2 YLEISTÄ
2.1 Case-katamaraani
Runkovälin vaikutusta tutkittaessa käytetään työssä esimerkkialuksena Telakka 2000 projektin case-katamaraania. Runkomuodoltaan alus on lähellä SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull) konseptia, jolloin saadaan paremmat merikel- poisuusominaisuudet kuin perinteisellä katamaraanilla. Perän linjat on suunniteltu potkuripropulsiota varten, jotta saataisiin tietoa erilaisten potkureiden soveltu
vuudesta tälle teho- ja nopeusalueelle. Runkoväliä muutettaessa maksimileveys pidetään vakiona. Alus on tarkoitettu lyhyelle, noin 100 meripeninkulmaa yhteen- suuntaan, reitille kuljettamaan pääasiassa matkustajia, henkilöautoja ja rekkoja.
Päämitat: Pituus, suurin 150 m
Pituus, vesiviiva 140 m Leveys, suurin 40 m
Leveys, vesiviiva 3.5 m yhden si\
Syväys 5.5 m
Uppouma 5500 tonnia
Runkoväli 34 m versio 1
29 m versio 2 24 m versio 3
V I11 4
Kuva 1. Case katamaraanin kaariruutu, runkoväli 34 metriä.
2.2 Nopeiden alusten säännöt
Nopeiden alusten tekninen kehitys on pakottanut niiden suunnittelua ohjaavia kansainvälisiä sääntöjä uudistumaan. Kansainvälisen merenkulkuorganisaatio IMOn (1993) ehdotus Code of Safety for High Speed Craft (HSCC) uusiksi nopeiden alusten säännöiksi tulisi korvaamaan vuodelta 1977 olevat säännöt Code of Safety for Dynamically Supported Craft (DSC). Uusilla säännöillä pyritään yhtäläiseen turvallisuustasoon konventionaalisten laivojen kanssa, joiden turvallisuuskoodina on International Convention for Safety of Life at Sea (SOLAS). Uusissa säännöissä nopealla aluksella tarkoitetaan alusta, jonka suurin nopeus
V > 3.7*V° 1667 [m/s] (1)
jossa Vlaivan uppouma [m3]
Konventionaalisten alusten turvallisuusfilosofia lähtee siitä, että kaikki hätätilan
teessa tarvittava kalusto on aluksella mukana ja se on täten omavarainen. Nopei
den alusten sääntöehdotus perustuu riskien hallintaan ja vähentämiseen kuitenkaan unohtamatta perinteistä passiivista rakenteellista turvallisuutta onnettomuuden tapahduttua. Riskien hallinnassa otetaan huomioon matkustamon sijainti, aktiiviset turvallisuusjärjestelmät, rajoitettu operointialue ja inhimilliset tekijät.
HSCC säännöt jakaa alukset kahteen luokkaan.
Kategorian A matkustaja-alukset: pelastusapua on saatavissa ja matkustajalukumäärä on rajoitettu alle 450. Sallitaan helpotuksia aktiivi
sessa ja passiivisessa turvallisuudessa.
Kategorian В matkustaja-alukset, rahtialukset: pelastusapua ei ole saatavilla ja matkustajamäärä on rajoittamaton. Lisättyjä vaatimuksia turvallisuudessa, mm. tärkeiden laitteiden redundanssi, ankarammat vaatimukset tiiviydestä ja palonsammutus kapasiteettista.
