4 LUJUUS
5.3 Runkojen pituussuuntainen sijoitus
Keula-aallot vahvistavat aina toisiaan runkojen välissä, jos molempien runkojen muoto ja keulapluotiviivan paikka ovat samat. Tuck:in vastuslaskentaohjelmalla tutkittiin case-katamaraanin runkojen pituussuuntaisen sijoituksen vaikutusta vastukseen. Toista runko siirrettiin taaksepäin 0 - 40 metriä. Leveimmällä versiolla, runkoväli 34 metriä, pienin vastus saadaan, jos rungot pidetään vierekkäin nopeu
den ollessa yli 37 solmua, kuva 23. Kapeimmalla versiolla, runkoväli 24 metriä, suunnittelunopeudella 40 solmua pinin vastus saadaan rungot vierekkäin. Pituus
suuntaisen sijoituksen vaikutus vastukseen suunnittelunopeudella 40 solmua on 8 - 10 % run ko välistä riippuen. Runkovälin pienentyminen vähentää vaikutusta.
Runkojen sijoittaminen viistosti vierekkäin heikentää aluksen merikelpoisuus ominaisuuksia. Aallokko aiheuttaa helposti kahden liikekomponentin esiintymisen yhtä aikaa esimerkiksi vasta-aallokko aiheuttaa jyskinnän lisäksi myös keinuntaa.
RUNKOJEN PITUUSSUUNTAISEN sijoituksen vaikutus, runkoväli 34 m
2500
-2000
1500
--1000
--40 Nopeus [kn]
Pituussuuntainen ero
Kuva 23. Runkojen pituussuuntaisen sijoituksen vaikutus case-katamaraanin vastukseen. Laskettu Tuck:in vastusohjelmalla.
5.4 Propu Ison va ihtoe hdot
Nopean ja suuritehoisen aluksen propulsioratkaisun kulmakivenä on onnistua välittämään suuri teho rajoitetun pinta-alan läpi hyvällä hyötysuhteella ja mahdol
lisimman kevyellä konstruktiolla. Erilaisten propulsoreiden soveltuvuudesta tälle nopeus- ja tehoalueelle on julkaistu erittäin vähän käytännön tietoa.
Konventionaalista potkuria voidaan hyvin käyttää nopeuteen 35 solmua saakka.
Suuremmilla nopeuksilla, jolloin kavitaatio tulee suuremmaksi ongelmaksi voidaan käyttää moottoritorpedoveneisiin kehitettyä Newton-Rader sarjapotkuria, jolloin käyttökelpoista nopeusaluetta voidaan laajentaa noin 40 solmuun saakka. Haitta
puolena on huonontunut hyötysuhde pienemmillä nopeuksilla. Suurimmat tehot konventionaalisilla potkureilla on lentotukialuksissa noin 60 MW/akse li nopeudella 35 solmua. (Pylkkänen 1994)
saadaan jaettua suuremmalle alalle. Lisäksi optimihalkaisija on pienempi kuin yhdellä potkurilla, jolloin potkuri toimii syvemmällä ja kavitaatiomarginaali kasvaa.
Propulsiohyötysuhde on hyvä. Konstruktio on melun ja värähtelyiden kannalta edullinen, mutta vaatii vaihteen kääntämään toisen potkurin pyörimissuunnan. Jos potkurit asennetaan Z-vetolaitteeseen, saadaan vastakkainpyöriminen rakennettua helposta, muutoin vaatii ylimääräisen painavan vaihteen. Suurin kirjallisuudesta löytynyt konsepti on 104000 kW/akseli nopeuden ollessa 50 solmua.
Ylikavitoiva potkuri voi olla joko pintaaläpäisevä tai kokonaan vedessä toimiva. Yli- kavitoiva potkuri on vaikea suunnitella alle 50 solmun nopeuteen. Suurilla laivoilla voidaan onnistua saamaan alarajaksi 40 solmua. Todd (1977) toteaa, että ylika
vitoiva potkuri on ainoa vaihtoehto nopeusalueella 40 - 80 solmua. Konventionaali
seen potkuriin verrattuna ylikavitoiva potkuri on yleensä halkaisijaltaan pienempi, pyörimisnopeudeltaan suurempi ja aiheuttaa pienemmän taivutusmomentin akseliin
rCU
SHIPSPEED (k nots )
Kuva 24. Eri propulsoreiden välittämän tehon tiheys. A säätösiipipotkuri, В kiin- teäsiipinen potkuri, C superkavitoiva potkuri, D pintapotkuri ja E vesisuihku.
