STABILITAS KAPAL

The metasentrik Tinggi (GM) adalah jarak antara pusat gravitasi dari kapal dan metacenter. The GM is used to calculate the stability of a ship and this must be done before it proceeds to sea. GM digunakan untuk menghitung stabilitas kapal dan ini harus dilakukan sebelum melanjutkan ke laut. The GM must equal or exceed the minimum required GM for that ship for the duration of the forthcoming voyage. GM harus sama atau melebihi nilai minimum yang diperlukan GM untuk kapal selama pelayaran yang akan datang. This is to ensure that the ship has adequate stability. Hal ini untuk memastikan bahwa kapal yang memadai stabilitas.

Ship Stability diagram, showing Center of Gravity (G), Center of Buoyancy (B), and Metacenter (M) with ship upright and heeled over to one side. Stabilitas kapal diagram, menunjukkan Pusat Gravitasi (G), Pusat apung (B), dan Metacenter (M) dengan tegak dan bertumit kapal ke satu sisi. Note that for small angles, G is fixed, while B and M move as the ship heels. Perhatikan bahwa sudut-sudut kecil, G adalah tetap, sedangkan B dan M bergerak sebagai kapal tumit.

Metacenter

When a ship is heeled, the center of buoyancy of the ship moves laterally. Ketika sebuah kapal bertumit, pusat daya apung kapal bergerak lateral. The point at which a vertical line through the heeled center of buoyancy crosses the line through the original, vertical center of buoyancy is the metacenter. Titik di mana garis vertikal melalui pusat bertumit apung melewati batas melalui asli, pusat vertikal apung adalah metacenter. In the diagram to the right the two Bs show the centers of buoyancy of a ship in the upright and heeled condition and M is the metacenter. Dalam diagram ke kanan dua B menunjukkan pusat apung kapal dalam kondisi tegak dan bertumit dan M adalah metacenter. The metacenter is considered to be fixed for small angles of heel; however, at larger angles of heel the metacenter can no longer be considered fixed and other means must be found to calculate the ship's stability. Yang metacenter dianggap tetap untuk sudut kecil tumit namun, pada sudut yang lebih besar yang metacenter tumit tidak lagi dapat dianggap tetap dan sarana lainnya harus ditemukan untuk menghitung stabilitas kapal.
The metacenter can be calculated using the formulae: Yang metacenter dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

K M = K B + B M K M = K B + B M

Where B is the center of buoyancy, I is the moment of inertia of the waterplane in meters ⁴ and V is the volume of displacement in meters ³ . ^{[ 1 ]} Di mana B adalah pusat daya apung, I adalah momen inersia dari waterplane dalam meter ⁴ dan V adalah volume perpindahan dalam meter ^{3. [1]}

Different Centers Berbeda pusat

Initially the second moment of area increases as the surface area increases, increasing BM, so Mφ moves to the opposite side, thus increasing the stability arm. Awalnya momen kedua kawasan meningkat sebagai luas permukaan meningkat, meningkatkan BM, jadi Mφ bergerak ke arah yang berlawanan, sehingga meningkatkan stabilitas lengan. When the deck is flooded, the stability arm rapidly decreases. Ketika dek kebanjiran, lengan stabilitas dengan cepat berkurang.

The center of buoyancy , is the center of the volume of water which the hull displaces . Pusat apung, adalah pusat dari volume dari air yang lambung menggusur. This point is referred to as B in naval architecture . Titik ini disebut sebagai B dalam arsitektur angkatan laut. The center of gravity of the ship itself is known as G in naval architecture. Yang pusat gravitasi dari kapal itu sendiri dikenal sebagai arsitektur G di laut. When a ship is stable, the center of buoyancy is vertically in-line with the center of gravity of the ship. ^{[ 2 ]} Ketika sebuah kapal stabil, pusat apung adalah dalam garis vertikal dengan pusat gravitasi dari kapal. ^[2]

The metacenter is the point where the lines intersect (at angle φ) of the upward force of buoyancy of φ ± dφ. The metacenter adalah titik di mana garis berpotongan (di sudut φ) dari gaya ke atas daya apung dari φ ± dφ. When the ship is vertical it lies above the center of gravity and so moves in the opposite direction of heel as the ship rolls. Ketika kapal vertikal terletak di atas pusat gravitasi dan bergerak dalam arah yang berlawanan tumit sebagai kapal roll. The metacenter is known as M in naval architecture. Yang metacenter dikenal sebagai M dalam laut arsitektur.

