Fribord & Stabilitet En konsekvensanalys av ändringar i SJÖFS 1993:3

Transkript

1 Master Thesis Skrift Fribord & Stabilitet En konsekvensanalys av ändringar i SJÖFS 1993:3 Vinkelkrav Verklig vinkel M Sc Thesis by Truls Persson Stockholm 2003 Aeronautical and Vehicle Engineering Division of Naval Systems ROYAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY

2 Maj 2003 DIVISION OF NAVAL SYSTEMS Fribord & Stabilitet En konsekvensanalys av ändringar i SJÖFS 1993:3 M Sc Thesis by Truls Persson Performed at the Swedish Maritime Administration Kungliga Tekniska Högskolan Aeronautical and Vehicle Engineering Division of Naval Systems Royal Institute of Technology (KTH) SE Stockholm Sweden Master Thesis Skrift

3 Abstract At the Swedish Maritime Administration, Sjöfartsverket, work with updating the national regulations on safety at sea and environmental effects has begun. The goal is to update the regulations and present them in a similar way as the international. The new regulation on freeboard and stability for ships in national traffic are the first where this new structure is to be applied. This thesis focus on an analysis of the changes in the regulation on load line and stability and the effects that this may have on existing ships in some of the sheltered and near coast areas in the home waters of Sweden. To achieve this, a number of general ship geometries have been designed to correspond to a large number of existing ships, so that general conclusions from the study can be drawn. The ships that have been investigated are: traditional passenger ships, taxi boats, charter boats and Sea Trucks. The ships in the study have been examined with respect to stability, motions in waves and stability after damages to find out if and how the suggested changes of the regulations will affect the fleet. But first, which are the major changes? Freeboard: Today the demand on height of hatch comings, air inlets etc are stipulated as a minimum distance above the freeboard. In the new directives the aim is sharper connections between freeboard and stability. Therefore the new demands are based on a minimum heel angel to the openings instead of a fixed distance. The minimum heel angel will be 30 in general and 40 to engine room for the E and D areas. Stability: The Swedish demand on maximum righting lever arm, GZ max, for at least 30 of heel, and a stability range of at least 60 is suggested to be abolished and replaced by weather criterion with reduced wind pressure in the C and D areas for ships 24 m or longer. Stability after damage: The only difference from the current regulations is that restricted flotation after damage is initiated also in the E area for new passenger ships. The results from the analysis show on small effects according to stability. On some ships particularly air inlets to engine room has to be moved to achieve the demands on freeboard. For ships maintaining service in the D area the ship motion calculation shows that windows and doors can be exposed to quite large amounts of water for some headings and speeds, which means that windows and doors and there framings need to be of accurate strength. Finally the analysis shows that there is a possibility to fulfil the restricted demands on stability after damage if the bulkheads are made watertight. The traditional passenger ship will however only survive damages in the fore and aft peaks. Damages elsewhere will eventually result in loss of the ship.

4 Innehåll 1 Inledning Bakgrund Syfte Metod Svagheter i metoden Begrepp och definitioner Fartyg i studien Traditionella passagerarfartyg (tradpass) Taxifartyg Charterbåt Sea Truck, arbetsfartyg Regelverkets bakgrund och historia Intakt stabilitet, en introduktion Föreskrifter enligt SJÖFS 1993: Stabilitet Fribord Intakt stabilitet avgång tradpass skrov Flödesöppningar Ankomstkondition tradpass skrov Intakt stabilitet avgång, tradpass skrov Ankomstkondition tradpass skrov Slutsats traditionella passagerarfartyg Intaktstabilitet taxibåt skrov Flödesöppningar Ankomstkondition taxibåt skrov Intaktstabilitet taxibåt skrov Ankomstkondition taxibåt skrov Intaktstabilitet taxibåt skrov Ankomstkondition taxi skrov Slutsats intakt stabilitet taxifartyg Intakt stabilitet, avgång charterbåt Flödesöppningar Ankomstkondition charterbåt Slutsats intakt stabilitet charterbåt... 29

5 10 Intakt stabilitet avgång, Sea Truck Flödesöppningar Ankomstkondition Sea Truck Slutsats intakt stabilitet Sea Truck Sjöegenskapsanalys, en introduktion Fartygets frihetsgrader Vågsystemens uppkomst Våghöjder och periodtider för de olika fartområden C, D och E Svallvågor Beräkning av sannolikheter Metod Sjöegenskapsanalys traditionella passagerarfartyg Fördäck Lastdörr Akterdäck Slutsats sjöegenskapsanalys traditionella passagerarfartyg Sjöegenskapsanalys Taxifartyg Fördäck Salongsfönster midskepps Aktra salongsfönster Akterdäck Slutsats sjöegenskapsanalys taxifartyg Sjöegenskapsanalys charterbåt Fördäck Sidodörr midskepps Sidofönster Maskinrumsventilation Akterdäck Slutsats sjöegenskaper charterbåt Sjöegenskapsanalys Sea Truck Fördäck Luftrör tank förpik Luftrör midskepps Maskinrumsventilation Slutsats sjöegenskapsanalys Sea Truck Skadestabilitet SOLAS Skadeutbredning... 61

6 16.3 Syfte och metod vid skadestabilitetsanalysen Skadestabilitet traditionella passagerarfartyg Vindmoment Passagerarmoment Fall 1 Skada akterpik permeabilitet 95 % Fall 2 Bottenskada aktersalong tradpass skrov Fall 3 Bottenskada maskinrum tradpass skrov Fall 4 Bottenskada främre salong tradpass skrov Fall 5 Skada förpik tradpass skrov SOLAS-skador tradpass skrov Sammanfattning och slutsats skadestabilitet tradpass skrov Skadestabilitet tradpass skrov Sammanställning bottenskador Kommentar till bottenskador tradpass skrov Slutsats Traditionella passagerarfartyg Skadestabilitet Taxifartyg Vindmoment Passagerarmoment Fall 1 Skada i akterpik vid avgångs- och ank, taxi skrov Fall 3 Bottenskada under salongsdurk vid avg, taxi skrov Fall 4 Skada i förpik vid avgångskondition, taxi skrov Fall 5 SOLAS skada midskepps vid avg, taxi skrov Sammanfattning skadestabilitet taxibåt skrov Skadestabilitet taxi skrov Vindmoment Passagerarmoment Sammanställning bottenskador Sammanställning SOLAS-skador, taxi skrov Ska destabilitet taxi skrov Vindmoment Passagerarmoment Sammanställning bottenskador, taxi skrov Sammanställning SOLAS-skador, taxi skrov Slutsats skadestabilitet taxifartyg Skadestabilitet Charterbåt Vindmoment Passagerarmoment Sammanställning SOLAS skador, charterbåt Slutsats skadestabilitet charterbåt Skadestabilitet Sea Truck... 88