(Pylkkänen 1994). Suurimmat käytössä olevat superkavitoivat pintapotkurit ovat Yhdysvaltain laivaston SES-100B aluksessa 4500 kW/akseli.
Vesisuihku laitteiden propulsiohyötysuhteet ovat parantuneet viime vuosina. Yleensä suuremmissa vesisuihkualuksissa päästään parempiin hyötysuhteisiin kuin pienissä.
Laivan linjoissa on otettava huomioon vesisuihkulaitteen tilavaatimus peräpeilissä, joka lisää myös vastusta. Suurimmat installoidut laitteet noin 22000 k VV/yksikkö.
Eri propulsoreiden välittämää tehoa potkurin pinta-alaa kohden on vertailtu kuvassa 24. Suurimpiin tiheyksiin päästään ylikavitoivilla potkureilla. Koska ylikavitoivien potkurien pinta-alasuhde on pienempi kuin konventionaalisissa potkureissa, ei ero halkaisijassa ole yhtä suuri. Vertailun pintapotkureissa on ilmeisesti käytetty koko
naispinta-alaa eikä upotettua osuutta alasta (Pylkkänen 1994).
Case-katamaraanissa propulsorivalintaan vaikuttavat seikat:
konventionaalinen potkuri -halkaisija tulee liian suureksi -kavitointi
vastakkainpyörivät potkurit -vaikea vaihdekonstruktio, kallis ja painava
ylikavitoiva potkuri -pintapotkuri ei mahdu
-säätösiipinen ylikavitoiva potkuri on halvin toteuttamiskelpoinen ratkaisu
vesisuihku -rungon linjat eivät ole sopivat
Propulsiohyötysuhteet vaihtelevat eri lähteissä. Kuvaan 25 on kerätty eri lähteistä propulsiohyötysuhteita eri propulsoreille.
PROPULSIOHYÖTYSUHTEITA
ц о40
Nopeus [kn]
■ VESISUIHKU -W- KONV. SÄÄTÖSIIPI -m- VASTAKKAINPYÖRIVÄT 4=3- YLIKAVITOIVA
Kuva 25. Eri propulsoreilla saavutettavia propulsiohyötysuhteita.
6 MERIKELPOISUUS
Merikelpoisuus voidaan määritellä aluksen kyvyksi suoriutua tehtävästään meren- käynnissä. Nopealla sukkulaliikenteessä olevalla aluksella tämä merkitsee tiukassa aikataulussa pysymistä ilman matkustajien merisairautta.
6.1 Mallikokeet case-katamaraanille
Case-katamaraanin runkomuoto on SVVATH-tyyppinen, koska normaalilla katama
raanin runkomuodolla ei päästä tyydyttävään merikelpoisuuteen. Perustan SWATHiin hyville ominaisuuksille luovat veden pinnan alla olevat rungot, pieni vesiviivapinta sekä suuri leveys. Nämä johtavat kohoilun, jyskinnän ja keinunnan pitkiin ominaisperiodeihin.
Case-katamaraanille tehtiin merikelpoisuusmallikokeet, joissa saatiin varmistus runkomuodon erinomaisesta merikelpoisuudesta. Kaksirunkoaluksella rajoittavana tekijänä on yleisesti jyskinnästä ja kohoilusta aiheutuva pystykiihtyvyys. Tässä tapausessa pystykiihtyvyydet olivat suhteellisen pieniä. Aluksen jyskinnän vähäi
syys on vesiviivapinnan ja uppouman painopisteiden onnistuneen sijoituksen tulos.
Myös rungon sylinterimäinen muoto on tehokas jyskinnän vaimentaja. (Telakka 2000 1994b).
Laivan yleisjärjestelyyn vaikuttava pystykiihtyvyys aluksen eri paikoissa on normaa
lista poikkeava. Keulassa kiihtyvyydet ovat yleisesti pienemmät kuin perässä, kuva 26. Kiihtyvyydet kohdissa x=126.5, 100 ja 14 m on laskettu säännöllisestä aallo
kosta, johtuen antureissa olleista vioista.
Käytettävyyttä arvioitaessa on merikelpoisuudelle asetettava kriteereitä eli milloin vasteet haittaavat tehtävän suorittamista. Rajoittavia tekijöitä ovat pystykiihtyvyys, pohjaiskut, kannen kastuminen, sivuttaiskiihtyvyys, keinunta ja jyskintä (Kyyrö 1989). Pystykiihtyvyys aiheuttaa merisairautta ja sivuttaiskiihtyvyys tasapainonsäi- lyttämisvaikeuksia. Näiden raja-arvot riippuvat aluksen tehtävästä, miehistön
voidaan käyttää esimerkiksi henkiselle työlle asetettuja rajoja:
-pystykiihtyvyys 0.1 g rms -vaakakiihtyvyys 0.05 g rms -keinunta 3° rms
PYSTYKIIHTYVYYDET ERI KOHTAUSKULMILLA
Hs=4 m Tz=6.5 s
0.07
0.06
« 0.05
0.04
0.03
-T-M »
I I I I I
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 x-koordinaatti [m]
-■-180 -V- 205 -e-245
<uva 26. Pituussuuntaisen paikan vaikutus kiihtyvyystasoon eri aallokon koh- tauskulmilla. Nopeus 37 solmua.