The distance between the center of gravity and the metacenter is called the metacentric height, and is usually between one and two meters . The jarak antara pusat gravitasi dan metacenter disebut metasentrik tinggi, dan biasanya antara satu dan dua meter. This distance is also abbreviated as GM . Jarak ini juga disingkat sebagai GM. As the ship heels over, the center of gravity generally remains fixed with respect to the ship because it just depends upon position of the ship's weight and cargo, but the surface area increases, increasing BMφ. Ketika kapal tumit di atas, pusat gravitasi umumnya masih tetap dengan rasa hormat ke kapal karena hanya tergantung posisi kapal berat dan kargo, tapi luas permukaan meningkat, meningkatkan BMφ. The metacenter, Mφ, moves up and sideways in the opposite direction in which the ship has rolled and is no longer directly over the center of gravity. ^{[ 3 ]} The metacenter, Mφ, bergerak ke atas dan ke samping dalam arah yang berlawanan di mana kapal telah bergulir dan tidak lagi langsung di atas pusat gravitasi. ^[3]

The righting force on the ship is then caused by gravity pulling down on the hull, effectively acting on its center of gravity, and the buoyancy pushing the hull upwards; effectively acting along the vertical line passing through the center of buoyancy and the metacenter above it. The meluruskan gaya pada kapal ini kemudian disebabkan oleh gravitasi yang menarik di atas lambung, efektif yang bekerja pada pusat gravitasi, dan daya apung mendorong lambung ke atas; efektif bekerja sepanjang garis vertikal melewati pusat apung dan di atasnya metacenter . This creates a torque which rotates the hull upright again and is proportional to the horizontal distance between the center of gravity and the metacenter. Ini menciptakan torsi yang memutar lambung tegak lagi dan sebanding dengan jarak horizontal antara pusat gravitasi dan metacenter. The metacentric height is important because the righting force is proportional to the metacentric height times the sine of the angle of heel. Ketinggian yang metasentrik penting karena gaya meluruskan sebanding dengan ketinggian kali metasentrik sinus dari sudut dari tumit.

When setting a common reference for the centers, the molded (within the plate or planking) line of the keel ( K ) is generally chosen; thus, the reference heights are: Saat menetapkan referensi umum untuk pusat, yang dibentuk (dalam piring atau papan) baris keel (K) umumnya dipilih; demikian, ketinggian referensi adalah:

KB - Center of Buoyancy KB - Pusat mengapung
KG - Center of Gravity KG - Pusat Gravitasi
KM - Metacenter KM - Metacenter

Righting Arm Righting Lengan

Distance GZ is the righting arm : a notional lever through which the force of buoyancy acts. Jarak GZ adalah meluruskan lengan: sebuah nosional tuas melalui mana kekuatan daya apung tindakan.

Sailing vessels are designed to operate with a higher degree of heel than motorized vessels and the righting torque at extreme angles is of high importance. Kapal layar dirancang untuk beroperasi dengan tingkat yang lebih tinggi tumit dari kapal bermotor dan meluruskan torsi pada sudut ekstrem adalah penting tinggi. This is expressed as the righting arm (known also as GZ — see diagram): the horizontal distance between the center of buoyancy and the center of gravity. ^{[ 3 ]} Hal ini dinyatakan sebagai meluruskan lengan (dikenal juga sebagai GZ - lihat diagram): jarak horizontal antara pusat apung dan pusat gravitasi. ^[3]

GZ = GM sin φ ^{[ 2 ]} GZ = GM sin φ ^[2]

Monohulled sailing vessels are designed to have a positive righting arm (the limit of positive stability ) at anything up to 120º of heel, although as little as 90º (masts flat to the surface) is acceptable. Kapal layar Monohulled dirancang untuk memiliki lengan meluruskan positif (batas stabilitas positif) pada apa pun hingga 120 º dari tumit, meskipun sesedikit 90 º (tiang-tiang rata dengan permukaan) dapat diterima. As the displacement of the hull at any particular degree of list is not proportional, calculations can be difficult and the concept was not introduced formally into naval architecture until about 1970. ^{[ 4 ]} Sebagai perpindahan dari lambung pada tingkat tertentu Daftar ini tidak proporsional, perhitungan bisa sulit dan konsep tidak diperkenalkan secara resmi ke dalam arsitektur laut sampai sekitar tahun 1970. ^[4]