7 Vindmoment Sammanställning SOLAS-skador Sea Truck Slutsats skadestabilitet Sea Truck Resultat och diskussion Fribordskrav Intakt stabilitet Sjöegenskaper Skadestabilitet Literaturförteckning Programvaror Muntliga källor Tack till... 94

8 1 1 Inledning 1.1 Bakgrund På Sjöfartsinspektionen har ett arbete med att se över hela föreskriftssamlingen inom sjösäkerhets- och miljöskyddsområdet inletts. Målsättningen är att åstadkomma uppdaterade och samlade föreskrifter inom sakområden, uppställda på ett likartat sätt som de internationella reglerna. På ett antal år sikt är meningen att detta skall leda till betydligt färre, regelbundet utgivna konsoliderade föreskrifter som så långt som möjligt täcker både existerande och nya fartyg. I den nya föreskriften för konstruktion fribord och stabilitet som nu arbetats fram skall den nya strukturen tillämpas. 1.2 Syfte Huvuduppgiften med detta arbete är att verifiera de preliminära förslag till förändrade fribords- och indelningskrav på existerande fartyg i begränsade fartområden, E och D, samt att identifiera de konsekvenser de föreslagna förändringarna kan tänkas ha för dessa fartyg vad gäller nödvändiga ombyggnader, indelningar osv. 1.3 Metod För att undersöka effekterna av de nya regelförslagen har ett antal karaktäristiska fartyg tagits fram. Dessa har beräknats med avseende på intakt stabilitet för att undersöka om öppningar kan, eller måste flyttas för att vara kompatibla med de nya förslagna kraven. Fartygen har genomgått en sjöegenskapsanalys för att fastställa risknivåer för vatteninträngning i de sjötillstånd fartygen kan tänkas möta. Slutligen har en analys av fartygens skadestabilitet genomförts. Syftet har varit att undersöka möjligheten att kräva flytbarhet i skadat skick även för de existerade fartygen, ett krav som dock inte ingår i de förslag som Sjöfartsverket utarbetat Svagheter i metoden Att dra slutsatser för en hel fartygsflotta utifrån ett antal förenklade modeller innebär naturligtvis en del svagheter. Individuella skillnader mellan existerande fartyg inom samma kategori kan vara mycket stora. De resultat som pressenteras i arbetet skall därför ses som generellt övergripande, och som indikation på hur de föreslagna förändringarna av fribords och stabilitetskungörelsen kommer att inverka i stort på den existerande flottan.

9 2 2 Begrepp och definitioner Nedan följer en sammanställning av en del definitioner och begrepp som används i arbetet. Fartområden Våra kuster och vattendrag är indelade i olika områden där olika säkerhetskrav på de fartyg som skall trafikera dessa gäller. Områdena är indelade i fribords- och fartområden och definieras i Sjöfartsverkets författningssamling. Nedan följer en förklaring över de olika indelningarna: Fartområden kallas A, B, C, D och E och definieras av signifikant våghöjd och avstånd till kust och finns i Fartygssäkerhetsförordningen (1988:594). Fartområde A: Annat område än B, C, D eller E. Fartområde B: Område som sträcker sig högst 20 nautiska mil från en strandlinje där nödställda kan tas i land. Fartområde C: Område där sannolikheten för en signifikant våghöjd större än 2,5 meter är mindre än tio procent under en ettårsperiod för årertrunttrafik eller under en begränsad period av året för trafik under denna period. Området skall vara högst 15 nautiska mil från en skyddad plats eller inom 5 nautiska mil från strandlinje där nödställda kan tas i land. Fartområde D: Område där sannolikheten för en signifikant våghöjd större än 1,5 meter är mindre än tio procent under en ettårsperiod för årertrunttrafik eller under en begränsad period av året för trafik under denna period. Området skall vara 6 nautiska mil från en skyddad plats eller inom 3 nautiska mil från strandlinje där nödställda kan tas i land. Fartområde E: Område som omfattas av hamnar, floder, kanaler, insjöar och de områden i skärgård som erbjuder sjölä, samt skärgård i Vänern och Vättern. Området omfattar även skyddade fjärdar på vilka den signifikanta våghöjden inte överstiger 0,5 meter under mer än tio procent av en ettårsperiod. Under perioden 1 juni till 31 augusti ingår öppna passager i ett övrigt skyddat skärgårdsområde. Passagen får då inte vara större än en distansminut och den signifikanta våghöjden får inte överstiga 0,5 meter under den perioden. Fribordområden Vid tillämpandet av Sjöfartsverkets kungörelse med föreskrifter om fartygs stabilitet och fribord, SJÖFS 1993:3, gäller följande fribordsområde: Fribordsområde I: (Kanalfart) Fart i svenska hamnar, floder, kanaler och mindre insjöar.

10 3 Fribordsområde II: (Inomskärsfart) Fart inom fribordsområde I samt inomskärs och utomskärs på större insjöar och utanför kusten dock inte längre än en nautisk mil från hamn eller annan plats där fartyget kan finna skydd. Fribordsområde III: (Inre fart och kustfart) Fart inom fribordsområde I och II samt fart i Kalmarsund, i Öresund, på Oslofjorden intill Larvik, fart på de större insjöarna, utanför öppen kust och utomskärs intill 15 nautiska mil från svensk hamn eller svensk skärgård där fartyget kan finna skydd. Fribordsområde IV: (Stor kustfart, nordsjöfart, inskränkt oceanfart, och oceanfart) Fart inom fribordsområde I-III samt all annan fart. Som framgår av ovan skiljer sig definitionerna för de olika områdena. Flödesvinkel Den minsta krängningsvinkel vid vilken en flödesöppning når vattenytan. Flödesöppning En öppning över vattenlinjen, som inte kan tillslutas vädertätt och genom vilket fartyget kan vattenfyllas.

