får alltså inte användas vid yrkesfiske och hör kanske inte längre till kategorin yrkesfartyg även om de är kvar i registret. Det finns i grunden 2 olika huvudmetoder för fiskefartygen, fiske med trål och fiske med passiva redskap (garn, burar o.s.v.) där trålning har en högre risk ur stabilitetssynpunkt. Detta då nätet kan fastna och ge upphov till ett sneddrag samt ett krängande moment när lasten lyfts ombord. Denna typ av fartyg är ovanlig, det fanns ca 35 trålare totalt 24 där majoriteten förmodligen är över 2 brutto. Det framgår inte heller ur sjöfartsregistret vilken fiskemetod de använder och då de är rätt så sällsynta har ingen trålare 18

26 lokaliserats och alltså inte kommit med i undersökningen. De två fiskefartygen som är med i denna studie är från samma tillverkare men den ena är en äldre och mindre modell medan den andra är en större och nyare modell. Båda har en rund skrovform med en köl och däckshuset är i fören med arbetsdäcket i aktern och ett lastrum under däck för förvaring av fisk. I Figur 9 visas en bild på fiskefartyg 1. Figur 9 Bild på fiskefartyg Fartyg för personbefordran Gruppen av fartyg som används för transport av människor i första hand, så kallade taxifartyg, är för de små fartygen så gott som alltid snabbgående båtar som planar. Det innebär att de ofta har ett V-bottnat skrov. Överbyggnaden består av en hytt, ofta i mitten av fartyget, eller en längre överbyggnad som sträcker sig över nästan hela fartygets längd. Storleksmässigt är de ofta 7-12 m långa, med en bredd på 2,,5 3,5 m. Charterfarty yg som också ingår i gruppen fartyg för personbefordran är inte utredda. Anledningen är att de ofta är serietillverkade fartyg som är CE-märkta och därmed redan har en kvalitetskontroll. I Figur 1 visas en bild på taxifartyg 2 Figur 1 Bild på taxifartyg 2 19

27 4.4 Bogserfartyg Bogserfartyg är i förhållande till storleken mycket starka fartyg som för det mesta bogserar fartyg som har mycket större deplacement än de själva har. De har ofta rundformat skrov med någon form av skedda i botten. Typiskt för dem är att de har väldigt lågt fribord i aktern och har en hög styrhytt långt fram på båten. De har även stort deplacement i förhållande till storleken, vilket gör att de går relativt djupt. I Figur 11 visas en bild på bogserfartyg 3. Figur 11 Bild på bogserfartyg 3 2

28 5 In ntaktsta abilitetsundersö ökning De u utvalda fartygens intaktstabbilitet an nalyseras genom en fulllständig intaktstaabilitetsunddersökning med m hjälp av a ett kräng gningsprov och modelllering av fartygens f hydrostaatik och staabilitet. Det görs ävenn en förenk klad intaktsttabilitetsunddersökning med ett rullninggsprov och ett e belastninngsprov. Ruullningsprov vet ger en uppskattning u g av GM occh är det enklastee provet att utföra och belastningssprovet visaar den maximala lastenn fartyget kaan frakta med tilllräcklig stabbilitet. 5.1 Fullständig F g intaktsttabilitetsu undersökn ning För att göra en fullständig intaktstabiilitetsunderssökning skapas en daatormodelleering av fartygenn i beräkniingsprogram mmet Triboon som an nvänds för att kunna bedöma fartygens f sjövärdiighet. En geeometrisk modell m skappas genom att a mata in koordinater k för fartygeens spant från en linjeritningg. Ett exemppel på hur en sådan modell m kan se ut visas i Figur 12.. Genom upgående integrerring av fartyygens spantt kan fartyggets hydrostatiska data beräknas föör olika dju och trim m. Metoden som använnds för att beedöma farty ygens sjövärrdighet baseeras på GZ--kurvans karakterristiska utseeende vilkett använder den geometriska modeellen. De ennda ingångssvärdena som behhövs förutoom fartygetss geometri är fartygetss egenvikt och tyngdppunkt som beräknas b med hjäälp av ett krängningsp k prov. Genom m att placeera ut last, definiera fllödesöppnin ngar och fylla tannkarna medd bränsle fåås olika lasstfall. För laastfallen kaan GZ-kurvvor plottas och o GZkriterierrna kontrolleras. Bogsserfartyg 2 och 3 harr inga linjerritningar såå ingen geo ometrisk modell gjordes för dem. För alla a andra faartyg utom taxifartyg t 5 gjordes enn geometrisk k modell med övverbyggnad och en utann. Taxifartyyg 5 hade relativt r högaa fribord såå dess överb byggnad skulle innte påverkaa det rätandee momentett förrän vid stora kränggningsvinklaar. Detta gjo ordes för att se viilken skillnaad det gjordde för den rätande r hävarmen och för ett par ffartyg behövdes det extra bidraget b fråån överbyggnaden förr att uppfy ylla GZ-kriiterierna. O Om överbyggnaden användss i stabilitettsberäkningaarna ställer det krav påå dess styrkaa och täthett. I denna sttudie har detta intte undersökkts närmare utan de antaas uppfylla konstruktioonskraven fö för styrka occh täthet. Figu ur 12 Exempe el på hur en modell kan se s ut. 21

