学生项目

船舶推进力损失:稳定性科学与耐波性科学的结合

两名海军建筑和海洋工程专业的学生与一家领先的船级社合作,开发了一种简单的方法,帮助设计计划评估测量员评估当巨浪导致船舶以大角度倾斜时,船舶推进力损失的可能性。

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当海面波涛汹涌时,翻滚和倾斜的海浪会把船只推到倾斜的地方,在这种情况下,船舶发动机很有可能发生故障。从几起引人注目的事故中可以看出,灾难是可能发生的。2015年,在华金飓风(Hurricane Joaquin)肆虐期间,“埃尔法罗号”(S.S. El Faro)货船倾斜了一个角度,导致水池失去吸力。引擎失灵,轮船沉没,船上33人全部葬身大海。2019年,维京天空号游轮以高角度倾斜,油压损失导致所有发动机关闭,需要用直升机疏散数百名乘客。前来协助救援行动的货船也出现了引擎故障。

全球船级社都非常有兴趣了解这类事故的原因,并开发工具来识别和预防潜在问题,以免导致灾难。

2021年夏天,安东尼·布兰登而且Pezhman Ghalich,两个学生在船舶建筑与工程工程领导硕士美国联合起来解决这个问题。他们与船级社合作,开发了一种设计方案评估方法,该方法与现有的海事规则、法规和指南一致。设计方案评估测量员可以使用这种方法来预测船舶在海上的倾斜度,并更好地了解发动机和辅助机械可以安全运行的最大倾斜度和相关加速度。

“船只一直在海上颠簸,”安东尼说。“在某些倾斜度上,缺乏润滑油、燃料或冷水吸力可能会导致车辆完全失去推进力,从而导致急刹车。”

两人开始了他们的研究,将S.S.埃尔法罗号作为一个测试案例,来计算一艘船在其生命周期内在一系列条件下可能经历的运动。他们是用Maxsurf运动这是一个综合耐波性分析和运动预测模块,用于计算船舶在不规则波浪中的运动。分析考虑了装载条件、波浪环境、船速和波浪标题。

根据这些计算,他们绘制了散点热图,显示了各种倾斜的可能性,以及可能导致船只死亡和失去推进力的相关加速度。

他们的研究还审查了有关船用柴油机和辅助机械动态倾斜的现行规则。《SOLAS II-I - C部分》规定,推进机械和所有被认为对船舶的推进和安全至关重要的辅助机械必须设计成当船舶“在静态条件下向任何方向倾斜不超过15°,在动态条件下(横摇)向任何方向倾斜22.5°,同时包括船头或船尾动态(俯仰)7.5°”时运行。

然而,正如他们在总结报告中所述,安东尼和佩兹曼发现这两种方法都没有国际船级社协会机械装置的要求和船级社的试验规范"都包含动态俯仰和横摇的周期…换句话说,动态倾斜试验实际上是静态的"。

安东尼说:“我们发现,发动机的设计可以承受22.5度的动态倾角,但它们没有在这个倾角下进行动态测试。”“这些船经过认证可以航行,但当它们出海时,它们可能会以较低的角度出海。”

重要的是,他们的方法不仅考虑了倾斜度——就像目前的规定那样——还考虑了加速度。佩兹曼说:“我在海上工作时经历过24度的倾斜,但这种倾斜的加速度及其持续时间在船舶设计中同样重要。”

两人希望他们开发的方法将最终为设计方案评估测量人员提供一种有效和具有成本效益的方法,以确定船舶柴油发动机和所有辅助机械能够运行的条件。

展望未来,两人建议下一步将是获得一个通用的船体形式并建立模型,然后将模型缩放为各种长度,以便测量员在审查设计方案时可以使用散射热图。这将使验船师相对容易地确定船舶倾斜到需要重新设计的严重程度的概率。

安东尼和佩兹曼说,他们在这个项目上的工作概括了两种精神MEL和造船和海洋工程项目

安东尼说:“佩兹曼作为油轮轮机工程师在船上工作了五年多,而我一直在设计和审批方面亲自动手。”“这个项目将两者结合在一起,是一个很好的例子,说明了为什么超越这些竖井,将来自不同背景的人聚集在一起,试图解决行业中一些最重大的挑战是如此有价值。”

造船与海洋工程“,

将船舶设计的工程和物理与广泛的业务和领导培训相结合。

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