11 4 3 Fartyg i studien De fartyg som ligger till grund för studien har tagits fram i samarbete med Sjöfartsinspektionen i Stockholm. Skrovformer, linjer och lastfall har bestämts från ritningsunderlag och stabilitetsböcker från existerande fartyg. Dessa data har sammanställts till ett antal typfartyg, representativa för sin klass. Målet har varit att typfartygen skall vara så pass allmängiltiga att generella slutsatser skall kunna göras. Fartygen i studien har alltså inte någon direkt koppling till verkliga fartyg. Eventuella likheter med existerande fartyg är således inte medvetna. I detta arbete har följande fyra kategorier av fartyg befunnits särskilt intressanta: 3.1 Traditionella passagerarfartyg (tradpass) Fartyg byggt före 1965 avsett för passagerartrafik. De traditionella passagerarfartygen är konstruerade vid en tid då inga allmänna stabilitetskrav fanns. I dagsläget är flera av fartygen godkända med olika typer av dispenser från kraven i SJÖFS 1993: 3. Det har därför funnits ett särskilt intresse att analysera fartygstypen då ett mål med de nya regelförslagen är att få bort dispensförfarandet. I denna analys har två skrovformer tagits fram. Figur 1. Traditionellt passagerarfartyg skrov 1 L = 35 m B = 7 m T = 2,3 m 290 Pass L = 33 m B = 6,8 m T = 2,9 m 220 pass Figur 2. Traditionellt passagerarfartyg, skrov 2

12 5 3.2 Taxifartyg Taxifartygen är mindre, snabbgående, planande fartyg för persontransporter i E och D områden. Fartygstypen saknar i regel genomgående väderdäck, och fartygens täthet beror helt av överbyggnaden. För analysen har tre skrovgeometrier med varierande längd på överbyggnaden tagits fram: L = 15 m B = 4 m T = 1 m 85 pass Figur 3. Taxi skrov 1. L = 15,5 m B = 4 m T = 1 m 65 pass Figur 4. Taxi skrov 2. L = 16 m B = 4 m T = 0,85 m 98 pass Figur 5. Taxi skrov 3.

13 6 3.3 Charterbåt Dessa båtar är vanligtvis konverterade fritidsbåtar av olika modeller och således inte konstruerade för att leva upp till de olika krav som ställs i regelverken. Inte desto mindre skall fartygen bedömas utifrån dessa regler, vilket visat sig inte alltid varit helt enkelt. Analysen omfattar ett skrov, representativt för de större fartygen i kategorin. L = 20 m B = 4,7 m T = 1,5 m 40 Pass Figur 6. Charterbåt 3.4 Sea Truck, arbetsfartyg Service och underhållsfartyg med stort lastdäck och låga fribord. Fartygstypen används för transporter av byggmaterial, sophämtning, farledsutprickning mm. Fartygen trafikerar både E och D område, i viss mån även C områden. L = 16 m B = 5,4 m T = 1,025 Figur 7. Sea Truck

14 7 4 Regelverkets bakgrund och historia Grunderna för regler om fartygs säkerhet lades under 1700-talets mitt av britten Lord Primsolls som utvecklat metoder för beräkning av fartygs flytläge efter nedlastning grundades skeppsförsäkringsbolaget Lloyds. Genom Lloyds register ställdes ett antal grundkrav upp för fartygs konstruktion för att säkerställa en miniminivå för att få teckna försäkring. Därmed var det första regelverket fött. Ett första försök till internationellt regelverk om säkerhet till sjöss togs 1895 med ett möte i Washington. De olika nationella särintressena var dock så stora att mötet slutade under kaosartade former. Efter den tragiska olyckan med Titanic 1912 där många människor omkom till följd av kollision med ett isberg, gjordes nya försök och SOLAS, Safty Of Lifes At Sea, grundades Första världskriget kom dock mellan. Men 1928 kunde den första internationella sjösäkerhetsförordningen undertecknas omarbetades förordningen till den nu gällande, senast omarbetad 1990, allmänt kallad SOLAS 90. Arbetet med internationella reglerna för fartygs fribord, International Conventions On Load Line, resulterade i den första, 1930: års lastlinjekonvention där särskilda krav på fartygs täthet stipulerades. Konventionen slutgiltiga version formulerades i och med 1966: års lastlinjekonvention. Teorier för fartygs stabilitet formulerades av finländaren Rahola, professorn i hydromekanik vid Helsingfors Tekniska Högskola, i en avhandling om kriterier för fartygsstabilitet. Hans arbete grundade sig på ett trettiotal haverier med mindre, nationella fartyg, där man kunnat spåra orsakerna till haverierna som brister i stabilitetsegenskaperna. De kriterier han formulerade utgör än i dag grunden för alla regelverk rörande stabilitet. I dag är det IMO International Maritim Organization, en sammanslutning av ett 130- tal länder grundat 1956 som ställer upp reglerna för den internationella sjöfarten med avseende på stabilitet, brandskydd och utsläpp mm. För den nationella sjöfarten beslutar varje nation själv. Det nationella regelverket påbörjades i och med grundandet av Fartygsinspektionen i Sverige 1914, sedermera Svenska Sjöfartsverket. Det tidigaste nationella regelverket, Byggnadsreglementet är från kom den första fribordskungörelsen och 1983 den första kungörelsen med föreskrifter om fartygs stabilitet. Båda upphävda och ersatta 1993 med: SJÖFS 1993: 3 Sjöfartsverkets kungörelse med föreskrifter om fartygs stabilitet och fribord. Det nu påbörjade förändringsarbetet innebär en starkare koppling mellan fribord och stabilitet. De nya fribordskraven går i stort ut på att karm och tröskelhöjder kan minskas i D och E områden under förutsättning att de inte når vattenytan vid krängning 30 eller 40 beroende på typ av öppning. För A, B och C områden föreslås lastlinjekonventionen gälla dock med möjlighet att minska höjden för maskinrumsventilation i C område. För intakt stabilitet föreslår slopande av de svenska särkraven på GZ max vid minst 30 och stabilitetsvidd på minst 60 och för fartyg över 24 m ersättas av väderkriterium, med reducerat vindtryck i fartområde C och D. För Skadestabilitet föreslås begränsad flytbarhet i skadat skick gälla även för nya fartyg i E område.