Sääntöjä voidaan soveltaa:
-matkustaja-alukseen, joka ei reitillään ole enempää kuin neljän tunnin matkan päässä turvasatamasta
-lastialukseen, joka on 500 GT tai suurempi eikä reitillään ole enempää kuin kahdeksan tunnin matkan päässä turvasatamasta
Säännöissä määritellään törmäyshidastuvuus, joka vastaa törmäystä operoin- tinopeudella kaksi metriä vesiviivan yläpuolelle ulottuvaan kiveen. Kiihtyvyyden laskentakaavassa otetaan huomioon runkomateriaali, pituus, nopeus, uppouma, sivukorkeus, syväys ja ponttoonien välisen tunnelin korkeus. Tämän hidastuvuuden perusteella annetaan rajoituksia yleisjärjestelyn suhteen matkustamon, baarien, kioskien, matkatavaroiden säilytyspaikan ym. sijainnista ja teknisten ratkaisujen suhteen tuoleista, sohvista, turvavöistä ja pöydistä. (IMO 1993)
Perinteiset laivojen luokitussäännöt ovat perustuneet teräslaivojen käyttökokemuk
siin. Näistä saadut kuormat olivat liian konservatiivisia kevyille aluksille. Pienen uppouman johdosta slamming-kuormat ovat kestoltaan lyhyempiä ja aaltokuormat pienempiä kuin konventionaalisella aluksella. Luokituslaitokset ovat tämän takia voineet antaa helpotuksia mitoitusvaatimuksissa ja nopeille aluksille on laadittu omat luokitussäännöt. Esimerkkilaivan lujuuslaskelmat on tehty Det Norske Veri- tas:n (DNV) High Speed and Light Craft (DNV 1993) sääntöjen mukaan rajoittamat
tomalle purjehdusalueelle. DNV määrittää säännössään aluksen kevyeksi, jos suurin uppouma on pienempi kuin
Д=(0.13 L B)15 [tonnia] (2)
jossa L aluksen sääntöpituus [m]
В suurin mallattu leveys [m]
Nopealla aluksella säännössä tarkoittetaan alusta, jonka matkanopeus täysin lastattuna on yli 25 solmua.
Aluksen luokkamerkintä on: * 1A1 HSLC RO Passenger
Arvioitaessa yleisjärjestelyn toimivuutta on kiinnitettävä huomio seuraaviin seikkoi
hin: Aluksen kyky suorittaa sille asetettu tehtävä, turvallisuus, toiminnallisesti erilaisten alueiden erottaminen, satamakäyntien tehokkuus - lastin purku ja lastaus, tavara- ja matkustajavirtojen loogisuus sekä rakenteiden ja yleisjärjestelyn yhteen
sovittaminen. Arkkitehtuuriset ratkaisut ovat makuasioita, joten niitä ei arvioida.
3.1 Autokannen toimivuus
Nopean katamaraanin tyypillinen tehtävä on kuljettaa matkustajia ja lastia paikasta toiseen tietyn aikataulun mukaisesti. Varsinkin lyhyillä merimatkoilla satamakäyntien pituudella on ratkaiseva merkitys aluksen talouteen. Autokannen ja ajoramppien suunnittelulla voidaan lastaus/purkuaikoja lyhentää. Jos autokansi on läpiajettava, on korkeiden/suurien ajoneuvojen kaistojen paikka vapaammin valittavissa, sillä niiden ei tarvitse mahtua kääntymään ympäri keulassa. Ajoramppien on oltava riittävän leveät tai niitä on oltava useita, jolloin useampi kaista on käytössä yhtä aikaa. Ympäri ajettavalla autokannella kaistat on yleensä sijoitettu siten, että toista laitaa ajetaan sisään ja toista ulos. Tällöin olisi mahdollista purkaa ja lastata yhtäai
kaa. Nykyiset tullimääräykset kuitenkin vaativat, että kansi on todettava tyhjäksi ennenkuin lastaus voidaan aloittaa. Kääntymisalue keulassa on suunniteltava siten, että mahdolliset pylväät eivät tule tielle. Kääntymisalueeksi on varattava vähintään suurimman ajoneuvon kääntösäteen pituinen alue. Kääntösäteellä tarkoitetaan korin uloimman pisteen kiertämän ympyrän sädettä. Henkilöautolla tämä on ajo va ra mukaanluettuna 6.5 metriä, pakettiautolla 7 metriä, rekalla 12.5 metriä ja linja- autolla 16.2 metriä (RT-kortti 1992a ja b). Täysperävaunullisen kuorma-auton vaatima kääntösäde on ajovaroineen 20.5 metriä (Telakka 2000 1993c).
Taulukko 1. Ajoneuvojen mittoja.
Ajoneuvo Pituus Leveys Korkeus Kääntösäde
ajovaralla
m m m m
H-auto, pieni 4 1.65 1.35
H-auto, yleinen ko
<14.5 2.6 <4 16.2
Autokannen toimivuuteen vaikuttaa myös ylemmän autokannen ajoramppien sijoitus. Jos laivalla kuljetetaan henkilöautoa korkeampia ajoneuvoja, on näiden ajoneuvojen kaistojen sijoituksella vaikutus ylemmän autokannen ajojärjestelyyn.
Suuren kääntösäteen vuoksi olisi luonnollista sijoittaa rekat ja linja-autot uloimmille kaistoille, mutta kappien ja pylväiden takia reitti voi muodostua hankalaksi.
