Fremføring av skip med navigasjonskontroll, 5. utg. (9788245035346) by Fagbokforlaget

itime

for mar

Navig

for maritime studier 5. utgave

for mar

itime st

udier

asjon 4. utga

Norvald Kjerstad

utg

av e og me d lø sn øv ing ing sfo so rsla ppg av g er

Norva

ld Kjer

stad re r fle ple ed em e m eks g av r, la utg ave fors s pg op ning s lø øv og Ny

s ing

DEL 1 presenterer grunnleggende teori for skipets manøveregenskaper, inkludert propell- og rorteori. I dette ligger også hydrodynamiske forhold som gruntvannseffekt, bankeffekt og interaksjon mellom fartøy. Del 1 dekker også skipenes tekniske utrustning som ankrings- og fortøyningsutrustning. Videre er forskjellige forhold omkring tauing og ankerhåndtering grundig beskrevet. Kort oversikt av forskjellige trader er også tatt med. DEL 2 beskriver forhold av betydning for planlegging og gjennomføring av seilasen. I dette ligger planleggingsprosessen, publikasjoner, brovakthold, sjekklister og forskjellige teknikker for kvalitetssikring. Videre gjennomgang av forskjellige kriseplaner og forhold av betydning for søk og redning, samt operasjoner i hardtvær. Det er beskrivelse av kystadministrasjon, losvesen og forskjellige regelverk knyttet til operasjon av skipet. Det legges også vekt på dokumentasjon av seilasen og forskjellige rapporteringsregimer på kystnære og oversjøiske seilaser. DEL 3 er i sin helhet viet oseanografi og meteorologi. Stoffet er tilpasset behovet knyttet til planlegging og gjennomføring av seilaser. Teori knyttet til tidevannet og beregning av tidevannet har derfor fått en relativt stor plass. I meteorologien er det lagt vekt på at studenten skal kunne tolke værkart og fra disse planlegge den videre seilas på en så skånsom og sikker måte som mulig. DEL 4 er en fordypning i operasjon og drift av skip i islagte strøk og er tilpasset oppdatering av STCWkonvensjonen og i henhold til Polarkoden fra IMO. Siden det stadig blir mer aktivitet knyttet til oljeutvinning og cruisetrafikk i Arktis og Antarktis vil denne delen av boken ha sin absolutte berettigelse. I dette ligger både operasjon av vanlige isforsterkede handelsskip og isbrytere, samt teknologien knyttet til isforsterkede skip.

ISBN 978-82-450-3534-6

Fremføring av skip med navigasjonskontroll for maritime studier 5. utgave Norvald Kjerstad

n, de r ko ve ar a ol pg . P op ag ht gs rsl i h in fo rt øv gs te e in da ﬂer øsn l pp O ed og m

5. utgave

Norvald Kjerstad har kapteinutdanning fra Tromsø maritime høgskole, og flere års erfaring som navigasjonsoffiser, forsker og ice advisor fra forskjellige typer skip, bl.a. havfiskeflåten, kystvakten, gassplattform, forskningsfartøyer og isbrytere. Han er Maritim kandidat fra Norges Tekniske Høgskole (1989). Etter flere år med undervisning, forskning og videreutdanning ble han i 2004 oppnevnt til dosent ved Høgskolen i Ålesund hvor han bl.a. har hatt ansvaret for oppbygging av skipsmanøver-simulatorer og DP-simulatorer, samtidig som han har undervist kapteinstudenter og seilende navigatører i forskjellige nautiske disipliner. Siden 2007 har han også vært ansatt som professor II innen arktisk navigasjon ved Universitetene i Tromsø og Bodø.

Fremføring av skip med navigasjonskontroll for maritime studier

ve 6. utga Ny

Norvald Kjerstad

stad KE ld Kjer KUSTIS E OG A ONISK SYSTEMER R T K E L S E ASJON NAVIG studier

Norva

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

, en od er rk v la ga Po opp g ht. gs rsla i h in fo rt øv gs te in da ﬂere sn lø pp O ed og m

