Laivan dynaaminen ohjailumalli sohjojäässä
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2013
Department
Major/Subject
Laivanrakennusoppi
Mcode
Kul-24
Degree programme
Language
fi
Pages
ix + 73
Series
Abstract
The aim of this thesis was to develop a calculation model that can be used to simulate the movement and manoeuvring of a ship in brash ice. The intended use of the calculation model is an operative manoeuvring simulator that can be used for training purposes. After reviewing previous research and existing analytical and numerical methods for calculating forces resulting from brash ice, an analytical model derived from soil mechanics was chosen for further development. Previously, a similar model had been used for predicting the ice resistance of a ship in a brash ice channel. In the calculation model, the hull geometry of the vessel was described at the waterline by dividing it into segments. Ice forces were calculated at each waterline segment from local hull geometry described by the surface normal vector, motions of the vessel and brash ice properties. A three-degree-of-freedom manoeuvring model was used to determine the accelerations and velocities of the vessel. The calculation model was verified by comparing simulated brash ice resistances and turning circle diameters of an icebreaker and two LNG carriers with model tests conducted by Aker Arctic. In addition, a theoretical study was conducted using the product tanker Uikku. For brash ice resistance, results from the simulations were of the same magnitude with the model tests. However, simulated turning circle diameters were 2.5-3 times as large as those measured in model tests. This is likely due to the simplifications made in the calculation model, especially concerning the hull geometry and handling of the brash ice around the vessel. However, based on the theoretical study it was deemed that with some improvements the calculation model would be suitable for an operative manoeuvring simulator.Työn tavoitteena oli kehittää laskentamalli, jota voidaan käyttää aluksen liiketilan ja ohjailun simulointiin paksussa jääsohjossa. Laskentamalli on tarkoitettu käytettäväksi operatiivisessa ohjailusimulaattorissa, jota voidaan käyttää koulutustarkoituksiin. Aiempien tutkimusten sekä olemassa olevien analyyttisten ja numeeristen jäävoimien laskentamallien tarkastelun perusteella valittiin jatkotutkimusta varten maamekaniikkaan perustuva analyyttinen malli. Aikaisemmin vastaavaa laskentamallia on käytetty aluksen kulkuvastuksen määrittämiseen jäärännissä. Aluksen runkomuoto kuvattiin laskentamallissa vesiviivan tasolla jakamalla se segmentteihin. Jäävoimat laskettiin jokaisella vesiviivasegmentillä runkopinnan paikallisen normaalivektorin, aluksen liiketilan ja jääsohjon ominaisuuksien perusteella. Aluksen liiketilan ratkaisemiseen käytettiin kolmen vapausasteen ohjailumallia. Laskentamallin verifiointi suoritettiin vertaamalla jäänmurtajalle ja kahdelle LNG-säiliöalukselle simuloituja jäävastuksia ja kääntöympyrän halkaisijoita Aker Arcticin suorittamiin mallikokeisiin. Lisäksi suoritettiin teoreettinen tarkastelu käyttäen säiliöalus Uikkua. Simuloitu kulkuvastus jääsohjossa oli samaa suuruusluokkaa mallikokeissa mitattujen kanssa, mutta kääntöympyröiden halkaisijat olivat 2.5-3-kertaiset. Tämä on todennak6isesti seurausta laskentamallissa tehdyistä yksinkertaistuksista erityisesti koskien runkogeometrian kuvaamista sekä jäämassan käsittelyä aluksen ympärillä. Teoreettisen tarkastelun perusteella laskentamallin katsottiin kuitenkin soveltuvan joidenkin parannusten jälkeen käytettäväksi operatiivisessa ohjailusimulaattorissa.Description
Supervisor
Kujala, PenttiThesis advisor
Suojanen, Reko-AnttiKeywords
simulator, simulaattori, brash ice, rännijää, maneuvering, sohjojää, ohjailu