Sivurunkojen sijoitus vaikuttaa autokannen yleisjärjestelyssä konekuilujen ja kulku- teitten sijoituksessa. Jos läpiviennit tuodaan suoraan sivu rungoista ylös, voi reunoille jäädä autojen kannalta hyödytöntä tilaa. Jos kapit sijoitetaan lähemmäksi keskilinjaa, saadaan niiden ulkopuolelle sijoitettua autokantoja. Vaikka runkoväli pienenee, kannattaa kapit ja kulkutiet johtaa ulkolaitaa pitkin, kunnes niiden ulkopuolelle saadaan mahtumaan kaksi autokantaa, kuva 2. Rungon geometriasta ja mitoista riippuen voi olla rakenteiden jatkuvuuden kannalta vaikeaa pitää kapit reunalla sellaisessa tapauksessa, jossa kahta kaistaa ei saada mahtumaan kapin ja ulkolaidan väliin. Toinen vaihtoehto on kaventaa kapit mahdollisimman kapeiksi, jolloin niiden ulkopuolelle saadaan perustapauksesta lähtien kaistoja. Kapin leveyden määrittää kaasuturbiinikoneiston pako- ja imukanavien tilavaatimus tai dieselkoneistossa äänenvaimentimien ja mahdollisten pakokaasu kattiloiden koko.
Kuva 2. Kapit ulkolaitaa pitkin johdettuna.
Runkovälistä, kapin leveydestä ja kaistajärjestelystä riippuen kuilut tuodaan ylös ponttoonin uiko- tai sisäreunaa pitkin. Tällä tavoin saadaan parhaiten käytettyä kaikki tila hyväksi. Rakenteiden jatkuvuus ei kaikissa tapauksissa ole paras mahdollinen.
Täysleveällä kapilla autokaistojen määrän vaihtelu ru n ko välin muuttuessa on suurin. Mitä kapeampi kappi sitä pienempi on runkovälin vaikutus.
Autokannen suuresta poikittaisesta jännevälistä johtuen tarvitaan sen keskiosissa pitkittäisiä laipioita tai pylväsrivejä. Kun runkoväli pienenee ja kapit tulevat lähem
mäs laivan keskilinjaa, jänneväli kappien kohdalla pienenee ja tarvittavien pitkittäis- laipioiden määrä periaatteessa vähenee. Toisaalta kapin irrotessa laidalta tulee kapin ulkolaidasta noin neljän viiden osaston mittainen pitkittäislaipio lisää.
Kappien kohdalla vierekkäisten kaistojen teoreettinen lukumäärä vaihtelee portait
tain runkovälin funktiona. Vaihtelu tapahtuu portaittain keskimäärin kaistanleveyden jaksoissa, kuva 3.
Jos kapit ovat kapeampia kuin ponttoonit, niin niiden sijoittaminen ta
pauskohtaisesta joko ponttoonin uiko- tai sisäreunalle tasoittaa kaistamäärän
KAISTAMAARAN VAIHTELU
RUNKOVÄLIN FUNKTIONA
KAISTAN LEVEYS
26 RUNKOVÄLI [m]
Kuva3. Henkilöautokaistojen lukumäärä kapplen kohdalla eri runkoväleillä. Case- katamaraani.
vaihtelua huomattavasti.
3.2 Matkustajakannet
Nopeiden alusten säännöt rajoittavat matkustajatilojen suunnittelua. Suljetut tilat kuten elokuvateatterit, diskot ym tilat eivät ole sallittuja. Matkustajien istumaosastot ovat lentokonetyyppisiä. Kaikki mahdolliset toiminnot on siirretty maihin. Tämä lisää laivan tehokkuutta kuljetustehtävän kannalta. Suurin osa tiloista on lastin eli autojen ja matkustajien kuljetusta varten. Ateriapalvelut on pelkistetty ravintolaan ja kahvi
laan. Valmiit ruoka-annokset lämmitetään pienissä penkereissä ja ruokavalikoima on varsin pieni. Tämä vähentää palvelutilojen tilantarvetta verrattuna konventio
naalisiin laivoihin. Laivassa ei ole hyttejä vaan laivan nopeudesta ja reitin lyhyydes
tä johtuen miehistö yöpyy maissa. Säännöt sallivat erikoisehdoilla miehistölle makuupaikat, mutta ei matkustajille (IMO 1993). Matkustajien oleskelutilat on yleensä jaettu kahteen kategoriaan. Paremmassa luokassa tilaa on noin 1.3-1.5 m2/henkilö ja turistiluokassa 0.8-1.2 rrvVhenkilö. Matkustajille varattu paikkamäärä on 3-4 kertaa henkilöautojen määrä.