Case-katamaraanin käytettävyyksiä laskettiin eri merialueilla ja rajoittavana kriteeri
nä oli pystykiihtyvyys 0.1 g rms. Kiihtyvyytenä käytettiin arvoa perässä, joka on tässä laivassa yleisesti suurempi kuin keulassa. Käytettävyydet ovat varsin korkeita kaikilla kohtauskulmilla, taulukko 14. Kohtauskulmalla 245° rajoittava aallonkorkeus pidemmillä aallon periodeilla on suurempi kuin muilla kohtauskulmilla, jolloin käytettävyys on myöskin hyvä.
Taulukko 14. Case-katamaraanin käytettävyydet eri aallokon kohtauskulmilla.
Kriteerinä pystykiihtyvyys. _____________________
Käytettävyysprosentti 180°
v=37 kn
205°
v=37 kn
245°
v=37 kn
Almagrundet 99% 99% 99%
Pohjanmeri 92% 91% 92%
Irlanninmeri 77% 77% 82%
Pohjois Atlantti 53% 52% 65%
6.2 Runkovälin vaikutus
Suoritetuissa merikelpoisuusmallikokeissa ei runkoväliä muutettu. Vaikutus olisi varmasti samansuuntainen kuin pienemmällä 90 metriä pitkällä wavepiercer- katamaraanilla, jolle tehdyissä mallikokeissa runkoväliä muutettiin (Telakka 2000 1993b). Suurentamalla runkoväliä saatiin pystykiihtyvyystasoa huomattavasti pienennettyä 155° ja erityisesti 115° kohtauskulmilla. Vaakakiihtyvyys sen sijaan kasvoi jonkin verran, minkä johdosta käytettävyys ei parantunut pystykiihtyvyyden alenemista vastaavasti. Ongelma muuttuu siis kapean aluksen merisairausongel- mista leveän aluksen tasapainonsäilyttämisongelmien suuntaan.
7 SYNTEESIMALLI
Laivansuunnitteluprosessi voidaan jakaa kolmeen tasoon: ideatasoon, syn- teesitasoon ja detaljitasoon. Ideatasolla voidaan ajatusten antaa liikkua vapaasti.
Synteesitasolla tarkastellaan laivaa kokonaisuutena ja tarkastetaan, että se on mahdollinen toteuttaa. Detaljitasolla tutkitaan laivan eri osa-alueita tarkemmin. Idea- ja synteesitasolla tehtävät muutokset ovat helppoja ja halpoja toteuttaa. Voidakseen tehokkaasti hakea parasta ratkaisua, on suunnittelijan voitava tehdä variaatioita nopeasti. Tällöin helppokäyttöinen synteesimalli on tehokas työkalu. (Schauman 1989)
7.1 Katamaraanien Taulukkolaskenta Programmi
Tässä työssä on kehitetty synteesimalli, Katamaraanien Taulukkolaskenta Prog
ramm! (KTP), joka yhdistää laivasuunnittelun parametreja ja riippuvuuksia teknisten sääntöjen avulla käyttäen apuna telakalle tyypillisiä suunnitteluarvoja. KTP perustuu Telakka 2000 case-katamaraanista saatuihin tietoihin ja telakan aikaisempiin kokemuksiin nopeista aluksista. Tämä ohjelmasovellutus on tehty Windows- ympäristössä toimivalla Borland Quattro Pro for Windows versio 5.0 taulukko
laskentaohjelmalla ja vaatii tämän ohjelman toimiakseen. Vastuslaskennassa käytetään Tuck:n Fortran-ohjelmointikielellä tehtyä laskentaohjelmaa, jonka tulostiedoston muotoa on muutettu KTP ohjelmaa varten.