Fremføring av skip med navigasjonskontroll gir en grundig gjennomgang og oversikt over forhold som er av betydning for trygg operasjon og planlegging av seilas. Boken henvender seg til studenter i nautikk ved maritime høgskoler og tekniske fagskoler. Den dekker pensum i disse disipliner som er beskrevet i STCW-konvensjonen samt EU-direktiv 2019/1159 (European Maritime Diplomas of Excellence). På enkelte områder vil også boken kunne fungere som oppslagsverk om bord på skip. For å dekke alle navigasjonsdisipliner er det lagt opp til at boken benyttes sammen med bøkene Elektroniske og akustiske navigasjonssystemer og Navigasjon fra samme forfatter og forlag. Boken er inndelt i 4 deler:

Norvald Kjerstad

FREMFÃ&#x2DC;RING AV SKIP MED NAVIGASJONSKONTROLL for maritime studier 5. utgave

Grafisk produksjon: John Grieg, Bergen Sats: Forfatteren Omslagsdesign ved forfatteren og forlaget Omslagsillustrasjon: Autonomt skip illustrert fra Rolls-Royce AS Supplement for faglærere: CD med alle figurer i Power Point-format. Kontakt forfatteren for fri tilsendelse: norvald.kjerstad@ntnu.no

Spørsmål om denne boken kan rettes til: Fagbokforlaget Kanalveien 51 5068 Bergen Tlf.: 55 38 88 00 e-post: fagbokforlaget@fagbokforlaget.no www.fagbokforlaget.no Materialet er vernet etter åndsverkloven. Uten uttrykkelig samtykke er eksemplarfremstilling bare tillatt når det er hjemlet i lov eller avtale med Kopinor.

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

Innhold

Innhold Forord DEL I – UTRUSTNING OG MANØVRERING

Side:

1 SKIPETS MANØVEREGENSKAPER 1.1 Skipshåndtering 1.2 Manøverkarakteristikk 1.3 Parametere som har innflytelse på manøverkarakteristikken 1.4 Pivotpunktet – skipets dreiesenter 1.5 Rorteori 1.6 Propellteori 1.7 Manøvreringsarrangement 1.8 Oppgaver fra kapittel 1 2 GRUNTVANNSEFFEKTEN 2.1 Squat – fysisk forklaring på fenomenet 2.2 Interaksjon, bank- og kanaleffekt 2.3 Kanaler og sluser 2.3.1 Panamakanalen 2.3.2 Suezkanalen 2.3.3 Andre kanaler og passasjer 2.3.4 Mulige fremtidige kanaler 2.4 Oppgaver fra kapittel 2 3 UTRUSTNING OG TAUING 3.1 Ankerutrustning og ankring 3.1.1 Ankerutrustning 3.1.2 Ankeroperasjon 3.1.3 Offshoreankring 3.1.4 Ulykker etter ankring 3.2 Fortøyningsarrangement og fortøyning 3.3 Tauearrangement og tauing 3.4 Noen offshoreoperasjoner 3.5 Oppgaver fra kapittel 3 4 SKIPSBESKRIVELSER OG TRADER 4.1 Tankskip 4.2 Bulkskip 4.3 Bil- og RoRo skip 4.4 Container- og stykkgods 4.5 Kjøle- og fryseskip 4.6 Passasjerskip og ferger 4.7 Forskjellige spesialskip 4.8 Småskip / coastere 4.9 Fiskefartøy 4.9.1 Trålere 4.9.2 Snurpere/Ringnotfartøy 4.9.3 Snurrevad 4.9.4 Linefiske 4.9.5 Garnfiske 4.9.6 Teinefiske 4.9.7 Juksafiske og dorging 4.9.8 Hval- og selfangst 4.9.9 Havbruk

1-1 1-1 1-3 1-6 1-11 1-13 1-20 1-39 1-42 1-44 1-44 1-51 1-57 1-58 1-60 1-61 1-63 1-65 1-67 1-68 1-68 1-73 1-75 1-89 1-91 1-102 1-110 1-117 1-119 1-119 1-120 1-121 1-121 1-122 1-123 1-124 1-124 1-124 1-125 1-127 1-128 1-128 1-130 1-131 1-131 1-131 1-132

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

Innhold

4.10 Oppgaver fra kapittel 4 5 REFERANSE OG LITTERATURLISTE - del-I 6 LØSNINGSFORSLAG TIL ØVINGSOPPGAVER

1-133 1-134 1-135

DEL II – SEILAS OG PLANLEGGING

Side:

1 INTRODUKSJON OG UTVIKLING 2 PUBLIKASJONER OG HJELPEMIDLER 2.1 Sjøkart 2.2 Planleggingskart 2.3 Pilot chart 2.4 Strømatlas og miljøbeskrivelser 2.5 Tidevannstabeller 2.6 Losbeskrivelser og lignende 2.7 Andre publikasjoner og tabeller 2.8 Notice to Mariners / Etterretninger for sjøfarende (Efs) 3 PLANLEGGING AV SEILAS 3.1 Brovakthold 3.2 Ruteplanlegging 3.2.1 Vurderinger 3.2.2 Ruteplan og sjekklister 3.2.3 Iverksetting og overvåking av seilasen 3.2.4 Kriseplan (Contingency plan) 3.3 Oppgaver fra kapittel 2 og 3 4 SIKRING AV SEILASEN 4.1 Parallellindeksering (PI) 4.2 Rate Of Turn teknikk (ROT) 4.3 Brovaktforskriften 4.3.1 Tampa-saken 4.3.2 Hill Harmony-saken 4.4 Oppgaver fra kapittel 4 5 KYSTADMINISTRASJON, LOSING OG KYSTNAVIGASJON 5.1 Kystverket 5.2 Losvesenet og regelverk 5.3 Ombordtaking av los 5.4 Losteknikk og kystnavigasjon 5.5 Kjent på kysten? 5.6 Fartsområder og grenselinjer 5.7 Port State Control (havnestatskontroll) 5.8 Andre kontroller 5.9 Oppgaver fra kapittel 5 6 DOKUMENTASJON AV SEILASEN 6.1 Føring av dekksdagboken 6.2 Andre dagbøker og dokumentasjon 6.3 Skipets dokumenter og sertifikater 6.4 Oppgaver fra kapittel 6 7 HARDTVÆRSOPERASJON OG VÆRRUTING 7.1 Områder med hardt vær 7.1.1 Tropiske stormer 7.1.2 Bølgevarsling 7.1.3 Systemer for ruteplanlegging 7.2 Belastninger på skipet 7.2.1 Globale belastninger 7.2.2 Lokale belastninger 7.2.3 Tiltak for å redusere skader

2-1 2-5 2-5 2-6 2-7 2-7 2-8 2-8 2-10 2-10 2-13 2-13 2-13 2-14 2-16 2-19 2-22 2-27 2-28 2-28 2-29 2-36 2-54 2-55 2-56 2-57 2-57 2-58 2-60 2-62 2-68 2-69 2-74 2-75 2-75 2-76 2-77 2-80 2-84 2-88 2-89 2-89 2-89 2-91 2-92 2-93 2-93 2-96 2-96

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

Innhold

7.2.4 Skadestatistikk 7.3 System for overvåkning av skrogbelastning 7.4 Oppgaver fra kapittel 7 8 SKIPET I KRISE 8.1 Håndtering av skadede skip og berging 8.1.1 Sammenstøt mellom skip 8.1.2 Grunnstøting / stranding 8.1.3 Strandsetting, nødhavn og «Place of refuge» 8.2 Søk og redning (IAMSAR) 8.2.1 Søksplanlegging 8.2.2 Mann Over Bord (MOB) 8.2.3 Bruk av radar, ECDIS og autopilot i søk 8.2.4 Etablering av avskjæringskurs / jaktkurs /assistansekurs 8.3 Redningstjenesten 8.4 AMVER 8.5 Helikopteroperasjoner 8.5.1 RITS RITS-grupper – maritim landbasert brannberedskap 8.6 Oppgaver fra kapittel 8 9 RAPPORTERINGSREGIMER OG OVERVÅKNINGSSYSTEM 9.1 Internasjonale skipsruter og rapportering 9.2 TSS, VTS og rapportering i Norge 9.3 Terrorfare / SSAS 9.3.1 ISPS-koden 9.3.2 Cyber risk management 9.4 Oppgaver fra kapittel 9 10 GRUNNLEGGENDE RISIKOVURDERING 10.1 Analyseteknikk for hendelser (feiltre) 10.2 Trafikkmodellering 11 BESKRIVELSE AV NOEN ULYKKER 11.1 Sanct Svithun forliset på Folla i 1962 11.2 Rocknes forliset i Vatlestraumen i 2004 11.3 Sleipner forliset ved Sletta i 1999 11.4 Federal Kivalina – grunnstøting 11.5 Viking Sky – nesten katastrofe 11.6 Helge Ingstad – kollisjon og forlis 11.7 Oppgaver fra kapittel 10 og 11 12 REFERANSE OG LITTERATURLISTE - del-II 13 LØSNINGSFORSLAG TIL ØVINGSOPPGAVER