15 8 5 Intakt stabilitet, en introduktion En av de viktigaste faktorerna för ett fartygs säkerhet är stabiliteten. Med stabilitet menas vanligen fartygets förmåga att stå emot krängningar i tvärskeppsled, såsom rullning i vågor, lastförskjutning eller trycket vid stark sidvind. Ett fartygs stabilitetsegenskaper kan analyseras med hjälp av jämviktsekvationer. Om fartyget flyter i okrängt läge kommer det deplacerade vattnets flytkraft (B) och fartygets tyngdkraft (G) att vara lika stora motriktade och verka i samma linje (fig). GM Figur 8 a) Statisk jämvikt. b) Rätande moment vid påtvingad krängning När fartyget krängs kommer deplacementets tyngdpunkt att flyttas då undervattenskroppen inte längre är symetrisk runt centerlinjen. Tyngdkraften och lyftkraften verkar inte i samma linje och ett moment har uppstått som vill räta fartyget. Momentets hävarm kallas GZ och beror av krängningsvinkeln. Av figuren framgår att verkningslinjen för deplacementets lyftkraft skär centerlinjen i en punkt kallad Metacentrum (M) och är även den beroende av krängningsvinkeln. För små krängningsvinklar, mindre än ca 5º, anses denna punkt vara fix och kallas då Begynnelsemetacentrum och betecknas GM 0. Begynnelsemetacentrum är den viktigaste storheten för att beskriva fartygets initialstabilitet.

16 9 Den rätande hävarmen (GZ ø ) kommer att variera i storlek för olika krängningsvinklar. Plottas hävarmen mot krängningsvinkeln fås en såkallad GZ-kurva GM 0 1 rad = 57,3 GZ [m] GZ(ø) Stabilitetsvidd e(ø) krängningsvinkel [deg] Fartygets stabilitetsegenskaper och säkerhetsmarginaler mot kapsejsning kan avläsas ur ett antal karaktäristiska data från GZ kurvan. Dessa data utgör även grunderna för de olika stabilitetsregler som tillämpas av sjöfartsmyndigheterna. De viktigaste av dessa storheter är: Figur 9. GZ kurvans olika karaktäristika Initialstabilitet GZ max Dynamisk hävarm Stabilitetsvidd Representeras av den första delen av kurvan. Metacenterhöjden, GM 0 utgör tangenten till kurvan vid vinkeln 0 tagen till 1 radian, 57,3. Initialstabiliteten bestämmer I stort fartygets egenskaper vid normal drift. Hävarmskurvans största värde betecknas GZ max och representerar det största statiska moment som fartyget klarar innan det kantrar. Betecknas e(ø) och utgör arean under GZ kuvan och är ett mått på fartygets förmåga att stå emot dynamiska krängningar från t.ex. vind och vågor e( ø) = d GZ( ø) ø 0 ø Det vinkelomfång där fartyget har positiv rätande hävarm. Alltså avståndet mellan nollgenomgångarna

17 10 6 Föreskrifter enligt SJÖFS 1993:3 6.1 Stabilitet I Sjöfartsverkets författningssamling SJÖFS 1993:3 Kungörelse med föreskrifter om fartygs stabilitet och fribord ställs följande allmänna kriterier på fartygs GZ kurva: Kriterier på GZ kurvan enl. SJÖFS 1993: GM 0 GZ max e 30 e 40 e Arean under kurvan för den rätande hävarmen (GZ kurvan) den dynamiska stabiliteten (e) skall vara e 30 0,005 mrad räknat till krängningsvinkel e 40 0,090 mrad räknat till krängningsvinkel 40 eller flödningsvinkeln (θ f ) om denna är mindre (e 40 e 30 ) 0,030 mrad mellan krängningsvinkel 30 och 40 eller flödningsvinkeln (θ f ) om denna är mindre Den rätande hävarmen (GZ) skall vara minst 0,20 m vid en krängningsvinkel som är minst GZ kurvans största värde (GZ max ) skall inträffa vid en krängningsvinkel som är minst Begynnelsemetacenterhöjden (GM 0 ), korrigerad för effekten av fria vätskeytor, skall vara minst 0,15 m Stabilitetsvidden skall vara minst 60. Figur 10. GZ kurvans kriterier De föreslagna förändringarna innebär ett slopande av de svenska särkraven på GZ max vid minst 30 (1.1.3 SJÖFS 1993:3) och stabilitetsvidd på minst 60 (1.1.5 SJÖFS 1993:3).

18 Fribord De allmänna bestämmelserna vid fastställandet av nationellt fribord för fartyg anges i bilaga 7 SJÖFS 1993:3. De bygger på ett antal konstruktiva villkor på höjder till olika öppningstyper. En fullständig redovisning av dessa villkor ryms inte inom ramarna för detta arbete, men några för arbetet intressant punkter är: Tröskelhöjd maskin, fribordsdäck: Fribord I 150 mm, fribord II 300 mm, fribord III 600 mm. Ändringar: Oförändrat i E område (I och II) men sänkning i D område (III) till 300 mm. Ventilation maskin, fribordsdäck: Fribord I och II 2250 mm, fribord III 4500 mm. Ändringar: E område (I och II) 2300 mm eller 30. D område (III) 4500 mm eller 40, dock minst 760 mm. Tröskelhöjd övrigt, fribordsdäck: Fribord I 150 mm, fribord II 300 mm, fribord III 600 mm. Ändringar: E område (I och II) 300 mm eller 30. D område (III) 300 mm eller 40, dock minst 100 mm. Luftrör, fribordsdäck: Ändringar: Fribord I 380 mm, fribord II 380 mm, fribord III 760 mm. E område (I och II) 300 mm. D område (III) 450 mm. I en del fall kommer de föreslagna förändringarna således betyda sänkning av kraven, i andra fall höjningar.