7.2 Ohjelman rakenne
Kehitetty yksinkertainen synteesimalli rajoittuu laivan yleisjärjestelyyn, vastukseen ja painoon eikä ota huomioon taloudellisia näkökantoja, merikelpoisuutta, turvalli
suutta tai vakavuutta. Ohjelma rakentuu syötettävistä lähtötiedoista, säännöistä, laitetietokirjastosta ja tuloksista, kuva 27. Ohjelmassa kaikki tiedonvälitys käyttäjän ja ohjelman välillä tapahtuu helppokäyttöisten keskusteluikkunoiden välityksellä,
esimerkkeinä päävalikko ja koneiston lähtötietojen syöttö liitteissä 6 ja 7. Lähtötie
dot voidaan syöttää interaktiivisesti tai käyttää aikaisemmin tehtyä projektia.
Lähtötietoja ja tuloksia verrataan sääntöihin, jolloin mahdottomat tai muuten virheelliset tapaukset saadaan karsittua pois. Säännöt voivat olla esimerkiksi seuraavanlaisia: kaksoispohjan leveyden tulee olla suurempi kuin pääkoneen ja yhdellä kannella olevien tilojen pinta-alan tulee olla pienempi kuin L*B. Ohjelma antaa näistä tapauksista huomautuksen, jolloin käyttäjä voi tehdä tarvittavat muutokset syöttötietoihin. Laitetietokirjastossa on laivan pääkomponenttien kuten pääkoneiden, apukoneiden ja sivuttaistyöntölaitteiden tekniset tiedot sekä muita laskennassa käytettäviä tunnuslukuja. Tulokset tulevat tietokoneen näyttöön suunnittelijan tarkasteltavaksi ja ne voidaan edelleen tulostaa paperille.
LÄHTÖTIEDOT TULOKSET
LAITETIETO KIRJASTO/
TUNNUSLUVUT SAANNOT
Kuva 27. Ohjelman eri osien vuorovaikutukset.
Yleisjärjestelyä käsitellään ohjelmassa pinta-alatunnuslukujen avulla järjestelyltään kiinteänä jolloin se on varsin samantyyppinen kaikissa projekteissa. Tilat tosin voidaan sijoittaa suunnittelijan haluamille kansille. Tilojen tarkan paikan puuttumi
sen vuoksi myöskään laivan viippausta ei käsitellä.
Koska ohjelma on tarkoitettu lähinnä nopeille katamaraaneille, on vastuslaskentaan kiinnitetty runsaasti huomiota. Ohjelma käyttää VTT:llä kehitettyä vastuslaskentaoh- jelmaa, jolla saadaan parempi arvio kuin yksinkertaisilla keittokirjakaavoilla.
Ohjelma käyttää paljon suoraa laskentaa, jossa tilavuudet, pinta-alat, vastus, koneiston tiedot ja muut tiedot lasketaan suoraan käsiteltävästä projektista. Ohjel
massa kaikki laskenta tapahtuu välittömästi tehdyn muutoksen hyväksymisen jälkeen. Ohjelman rakenne ja eri parametrien väliset riippuvuussuhteet on esitetty kuvassa 28. Neliöidyt kohdat ovat ohjelman antamia tuloksia ja muut ovat syöttötie
toja.
Kuva 28. Synteesimallin rakenne ja laskennan eri osa-alueiden keskinäiset riippuvuudet.
Autokannella lasketaan yhdelle kannelle vierekkäin mahtuvien kaistojen määrä.
Kannen leveydestä vähennetään kehyskaarten, pitkittäisten laipioiden ja kappien viemä tila. Kapin ollessa ponttonia kapeampi se voidaan sijoittaa joko ponttoonin sisä- tai ulkoreunalle. Ohjelma laskee molemmat vaihtoehdot ja valitsee sen tapauksen, jolla saadaan enemmän kaistoja. Laivan automäärä saadaan ottamalla
huomioon autokansien lukumäärä ja pituus, kappien rajoittaman alueen pituus, auton pituus ja henkilöautokaistojen osuus kaikista kaistoista.
Laivan matkustajamäärä saadaan kertomalla autojen lukumäärä huippusesongin aikana eli tapaus jolloin henkilöautoja on 100 % tunnusluvulla matkustajia/auto.
Valituille tiloille on annettu niiden istumapaikkojen osuus kokonaismatkustajamää- rästä. Nämä paikkaluvut kerrottuina eri tilojen istumatiheyden tunnusluvuilla m2/henkilö antavat tilojen pinta-alat. Lisäksi kansille lisätään tilavaraukset wc:lle, matkatavaroille, infopisteelle ja konekuiluille. Koska kullekin tilalle on valittu sen kannen numero jolla se sijaitsee, saadaan kansien pinta-alavaatimukset laskettua.
Miehistötilojen tilavaraus tehdään ylimmälle kannelle. Polttoaine- ja vesitankeille tehdään tilavaraukset ponttooneista.
