Dinamika Kapal dan Industri Komersial Perkapalan

                                    DINAMIKA KAPAL

        

       Sejak sekitar tahun 1950, dunia industri dan komersial mulai berminat pada perilaku kapal dan lainnya. Struktur terapung di laut telah meningkat secara signifikan. Saat ini, menjadi lebih dan lebih biasa untuk menilai sebuah kapal atau desain lepas pantai lainnya berdasarkan kinerja seakeepingnya. Antara lain, perilaku kapal dilaut memiliki pengaruh besar pada: - keamanan penumpang, kru, kargo dan kapal, - kenyamanan penumpang dan kru, - muatan dinamis pada struktur lapisan, muatan atau peralatannya - Kecepatan laut yang berkelanjutan dari kapal dan konsumsi bahan bakar dari pembangkit tenaga penggeraknya. Gerakan kapal atau struktur pantai dalam gelombang penting dari sudut pandang keamanan. Gerakan roll yang dikombinasikan dengan beban angin lateral dapat menyebabkan sudut kemiringan yang berbahaya atau bahkan terbalik.

        Karena itu, kriteria stabilitas modern (statis) juga didasarkan pada perilaku gulungan (dinamis). Bila dibandingkan dengan karakteristik stabilitas kapal di air yang tenang, gelombang berikut dapat menyebabkan pengurangan stabilitas melintang yang besar dan hasilnya adalah sudut gulungan besar yang tidak dapat diterima. Hal ini dapat terjadi dengan kapal cepat di gelombang berikut dengan panjang gelombang sama dengan tentang panjang kapal. Akselerasi melintang di kapal dengan gerakan ayun dan gulung gabungan dapat menyebabkan perpindahan muatan seperti bijih atau biji-bijian. Pengikatan laut kontainer di geladak dapat runtuh dengan akselerasi besar dan kargo rentan seperti buah-buahan dapat rusak. Lambung kapal miring, di stabilisator dan tangki anti-rolling dapat digunakan untuk mengurangi gerakan roll. Karena kemampuan pengeborannya, desain struktur pemboran laut lepas pantai umumnya sedemikian sehingga respons gerak vertikal terhadap gelombang kecil; seseorang mencoba mendesain sebuah struktur apung dengan kemampuan kerja yang optimal.

        Aspek penting dari pergerakan kapal adalah perilaku yang nyaman atau tidak nyaman bagi manusia di laut. Kapal dengan tinggi metasentrik awal yang besar bisa sangat merepotkan; tingkat akselerasi dinamis yang tinggi sering kali merupakan hasil dari periode roll alami yang kecil. Kombinasi tingkat akselerasi dan frekuensi rata-rata osilasi mengatur jumlah kenyamanan di luar.

        Banyak peneliti telah menemukan korelasi yang tinggi antara besarnya percepatan dan frekuensi di satu sisi dan penampilan mabuk laut di sisi lain. Pada frekuensi rendah, ketika mereka muncul untuk gerakan kapal di laut, ditemukan bahwa produk dari amplitudo percepatan dan frekuensi (sehingga amplitudo turunan dari percepatan) adalah ukuran untuk hambatan berpengalaman. Mabuk laut disebabkan oleh stimulasi berlebihan dari organ keseimbangan manusia, khususnya bagian organ yang sensitif terhadap percepatan linier. Gerakan kapal dan struktur pelapis lainnya memiliki efek buruk pada kinerja manusia. Degradasi dapat menjadi faktor penting ketika melakukan tugas-tugas rumit di luar negeri (angkatan laut, lepas pantai).

        Di masa lalu, pertimbangan statis digunakan untuk menentukan kekuatan kapal yang dibutuhkan. Kapal ditempatkan dalam gelombang "beku" dengan panjang gelombang yang sama dengan panjang kapal dan amplitudo gelombang ganda sama dengan 1/20 dari panjangnya. Efek dinamis yang disebabkan oleh gerakan kapal dicatat dengan cara yang sangat sederhana; bahkan mereka diabaikan dalam banyak kasus. Ukuran kapal yang meningkat dan kecepatan maju telah mengarah pada perluasan dari perhitungan standar ini, akuntansi untuk muatan hidrodinamik pada lambung, akselerasi vertikal dan bahkan pertimbangan kelelahan.