autot. Normaalissa tapauksessa koneiston pako/imukanavat sijaitsevat aluksen ulkoreunoilla, jolloin kolme sivua on yhteydessä sisätiloihin. Jos nämä kanavat sijoitetaan keskemmälle on kaikki neljä sivua eristettävä matkustajatiloista. Tällöin myös tilojen tehokas käyttö vaikeutuu. Tämä pakokanavien ja ulkolaidan välinen tila saadaan helpommin käyttöön matkustajakansilla kuin autokansilla, sillä tähän tilaan voidaan sijoittaa esimerkiksi käytävä, jos väli on sopiva. Vältettäviä runkovälejä ovat sellaiset tapaukset, jolloin kappien ulkopuolelle ei mahdu käytävää ja kun tila on liian leveä käytävälle, mutta muuhun käyttöön liian kapea. Autokannelle mahtu
vien autojen määrä heijastuu suoraan matkustajille tarvittavan tilan kokoon ja sitä kautta runkovälin muutokset vaikuttavat matkustajamäärään ja tarvittavaan tilaan.
Laivan nopeudesta johtuen ei laivan ulkotiloilla ole matkustamisen kannalta käyttöä ellei kansille rakenneta riittäviä tuulensuojia.
3.3 Koneiston tilavaatimukset
Suuresta tehontarpeesta, ahtaista ponttooneista ja painokriittisyydestä johtuen kaasuturbiini on ainoa varteenotettava vaihtoehto pääkoneistoksi nopeaan ja suurikokoiseen katamaraaniin. Koska tässä aluksen koko- ja nopeusluokassa vaadittava teho on noin 70 megawattia on selvää, miksi esimerkiksi nopeaa (MTU 20V 1163 TB93 306 kW/syl) tai keskinopeaa dieseliä (WV VASA 32 410 kW/syl) ei voida yksinään käyttää. Dieseleitä voidaan sensijaan asentaa isä-poika koneiston poika-koneiksi, joita käytetään pienillä nopeuksilla esimerkiksi satamaan tultaessa ja lähdettäessä. Isä-poika koneistolla saadaa kolme taloudellista operointinopeutta.
SWATH tyyppisessä katamaraanissa vesilinjasta kapea pönttööni aiheuttaa rajoituksia kaasuturbiinienkin sijoitukselle. Pääkonehuone sijoitetaan niin taakse kuin rungon muoto antaa myöten.
Kaasuturbiinikoneiston valinnassa ongelmia tuottaa merikäyttöön soveltuvien kaasuturbiinien vähyys, taulukko 2. Vaihtoehtojen sovittaminen tehovaatimukseen,
varsinkin näillä tehoaineilla, saattaa olla vaikeata. Runkovälin muutoksen aiheutta
man vastuksen muutosta ei välttämättä voida käyttää hyväksi installoitua tehoa pienentämällä. Taulukon tehoissa on huomioitava, että ne ovat ISO-standardin mukaisissa olosuhteissa saatavat tehot eli tehot ilman pako- ja imukanavien häviöitä. Käytännön tilanteessa saatavaan tehoon vaikuttaa imuilman lämpötila, pako- ja imuhäviöt, ilmankosteus ja korkeapaineturbiinin vaadittu vaihtoväli.
Kaasuturbiinien yhtenä epäkohtana ovat suuret imu- ja pakokanavat. Ne eivät kuitenkaan tuota yleensä vaikeita sijoitusongelmia. Sen sijaan imuilman suoda- tinyksiköt ovat vaikeampia sijoittaa. Lisäksi imu-ja pakokanavien kokoa kasvattavat mahdollisesti käytettävät äänenvaimentimet. Kanavien painehäviöillä on suuri merkitys kaasuturbiinin tehoon ja polttoaineenkulutukseen. Imukanavan häviöillä on näistä suurempi merkitys.