Koneistovalinnassa hinausteho joko annetaan tai käytetään vastuslaskentaohjel- maa, joka laskee vastuksen määritetylle rungolle. Valitun propulsorin propul- siohyötysuhde saadaan tunnuslukutaulukosta. Jos kyseessä on isä-poika koneisto- ratkaisu, jaetaan teho annetun tehojaon mukaisesti. Koneet valitaan tapauksen mukaan koneiden tiedot sisältävästä kaasuturbiini- tai dieseltaulukosta siten, että kuormitus on enintään 90 % suurimmasta sallitusta tehosta. Koneiden kulutuksessa otetaan huomioon kuormitus, sillä varsinkin kaasuturbiineilla ominaiskulutus kasvaa jyrkästi kuormituksen laskiessa. Kappien vaadittu pituus lasketaan kapin leveydestä ja kunkin koneen vaatimasta imu- ja pakokanavan pinta-alasta tai äänenvaimenti- men halkaisijasta. Alennusvaihteiden määrä ja sisään- ja ulostulojen määrä lasketaan pääkoneiden ja propulsoreiden lukumääristä.
Sähköbilanssia ja apukonevalintaa varten suurimmat kuluttajat lasketaan tarkem
min. Ilmanvaihdossa ja jäähdytyksessä otetaan huomioon laivan tilavuus, kansi- pinta-ala, ulkopinta-ala ja matkustajamäärä, valaistuksessa kansipinta-ala ja keittiön sähkön kulutuksessa ravintolan koko. Thrusterit mitoitetaan valitulle tuulen ja virran nopeudelle käyttäen thrusterivalmistajan suunnittelukaavoja. Ohjelma vertailee vaaditun työnnön toteuttavien laitemallien ja lukumäärien yhdistelmiä ja valitsee kevyimmän. Sähköbilanssissa kuluttajat on jaettu yleisesti käytettyyn 11 ryhmään ja niiden riippuvuudet ovat seuraavat:
1. Potkurikon, apul. 1 Pääkoneteho 2. Potkurikon, apul. 2 Pääkoneteho 3. Laivakäytt. apulait!. Laivan pituus 4. Lämmitys, ilmanv. Tilavuus
5. Jäähdytyslaitteet Matkustajamäärä 6. Kansikoneet Laivan pituus 7. Lastin käsittely Laivassa ei ole
8. Keittiö Ravintolan henkilömäärä 9. Valaistus Pinta-ala
10. Merenkulkulaitteet Laivan pituus
11. Thrusterit Tuulen ja virran nopeus, lateraalipinta-ala
Sähkötehot lasketaan kolmessa käyttötilanteessa: meriajo, ohjailu ja hätätilanne.
Generaattoreiden mitoituskuormana käytetään sähköteholtaan suurinta tilannetta.
Tunnusluvuissa on 1000 ja 1500 kierrosta minuutissa pyörivien dieselgeneraatto- reiden laitetietotaulukot, joista valitaan valittu määrä apukoneita ja hätägeneraattori siten, että niiden kuormitus on alle 90 % nimellistehosta.
Painolaskennassa laivan kantavuuteen lasketaan rekkojen, henkilöautojen, matkus
tajien, miehistön, varastojen, juomaveden, voiteluöljyn ja polttoaineen paino.
Rekkojen, henkilöautojen ja ihmisten paino saadaan kertomalla saadut määrät kunkin yksikköpainolla. Varaston ja veden painoon käytetään muutettavissa olevaa tunnuslukua. Kaasuturbiineissa voiteluöljyn paino on mukana asennusmodulin painossa ja dieseleillä paino riippuu tehosta. Polttoaineen määrä saadaan kulutuk
sesta ja tankkausvälistä lisättynä 10 % reservillä.
Rungon painossa käytetään eri rakenteiden pinta-aloja ja neliöpainoja. Pinta-alat lasketaan annetuista päämitoista ja märkäpinta saadaan vastuslaskentaohjelmasta.
Neliöpainoina käytetään myötölujuudeltaan 355 MPa olevaa terästä. Jos paikalli
sesti käytetään lujempaa terästä niin kyseisiin neliöpainoihin tehdään tietty runko vä
listä riippuva prosentuaalinen korjaus. Jos koko laivapalkki korvataan lujemmalla teräksellä ja sallittua jännitystä kasvatetaan materiaalikertoimen avulla, paikallisia
prosenttikorjauksia ei tehdä vaan korjaus tehdään suoraan rungon painoon.
Tämänkin korjauksen suuruuteen vaikuttaa runkoväli. Laivan pituus vaikuttaa sen lujuuteen, joten painoon tehdään joka tapauksessa myös pituudesta johtuva korjaus.