        Muatan lokal yang besar dapat muncul ketika percepatan relatif vertikal dari kaki depan kapal melebihi nilai ambang tertentu, ketika mengenai permukaan gelombang saat masuk kembali setelah busur muncul (membanting). Tekanan puncak yang sangat tinggi (7 kali tekanan atmosfer atau lebih) telah sering diukur, yang dapat menyebabkan kerusakan bagian bawah. Juga, membanting dapat menyebabkan getaran vertikal 2 simpul pada lambung kapal dengan momen lentur di tengah kapal yang meningkat. Sangat rumit atau bahkan tidak mungkin untuk memberikan definisi umum tentang perilaku optimal dari kapal atau struktur pelayaran lain di laut. Optimal ini dapat dikaitkan dengan berbagai fenomena, seperti gerakan, akselerasi, kehilangan kecepatan, konsumsi bahan bakar, kemampuan kerja di lokasi tertentu, degradasi, kebisingan, dll. Kadang-kadang, efek yang saling bertentangan akan ditemukan. Upaya untuk mendefinisikan ... kriteria umum untuk fenomena ini dapat ditemukan dalam literatur. "Kapal ramah laut" adalah kapal yang mengarungi lautan dalam cuaca buruk, dengan geladak yang bebas air laut: yaitu laut hijau yang tidak dikapalkan dan sedikit semprotan masuk ke laut. Tidak peduli ke arah mana angin dan ombak memenuhi kapal, dia akan tetap di jalurnya hanya dengan sesekali menggunakan helm, dia akan merespons dengan cepat ke sudut kemudi kecil dan mempertahankan kecepatan yang adil tanpa membanting, abnormal uktuasi abnormal dalam torsi poros , atau balap mesinnya secara berkala. Deck terbuka akan mudah melintang di semua cuaca, tanpa bahaya atau ketidaknyamanan bagi penumpang dan krunya, dan perilakunya di laut - yaitu menggelinding, melempar, menguap, naik-turun, bergelombang, dan melayang-layang - akan mulus dan bebas dari kereta bawah tanah guncangan. Penanganan ahli atas kapal oleh tuan dan awaknya akan selalu diminta untuk menghasilkan kinerja ramah-laut oleh kapal mana pun dalam cuaca buruk.

        Pada bagian kedua abad ke-19 William Froude, 1810 - 1879, mengusulkan Angkatan Laut Inggris untuk membangun apa yang akan menjadi tank penarik pertama di dunia di Torquay di Inggris. Dia baru-baru ini mengembangkan hukum penskalaan untuk memprediksi resistensi kapal dari pengujian pada model kapal dan dia bermaksud menggunakan tangki ini untuk percobaan model skala yang diperlukan. Angkatan Laut Inggris menerima proposal Froude dengan syarat bahwa ia juga menggunakan tangki untuk menyelidiki cara-cara mengurangi gerakan memutar kapal. Saat itulah layar digantikan oleh sistem tenaga penggerak yang digerakkan uap dan gulungan menjadi lebih dari masalah.

        Pada 3 Maret 1872, uji model profesional dalam ruangan pertama di dunia dilakukan di baskom berukuran 85 x 11 x 3 meter, seperti yang ditunjukkan pada Sekitar setengah abad kemudian, tank penarik Froude ditarik ke bawah. Pada tahun 1883, tangki penarik milik pribadi ... yang pertama di dunia, tangki Denny seperti dibangun di Dumbarton di Skotlandia, menggunakan desain asli tangki Froude di Torquay. Tangki Denny - dengan dimensi 93,00 x 6,80 x 2,75 meter – ditutup 1983, tetapi dibuka kembali pada tahun 1986 di bawah payung Scottish Maritime Museum. Bagian tangki pengujian dan museum terpisah. Sejak 1989, fasilitas pengujian tangki beroperasi di bawah manajemen Departemen Teknologi Kapal dan Kelautan Strathclyde University. Pada waktunya, towing tank dibangun di banyak negara yang berbeda. Ini sering dilengkapi dengan pembuat gelombang (wave maker)yang memungkinkan perilaku kapal model dalam gelombang untuk dipelajari pada waktu luang dan memberikan, untuk ... pertama kalinya, teknik untuk mengembalikan ... desain skala penuh untuk memastikan kinerja yang memadai dalam cuaca kasar. Eksperimen model ini biasanya terbatas pada pengujian di head biasa atau mengikuti gelombang dengan tes sesekali pada kecepatan nol dalam gelombang bam. Tes di pos lain atau di gelombang tidak teratur yang lebih realistis tidak mungkin karena dari bentuk sempit panjang tangki penarik dan kesederhanaan pembuat gelombang. Erosi pemodelan model awal ini memungkinkan beberapa perkembangan terbatas dalam studi seakeep- ing tetapi mereka tidak bisa ia gunakan untuk memprediksi kinerja aktual kapal di laut karena tidak ada teknik untuk menghubungkan perilaku model dalam gelombang reguler laboratorium untuk perilaku kapal di lingkungan yang kacau di lautan nyata tersedia. Situasi ini berlaku selama enam puluh tahun atau lebih dan studi tentang seakeeping tetap berada di limbo efektif sampai publikasi kertas tengara oleh St. Denis dan Pierson pada tahun 1953. Ini menunjukkan, untuk pertama kalinya, bagaimana masalah ini dapat diselesaikan menggunakan teknik analisis spektral yang dipinjam dari bidang komunikasi elektromagnetik. St Denis dan Pierson menganggap laut sebagai superposisi dari banyak gelombang reguler sederhana, masing-masing gelombang reguler dengan frekuensi (atau panjang) sendiri, amplitudo dan arah propagasi.