19 12 7 Intakt stabilitet avgång tradpass skrov Flödesöppningar Lastdörr midskepps Aktre salongsfönster Främre salongsfönster Dörr akterdäck Dörr fördäck Figur 11. Flödesöppningar. Tradpass skrov 1 För att få en bild av däckshusets bidrag till fartygets totala stabilitet har GZ kurvor för skrov med, respektive utan däckshus beräknats. Kurvorna har plottats i samma graf för avgångskondition nedan. De med punkter markerade kurvorna härrör till GZ- respektive dynamisk hävarmskurva för fartyg utan däckshus. Det framgår tydligt att däckshuset bidrar högst väsentligt till fartygets stabilitet, och att detta bidrag är nödvändigt för att fartyget skall uppfylla stabilitetskraven över huvud taget. Det är således viktigt att däckshuset uppfyller kraven på styrka och täthet som ställs i de konstruktiva villkoren.

20 13 GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 12. Hävarmskurvor med- respektive utan överbyggnad. Avgång skrov 1. Totalt för lastfallet: deplacement 273 ton, LCG = 16,7 m, KG = 3,1 m GM 0 = 0,74 m. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Lastfallet KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 1. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Avg Öppning x y z deg Fönster akter Lastdörr midsk Fönster för Dörr fördäck Dörr akterdäck > 70 Tabell 2. Flödesvinklar tradpass skrov 1. Avgångskondition. Fartyget uppfyller SJÖFS 1993:3 på alla punkter utom flödesvinkeln till lastdörr midskepps som ligger 4,7 under gränsvärdet 30. De två övriga flödesöppningarna placerade i överbyggnadens sida, fönsterventil akter och fönsterventil för, uppfyller precis vinkelkravet.

21 Ankomstkondition tradpass skrov 1 GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 13. Hävarmskurvor intaktstabilitet ankomst skrov 1 Totalt för lastfallet: deplacement 255 ton, LCG = 16,4 m, KG = 3,1 m, GM 0 = 0,75 m. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Lastfallet KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 3. Max KG enl SJÖFS 1993:3. Ank. Öppning x y z deg Fönster akter Lastdörr midsk Fönster för Dörr fördäck Dörr akterdäck > 70 Tabell 4. Flödesvinklar tradpass skrov 1. Ankomstkondition. Fartyget uppfyller SJÖFS 1993:3 på alla punkter utom flödesvinkel till lastdörr midskepps. Vinkeln ligger 4,1 under gränsvärdet.

22 Intakt stabilitet avgång, tradpass skrov 2 GZ kurvorna för fartyget med- respektive utan överbyggnad visar att överbyggnadens bidrag till stabiliteten är stort. Den vertikala streckade linjen indikerar den minsta vinkel för vilken däckslinjen når vattenytan. I detta fall är vinkeln 5,8 för en punkt 12 m för om aktre perpendikeln. Detta ställer krav på styrka och täthet för överbyggnaden. GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 14. Hävarmskurvor med- respektive utan överbyggnad. Avgång skrov 2 Totalt för lastfallet: deplacement 245,3 ton, LCG = 16,0 m, KG = 3,16 m, GM 0 = 0,766 m. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Lastfallet KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 5. Max KG enl SJÖFS 1993:3. Avg. Öppning x y z deg Fönster akter Fönster midsk Fönster för Dörr fördäck Dörr midskepps Tabell 6. Flödesvinklar tradpass skrov 2. Avgångskondition Vinkelkravet på 30 till flödesöppning uppfylls inte för salongsfönster akter, salongsfönster midskepps samt lastdörr midskepps. I övrig uppfylls stabilitetskraven enligt SJÖFS 1993:3.

23 Ankomstkondition tradpass skrov 2 GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 15. Hävarmskurvor tradpass skrov 2 Ankomstkondition Totalt för lastfallet: deplacement 233 ton, LCG = 15,7 m, KG = 3,2 m, GM 0 = 0,715 m. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Lastfallet KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 7. Max KG enl SJÖFS 1993:3. Ank. Öppning x y z deg Fönster akter Fönster midsk Fönster för Dörr fördäck Dörr midskepps Tabell 8. Flödesvinklar tradpass skrov 2. Ankomstkondition. Flödesvinklar till salongsfönster akter och midskepps, samt lastdörr midskepps uppfyller inte kraven. Stabiliteten i övrigt uppfyller dock SJÖFS 1993:3

24 Slutsats traditionella passagerarfartyg Enligt denna analys kan framförallt lastdörrar, placerade midskepps i fartygen innebära problem för uppfyllandet av vinkelkravet till flödesöppning. Även fönsteröppningar kan vara ett problem under förutsättning att de inte kan betraktas som täta. För att fastställa minsta nödvändiga tröskelhöjd T används det geometriska sambandet mellan vinkeln α och avståndet från centerlinjen y, enligt figuren nedan. α α = 30 -θ f [ ] y = avstånd till CL [m] T = y tanα För skrov 1 bör tröskelhöjden ökas från nuvarande läge till T = 3,35 * tan (30-25,3 ) = 260 mm för att kravet på 30 till flödesöppning skall uppfyllas. 30º 25,3º Figur 16. Vinklar till lastdörr midskepps. Tradpass skrov 1 För skrov 2 bör tröskelhöjden ökas med T = 3,35 * tan (30-19,1 ) = 645 mm för att uppfylla 30º kravet. 30º 19,1º Figur 17. Vinklar till lastdörr midskepps. Tradpass Skrov 2

25 18 8 Intaktstabilitet taxibåt skrov Flödesöppningar Salongsfönster midskepps Salongsfönster akter Salonsgsfönster för Dörr akterdäck Dörr fördäck Figur 18. Flödesöppningar. Taxibåtar För att få en uppfattning om överbyggnadens bidra till fartygets totala stabilitet har hävarmskurvor med respektive utan överbyggnad plottats för avgångskondition I samma graf. Överbyggnadens bidrag till fartygets stabilitet gör sig gällande först efter krängningsvinklar på 30. Bidraget från överbyggnaden är således begränsat. Men med tanke på att fartygstypen saknar genomgående väderdäck är överbyggnadens täthet avgörande för fartygets stabilitet. För krängningsvinklar större än 22 når däckslinjens aktre hörn vattenytan. 4 m respektive 8 m för om akterspegeln når däck vattenytan vid vinklarna 24,5 och 28,8.