Pää- ja apukoneiden painot saadaan laitetietokirjastosta. Alennusvaihteiden paino riippuu sisään- ja ulostulojen määristä ja pyörimisnopeuksista. Potkurin paino lasketaan sen halkaisijasta, joka saadaan potkurin välittämän tehon suuruudesta pinta-alaa kohden. Potkuriakselin halkaisija lasketaan pyörimisnopeuden, sallitun jännityksen ja tehon avulla. Akselilinjan pituudeksi oletetaan tietty osuus laivan
pituudesta.
Laivassa olevista putkistojärjestelmistä koneiston putkistojen paino on riippuvainen laivan kokonaistehosta, laivalaitteiden putkistojen paino pituudesta, leveydestä ja sivukorkeudesta sekä saniteettiputkistojen paino sisustuspinta-alasta.
Sisustuspaino lasketaan muutettavissa olevan sisustuksen neliöpaino tunnusluvun ja lasketun sisustuspinta-alan avulla.
Laivavarustelun painossa thrustereiden paino saadaan valituille laitteille laitetietokir
jastosta. Muun varustelun paino lasketaan prosenttiosuutena uppoumasta.
Ohjelma saa vastuslaskentaohjelmasta annetulla rungon muodolla ja syväydellä lasketun uppouman ja tätä verrataan laskettuun painoon. Jos laivan paino on suurempi kuin uppouma suunnittelusyväydellä, antaa ohjelma varoituksen, muussa tapauksessa ylimääräinen uppouma siirretään kantavuuteen.
7.4 Ohjelman rajoitukset
Ohjelma suurin heikkous on se, että uppoumatasapaino ei toteudu. Laivan laskettu paino on yleensä eri kuin vastuslaskennassa käytetty uppouma. Syynä tähän on se, että vastuslaskenta tapahtuu erillisessä ohjelmassa ja sen syöttötiedoston
muoto annetaan dimensiottomassa muodossa ja se suhteutetaan annettuun syväyteen. Syväyttä muutettaessa vastusohjelma vääristää rungon leveys syväys suhdetta. Käyttäjälle jätetäänkin vapaus muuttaa joko laivan linjoja arvioidulle uudelle syväydelle sopivaksi tai muuttaa vain syväyttä ja hyväksyä vääristymä linjoissa. Uppoumatasapainoon voi myös pyrkiä muuttamalla muita lähtöarvoja kuten rungon materiaaleja, koneisto- ja propulsioratkaisua, runkoväliä, nopeutta ym.
Rungon materiaaleina voi käyttää vain annettuja vaihtoehtoja, koska vain näille on ohjelmassa annettu runkovälistä riippuvat neliöpainot. Laivan oletetaan olevan komposiittirakenteesta ja matalasta teräslaatikosta johtuen pitkittäislujuuskriittinen ja autokansien sijaitsevan matkustajakansien alapuolella lähellä laivapalkin neutraa- liakselia. Poikittaisen taivutusmomentin kantavan yhdysrakenteen korkeudeksi on pinta-aloja laskettaessa oletettu kolme metriä.
Ohjelman rakenteen vuoksi matkustajakansien määrä on rajoitettu kolmeen. Tämän pitäisi riittää, koska aluksessa oletetaan kuljetettavan matkustajien lisäksi myös autoja. Tilojen käyttötarkoitukset on valittava ohjelman antamista vaihtoehdoista.
Michelkin aaltovastusteoriaan perustuvan vastuslaskentaohjelman käyttöalue on Fn=0.35-0.8. Tälläkin alueella tuloksiin on suhtauduttava varauksella, sillä ohjelma saattaa antaa liian pieniä vastusarvoja.
Propulsiohyötysuhteet eri propulsoreille on vain nopeusalueelle 20-56 solmua.
Lukuarvoja voidaan muuttaa, jos hyötysuhteista saadaan tarkempaa tietoa.
8 YHTEENVETO
Työssä on tutkittu runkovälin vaikutusta suuren katamaraanin yleisjärjestelyyn ja suoritusarvoihin. Esimerkkialuksena on käytetty Telakka 2000 projektin case- katamaraania, josta on tehty kolme eri runkovälillä olevaa versiota.
Yleisjärjestelyssä runkoväli vaikuttaa eniten autokannelle mahtuvien kaistojen lukumäärään. Koneistokuilujen johtaminen autokannen läpi rikkoo yhtenäisen lastialueen joten kuilujen paikan valinnalla on suuri vaikutus autokannen kapasiteet
tiin. Tutkituista kolmesta versiosta autokapasiteetiltaan paras on levein versio.