2-97 2-98 2-99 2-101 2-101 2-101 2-103 2-105 2-106 2-106 2-111 2-111 2-113 2-114 2-117 2-118 2-119 2-119 2-121 2-121 2-124 2-127 2-128 2.129 2-129 2-130 2-130 2-131 2-136 2-136 2-138 2-142 2-145 2-146 2-148 2-151 2-152 2-153

DEL III – OSEANOGRAFI OG METEOROLOGI

Side:

1 TIDEVANNSLÆRE 1.1 Teoretisk bakgrunn 1.2 Høydedefinisjoner benyttet i sjøkartene 1.3 Måling av vannstand 1.4 Beregning av tidevannet 1.5 Praktisk bruk av tidevannstabeller 1.5.1 Norske tabeller 1.5.2 Admiralty Tide Tables (ATT) 1.6 Case: En grunnberøring – MS Kong Harald 1.7 Oppgaver fra kapittel 1 2 VERDENSHAVENES GEOGRAFI 2.1 Norges kontinentalsokkel og marine geologi 2.2 Oppgaver fra kapittel 2

3-1 3-1 3-10 3-14 3-15 3-19 3-19 3-22 3-26 3-27 3-29 3-33 3-39

iii

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

Innhold

3 VANNETS FYSISKE EGENSKAPER 3.1 Oppgaver fra kapittel 3 4 HAVSTRØMMER 4.1 Storskala strømsystemer 4.2 Vindstrøm – Ekmans spiral 4.3 Tidevannstrøm 4.4 Strømmåling og informasjon 4.5 Spredning og drift av olje 4.6 Oppgaver fra kapittel 4 5 BØLGELÆRE 5.1 Bølgeteori 5.2 Ekstrembølger, Tsunami og Soliton 5.3 Bølgemåling og varsling 5.4 Værvindu 5.5 Bølgekraft og energi 5.6 Oppgaver fra kapittel 5 6 HAVFORSKING 6.1 Forskjellige undersøkelser 6.2 Havforskingsfartøy 6.3 Oppgaver fra kapittel 6 7 METEOROLOGI 7.1 Energi 7.2 Atmosfæren 7.3 Atmosfærisk trykk 7.4 Temperatur 7.5 Vann i atmosfæren 7.6 Skyer 7.7 Nedbør og tåke 7.8 Vind 7.9 Temperert og polar sirkulasjon 7.10 Tropisk og sub-tropisk sirkulasjon 7.11 Vindenergi 7.12 Tordenskyer og lyn 7.13 Værforholdene på Norskekysten 7.14 Meteorologiske tjenester og varsling 7.15 Observasjoner fra skip 7.16 Utstyr for mottak av værkart 7.17 Oppgaver fra kapittel 7 8 VEDLEGG TIL TIDEVANNSOPPGAVER I KAP. 1.7, SAMT METEOROLOGI 9 REFERANSE OG LITTERATURLISTE - del III 10 LØSNINGSFORSLAG TIL ØVINGSOPPGAVER

3-40 3-44 3-45 3-46 3-47 3-50 3-52 3-56 3-57 3-58 3-58 3-66 3-68 3-70 3-74 3-75 3-77 3-77 3-80 3-83 3-84 3-84 3-85 3-86 3-88 3-91 3-94 3-97 3-100 3-106 3-111 3-116 3-117 3-119 3-120 3-123 3-125 3-128 3-131 3-142 3-144

DEL IV – ISNAVIGASJON

Side:

1 INTRODUKSJON OG HISTORIE 1.1 Pionerenes tid 1.2 Utvikling av dagens aktivitet i Arktis og Antarktis 1.3 Oppgaver fra kapittel 1 2 POLARE GEOGRAFI OG MILJØFORHOLD 2.1 Skandinavisk Arktis og Øst-Grønland 2.1.1 Østersjøen, Bottenvika og Finskebukta 2.2 Russisk Arktis 2.3 Alaska, Canadisk Arktis og Vest-Grønland (Nordvestpassasjen) 2.4 Antarktis 2.5 Tradisjonelle selfangstområder