26 19 GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 19. Hävarmskurvor med respektive utan överbyggnad. Avgång Taxi skrov 1 Totalt för lastfallet: deplacement 20,5 ton, LCG = 6,0 m, KG = 1,9 m, GM 0 = 1,143 m. SJÖFS 1993:3 Lastfallet Max KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 9. SJÖFS 1993:3, max KG. Avgångskondition. Öppning x y z deg Fönster akter Fönster midsk Fönster för Dörr fördäck Dörr akterdäck > 70 Tabell 10. Flödesvinklar taxi skrov 1. Avgångskondition Analysen av lastfallet visar att GZ kurvans största värde inträffar vid 25. Enligt SJÖFS 1993:3 skall GZ max inträffa för en vinkel på minst 30. I övrigt uppfylls kraven. Detta står dock inte i konflikt med de föreslagna förändringarna.

27 Ankomstkondition taxibåt skrov 1 GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 20. Hävarmskurvor taxibåt skrov 1. Ankomstkondition Totalt för lastfallet: deplacement 20,0 ton, LCG = 6.0 m, KG = 1.9 m, GM 0 = m. SJÖFS 1993:3 Lastfallet Max KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 11. SJÖFS 1993:3, max KG. Ankomstkondition. Öppning x y z deg Fönster akter Fönster midsk Fönster för Dörr fördäck Dörr akterdäck > 70 Tabell 12. Flödesvinklar taxi skrov 1. Ankomstkondition. Även för detta lastfall inträffar GZ max vid 25. Övriga krav, enligt SJÖFS 1993:3 är uppfyllda. Lastfallet uppfyller alla krav I enlighet med de föreslagna förändringarna.

28 Intaktstabilitet taxibåt skrov 2 Enligt grafen nedan är stabilitetsbidraget från överbyggnaden begränsat också för detta skrov. Aktra däckshörnet når vattenytan vid m för om akterspegeln når däckslinjen vattenytan vid 29,6. Överbyggnaden är dock helt avgörande för stabiliteten då genomgående väderdäck saknas. GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 21. Hävarmskurvor med respektive utan övrbyggnad. Avgång Taxi skrov 2 Totalt för lastfallet: deplacement 24 ton, LCG = 5,5 m, KG = 1,78 m, GM 0 = 0,613 m. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Lastfallet KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 13. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Avg Öppning x y z deg Fönster akter 4 1, Fönster midsk Fönster för Dörr fördäck > 70 Dörr akterdäck > 70 Tabell 14. Flödesvinklar taxi skrov 2. Fartyget uppfyller samtliga krav enligt SJÖFS 1993:3. Samt kraven på flödningsvinklar större än 30.

29 Ankomstkondition taxibåt skrov 2 GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 22. Hävarmskurvor taxibåt skrov 2. Ankomstkondition Totalt för lastfallet: deplacement 23 ton, LCG = 5,48 m, KG = 1,8 m, GM 0 = 0,628 m. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Lastfallet KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 15. Max KG enl SJÖFS 1993:3. Ank. Öppning x y z deg Fönster akter 4 1, Fönster midsk Fönster för Dörr fördäck > 70 Dörr akterdäck > 70 Tabell 16. Flödesvinklar taxi skrov 2. Ankomstkondition. Lastfallet godkänt enligt SJÖFS 1993:3. Samt uppfyller kravet på flödesvinklar större än 30.

30 Intaktstabilitet taxibåt skrov 3 Vid krängningsvinklar över 35 bidrar överbyggnaden till fartygets stabilitet. Däckets aktra hörn doppas vid 16,4. Fyra meter för om akterspegeln når däckslinjen vattnet vid 24,4, och midskepps för 31. GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 23. Hävarmskurvor med respektive utan överbyggnad. Avgång Taxi skrov 3 Totalt för lastfallet: deplacement 24 ton, LCG = 6,2 m, KG = 1,9 m, GM 0 = 0,792 m. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Lastfallet KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 17. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Avg Öppning x y z deg Fönster akter Fönster midsk Fönster för Dörr fördäck > 70 Dörr akterdäck > 70 Tabell 18. Flödesvinklar taxi skrov 3. Avgångskondition Lastfallet uppfyller stabilitetskriterierna i SJÖFS 1993:3 såväl som kravet på flödesvinklar större än 30 till samtliga flödesöppningar.

31 Ankomstkondition taxi skrov 3 GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 24. Hävarmskurvor taxi skrov 3. Ankomstkondition Totalt för lastfallet: deplacement 22 ton, LCG = 6,3 m, KG = 2,0 m GM 0 = 0,799 m. Max KG enl SJÖFS 1993:3 Lastfallet KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 19. Max KG enl SJÖFS 1993:3. Ank. Öppning x y z deg Fönster akter Fönster midsk Fönster för Dörr fördäck > 70 Dörr akterdäck > 70 Tabell 20. Flödesvinklar taxi skrov 3. Ankomstkondition. Lastfallet uppfyller stabilitetskriterierna i SJÖFS 1993:3. Samt uppfyller kravet på flödesvinklar större än 30 till samtliga öppningar.

32 Slutsats intakt stabilitet taxifartyg Analysen av intaktstabilitetsegenskaper för de tre skrovgeometrierna i kategorin taxibåtar visar dels att överbyggnadens bidrag till stabiliteten är begränsat, men av stor vikt då fartygstypen inte har genomgående väderdäck. Samt att fartygstypen generellt sätt inte kommer ha några problem att uppfylla kraven på flödningsvinklar större än 30. De föreslagna förändringarna av fribord och stabilitetskungörelsen kommer alltså inte påverka denna fartygskategori på annat vis än att fartyg med GZ max före 30 kan godkännas utan generös bedömning.

33 26 9 Intakt stabilitet, avgång charterbåt Flödesöppningar För denna fartygstyp är det vanligt med maskinrumsventilation placerad i skrovsida. För till exempel taxifartygen, som är liknande på många andra sätt, är denna öppning vanligtvis placerad ovanpå salongstaken. Maskinrumsventilation Salongsfönster akter Sidodörr Figur 25. Flödesöppningar Charterbåt. För att få en uppfattning av överbyggnadens bidrag till fartygstypens stabilitet har fartyg med respektive utan överbyggnad plottats i grafen för avgångskondition. Det framgår ur stabilitetskurvorna att bidraget från överbyggnaden gör sig gällande först efter 40 krängningsvinkel och den är således av marginell betydelse. Däckets aktra hörn doppas vid 28,7. Midskepps når däckslinjen vattnet vid 34, och vid fördäck > 70.