Stability Stabilitas

GM and rolling period GM dan periode rolling

GM has a direct relationship with a ship's rolling period. GM memiliki hubungan langsung dengan periode rolling kapal. A ship with a small GM will be "tender" - have a long roll period - an excessively low or negative GM increases the risk of a ship capsizing in rough weather (see HMS Captain or the Vasa ). Sebuah kapal dengan GM kecil akan "empuk" - memiliki periode gulungan lama - yang terlalu rendah atau negatif GM meningkatkan risiko kapal terbalik dalam cuaca kasar (lihat HMS Kapten atau Vasa). It also puts the vessel at risk of potential for large angles of heel if the cargo or ballast shifts (see Cougar Ace ). Ini juga menempatkan kapal pada potensi risiko besar sudut tumit jika kargo atau pemberat shift (lihat Cougar Ace). A ship with low GM is less safe if damaged and partially flooded because the lower metacentric height leaves less safety margin. Sebuah kapal dengan GM rendah kurang aman jika rusak dan sebagian banjir karena lebih rendah tinggi daun kurang metasentrik margin keamanan. For this reason, maritime regulatory agencies such as the IMO specify minimum safety margins for sea-going vessels. Untuk alasan ini, lembaga regulator maritim seperti IMO minimum margin keamanan penting yang menentukan untuk kapal laut-pergi. A larger metacentric height, on the other hand can cause a vessel to be too "stiff"; excessive stability is uncomfortable for passengers and crew. Metasentrik ketinggian yang lebih besar, di sisi lain dapat menyebabkan kapal menjadi terlalu "kaku"; berlebihan stabilitas tidak nyaman bagi penumpang dan awak. This is because the stiff vessel quickly responds to the sea as it attempts to assume the slope of the wave. Hal ini karena pembuluh darah kaku dengan cepat merespon ke laut karena usaha untuk mengasumsikan kemiringan gelombang. An overly stiff vessel rolls with a short period and high amplitude which results in high angular acceleration. Yang terlalu kaku kapal roll dengan periode pendek dan amplitudo tinggi yang mengakibatkan percepatan sudut tinggi. This increases the risk of damage to the ship as well as the risk cargo may break loose or shift. Hal ini meningkatkan resiko kerusakan pada kapal serta resiko barang dapat membebaskan diri atau bergeser. In contrast a "tender" ship lags behind the motion of the waves and tends to roll at lesser amplitudes. Sebaliknya sebuah "tender" tertinggal kapal gerakan gelombang dan cenderung kurang roll di amplitudo. A passenger ship will typically have a long rolling period for comfort, perhaps 12 seconds while a tanker or freighter might have a rolling period of 6 to 8 seconds. Seorang penumpang kapal biasanya memiliki jangka waktu yang panjang untuk kenyamanan bergulir, mungkin 12 detik, sementara kapal tanker atau kapal barang mungkin memiliki periode bergulir 6 hingga 8 detik.

The period of roll can be estimated from the following equation ^{[ 2 ]} Periode roll dapat diperkirakan dari persamaan berikut ^[2]

Where g is the gravitational constant, k is the radius of gyration about the longitudinal axis through the center of gravity and Di mana g adalah konstanta gravitasi, k adalah jari-jari putaran tentang longitudinal sumbu yang melalui pusat gravitasi dan is the stability index. adalah indeks stabilitas.

Damaged Stability Rusak Stabilitas

If a ship floods, the loss of stability is due to the increase in B , the Center of Buoyancy, and the loss of waterplane area - thus a loss of the waterplane moment of inertia - which decreases the metacentric height. ^{[ 2 ]} This additional mass will also reduce freeboard (distance from water to the deck) and the ship's angle of down flooding (minimum angle of heel at which water will be able to flow into the hull). Jika sebuah kapal banjir, hilangnya stabilitas ini disebabkan oleh kenaikan B, Pusat apung, dan hilangnya daerah waterplane - dengan demikian kehilangan momen inersia waterplane - yang menurunkan ketinggian metasentrik. ^[2] tambahan ini massa juga akan mengurangi Lambung bebas minimum (jarak dari air ke geladak) dan sudut kapal turun banjir (minimum sudut tumit di mana air akan dapat mengalir ke lambung). The range of positive stability will be reduced to the angle of down flooding resulting in a reduced righting lever. Rentang stabilitas positif akan berkurang ke sudut bawah mengakibatkan banjir berkurang meluruskan tuas. When the vessel is inclined, the fluid in the flooded volume will move to the lower side, shifting its center of gravity toward the list, further extending the heeling force. Ketika kapal cenderung, fluida dalam volume banjir akan berpindah ke sisi bawah, menggeser pusat gravitasi menuju daftar, lebih memperluas kekuatan kecondongan. This is known as the free surface effect (see below). Hal ini dikenal sebagai efek permukaan bebas (lihat di bawah).