Matkustajatilojen järjestelyssä runkovälin vaikutus rajoittuu konekuilujen kohdalla sijaitseviin tiloihin, joiden pinta-aloja ja sijoittelua joudutaan hieman muuttamaan.
Vaikutus on kuitenkin pieni.
Laivan rakenteeksi valittiin hybridirakenne, jossa ponttoonit ja ylärakenteet ovat muovikomposiitteja ja näiden välissä olevat rakenteet terästä. Rakenteiden globaalit ja paikalliset mitoitukset tehtiin pääosin luokituslaitoksen sääntöjen mukaan.
Runkovälin kaventaminen pienentää pitkittäistä ja poikittaista taivutusmomenttia ja sitä kautta vaikuttaa rakenteiden mitoituksiin ja laivan teräspainoon. Tutkittujen versioiden suurimman ja pienimmän teräspainon ero on noin 12%. Käyttämällä teräsrakenteissa lujempia teräslaatuja, voidaan teräspainoa edelleen pienentää.
Runkovälin vaikutusta katamaraanin vastukseen tutkittiin mallikokeilla ja numeerisil
la laskentamenetelmillä. Pienillä nopeuksilla kapein versio on vastukseltaan pienin.
Nopeudella 35 solmua ei runkovälillä ole vaikutusta vastukseen. Suunnitte- lunopeudella 40 solmua leveimmän version vastus on 5% pienempi kuin kapeim- man version.
Tutkitun katamaraanin merikelpoisuus osoittautui suoritetuissa mallikokeissa erittäin hyväksi. Tämä johtuu laivan SWATH-konseptia muistuttavasta runkomuodosta, jolloin kohoilun, jyskinnän ja keinunnan ominaisperiodit muodostuvat pitkiksi.
Mallikokeissa ei runkoväliä varioitu.
vaiheessa nopeasti nähdä eri parametrimuutosten vaikutuksia laivakokonaisuuteen.
Ohjelmasovellus koostuu annettavista lähtötiedoista, laitetietokirjastosta, säännöistä ja tuloksista.
Synteesimallilla on optimoitu case-katamaraania ja tulokset ovat liitteessä 8.
Runkoväliksi on valittu 27 metriä, jota pienemmällä runkovälillä jouduttaisiin käyttä
mään huomattavasti suurempia kaasuturbiineita.
Synteesimallia voisi parantaa lisäämällä valittavissa olevien materiaalien lukumää
rää ja tarkentamalla tilojen määrittelyä. Ohjelmasta puuttuvat myöskin osat, jotka ottaisivat huomioon taloudelliset näkökannat, merikelpoisuuden ja vakavuuden.
Allday, W. 1991. Methods of Avoiding Common Problems with Aluminium Structu
res. First International Conference on Fast Sea Transportation, Trondheim, June 1991. S. 765-780.
Callahan, J. T. 1991. Marine grade aluminium alloys for high-speed craft constructi
on. IMAS 91 High Speed Marine Transportation, Sydney, 11.-13.11.1991. The Institute of Marine Engineers. S.13-1 - 13-12.
Clarke, S.R. & Tuck, E.O. 1987. User's manual for Michdata. University of Ade
laide, Applied Mathematics Department, Report No. T8702. 3 s.
Det Norske Veritas. 1993. Rules for classification of high speed and light craft. Det Norske Veritas Classification A/S.
Doctors, L. & Renilson, M. 1993. The Influence of Demihull Separation and River Banks on the Resistance of a Catamaran. Second International Conference on Fast Sea Transportation, Yokohama, 13.-16.12.1993. S. 1231- 1244.
Faulkner, D. 1993. Some Aspects of Efficient Structural Design of Future Fast Multi-Hull Ships. Second International Conference on Fast Sea Transportation, Yokohama, 13.-16.12.1993. S. 1687-1697.
Hamarila, V. 1982. Alumiinin käyttö laivanrakennuksessa. Insko 24-82.
International Maritime Organization IMO. 1993. Draft international code of safety for high speed craft. Sub-committee on ship design and equipment - 37th session, Agenda item 25. 218 s.
Jansson, B-O. & Lamb, G.R. 1992. Buoyantly Supported Multi-Hull Vessels.
Intersociety High Performance Marine Vehicle Conference and Exhibit, Arlington, 1992. MH1-MH17.
lütt. 51 s.
Kyyrö, K. 1989. Laivan merikelpoisuusominaisuuksien ja vastuksen arvioiminen esisuunnitteluvaiheessa. Diplomityö, Teknillinen korkeakoulu. 107 s.