4-1 4-2 4-6 4-17 4-18 4-19 4-26 4-28 4-34 4-37 4-38

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

Innhold

2.6 Variasjon og trender i isutbredelse 2.7 Oppgaver fra kapittel 2 3 FARVANNSBESKRIVELSE OG NAVIGASJONSFORHOLD 3.1 Sjøkart og seilasbeskrivelser 3.2 Navigasjons- og merkesystem 3.3 Kommunikasjonsforhold og radiotjenester 3.4 Arktiske havner 3.5 Seilingsbeskrivelse av Den Nordlige Sjørute 3.6 Spesielle bestemmelser og seilingsregimer 3.6.1 Russland 3.6.2 Canada 3.6.3 Sverige og Finland 3.6.4 Svalbard 3.6.5 Antarktis 3.7 Polarkoden 3.8 Oppgaver fra kapittel 3 4 ISMEKANIKK OG ISTYPER 4.1 Iskrystallet og isdannelse 4.2 Isens fysiske og mekaniske egenskaper 4.3 Statiske og dynamiske isbelastninger på marine konstruksjoner 4.4 Klassifisering av is 4.5 Den internasjonale «Egg-koden» og tolking av iskart 4.6 Oppgaver fra kapittel 4 5 SKIPSTEKNOLOGI 5.1 Klassifikasjon av isgående fartøy 5.2 Isbrytere 5.2.1 Skrogform, belastning og ismotstand 5.2.2 Hjelpemidler for å redusere isfriksjon 5.2.3 Maskineri og propellanlegg 5.2.4 Ror, manøvreringsorganer og krengesystem 5.3 Handelsskip 5.3.1 Beskrivelser av noen isgående skip 5.4 Oppgaver fra kapittel 5 6 OPERASJON AV SKIP I POLARE STRØK 6.1 Skipshåndtering 6.1.1 Navigering i isfarvann 6.1.2 Radarnavigering i isfarvann 6.1.3 Sikker fart, rutiner og vakthold 6.1.4 Farlige isforhold 6.1.5 Estimat av sikker fart 6.1.6 Isankring og supplering av vannforsyning 6.1.7 DP operasjon i is 6.2 Ising og stabilitet 6.2.1 Ising 6.2.2 Stabilitet ved isbryting 6.2.3 Vinterisering og andre klassekrav 6.2.4 Operasjonsdypgang 6.3 Isbryting og konvoioperasjoner 6.3.1 Ice management 6.4 Isovervåkning og ruteplanlegging 6.5 Søk og redning i isen 6.5.1 Kuldens betydning 6.6 POLARIS – system for risikovurdering 6.7 Opplæring og forsikringsmessige hensyn 6.8 Noen ulykker

4-40 4-42 4-43 4-43 4-48 4-53 4-54 4-57 4-60 4-60 4-61 4-63 4-64 4-64 4-65 4-66 4-68 4-68 4-71 4-74 4-78 4-82 4-86 4-87 4-87 4-92 4-93 4-99 4-106 4-113 4-114 4-114 4-120 4-121 4-121 4-121 4-124 4-130 4-133 4-135 4-135 4-136 4-137 4-137 4-141 4-141 4-143 4-144 4-147 4-150 4-156 4-158 4-159 4-163 4-164

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

Innhold

6.9 Videre utvikling 6.10 Eksempel på sjekklister 6.10.1 Generisk sjekkliste 6.10.2 Spesielt for Baltiske farvann 6.10.3 Vinterisering – Gasstanker 6.11 Oppgaver fra kapittel 6 7 REFERANSE OG LITTERATURLISTE – del-IV 8 LØSNINGSFORSLAG TIL ØVINGSOPPGAVER (del-4) 9 REFERANSE TIL IMO-MODELLKURS ICE NAVIGATION IN POLAR WATERS 10 STIKKORDSREGISTER - del I – IV