Imukanavat pitäisi rakentaa mahdollisimman suoriksi ja avariksi. Imuilman virtaus
nopeudeksi suositellaan 12-23 m/s, jotta painehäviöt pysyisivät pieninä. Jos kanavan virtausnopeus pysyy yllämainitussa arvossa, ei sen kitkavastus ole vielä merkittävä, kun verrataan sitä imuilmansuodattimien ja paikallisten kertavastuksien (esim. mutkat, kavennukset, ulosvirtaus) suuruuteen. Pakokanaviston vastapaine on pidettävä mahdollisimman pienenä kaasuturbiinin tehohäviöiden vuoksi. Pako
kaasujen virtausnopeudeksi suositellaan 45-61 m/s. Pakokanavat on eristettävä kuumuuden ja melun vuoksi muista laivan tiloista. (Sweatman 1991, Telakka 2000 1993d, Thames 1991).
Runkovälin vaikutukset rajoittuvat imu- ja pakokanaviston sijoitteluun. Kriittisin piste koneiston kannalta on se, kun ponttooneita on siirretty keskilinjalle päin, mutta konekuilut ovat autokannen yleisjärjestelyvaatimusten takia yhä kiinni ulkolaidoissa.
Tällöin imu- ja pakokanavat joutuvat tekemään varsin suuria mutkia, jolloin tehohä
viöt kasvavat.
LM1600 14915 12.0 226 6.8 2.4 3.4 1.9
SM1C 17823 23.4 228 7.5 2.3 4.8 2.8
LM2500 24310 16.0 228 8.1 2.6 4.9 2.9
FT8 24902 18.0 218 9.0 2.6 6.1 3.6
LM6000 42950 24.3 203 9.8 3.3 8.9 5.3
3.4 Vaihtoehtoiset yleisjärjestelyt
Poikkeamalla normaalista kansijärjestyksestä siten, että sijoitetaan matkusta- jakannet alimmaksi, voidaan näille kansille autokansia helpommin sijoittaa poikittai
sia rakenteita ja saadaan laivan lujuuden kannalta parempi rakenne, kuva 4. Tällöin
( )C
Kuva 4. Yleisjärjestely, jossa autokannet matkustajatilojen päällä.
ponttoonien yhdyspalkin korkeutta voidaan pienentää ja koko laivan korkeus pienenee. Toisaalta yhdyspalkin rakenteet ovat kantaneet autokannen pyörä- kuormat ja nyt nämä rakenteet olisi sijoitettava matkustaja kansille. Lisäksi ratkaisun rajoituksena on autokansien sijoittuminen erittäin korkealle, mikä johtaa vielä pidempiin ajoramppeihin. Tämä on toisaalta laivan kannalta yhdentekevää, sillä rampit ovat joka tapauksessa maissa. Sijoittamalla autokannet ylimmäiseksi voi
daan jättää yhden kannen paloeristys pois, sillä normaalisti autokansi on paloeris- tetty konetiloihin ja matkustajatiloihin päin. Jos autokansi on ylimpänä, ei ulkoil
maan johtavaa yläkantta tarvitse paloeristää.
Matkustajatiloja voidaan myös laajentaa, varsinkin kapeammilla runkoväleillä, kappi
en ulkopuolella autokannen puolelle, jolloin näköalaltaan arvokas ulkosivu on paremmassa käytössä, kuva 5. Tämä ratkaisu soveltuu hyvin silloin, kun tila on niin kapea, että sen hyödyntäminen autokantoina on vaikeaa.
Alukseen jää paljon tyhjää tilaa yhdysrakenteeseen ja ponttooneihin, joita on vaikea hyödyntää niiden sijainnin ja rakenteiden vuoksi. Yhdysrakenteeseen voidaan sijoit
taa autoja, jos vapaa korkeus riittää ja rakenteet eivät ole esteenä.
IIN llll
Kuva 5. Yleisjärjestely, jossa autokansi on laidoilta matalampi.
3.5 Case-katamaraanin versioiden vertailu
Case-katamaraanin eri versioiden yleisjärjestelyt ovat liitteinä 1-3.
3.5.1 Autokansi
Esimerkkilaivassa on henkilöautojen ja rekkojen kuljetukseen soveltuvat autokan
net. Rekkojen korkeuden vuoksi ylempi autokansi ei voi olla täysleveä. Henkilöau
toilla rajoittavaksi tekijäksi muodostuu autokannen koko, jos halutaan pysyä kahdessa autokansitasossa. Tila loppuu ennenkuin kantavuus. Rekkoja voidaan ottaa henkilöautojen lisäksi kantavuuden rajoissa. Yhdysrakenteeseen ei mahdu autokantoja, jollei rakenteen korkeutta kasvateta.
