TUTKIMUKSEN JA TUOTEKEHITYKSEN VUOROVAIKUTUS JÄÄNMURTAJIEN SUUNNITTELUSSA Kaj Riska ILS Oy ESITYKSEN TAVOITTEENA ON TARKASTELLA JOITAKIN JÄÄNMURTAJIEN SUUNNITTELUUN LIITTYVIÄ TEKIJÖITÄ JA SAMALLA ARVIOIDA MITÄ TUTKIMUSTULOKSIA ON SUUNNITTELIJALLA KÄYTÖSSÄÄN ERITYISESTI TARKASTELLAAN Runkomuotoon; Propulsioon; Rungon lujuuteen ja Aluksen funktioon LIITTYVIÄ SEIKKOJA
RUNKOMUOTO JÄISSÄKULKUUN Klassinen rungonmuoto Pieni keularangan kulma jään taivuttamista varten Terävä keularanka F n F µ F F x z = F = F n n cosβ sin β n n + F µ sin β F conβ µ n n = F B 0.5σ B h i2, staattinen jääkentän kuormankantokyky
Nykyinen jäänmurtajamuoto (Viking-luokka) Myöhemmin noste saa aikaan liikkeen ylöspäin Murtumisen jälkeen jääpalat seuraavat vertikaaleja Pyöreä keularanka Suorat vertikaalit Huomattava keula-aura BULBI JÄISSÄ- KULKEVASSA LAIVASSA??
Konventionaalinen bulbi Klasssinen jäänmurtokeula Ref: HSVA Bulbi 1 Bulbi 2 Bulbi 1 Bulbi 2 Konventionaalinen bulbi Klasssinen jäänmurtokeula
PROPULSIOTEHO [kw] Konventionaalinen bulbi Bulbi 2 Bulbi 1 Klassinen jäänmurtokeula NOPEUS [kn]
KITKAN VAIKUTUS Vastus [10 kn] Telakoinnin jälkeen Nopeus [kn] Kitkan vähennyskeinoja: Vesiputousjärjestelmä Ilmapulputus Rungon pinnoite Ruostumaton teräs levytys Jäätä kestävä pinnoite
Vesiputousjärjestelmä Murtovastuksen osuus kokonaisvastuksesta?
PROPULSIO JÄISSÄ PROPULSION KEHITYS FENNICA URHO OTSO
MSV FENNICA RATKAISU RUNGON MUOTO PROPULSIO PROPULSORIEN AKTIIVINEN KÄYTTÖ
NETTO-TYÖNTÖ KÄSITE Jäävastus ja nettotyöntö [kn] 750 500 250 0 h 3 h 2 h 1 Työntö, joka on tarjolla jäävastuksen ylittämiseksi Korjaus netto-työntöön potkuri-jää vuorovaikutuksen takia (luonnos) 0 2 4 6 8 Laivan nopeus [m/s] Ice thickness [m] 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 T = 6.9 m Ice trials Specification value 0.20 150 0.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Speed [knots] 120 h i [cm] 90 60 30 0 0 4 8 12 16 v [knots]
Eteenpäin TYÖNNÖNVÄHENNYS- KERROIN Taaksepäin JM Njord:in jäävastus keulapotkureiden teho parametrina. h i = 40 cm, lunta 10 cm Teho 8,8 MW
DAT periaatteet Jos oletetaan, että vastus on sama eteenpäin ja taaksepäin, laivan suorituskyky on alla oleva h ice Taaksepäin Eteenpäin v KYSYMYS KÄYTÖSSÄ OLEVASTA TEHOSTA
AVOVESIKÄYTTÄYTYMINEN JÄÄNMURTAJAN RUNGON MUOTO AVOVETEEN
MELU JÄISSÄ KANSIRAKENNUKSEN ERISTÄMINEN VÄRÄHTELY JÄISSÄ
JÄÄKUORMAT Bending crack Ship horizontal motion Ship motion A A Ship side Ice edge Indentation into ice Crushed ice volume Shear crack A - A MITOITUSPISTE 1. Sallittu vaste elastinen, plastinen vai vaurio 2. Kuormataso kerran talvessa, kerran elinikänä 3. Operaatiot monivuotinen tai yksivuotinen jää, nopeudet Onko suunnittelutilanne tämä? Vai ehkäpä tämä? Vai tämä?
AJATUS KUORMAN KORKEUDESTA ON VAIHDELLUT h i h incl h i hlc h i h c = h i h c = h incl ph = vakio = 2 MN/m h c = h lc JÄÄKUORMAN VIIVAMAINEN LUONNE, KOSKA SOVELLUKSIA? Seuraavan särön paikka Edelliset säröt.. MSI kokeet Hobson s Choice jääsaarella
JÄÄKUORMA ON TILASTOLLINEN Measurements 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 143 286 429 571 714 857 1000 1143 1286 kuorma (kn/m) Prediction of maximum 1429 1571 1714 1857 2000 2143 2286 2429 2571 load (kn/m) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 measured Gumbel I ice rules 1AS 0 0.1 1 10 100 1000 return period (days) f(q) Kuormamaksimien jakautuma MITOITUSPISTEEN VALINTA σ Y First yield q 1 σ Y q 2 q 3 Permanent set w q P(q 1 ) = 1 /year Fully plastic, Onset of damage P(q 2 ) = 1 / 5 years P(q 3 ) = 1 / lifetime t = t 1 t = t 2 t = t 3
VÄSYMINEN JÄISSÄ, ONKO ONGELMA? Damage Ratio 5 Kokkola 4 Kemi 3 1,5 2 1 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 No. lukumäärä of peaks 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+01 0 20 40 60 80 Maximum Annual Level Ice Thickness [cm] 1.E+00 1.E-01 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 Frame kuorma Load (kn/m) [kn/m] VAIKUTTAAKO LAIVAN KOKO KUORMIIN?
Mittaustuloksia Ship k Measured maximum [kn/m] Predicted maximum [kn/m] Predicted and corrected maximum [kn/m] IB Sisu 12.5 1920 2290 804 MT Kemira 5.8 1850 2310 2310 Vaurioanalyysituloksia MV Arcturus MT Kashira 12.6 6.7 1350 1290 1880 1780 1520 2730 P k = 1000 0 5 5 10 10 15 15-20 20-25 25 30 30-35 Relative amount of all hull ice damages 23.1 % 46.2 % 0 15.4 % 0 7.7 % 7.7 % KYSYMYS MONIKÄYTTÖISYYDESTÄ
MONIKÄYTTÖFUNKTIOITA JM & risteilylaiva JM & tutkimuslaiva Öljyntorjunta & tankkeri LAIVASTON TUKIALUS JA ÖLJYTORJUNTA
MUUTTUUKO SUUNNITTELU- POHJA JOS ILMASTO MUUTTUU? TUOTEKEHITYKSEN WISH LIST TUTKIMUKSELLE JÄÄOLOSUHTEET Puristavan jään kysymykset Jääkentän kuvaaminen suorituskykyä ja lujuutta varten SUORITUSKYKY Avovesi- ja jäävastuksen vuorovaikutus Jäiden vaikutus propulsiokertoimiin Potkurin jäämomentin luonne (ylimomentin kesto, suuruus, ) Rikkoontuneen jään käsitteet ja mallikokeet KUORMAT Jääkuormien tilastollisuuden perusta Jääkuorman laskenta SUUNNITTELUSUUREET Jäänmurtaja-avustuksen kuvaaminen Lujuussuunnittelupiste; risk based design
KIITOKSIA MIELENKIINNOSTA!