29 5.1.1 Krängningsprov Med ett uppmätt flytläge fås deplacementet Δ och tvärskeppsmetacentrum över kölen KM T från datormodellen. Tabell 4 visar resultaten av krängningsförsöken för lättviktskondition med hänsyn tagen till fri vätskeyta beräknade enligt ekvation 3-6, se bilaga B-M för ytterligare mätresultat. Tabell 4: Resultat av krängningsförsök Fartyg [ton] GM [m] GM k [m] KM T [m] KG [m] Arbetsfartyg 1 11,67 5,4 5,5 6,7 1,66 Arbetsfartyg 2 8,99 3,27 3,3 4,34 1,4 Bogserfartyg 1 15,55,55 2,14 1,59 Bogserfartyg 2 8,52, Bogserfartyg 3 21,5, Fiskefartyg 1 4,33,76,77 2,15 1,38 Fiskefartyg 2 7,54 2,14 2,15 3,68 1,53 Taxifartyg 1 3,5,59,62 1,47,85 Taxifartyg 2 3,57,8,81 1,65,84 Taxifartyg 3 5,2,86,88 1,88 1,1 Taxifartyg 4 6,34 1,3 1,3 2,3 1, Taxifartyg 5 6,88,68,69 1,79 1,1 Det visar sig att korrektionen för fri vätskeyta är relativt liten, det rör sig som mest om ett par cm. Det är KG i tabellen som används som ingångsvärde tillsammans med den geometriska modellen för att beräkna GZ-kurvor och kriterier Felanalys krängningsprov För att undersöka noggrannheten av resultaten vid krängningsprovet har en felanalys gjorts i Matlab [14]. Felkällorna är uppmätningsfel av fartygsdimensioner, pendellängd, pendelutslag och krängningsvikternas tyngd, se bilaga A för uppskattning av storleken på felen. En felkälla som är svår att ta hänsyn till är linjeritningen, det vill säga hur väl ritningen stämmer med verkligheten, samt var däcket ligger. I vissa ritningar finns inte däcket utmärkt, vilket leder till att däckshöjden kan vara fel. Då djupgåendet inte mäts direkt utan endast höjden från vattenlinjen upp till däck kan det därför ge fel deplacement på fartyget. Deplacementet bestäms nämligen med hjälp av fartygets djupgående och skrovgeometri. Resultaten av felanalyserna visas i Tabell 5. Tabell 5 Felanalys av krängningsprovet Fartyg Absoluta felet [m] % av GM % av KG Arbetsfartyg 1, ,7 Arbetsfartyg 2,34 1,3 32,4 Bogserfartyg 2,5 9,8 - Bogserfartyg 3,7 14,5 - Fiskefartyg 1,12 17,2 9, Fiskefartyg 2,39 18,8 25,7 Taxifartyg 1,6 1,7 7,4 Taxifartyg 2,11 13,4 13,5 Taxifartyg 3,11 12,5 1,6 Taxifartyg 4,12 11,9 11,8 Taxifartyg 5,7 1,9 6,5 22

30 Felanalysen visar att för de flesta försöken ligger felmarginalen för GM på ± 1 15% med undantag för två ytterligheter, där fiskefartyg 1 utfördes i riktigt dåliga förhållanden och fiskefartyg 2 hade små krängningar på grund av den begränsade tillgängligheten av vikter, vilket leder till att små avläsningsfel ger stora procentuella fel. De tillsynes stora felen i KG för framförallt 3 av fartygen beror på att det absoluta felet i GM är förhållandevis stort mot vad KG är. GM och KG följs åt så en sänkning av GM ger en höjning av KG enligt ekvation (6) då KM T är oförändrat. För de andra fartygen är GM och KG nästan lika stora och felet blir därmed i samma storleksordning GZ kriterier Här redovisas GZ-kriterierna där den geometriska modellen med överbyggnad används då det antas att överbyggnaden uppfyller de konstruktiva villkoren. I Bilaga B-M redovisas GZkurvor och resulterande kriterier med och utan överbyggnad. I Tabell 6 visas en sammanställning av alla kriterier för lastfall 1 som är normal lastkondition och lastfall 2 som är den dubbla normala lastkonditionen. En rödmarkerad ruta innebär att fartyget inte uppfyller kriteriet och en grönmarkerad att fartyget uppfyller kriteriet. I lastfall 1 klarar alla fartygen kriterierna, även om båda arbetsfartygen har låga krängningsvinklar vid GZ max så har de så pass högt rätande moment att de klarar de alternativa kriterierna. För lastfall 2 är det tre fartyg som hamnar under ett eller fler kriterier, vilket inte är så märkligt då det är en överbelastning som inte borde ske i verkligheten. Då taxifartygens last är relativt liten sett till deras deplacement påverkas kriterierna inte så mycket mellan lastfallen, undantaget taxifartyg 2 som är det minsta fartyget i studien. Arbetsfartyg 2 Arbetsfartyg 1 Tabell 6 Kriterier GZ-kurvan Lastfall 1 Lastfall 2 Nr Kriterie Kritisk Taxifartyg 5 Taxifartyg 4 Taxifartyg 3 Taxifartyg 2 Taxifartyg 1 Fiskefartyg 2 Fiskefartyg 1 Bogserfartyg 1 1e -4,9,9 mrad,35,24,11,11,18,11,12,12,16,12 2e -3,55,55 mrad,26,21,7,8,12,7,9,8,1,8 3e 3-4,3,3 mrad,9,5,4,4,6,4,4,4,5,5 4GZ 3,2,2 m,66,51,23,22,35,25,39,33,37,29 5 θ GZmax GM,15,15 m 3,3 2,67,57,71 1,4,59,8,99,92,7 5.1 e-θ [,55+,1(3-θ)],15, θ GZmax e -4,9,9 mrad,23,11,1,14,9,9,12,14,13 2e -3,55,55 mrad,18,13,7,1,6,8,8,9,8 3e 3-4,3,3 mrad,5,,3,4,3,2,4,5,5 4GZ 3,2,2 m,46,32,18,28,23,38,33,33,32 5 θ GZmax GM,15,15 m 2,24 1,91,66,88,51,68,94,79,7 5.1 e-θ [,55+,1(3-θ)],1, θ GZmax