Vertaillaan esimerkkilaivan kolmea eri runko väliä ja niiden autokannen yleisjärjeste
lyltä. Perustapauksessa runkoväli on 34 metriä, kuva 6. Kappi on mahdollisimman kapea, jolloin autokannelle saadaan kappien kohdalle teoriassa maksimissaan 15 henkilöautokaistaa. Kun kuitenkin reunimmaisille kaistoille täytyy mahtua myös rekkoja, niin käytännössä kaistoja on 14 yhdellä tasolla. Autokansien lukumäärä on 1.5. Kappi kannattaa sijoittaa sivu rungon ulkoreunalle eli laitaan kiinni. Henkilö
autoja mahtuu yhteensä 621 kappaletta.
Toisessa versiossa runkoväli on 29 metriä, kuva 7. Kappi on sijoitettu sivurungon sisäreunaan. Kapin kohdalla henkilöautokaistoja mahtuu 12 kappaletta ja autojen määräksi tulee 583. Tämä runkoväli on huono, sillä se osuu juuri sellaiseen kohtaan, jossa kapin sijoittelulla ei voida juuri vaikuttaa tilanteeseen.
Kolmas versio, kuva 8, runkoväli 24 metriä, on taas parempi. Kappi sivurungon ulkoreunalla ja kaistoja kapin kohdalla 14 ja autoja 601 kappaletta.
Kuva 8. Versio 3.
väli b=24 m
Runko-Taulukko 3. Henkilöautojen määrä eri versioilla. 1.5 autokantta.
Runkoväli Kapin sijoi
tus
H-autokaistojen mää
rä kapin kohdalla
Henkilöautojen määrä
Versio 1 b=34 m Ulkoreuna 15 621
Versio 2 b=29 m Sisäreuna 13 583
Versio 3 b=24 m Ulkoreuna 14 601
Kapit sijoitetaan joko ponttoonin sisä- tai ulkoreunalle. Kuvassa 9 on eri runkovä- leillä ja kapin leveyksillä lasketut kapin sijoituspaikat, joilla saadaan autokannelle suurin henkilöautomäärä
Optimaalinen kapin sijainti
Ponttoonin ulkoreuna
sisäreuna
Kuva 9. Case-katamaraanin optimaalinen kapin sijoituspaikka, ponttoonin uiko- tai sisäreunalla, runkovälin ja kapin leveyden funktiona.
3.5.2 Matkustaja kannet
Matkustajat voidaan sijoittaa joko yhdelle tai useammalle kannelle. Yhden kannen kokonaispinta-ala esimerkkialuksessa on noin 6000 m2. Jos matkustajamäärä kas
vaa suureksi ei kaikkia tiloja saada mahtumaan yhdelle kannelle. Matkustamot ovat lentokonetyyppisiä ravintolaa lukuunottamatta. Aluksessa on taulukossa 4 esitetyt tilat matkustajille:
Taulukko 4. Esimerkkilaivan matkustamoilla! ja tilavaatimukset eri tiloissa.
1 .lk istumaosasto 25 1.35
2.lk istumaosasto 60 0.9
Näköala osasto 5 2
Taxfree kauppa 0.125
Matkatavarasäilytys 0.02
Info piste 0.015
Yhteensä 133 7.81
Kaikissa versioissa on sama perusratkaisu, jossa ensimmäinen luokka on laivan perässä ja turistiluokka keskilaivassa. Näiden välissä on konekuilut ja taxfree myymälä sekä baari. Ylimmällä kannella komentosillan ja miehistötilojen takana on pieni näköalaistumaosasto. SWATH-runkomuodosta johtuen laivan merikel- poisuusominaisuudet ovat hyvät, katso sivu 52. Runkomuoto vaimentaa tehokkaasti jyskintää. Tästä johtuen pystykiihtyvyys on normaalista poiketen pienempi keulassa kuin perässä. Pienten liikkeiden ja hyvän näköalan takia keula on hyvä paikka ravintolalle, joka ulottuu kahdelle kannelle. Matkustaja- ja miehistötilojen pienin sallittu etäisyys keulasta on määritelty IMO:n (1993) nopeiden alusten sääntöehdo
tuksessa ja se riippuu törmäyskiihtyvyydestä. Esimerkkilaivassa tämä etäisyys on noin 3.5 metriä.
Matkustajamäärä ja matkustamotilojen koko riippuu suoraan autojen lukumäärästä.