4-171 4-172 4-172 4-172 4-173 4-175 4-177 4-179 4-184 4-185

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

Forord

Forord Innenfor fagområdene Operasjon og drift av skip, Seilas og manøvrering og Navigasjonskontroll, noe som vi ved NTNU i Ålesund nå kjører i faget Navigasjon 3 med navigasjonssimulator, var det i mange år problematisk med tilpasset litteratur. Jeg har derfor med denne boken startet et systematisk arbeid for å utvikle en lærebok som kan benyttes i faget. Det er lagt vekt på å gi en bred innføring og dekke kravene som er beskrevet i STCW-konvensjonen. I enkelte områder er det likevel gått noe dypere. Stoffet er også forsøkt tilrettelagt de mest relevante fartøygruppene som opererer fra Norge – ikke minst gjelder dette avanserte offshorefartøy. Arbeidet med deler av boken startet egentlig allerede i 1989 da jeg jobbet for Høgskolen i Tromsø med et kompendium i Arktiske Operasjoner (del-IV). Denne delen er nå oppgradert tre ganger og tilpasset kursene og det nye regime i Polarkoden legger opp til. Det er imidlertid etter 2005 mesteparten av stoffet er samlet og tilrettelagt, men grundig oppdatert i 2017 og nå i 2020. For å lette arbeidet med oppgraderingene som vil bli gjort regelmessig er stoffet ordnet i fire separate deler. •

Del 1 beskriver i hovedsak utrustning og manøvrering, og teori i forbindelse med dette. Det er videre der laget en beskrivelse av forskjellige fartøytyper og trader for å gi studentene oversikt over de forskjellige fartøytypene.

•

Del 2 beskriver prosessen med planlegging og kontroll av seilasen under forskjellige forhold, samt en del regelverk og regimer i den forbindelsen. Avslutningsvis er det også tatt med beskrivelsen av noen ulykker som kan være aktuelle i forbindelse med diskusjon om sjøsikkerhet.

•

Del 3 omhandler oseanografiske og meteorologiske forhold som har relevans for planlegging og sikring av seilas. Det er her lagt vekt på en grundig beskrivelse av tidevannet og tidevannsberegning.

•

Del 4 er i sin helhet rettet mot operasjon av skip i arktiske strøk. Denne delen er med denne utgaven tilpasset Polar-koden og oppgraderingene som kommer i STCW. Rekkefølgen av kapitlene er forsøkt tilpasset IMO-modellkurs, men noe utvidet på enkelte områder. Engelsk versjon av 2. utgave ble utgitt som egen bok, Ice Navigation. Del 4 av 4. utgave ble utgitt som eget kurskompendium i 2018 – da tilpasset bruk på polarkodekurs.

I boken er det minimalt med beskrivelse av elektroniske navigasjonssystemer og grunnleggende navigasjon. Der dette er relevant er det referert til bøkene Elektroniske og akustiske navigasjonssystemer for maritime studier og Navigasjon for maritime studier som jeg har utgitt på Fagbokforlaget (hhv. 6. utg. fra 2019 og 4. utg. fra 2020). Når man skriver en lærebok innen et fagområde i rask utvikling vil man alltid være i tvil om at mye av stoffet vil være utdatert om kort tid. Det legges derfor opp til jevnlige oppdateringer også av denne boken. Spesielt har del 4 fått omfattende oppdateringer i denne utgaven, samt at det er inkludert flere øvingsoppgaver med løsningsforslag. For lærere eller andre som ønsker å benytte boken i undervisning kan CD med alle de oppdaterte figurene leveres fra undertegnede i Powerpoint-format og i farger. Det er av denne grunn lagt vekt på å ha med forholdsvis mange figurer og bilder. Oppgavene som er laget etter hvert kapittel er ment som kontroll ved selvstudie eller som utkast til lærere som vil benytte boken. Jeg tar også imot innspill og eventuelle korreksjoner som kan taes med i neste utgave med takk.

vii

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

Forord

Utarbeidelsen av mye av stoffet er basert på egne erfaringer og samtaler med seilende på en rekke forskjellige skip. Dette har bl.a. vært mulig ved at en del rederier har latt meg mønstre på i kortere perioder. Her vil jeg spesielt takke rederiene Murmansk Shipping Company, Fednav, Ugland Shipping, Farstad Shipping, Kystvaktskvadron Nord, Wilhelmsen Walenius, Viking Supplyships og Høegh LNG. Nær kontakt med Kystdirektoratet, den svenske Sjøfartsstyrelsen, Rolls-Royce og Ulstein Verft har også vært meget nyttig. En stor takk også til tidligere kollega og høgskolelektor Harald Eide som har gitt et stort bidrag til del-I, samt en rekke andre fagfolk som har kommet med nyttige kommentarer. Spesiell takk også til Oddvar Longva fra NGU, som har gitt viktige bidrag til del-3. Takk også til Anne som har bidratt til korrektur og kritiske spørsmål underveis.