34 27 GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 26. Hävarmskurvor med respektive utan överbyggnad. Charterbåt Totalt för lastfallet: deplacement 55 ton, LCG = 7,0 m, KG = 2,2 m GM 0 = 0,494 m. SJÖFS 1993:3 Lastfallet Max KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 21. SJÖFS 1993:3, max KG. Avgångskondition. Öppning x y z deg Maskinvent Fönster akter Sidodörr Tabell 22. Flödesvinklar charterbåt avgångskondition Lastfallet uppfyller SJÖFS 1993: 3. Flödningsvinkel till maskinrumsventilation ligger 19 under kravet på 40.

35 Ankomstkondition charterbåt GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 27. Hävarmskurva ankomstkondition charterbåt Totalt för lastfallet: deplacement 52 ton, LCG = 6,9 m, KG = 2,3 m GM 0 = 0,466 m. SJÖFS 1993:3 Lastfallet Max KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 23. SJÖFS 1993:3, max KG. Ankomstkondition. Öppning x y z deg Maskinvent Fönster akter Sidodörr Tabell 24. Flödesvinklar charterbåt. Ankomstkondition Lastfallet uppfyller SJÖFS 1993: 3. Flödningsvinkel till maskinrumsventilation ligger 18,4 under kravet på 40.

36 Slutsats intakt stabilitet charterbåt Fartygstypen har generellt sätt inga problem att uppfylla kraven på stabilitet enligt SJÖFS 1993:3. Även utan bidrag från överbyggnaden uppfyller fartyget grundkraven. Men i likhet med taxifartygen saknas i regel genomgående väderdäck. Salongsskott mot akterdäck utgörs vanligtvis av stora glasrutor och skjutdörrar. Förmågan hos dessa skott att motstå vattentryck kan vara tveksam och fartygstypen klassas ofta som öppen. För öppna fartyg får stabilitetsvidden enligt SJÖFS 1993:3 inte understiga 40. Fartygstypen uppfyller i regel inte de föreslagna kraven på minst 40 krängningsvinkel till maskinrumsventilation. För att fribordskravet skall uppfyllas krävs att ventilationsöppningar flyttas till ett läge minst i höjd med sidofönstren i överbyggnaden, eller annan placering ovanför 40 linjen markerad i figuren nedan Figur 28. Vinklar till maskinrumsventilation. Chartebåt

37 30 10 Intakt stabilitet avgång, Sea Truck Flödesöppningar Maskinrumsventilation Luftrör midskepps Luftrör akterpik Luftrör förpik Figur 29. Flödesöppningar Sea Truck Överbyggnadens bidrag till stabiliteten är i princip obefintlig. Akterdäckets hörn doppas först vid vinklar större än 70. I höjd med styrhytt, 7 m för om aktre perpendikeln, doppas däck vid 32,4. Lastdäcks doppas tidigt. Aktra hörnet, för om styrhytt redan vid 3,0 och främre hörnet doppas vid 4,4.

38 31 GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 30. Hävarmskurva avgångskondition Sea Truck Totalt för lastfallet: deplacement 67,5 ton, LCG = 8,5 m, KG = 1,5 m GM 0 = 2,103 m. SJÖFS 1993:3 Lastfallet Max KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 25. SJÖFS 1993:3, max KG. avgångskondition. Öppning x y z deg Luftrör akterpik > 70 Maskinvent Luftrör tank Luftrör förpik Tabell 26. Flödesvinklar Sea Truck avgångskondition Lastfallet uppfyller inte kravet på GZ max > 30. Flödningsvinklar till maskinrumsventilation, luftrör tank 1 och förpik ligger samtliga under de föreslagna kraven på 40 respektive 30 vinkel. För luftrör behöver detta dock inte betyda annat än backventil eller annan tillslutningsanordning.

39 Ankomstkondition Sea Truck GZ (m) / Dyn lever (mrad) Figur 31. Hävarmskurva ankomstkondition Sea Truck Totalt för lastfallet: deplacement 65 ton, LCG = 8,17 m, KG = 1,6 m GM 0 = 2,095 m. SJÖFS 1993:3 Lastfallet Max KG [m] GZa(0-30 )>0.055 mrad : GZa(0-40 )>0.090 mrad : GZa(30-40 )>0.03 mrad : GZ(>30 )>0.20 m : a(gzmax)>30 : GMo>0.15 m : GZ(60 )>0 m : a(gzmax)>25 : Max KG (m) acc. to above : Tabell 27. SJÖFS 1993:3, max KG. Ankomstkondition. Öppning x y z deg Luftrör akterpik > 70 Maskinvent Luftrör tank Luftrör förpik Tabell 28. Flödesvinklar Sea Truck ankomstkondition Även för detta lastfall ligger GZ max under 30. Flödningsvinklar till maskinrum och luftrör ligger även de under de föreslagna gränsvärdena 40 respektive 30.

40 Slutsats intakt stabilitet Sea Truck Enligt punkt i SJÖFS 1993:3 kan, om särskilda skäl föreligger, Sjöfartsverket medge avvikelser från kraven på dynamiskt momenten e 30, e 40 och e 30-40, hävarmskraven GZ(30º) > 0,20 m och GZ max > 30º, samt stabilitetsvidd > 60º. För att undantag skall kunna beviljas måste GZ max inträffa för vinklar större än 15º under förutsättning att arean under GZ kurvan är minst [0, ,001 (30º - θ)] där θ är den minsta av vinklarna GZ max eller halva stabilitetsvidden. För fartyget i studien innebär det att arean under GZ kurvan upp till GZ max (25º) inte får vara mindre än 0,06 mrad. Aktuellt värde för 25º är 0,118 mrad vilket betyder att fartyget uppfyller de särskilda kraven för stabilitet. Förslagen att slopa kraven på GZ max vid minst 30º skulle kunna betyda att fartygens intaktstabilitet kan godkännas utan tillämpning av undantagsreglerna i SJÖFS 1993:3. Fartyget uppfyller dock inte de föreslagna kraven på fribord, flödningsvinklar större än 30º till öppningar som inte är maskinrumsöppningar och 40º till maskinrumsöppning. 40º 21,4º Figur 32. Flödningsvinklar Sea Truck För att kraven skall uppfyllas måste maskinrumsventilationen flytta till ett läge ovanför 40º linjen. Luftrör till förpiksstank måste antingen höjas med ca 1,4 m för att klara 30º kravet, eller förses med backventil eller annan tillslutningsanordning.