Matkustajien lukumäärät on laskettu huippusesongin aikana, jolloin kuljetetaan pel
kästään henkilöautoja. Autokansien lukumäärä on 1.5. Pinta-aloissa ei ole vielä mukana portaikolta ym, joten yksi matkustajakansi ei riitä missään versiossa.
Ravintola on sen takia jaettu kahdelle kannelle. Eri versioiden matkustajamäärät ja pinta-alavaatimukset on esitetty taulukossa 5.
Matkustajamäärä kpl
Matkustamon pinta-ala m2
Versio 1 2484 5198
Versio 2 2332 4905
Versio 3 2404 5056
Jokaista henkilöautoa kohti on noin 8.4 m2 matkustamotiloja eli autokansien ja muiden tilojen pinta-alat ovat suunnilleen yhtäsuuret.
Runkoväli ei juurikaan vaikuta matkustajatilojen sijoitteluun. Versioiden kaksi ja kolme yleisjärjestelyt ovat lähes identtiset, sillä toisessa kapit kulkevat ponttoonin sisäreunaa ja toisessa ulkoreunaa.
3.5.3 Konehuone
Aluksen toimiessa ahtailla tai muuten nopeusrajoitetuilla väylillä on tehontarve normaalia matkanopeutta huomattavasti pienempi. Polttoainetalouden kannalta on järkevämpää installoida neljä pientä kuin kaksi suurta kaasuturbiinia. Reitillä käytettävistä nopeuksista riippuen voidaan päätyä joko neljään yhtäsuureen konee
seen tai isä-poika koneistoon.
Konehuoneen kapeudesta johtuen pääkoneita ei voida sijoittaa vierekkäin. Ne voidaan käytettävissä olevan tilan koosta ja muodosta riippuen sijoittaa esimerkiksi peräkkäin eri korkeudelle, jolloin alennusvaihde on kaasuturbiinien välissä.
Laivatyypin painokriittisyydestä ja reitin lyhyydestä johtuen kaikki ylimääräinen korjausvälineistö jätetään rannalle, jolloin näiden vaatima tila on pieni. Kaasuturbii- neissa tarvittavien apujärjestelmien määrä on pienempi kuin dieseleissä. Voiteluöl- jyjärjestelmän kaikki pumput ovat moduliin asennettuja. Jäähdytysjärjestelmä käsittää vain voiteluöljyn jäähdyttimen. Polttoaineen separaattorit voidaan jättää pois, jos polttoaineena käytettävä marine gas oil (MGO) separoidaan valmiiksi
ennen tankkausta. Tankkaus tapahtuu joka satamakäynnin yhteydessä, jolloin mukana kuljetettavan polttoaineen määrä on pieni ja tankkausaika lyhyt.
Ponttoonien tilavuus ei ole ongelma, vaan tilaa on jopa liian paljon - tyhjiä tiloja on runsaasti. Propulsio- ja apukoneiden sekä näiden apulaitteiden tilantarpeella ei tässä tapauksessa ole suurta merkitystä, vain moottorin leveys ja korkeus rajoitta
vat sijoittelua. Dieselgeneraattoreiden apulaitteet, jäähdytys ja voitelu tarvitsevat jonkin verran tilaa apukonehuoneiden läheisyydestä.
Erilaisia voiteluöljytankkeja dieseleille, jäteöljy-, juomavesi-, musta- ja harmaa- vesitankkeja sijoitetaan ponttooneihin tarpeen mukaan. Näiden tilavaatimukset eivät ole kovin suuret.
Laivapalkin lujuuteen voidaan vaikuttaa monella tavalla. Materiaalivalintojen, erilaisten rakenteellisten ratkaisujen ja runkomuodon muuttamisen lisäksi katama
raanissa voidaan vaikuttaa runkoväliä muuttamalla. Runkovälin muuttaminen vaikut
taa suoraan ponttoonien yhdysrakenteen kuormituksiin. Pienentämällä runkoväliä jänneväli pienenee ja samalla kuormat pienenevät. Mitoittavana dynaamisena kuormana on poikittainen taivutusmomentti, split-momentti, joka aiheutuu aaltojen ponttooneja erilleen vääntävistä voimasta. Momentin suuruuteen vaikuttavat myös muut tekijät kuin runkoväli. Tehtyjen vertailujen (Svensen 1993) mukaan aluksen pituuden kasvattaminen suurentaa split-momenttia sekä vasta- että sivuaallokossa.
