Optimization of retrofit sponson-ducktail for improved passenger ship stability

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2022-08-22
Department
Major/Subject
Naval Architecture
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
72 + 27
Series
Abstract
Ship stability is one of the most fundamental parts of ship design and safety. It is governed by rules and regulations to ensure that ships operate with sufficient level of stability. However, as ships age, they gradually accumulate weight, which can negatively impact the stability, or they may undergo larger conversion, in which the stability characteristics may change considerably. In such instances, staying in compliance with the rules and regulations may require corrective measures. The objective of this thesis is to investigate and to optimize the use of retrofit sponson-ducktails for improved passenger ship stability. The aim is to identify the key geometric characteristics, which can be used to guide future retrofit designs for improved stability. The focus is on the upper surface in particular. The study is conducted for a 75 000 GT cruise ship. A manual design of experiments (DoE) approach is taken to study the key characteristics. The parametric modelling, stability calculations and criteria checks are carried out in a naval architecture software tool NAPA. Intact stability and SOLAS 90, 2009 and 2020 damage stability criteria are considered. The performance is measured with a net increase in stability margins. The results show that notable improvements in stability margins can be obtained with proper design. Improvements by up to 8 cm and 30 cm were observed in intact and damage stability margins respectively. Designs with high sides or volume concentrated to the sides of the ship showed promising results. This was particularly the case with intact stability. Damage stability was more dominated by the volume and the shape of the ducktail had lesser effect. Designs with smaller volumes tended to perform better up to a certain point. Furthermore, by increasing the breadth of the ducktail significant improvements were observed in both intact and damage stability margins.

Laivan vakavuus on yksi laivasuunnittelun tärkeimmistä osa-alueista. Sitä säätelevät säännöt ja määräykset, mitkä varmistavat, että aluksia operoidaan riittävällä vakavuudella. Ikääntyessään laivat keräävät kuitenkin vähitellen painoa tai niihin voidaan tehdä mittavampia muutoksia, joiden seurauksesta vakavuusominaisuudet voivat muuttua huomattavasti. Näissä tapauksissa vakavuusvaatimusten täyttyminen voi edellyttää korjaavia toimenpiteitä. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on tutkia ja optimoida jälkiasennettavien ”ankanpyrstö”-tyyppisten peräsponsonien käyttöä matkustaja-aluksissa vakavuuden parantamiseksi. Tavoitteena on tunnistaa tärkeimmät geometriset ominaisuudet, joita voidaan hyödyntää jälkiasennettavien peräsponsonien suunnittelussa. Työ keskittyy erityisesti sponsonin yläpintaan. Tutkimus suoritetaan 75 000 GT:n kokoisella risteilyaluksella. Parametrinen mallinnus, vakavuuslaskelmat ja kriteerien tarkistukset suoritetaan NAPA laivasuunnitteluohjelmistolla. Ehjän aluksen vakavuus sekä SOLAS 90, 2009 ja 2020 vauriovakavuuskriteerit otetaan huomioon. Suorituskykyä mitataan vakavuusmarginaalien nettoparannuksella. Tulokset osoittavat, että huomattavia parannuksia vakavuusmarginaaleihin voidaan saada asianmukaisella suunnittelulla. Peräsponsonit, joissa oli korkeat reunat aluksen laidoilla, tuottivat lupaavia tuloksia. Tämä näkyi erityisesti ehjän laivan vakavuudessa. Vauriovakavuudessa nähtiin yleisesti paljon suurempia parannuksia. Vauriovakavuutta dominoi kuitenkin sponsonin tilavuus ja muodon vaikutukset olivat vähäiset. Tilavuuden ja suorituskyvyn välillä havaittiin vahva korrelaatio. Pienemmillä tilavuuksilla saatiin parempia tuloksia tiettyyn pisteeseen asti. Lisäksi leveyden lisääminen paransi huomattavasti sekä ehjän että vaurioituneen laivan vakavuutta.
Description
Supervisor
Ruponen, Pekka
Thesis advisor
Simojoki, Lassi
Keywords
passenger ship, ship stability, sponson-ducktail, optimization
Other note
Citation