          Gambar: THSD. KING ARTHUR III

        Kapal seharusnya menanggapi masing-masing gelombang ini sebagai sistem linear. Ini menyatakan bahwa menggandakan amplitudo gelombang akan menghasilkan amplitudo respons berlipat ganda, sedangkan fase lag antara respons dan gelombang reguler tidak berubah. Penjumlahan dari respons pada masing-masing gelombang reguler individual ini memberikan respons tidak beraturan dalam seaway. Pada waktu yang hampir bersamaan, metode teoritis untuk memprediksi perilaku kapal dalam gelombang reguler sedang dikembangkan. Terobosan datang pada tahun 1949 dengan teori Ursell untuk memprediksi karakteristik aliran di sekitar silinder melingkar berosilasi di permukaan yang bebas. Teknik transformasi klasik memungkinkan hasil ini untuk diterapkan pada berbagai bentuk penampang seperti kapal dan dasar-dasar teori gerak kapal modern lahir. Perkembangan ini sekitar 50 tahun yang lalu menyediakan alat dasar yang diperlukan untuk mengembangkan teknik rutin untuk prediksi gerakan kapal dalam sesuatu yang mendekati lingkungan gelombang laut yang sebenarnya tidak beraturan.

        Sekarang mungkin untuk pertama kalinya untuk memprediksi kinerja cuaca yang buruk dari sebuah kapal pada tahap desain dan untuk memungkinkan seakeeping untuk mengambil tempat yang selayaknya dalam proses desain. Sejak saat itu seakeeping tetap aktif di bidang penelitian, tetapi perkembangan telah menjadi sifat dari kemajuan progresif daripada kemajuan spektakuler. Teknik untuk merancang roll stabilizer, penentuan kriteria, prediksi statistik gerakan jangka panjang dan efektivitas operasional semuanya telah ditambahkan ke gudang senjata arsitek angkatan laut: prediksi kinerja seakeeping sekarang harus menjadi pekerjaan rutin di setiap kantor desain kapal. Sejarah penelitian ilmiah tentang manuver kapal sudah dimulai pada 1749 dengan karya klasik Euler tentang persamaan gerak sebuah kapal, tetapi pembuatan kapal masih tetap selama hampir dua abad sepenuhnya berdasarkan pada pengetahuan berbasis pengalaman seorang pembuat kapal. Di sekitar 1920, beberapa perhatian pertama pada pendekatan yang lebih analitik muncul ketika kemudi berlapis tunggal digantikan oleh kemudi ‡ ow-line-curved.

        Pengembangan ini didasarkan pada penelitian tentang airfoil, yang dilakukan di industri penerbangan baru. Pekerjaan yang lebih sistematis tentang manuver telah dimulai selama Perang Dunia II. Tak lama setelah Perang ini, pada tahun 1946, Davidson dan Schi¤ menerbitkan sebuah makalah yang membahas masalah manuver pada pendekatan modern (untuk saat itu). Simposium Internasional… tentang Kemampuan Manuver Kapal diadakan pada tahun 1960 di Washington di A.S. Di sana, antara lain, Norrbin memberikan pandangannya tentang "keadaan seni" dari karya ilmiah ... c yang dilakukan pada kemampuan manuver kapal. Sejak itu, perhatian yang semakin meningkat telah diberikan pada penelitian dalam bidang hidrodinamika khusus ini. Terutama, (antar) organisasi nasional - seperti IMO (International Maritime Organization), ITTC (International Towing Tank Conference) dan SNAME (Society of Naval Architects and Engineers Marine) - yang lebih aktif dalam stimulasi penelitian tentang aspek-aspek manuver kapal yang sangat penting untuk pengiriman yang lebih aman dan lautan yang lebih bersih.

        Selama empat dekade terakhir, penelitian tentang kemampuan manuver kapal juga sangat terstimulasi oleh meningkatnya masalah ukuran kapal (pembawa minyak mentah dan kapal kontainer), masalah air dangkal terkait ketika memasuki pelabuhan, meningkatnya masalah kecepatan kapal (kapal selam nuklir dan feri cepat), teknik osilasi eksperimental yang baru dikembangkan (mekanisme gerak planar) dan - last but not least - perkembangan besar dalam industri komputer dengan kemungkinan baru terkait untuk simulasi komputer.