41 34 11 Sjöegenskapsanalys, en introduktion För att få svar på frågan hur fartyg uppträder till havs i olika situationer genomförs sjöegenskapsanalyser. Olika fartyg reagerar olika i samma sjötillstånd på grund av olika skrovformer, dimensioner, kurser och farter. I detta kapitel undersöks riskerna och för att de olika fartygstypernas flödesöppningar skall exponeras för vatten tillföljd av de vågsystem som kan uppträda i de aktuella farvattnen. Hur ett fartyg kommer att uppträda i ett visst sjötillstånd kan beräknas med hjälp av signalteori. Fartygsrörelserna, eller gensvaren bestäms av fartygets transferfunktion, det vill säga hur vågrörelser överförs till fartygsrörelser. Transferfunktionen bestäms genom att fartygets rörelseekvationer löses. I detta arbete har Ship Motion Calculations SMC baserat på MacSkepps utvecklat på Skeppsteknik KTH, använts. En sjöegenskapsanalys går schematiskt till enligt följande: Fartygets transferfunktion multipliceras med ett vågspektrum, en statistisk sammanställning av ett visst sjötillstånd (se nedan), varvid vågspektrets olika frekvenskomponenter förstärks eller försvagas beroende av transferfunktionens utseende. Resultatet är ett gensvarsspektrum som beskriver fartygets rörelser. Ur detta kan sedan sannolikheter för olika händelser bestämmas, som risken att fartyget råkar ut för översköljande sjö (grönt vatten) vilket är huvudsyftet med denna analys Fartygets frihetsgrader η 3 η 6 η 5 η 2 Translativa frihetsgrader: η 1 längsled surge η 2 tvärled sway η 3 hävning heave Rotativa frihetsgrader: η 4 rullning roll η 5 stampning pitch η 6 gir yaw Figur 33. Fartygets sex frihetsgrader Ett fartygs rörelser kan helt beskrivas med olika kombinationer av de tre translativa och rotativa frihetsgraderna med origo i fartygets systemtyngdpunkt.

42 Vågsystemens uppkomst När vinden blåser över en slät havsyta kommer denna successivt att deformeras av friktionskraften mellan vinden och vattnet. Första stadiet av ett vinddrivet vågsystem är uppkomsten av kapillärvågor som känns i gen som ett svart krus på ytan. Om vinden fortsätter att blåsa klarar inte ytspänningen att återföra deformationen till sitt ursprungliga jämviktsläge utan vågorna växer till gravitationsvågor med jordaccelerationen som återförande kraft. För att detta skall ske krävs att vinden tillåts blåsa över en tillräckligt stor yta under en tillräckligt lång tid. Utvecklingen av ett vågfält beror således på vindstyrka stryklängd och blåsperiod. Oceanografer har arbetet med att sammanställa data om olika sjötillstånd och deras förekomst i olika geografiska områden. Vågsystem på öppna hav skiljer sig från kustnära regioner och insjöars vågsystem, främst genom att bandbredden, avståndet eller tiden mellan nollgenomgångarna, minskar ju mer skyddade vattnen är. Genom att bestämma variansen för dessa olika sjötillstånd kan man ta fram fördelningsfunktioner och därmed genomföra en statistisk analys. Detta sammanställs i sin tur till olika, mer eller mindre enkla vågspektrum som kan användas vid sjöegenskapsanalyser. Exempel på sådana är PM- (Pierson-Moskowitz) och JONSWAP- (The Joint North Sea Wave Project) spektrer. Där det senare lämpar sig för analyser av kustnära vatten då det är ett smalbandigt spektrum Våghöjder och periodtider för de olika fartområden C, D och E (Källa Vågor i skärgården Per Vallander Sth 1977 samt Våghöjdsberäkningar för SMHI januari 1998) För skyddade farvatten som framförallt i E och D med även C området är det statistiska underlaget bristfälligt. Vågornas medelperiod varierar dessutom starkt beroende på hur dessa har uppkommit. Stadig vind från samma riktning ger ett helt annat vågmönster än de som uppstår om vinden vrider, eller ökar i styrka. För att trots allt kunna fastställa vilka vågperioder man kan förvänta sig i de olika fartområden D och E för respektive gränsvärde på den signifikant våghöjd H 1/3, medelvärdet av den största tredjedelen av vågor, för D = 1,5 m respektive E = 0,5 m, måste man använda någon typ av semiempiriska formler. En metod är den så kallade SMB-metoden, uppkallad efter dess upphovsmän Sverdrup, Munk och Bretschneider. Metoden introducerades ursprungligen av Sverdrup och Munk under slutet av 1940-talet men reviderades tio år senare av Bretschneider. Metoden bygger på sambandet mellan signifikant våghöjd och vågperiod uttryckta som funktioner av stryklängden, den fria vattenytan som vinden blåser över, samt vindhastighet och vindens varaktighet.

43 36 För vågor på djupt vatten har funktionerna följande utseende Signifikant våghöjd: g H (1/3) = tanh U gf U 2 Signifikant vågperiod: 0.42 Varaktighet: gt U C U = = e 1 2 g T m π U = 1.20 tanh gf U ln gf U gf ln + U ln gf U 2 Där: H 1/3 = Signifikant våghöjd [m] T m = Medelperiod [s] F = Stryklängd [m] U = Vindhastighet 10 m över vattenytan [m/s] C = Våghastighet [m/s] t = Vindens varaktighet, eller blåsperiod, [s] På nästa sida redovisas tre grafer med signifikant våghöjd, signifikant periodtid samt blåsperiod plottade mot stryklängden F. Ur första grafen framgår tillexempel att vindar på mindre än 5 m/s aldrig kan ge våghöjder på 0,5 m. De vågor som dessa vindar maximalt kan skapa har periodtider på 0,9-2,5 s beroende på stryklängden F enligt den andra grafen. Slutligen kan man ur graf tre konstatera att vindar på 5 m/s måste råda under ca 2,5 timmar (150 min) över en stryklängd på 10 km för att ett fullt utvecklat vågsystem skall uppstå.