Προσομοίωση της προοδευτικής κατάκλισης σκάφους αναψυχής μετά από βλάβη

Σιδέρης, Μαρίνος-Θεοχάρης

Simulation of progressive flooding of a yacht after damage

Διπλωματική εργασία

Author

Σιδέρης, Μαρίνος-Θεοχάρης

Date

2023-04-29

Advisor

Τίγκας, Ιωάννης

Διπλωματική εργασία (9.892Mb)

Keywords

I.M.O ; Ασφάλεια επιβατηγών πλοίων ; Σκάφη αναψυχής ; Μελέτη ευστάθειας ; Κατάκλιση πλοίου

Abstract

Στη σημερινή εποχή, ένα επίκαιρο θέμα με το οποίο ασχολείται η παγκόσμια ναυτιλιακή κοινότητα είναι η ασφάλεια των επιβατηγών πλοίων. Ειδικότερα, τα σκάφη αναψυχής εξελίσσονται και κατασκευάζονται ολοένα και περισσότερα, συνδυάζοντας την ασφάλεια, την αύξηση των διαστάσεων και της χωρητικότητας τους. Για να θεωρηθεί ένα πλοίο ασφαλές και έτοιμο για πλεύση, πρέπει να συμβαδίζει με ορισμένους κανονισμούς, οι οποίοι διαφοροποιούνται για κάθε τύπο πλοίου. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Ναυτιλίας I.M.O (International Maritime Organization), είναι ένας Διεθνής Οργανισμός που ιδρύθηκε το 1948 από πολλές χώρες, υπογράφοντας μια σύμβαση με στόχο τη θέσπιση κανονισμών για την εφαρμογή υψηλών θαλάσσιων προτύπων ασφαλείας στη ναυσιπλοΐα, στον έλεγχο και στον περιορισμό της ρύπανσης του θαλάσσιου περιβάλλοντος από τα πλοία. Αναπόσπαστο κομμάτι της ασφάλειας των πλοίων και ειδικότερα των σκαφών αναψυχής, αποτελεί η επιβίωση τους σε περίπτωση κατάκλισης ενός ή περισσοτέρων στεγανών διαμερισμάτων. Μια επιτυχημένη σχεδίαση ενός πλοίου πρέπει να εξασφαλίζει πλήρως την υδατοστεγή ακεραιότητά του και να παρέχει αποτελεσματική προστασία σε περίπτωση βλάβης, έτσι ώστε να μειώνεται στο ελάχιστο ο κίνδυνος ανατροπής ή βύθισής του. Πιο συγκεκριμένα, βλάβη θεωρούμε οποιοδήποτε ρήγμα στο εξωτερικό περίβλημα ενός πλοίου -συνήθως στην γάστρα του- όπου συνεπάγεται η προοδευτική κατάκλιση των κυτών του επιφέροντας άμεσα αρνητική επίδραση στην ευστάθεια του. Παρατηρώντας τις περιπτώσεις των θαλάσσιων ατυχημάτων στο παρελθόν, (πχ. Τιτανικός και Ηράκλειον) είναι ευδιάκριτη η αναγκαιότητα της μελέτης της ευστάθειας του πλοίου, όχι μόνο στην αρχική και στην τελική θέση ισορροπίας (δηλαδή πριν και μετά την βλάβη), αλλά και στις ενδιάμεσες θέσεις ισορροπίας, οι οποίες μπορούν να θεωρηθούν καταλυτικές για την ανατροπή ή τη βύθιση του πλοίου. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, το κύριο αντικείμενο μελέτης είναι η ανάλυση της προοδευτικής κατάκλισης ενός σκάφους αναψυχής και πιο συγκεκριμένα μιας εμπορικής θαλαμηγού. Για την επίτευξη του ερευνητικού μέρους της εργασίας, αναπτύχθηκε ένα πρακτικό μοντέλο προσομοίωσης συναρτήσει του χρόνου. Η γεωμετρική αναπαράσταση και οι υδροστατικοί υπολογισμοί του υπό μελέτη πλοίου, πραγματοποιήθηκαν στο λογισμικό MAXSURF. Επιπλέον, για την εισροή του νερού μέσα στο πλοίο χρησιμοποιήθηκαν δύο εξισώσεις Bernoulli, όπου η μία είναι κατάλληλη για το εξωτερικό άνοιγμα, το οποίο είναι πλήρως βυθισμένο και από την εσωτερική, ενώ η δεύτερη εξίσωση είναι κατάλληλη για το εσωτερικό άνοιγμα (π.χ. στεγανή θύρα προτού κλείσει) με τις στάθμες εσωτερικά και εξωτερικά να ευρίσκονται σε ενδιάμεσα ύψη. Αξίζει να σημειωθεί, ότι η προοδευτική κατάκλιση του μοντέλου προσομοίωσης βασίζεται στην εφαρμογή και στην διεκπεραίωση του ημιστατικού προβλήματος, με τις εξής παραμέτρους: Η επιφάνεια της θάλασσας θεωρείται αδιατάραχτη και οι εξωτερικές δυνάμεις της αμελητέες.

Abstract

In today's world, a topical issue that the global shipping community is dealing with and aiming for immediate development is the issue of passenger ship safety. In fact, yacht-type yachts have evolved over the years, more and more are being built. The point of success is to achieve a combination of various parameters, such as safety, increasing their dimensions and capacity. For a ship to be considered safe and ready to sail, it must comply with certain regulations, which vary for each type of ship. The International Maritime Organization (IMO) is an organization that focuses on establishing regulations to implement high maritime safety standards, the efficiency of navigation and the control of pollution of the marine environment by ships. An integral part of the ships safety and particular in yachts, is their survival in the event of flooding of one or more watertight compartments. A successful design of a ship must fully ensure its watertight integrity and provide effective protection in the event of damage, so that the risk of capsizing or sinking is minimized. More specifically, damage is considered to be any breach in the outer shell of a ship -usually in the hull- which results in the progressive flooding of the hull, with a direct adverse effect on the stability of the ship. Looking at the past, it is clear that in the case of maritime accidents, it is necessary to study the stability of the ship not only in the initial and final equilibrium positions (i.e. before and after the damage), but also in the intermediate equilibrium positions, which can be considered as the catalyst for the capsizing or sinking of the ship. In this thesis, the main object of study is the analysis of the progressive flooding of a pleasure vessel, yacht type. To achieve the research part of the thesis, a practical simulation model was developed as a function of time. The geometric representation and hydrostatic calculations of the ship under study were performed in MAXSURF software. In addition, two Bernoulli equations were used for the inflow of water into the ship, where one is suitable for the external opening that is fully submerged and from the inner side, while the second equation, is suitable for the internal opening (e.g. watertight door before it is closed) with the internal and external levels being at intermediate heights. It is worth noting that the progressive flooding of the simulation model is based on the application and execution of the semistatic problem. More specifically, some parameters set are as follows: The sea surface is assumed to be undisturbed, flat, as well as negligible external forces.