Lammassaari, P. 1994. Luotijunan komposiittikeulan lujuustekninen suunnittelu.
Diplomityö, Oulun yliopisto. 99 s.
Lausmaa, J. 1994. Katamaraanialuksen kehyskaarivälin FEM-mallinnus. 1994. 33 s. (Julkaisematon)
Loscombe, R. 1988. An explotary study of alternative structural materials for small SWATH ships. International Shipbuilding Progress 35, 404, s.331-347.
MacGregor, J. R., Bridges, D. C. & Blyth, A. G. 1991. Propulsion of small waterpla- ne area twin hull ships. IMAS 91 High Speed Marine Transportation, Sydney, 11.- 13.11.1991. The Institute of Marine Engineers. S. 14-1 - 14-11.
Matsui, S., Shao, S-M., Wang, Y-C. & Tanaka, K. 1993. The Experimental Investi
gations on Resistance and Seakeeping Qualities of High-Speed Catamarans.
Second International Conference on Fast Sea Transportation, Yokohama, 13.- 16.12.1993. S. 1245-1255.
Min, K-S. 1991. Long-Range High-Speed Catamaran Passenger Ship Design. First International Conference on Fast Sea Transportation, Trondheim, June 1991. S.
591-606.
Olbjörn, E. H., Hughes, C. T. & Govindasamy, B. N. 1991. Classification of high speed marine transportation with particular emphasis on structural strength. IMAS 91 High Speed Marine Transportation, Sydney, 11.-13.11.1991. The Institute of Marine Engineers. S. 12-1 - 12-8.
Design of an Aluminium Missile Boat. First International Conference on Fast Sea Transportation, Trondheim, June 1991. S. 727-742.
Pylkkänen, J. 1994. Review of high-speed high-powered propulsors. Espoo, Valtion teknillinen tutkimuskeskus Research report No. VAL4285/94/LAI. 16 s.
Rintala, S. & Karppinen, T. 1994. Hoikkien yksi- ja monirunkoisten alusten aalto- vastus. Valtion teknillinen tutkimuskeskus Valmistustekniikka. 9 s.
RT 98-10185. 1992. Ajoneuvo, auto, määritelmiä ja mittoja. Rakennustietosäätiö.
8 s.
RT 98-10479. 1992. Ajoneuvojen mittoja. Rakennustietosäätiö.
Schauman, J. 1989. Opastavan laivojen alkusuunnittelumenetelmän kehittäminen.
Diplomityö. Teknillinen korkeakoulu. 50 s.
Svensen, T.E. & Valsgård, S. 1993. Design Philosophy and Design Procedures for Large High Speed Craft. Second International Conference on Fast Sea Transporta
tion, Yokohama, 13.-16.12.1993. S. 1597-1612.
Sweatman, P. 1991. Gas turbine propulsion for large fast ferries. IMAS 91 High Speed Marine Transportation, Sydney, 11.-13.11.1991. The Institute of Marine Engineers. S. 21-1 - 21-7.
Tachibana, T. & Caltabeloti, O. 1993. One Fast Semi-Submersible Catamaran Vessel for to Support Offshore Platforms. Second International Conference on Fast Sea Transportation, Yokohama, 13.-16.12.1993. S. 1335-1348.
Telakka 2000. 1992. Euroexpress, SWATH esitutkimus. TEKES. 70 s.
Telakka 2000. 1993. Euroexpress, Komposiittirakenteet. TEKES. 49 s.
Telakka 2000. 1993. Euroexpress, Satamatoiminnot. TEKES. 20 s.
Telakka 2000. 1993. Euroexpress, Suuritehoinen koneisto. TEKES. 34 s.
Telakka 2000. 1994. Force measurements of the segmented catamaran model. Es
poo, Valtion teknillinen tutkimuskeskus VAL3244F/DRAFT/94. 7 s. + liitteet.
Telakka 2000. 1994. Seakeeping model tests for a catamaran hull. Espoo, Valtion teknillinen tutkimuskeskus VAL3244B/DRAFT/94. 8 s. + liitteet
Telakka 2000. 1994. Resistance model tests for catamaran hull. Espoo, Valtion teknillinen tutkimuskeskus VAL3244B/94. 12 s. + liitteet.
Telakka 2000. 1994. Ultrakevyt laiva, keventämisen keinot ja tuotantotekniikka. Osa 1. Keventämisen mahdollisuudet ja saavutettava hyöty. TEKES. 37 s.
Telakka 2000. 1994. Ultrakevyt laiva, komposiittirakenteet, lujuus ja mitoitus.
Telakka 2000. 1994. Ultrakevyt laiva, komposiittirakenteet, lujuus ja mitoitus.