31 Detta ger alltså att alla fartyg antas vara sjövärdiga för deras normala lastfall och de borde då klara en förenklad stabilitetsundersökning. Om hänsyn tas till de maximala felen som kan ha uppstått vid mätningarna, från Tabell 5, är det bara taxifartyg 4 och 5 som klarar kriterierna vid lastfall 1. Många av fartygen ligger på gränsen, så mindre mätfel kan bli avgörande för om de klarar kriterierna eller ej. Det kan eventuellt vara så att fartygen i lastfall 1 har för mycket last eller så är det kriterierna som inte passar för dessa fartyg. I det andra lastfallet med överlastning är det kanske inte helt självklart hur resultatet för den förenklade stabilitetsundersökningen bör falla. För vissa fartyg ger det till och med en högre säkerhetsmarginal till GZ-kriterierna men de tre fartygen som hamnar under ett eller flera kriterier för GZ-kurvan bör inte klara de föreslagna kriterierna för den förenklade stabilitetsundersökningen. 5.2 Förenklad intaktstabilitetsundersökning I den förenklade intaktstabilitetsundersökningen ingår ett rullningsprov och belastningsprov som metod för att utvärdera sjövärdigheten. Resultaten kommer inledningsvis jämföras med de kriterier som finns i SJÖFS [6] förenklade stabilitetsundersökning Rullningsprov Med ett rullningsprov kan fartygens metacenterhöjd GM på ett enkelt sätt uppskattas. Testets genomförande är mycket enkelt, fartyget sätts i rullning och periodtiden för 4 perioder mäts med ett tidtagarur. Försöket upprepas 4 gånger och ett medelvärde för rullningsperioden räknas fram. En period består av en full svängning, det vill säga från fartygets ena ändläge över till andra sidan och tillbaks till det ursprungliga ändläget. Vid försöket ska fartyget ligga vid kaj med slack förtöjning och vattnet ska vara lugnt, likaså ska det vara så lite vind som möjligt, så den inte påverkar rullningsfrekvensen. Det har dock inte varit möjligt att göra försöken vid sådana väderförhållanden på grund av tidsbrist. Enligt SJÖFS ska försöken utföras vid minst gynnsamma lastkondition, men då det inte har varit möjligt har försöken utförts vid olastad kondition. Detta påverkar såklart resultatet då KG kan höjas eller sänkas beroende på lastens storlek och placering vilket ger ett större eller lägre GM. I Tabell 7 visas skillnaden mellan GM vid krängningsförsöket och lastfall 1. Tabell 7 Skillnaden mellan GM vid krängningsprovet och lastfall 1 Fartyg GM kräng [m] GM [m] Lastfall 1 Differens [m] Arbetsfartyg 1 5,5 3,3-2,2 Arbetsfartyg 2 3,3 2,67 -,63 Bogserfartyg 1,55,57,2 Fiskefartyg 1,77,71 -,6 Fiskefartyg 2 2,15 1,4-1,11 Taxifartyg 1,62,59 -,2 Taxifartyg 2,81,8 -,1 Taxifartyg 3,88,99,11 Taxifartyg 4 1,3,92 -,11 Taxifartyg 5,69,7,1 Tabell 7 visar att det är skillnad för de olika fallen, vilket även antagligen skulle spegla sig i rullningsprovet på liknande sätt om rullningsprovet hade gått att utföra i lastat tillstånd. 24