Runkovälin kasvattaminen suurentaa split-momenttia vasta-aallokossa, mutta sivuaallokossa vaikutus ei ole yhtä selvä. Katamaraaneissa on otettava huomioon myös yhdysrakenteen mahdollinen slamming. Kasvattamalla tunnelin korkeutta voidaan slamming riskiä vähentää, mutta samalla muut kuormat, kuten split- momentti kasvavat.. Yhdysrakenteen slamming-kuormat ovat mitoittavia lähinnä pienissä 30-50 metrisissä katamaraani-aluksissa. Suurissa nopeissa katama
raaneissa globaaleista kuormista saadut rakenteiden mitoitukset täyttävät yleensä paikallisten kuormien asettamat vaatimukset. Suuri nopeus ei välttämättä aiheuta suuria globaaleja kuormia.
4.1 Materiaalit
Luonteeltaan painokriittisessä katamaraanissa on pyrittävä mahdollisimman pieneen kevytpainoon. Valitsemalla kussakin kohdassa mitoittavaan kuormitusta
paukseen sopiva materiaali ja rakenneratkaisu päästään lähelle optimiratkaisua.
Materiaalien määrä ja rajapintojen lukumäärää on kuitenkin syytä rajoittaa, koska eri materiaalien liittäminen toisiinsa aiheuttaa aina ylimääräisiä teknisiä ja taloudel
lisia ongelmia.
IMO:n HSCC (1993) sääntöehdotuksessa nopeille aluksille todetaan materiaaleista mm. seuraavaa: Runko, kansirakennus, kantavat laipiot, kannet ja pilarit tulee
rakentaa hyväksytyistä palamattomista materiaaleista, joilla on riittävät rakenteelli
set ominaisuudet tai paloa rajoittavasta materiaalista edellyttäen, että se täyttää säännössä olevat ehdot, mm. testi komposiittien rakenteellisesta lujuudesta kohonneessa lämpötilassa. Palolaipioissa on käytettävä palamatonta tai eristettyä rajoitetusti palavaa materiaalia, jolla saavutetaan riittävät ominaisuudet. Aluksen kantavien rakenteiden, jotka sijaitsevat erittäin tai kohtalaisen paloalttiilla alueilla, tulee jakaa kuorma siten, että rakenne ei romahda vaaditun ajan aikana. Jos nämä rakenteet on tehty alumiinista, niin konstruktio on tehtävä siten, että rakenteen sisä
osan lämpötila ei nouse enempää kuin 200 °C . Jos materiaalina on jokin palava materiaali, on se eristettävä siten, että sen kuormankantokyky ei heikkene tiettyyn kokeella määrättävään lämpötilaan mennessä. (IMO 1993)
HSCC säännöissä sovelletaan ns. ekvivalenttisuusperiaatetta, jolloin lippuvi- ranomainen voi sallia mikä tahansa säännössä alukseen vaaditun varusteen, materiaalin, laitteen tai sen tyypin korvaamista toisella joka kokein tai muuten on osoitettu olevan vähintään yhtä tehokas kuin säännössä vaadittu.
4.1.1 Erikoislujat teräkset
Erikoislujilla teräksillä tarkoitetaan yleensä teräksiä, joiden myötölujuus on yli 400 MPa. Lujuus- ja hitsausominaisuudet saadaan aikaan joko termomekaanisella valssauksella (TMCP) tai nuorruttamalla. Saatavana on teräksiä, joiden myötölujuus on jopa 1100 MPa. Luokituslaitoksilla korkein lujuusluokka laivoihin on 390 MPa.
Taulukko 6.
Hitsatuissa rakenteissa ilmenevistä ongelmista keskeisiä ovat korkea jäännösjän- nitystaso ja vaativa hitsaustekniikka. Nämä ilmenevät liitosten kylmähalkeiluna, alhaisena sitkeytenä, korroosioherkkyytenä ja loviherkkyytenä. Materiaalin väsymis
lujuus ei kasva lujuuden mukana.
Erikoislujan teräksen käyttökohteina laivoissa on yleensä raskaasti kuormitetut rakenteet, kuten pohjalaidoitus, jäävyöhyke, ajoneuvokansi ja kaksoispohja (Tuokko
käytetään myös muissa rakenteissa. Pyrittäessä rakenteiden keveyteen korostuu
käytetään myös muissa rakenteissa. Pyrittäessä rakenteiden keveyteen korostuu