Free Surface Effect Free Permukaan Efek

In tanks or spaces that are partially filled with a fluid or semi-fluid (fish, ice or grain for example) as the tank is inclined the surface of the liquid, or semi-fluid, stays level. Dalam tank atau ruang yang sebagian dipenuhi cairan atau semi-fluida (ikan, es atau gandum misalnya) sebagai tangki cenderung permukaan cairan, atau semi-cairan, tingkat tetap. This results in a displacement of the centre of gravity of the tank or space relative to the overall center of gravity. Hal ini menghasilkan perpindahan dari pusat gravitasi dari tangki atau ruang keseluruhan relatif terhadap pusat gravitasi. The effect is similar to that of carrying a large flat tray of water. Efek ini mirip dengan membawa nampan datar besar air. When an edge is tipped, the water rushes to that side which exacerbates the tip even further. Ketika sebuah sisi-tip, air bergegas ke sisi itu yang memperburuk ujung lebih jauh.

The significance of this effect is proportional to the square of the width of the tank or compartment, so two baffles separating the area into thirds will reduce the displacement of the centre of gravity of the fluid by a factor of 9. Arti penting dari efek ini sebanding dengan kuadrat lebar tangki atau kompartemen, jadi membingungkan memisahkan dua wilayah tersebut menjadi pertiga akan mengurangi perpindahan pusat gravitasi dari cairan dengan faktor 9. This is always of significance in ship fuel tanks or ballast tanks, tanker cargo tanks, and in flooded or partially flooded compartments of damaged ships. Hal ini selalu signifikansi dalam tangki bahan bakar kapal atau pemberat tank, tanker kargo tank, dan dalam sebagian banjir banjir atau kompartemen kapal yang rusak. Another worrying feature of free surface effect is that a positive feedback loop can be established, in which the period of the roll is equal or almost equal to the period of the motion of the centre of gravity in the fluid, resulting in each roll increasing in magnitude until the loop is broken or the ship capsizes. Mengkhawatirkan lagi fitur efek permukaan bebas adalah bahwa umpan balik yang positif dapat dibentuk, di mana masa gulungan sama atau hampir sama dengan periode dari gerak pusat gravitasi di dalam cairan, yang mengakibatkan peningkatan dalam setiap roll magnituda sampai loop rusak atau capsizes kapal.

This has been significant in historic capsizes, most notably the MS Herald of Free Enterprise . Hal ini telah signifikan dalam capsizes bersejarah, terutama MS Herald of Free Enterprise.

Transverse And Longitudinal Metacentric Heights Transversal Dan Longitudinal Metasentrik Ketinggian

There is also a similar consideration in the movement of the metacentre forward and aft as a ship pitches. Ada juga pertimbangan serupa dalam gerakan ke depan dan belakang metacentre sebagai kapal pitches. Metacenters are usually separately calculated for transverse (side to side) rolling motion and for lengthwise longitudinal pitching motion. Metacenters biasanya dihitung secara terpisah untuk transversus (sisi ke sisi) dan gerakan bergulir untuk gerakan pitching memanjang longitudinal. These are variously known as Ini adalah berbagai cara yang dikenal sebagai and dan , GM(t) and GM(l) , or sometimes GMt and GMl . , GM (t) dan GM (l), atau kadang-kadang GMT dan GML.

Technically, there are different metacentric heights for any combination of pitch and roll motion, depending on the moment of inertia of the waterplane area of the ship around the axis of rotation under consideration, but they are normally only calculated and stated as specific values for the limiting pure pitch and roll motion. Secara teknis, ada ketinggian metasentrik berbeda untuk setiap kombinasi gerak pitch dan roll, tergantung momen inersia dari daerah waterplane kapal di sekitar sumbu rotasi yang sedang dipertimbangkan, tetapi mereka biasanya hanya dihitung dan dinyatakan sebagai nilai-nilai khusus bagi murni membatasi gerak pitch dan roll.

Measuring Metacentric Height Mengukur Tinggi Metasentrik

The metacentric height is normally estimated during the design of a ship but can be determined by an inclining experiment or Inclining test once it has been built. The metasentrik tinggi biasanya diperkirakan pada desain sebuah kapal namun dapat ditentukan oleh percobaan atau mencondongkan mencondongkan tes setelah telah dibangun. This can also be done when a ship or offshore floating platform is in service. Ini juga dapat dilakukan ketika sebuah kapal atau platform lepas pantai yang mengapung dalam pelayanan. It can be calculated by theoretical formulas based on the shape of the structure. Hal ini dapat dihitung dengan rumus teoretis berdasarkan bentuk struktur.

The angle(s) obtained during the inclining experiment are directly related to GM (See Righting arm , above). Sudut (s) yang diperoleh selama percobaan mencondongkan secara langsung berhubungan dengan GM (Lihat Righting lengan, di atas). Prior to the inclining experiment, an accounting of the 'as-built' center of gravity is done; knowing GM and KG , the metacentric height ( KM ) can be calculated. Sebelum mencondongkan percobaan, akuntansi dari 'as-membangun' pusat gravitasi dilakukan; mengetahui GM dan KG, yang metasentrik tinggi (KM) dapat dihitung.