NTNU i Ålesund, november 2020.

Norvald Kjerstad, Dosent i nautikk, NTNU, Ålesund Professor-II, Nord Universitet, Bodø Timelærer, Fagskolen i Ålesund NTNU i Ålesund, 6025 Ålesund (E-mail: norvald.kjerstad@ntnu.no)

viii

Del 1 Utrustning og manøvrering • • • • •

Skipets manøveregenskaper Gruntvannseffekten Utrustning, ankring og tauing Noen skipsbeskrivelser Oppgaver og løsningsforslag

Bilde: LNG tanker Arctic Princess stevner Veidneset ved Honningsvåg

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper 2. 3. 4. 5.

1 Skipets manøveregenskaper 1.1 Skipshåndtering

Hvordan skaffer man seg og nyttiggjør seg disse informasjoner?

«Shiphandling» eller skipshåndtering kan forklares som:

1. Ved visuell observasjon vil vi oppfatte perspektivforandringer som gir oss informasjon om langskips og tverrskips hastighet. Vi vil også få et inntrykk av avstandene og vinklene til de enkelte objekter. 2. Ved instrumentell observasjon vil vi få hastighet langskips og sideveis, kurs, girhastighet (Rate of Turn), avdriftsvinkel, maskinens RPM, propellens pitch, rorvinkel, avstander og eventuell vind og strøm. 3. Ved å kjenne fartøyets manøveregenskaper kan vi anslå svingeradius ved forskjellige rorvinkler og propellskyv. Vi kan anslå distanse og tid som kreves for å redusere eller øke hastigheten til / fra et ønsket antall knop. Vi kan anslå fartøyets endring i bevegelse de neste minuttene. 4. Ved å kjenne eller anslå ytre krefter, kan vi sammen med kjennskap til eget fartøy justere våre antagelser av fartøyets bevegelser de neste minuttene. 5. Ved å kjenne lokale forhold, vil vi lettere kunne forutsi variasjoner i ytre krefter, som strøm, grunt vann, vind og bølger.

«Å utnytte krefter under kontroll, for å overvinne krefter som ikke er under kontroll» Hva består så de enkelte krefter av? A. Krefter under direkte kontroll:       

Fremdriftsmaskineri (ulike typer) Propellere Ror Anker Fortøyninger Taubåter Trustere

B. Krefter og momenter under indirekte kontroll:   

Skipets treghetskrefter og momenter Hydrodynamiske treghetskrefter og momenter Hydrodynamiske dempingskrefter og momenter

C. Krefter ikke under kontroll:   

Instrumental observasjon Ved å kjenne fartøyets manøveregenskaper Ved å kjenne eller anslå ytre krefter Ved å kjenne lokale forhold

Vind Strøm Bølger

Skipshåndtering kan da illustreres med beslutningssløyfen vist på figur 1.1.

Til hver tid vil det være en rekke ulike krefter som påvirker en manøver. Det vil være umulig og lite relevant å beregne alle disse krefters innflytelse til enhver tid i en gitt manøver. Vi må derfor vurdere situasjonen på sparket – bruke «skipperskjønn». For å kunne foreta en riktig vurdering av hva vi skal foreta oss som neste trekk i en gitt manøversituasjon, må vi kjenne eller anslå så mange av kreftene som mulig. Til det trengs opplysninger om fartøyets bevegelser og omgivelser. Opplysninger kan vi få fra:

Figur 1.1 Beslutningssløyfe under skipshåndtering.

1. Visuell observasjon

1-1

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper

Figur 1.2 Skipets manøverkarakteristikk skal være oppslått på broen. Her fra en LNG-tanker.

fra en korrekt vurdering - som kommer fra en korrekt tidligere observasjon. En korrekt vurdering kan best oppnås ved detaljkunnskaper om de kreftene som vil virke på skipet, kombinert med erfaring.

For å kunne observere det samme som vi forutså, kreves en korrekt iverksettelse - som er resultat av en korrekt beslutning -som kommer

1-2

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper Dreiesirkel Denne manøveren utføres med 35 graders rorvinkel eller maksimum rorvinkel ved hastigheten under prøven (fig. 1.3).

1.2 Manøverkarakteristikk IMO Standardmanøvrer skal i hht. Resolution MSC.137(76):  Dokumentere manøverkarakteristikker for å høyne navigasjonssikkerheten.  Etablere manøvreringsstandarder for at skipsdesignere kan forsikre seg om at ingen fartøy har manøvrerings-egenskaper som kan utgjøre en sikkerhetsrisiko. Typer standardmanøvrer  Dreiesirkel  Zig-Zag prøve  Stoppeprøve  Kursendringsprøve  Spiralprøve Manøverinformasjon Ombord vil du finne følgende informasjon om fartøyets manøveregenskaper:  På broa i form av en «poster» (fig. 1.2)  I fartøyets manøverhåndbok  I «Pilot Card»

Figur 1.3 Svingesirkel til styrbord med tilhørende karakteristiske parametere (engelsk terminologi). Hastighet går gradvis ned inntil man ligger i konstant svingerate.

Relevante IMO dokument Hvis du trenger mer informasjon angående IMO sitt arbeid i forbindelse med manøver standarder og/eller dokumentasjon av fartøys manøveregenskaper kan du finne denne informasjonen i følgende IMO dokumenter:  A.601 Provision and display of manoeuvring information on board ships  A.751 Interim standards for ship manoeuvrability  MSC/Circ.644 Explanatory notes to the interim standards for ships manoeuvrability

Karakteristiske parametere er:  Advance Den distansen midtskipspunktet tilbakelegger i opprinnelig kursretning fra den posisjonen rorordren blir gitt og til den posisjonen hvor kursendring er 90 grader fra opprinnelig kurs.  Taktisk diameter (Transfer) Den distansen midtskipspunktet tilbakelegger fra den posisjonen rorordren blir gitt til kursen er endret 180 grader fra opprinnelig kurs. Distansen måles vinkelrett på den opprinnelige kursretningen.

Beskrivelse av standardmanøvre Standard manøvrer og tilhørende terminologi er definert i seksjon 3.2 i IMO resolusjon A.751 «Interim standards for ship manoeuvrability».

Zig-Zag prøve En zig-zag manøver brukes for å studere fartøyets initielle respons på rorets bevegelser. En legger roret, vanligvis enten 10 grader eller 20 grader, enten til babord eller styrbord når en gitt kursendring, vanligvis 10 grader eller 20 grader fra den opprinnelige kursen, er oppnådd (fig. 1.4).

Manøverprøver skal utføres under følgende forhold: 1. Vanndybden skal være større enn 4 ganger middel dypgående 2. Vindstyrken skal ikke overskride Beaufort 5 3. Bølger skal ikke overskride sjø styrke 4 4. Ingen, eller konstant strøm

Karakteristiske parametere er:  Tiden mellom de etterfølgende rorbevegelser.

1-3

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper

Figur 1.4 Zig-Zag prøve (20/20) med tilhørende parametere som funksjon av tiden.

 

First overshoot angle: Ytterligere kursendring etter at en legger over roret for andre gang. Second overshoot angle: Ytterligere kursendring etter at en legger over roret for tredje gang.

Figur 1.5 Stoppeprøve med tilhørende parametere (vanlig engelsk terminologi).

stille i vannet, målt langs midtskipspunktets plottede bane. Head reach: Distanse langs fartøyets opprinnelige kurs. Lateral deviation: Distansen 90 grader på den opprinnelige kursen.

Hvordan en utfører en 10/10 grader (eller 20/20 grader) zig-zag prøve: Første rormanøver til styrbord, 10/10 grader. 1. Etter et «steady» oppløp med null «yawrate», legges roret 10 grader til styrbord (første rormanøver). 2. Når kursen er endret 10 grader fra opprinnelig kurs, legges roret 10 grader til babord (andre rormanøver). 3. Etter at roret er lagt til babord vil fartøyet fortsette svingebevegelsen til styrbord med avtagende «turnrate» for deretter å svinge til babord med økende «turnrate». Når fartøyet har nådd en kurs som er 10 grader til babord fra den opprinnelige kursen, legges roret 10 grader styrbord (tredje rormanøver).

Kursendrings manøver En manøver der en legger roret 10 grader til babord/styrbord og observerer kursendringen. Manøveren kan utføres som en del av en 10/10 graders zig-zag prøve. Karakteristiske parameter er: Tilbakelagt distanse før kursendringen er 10 grader fra opprinnelig kurs (fig. 1.6). En mye brukt metode for å finne tilbakelagt distanse er å multiplisere start- hastighet med tid til 10 grader kursendring: S=U*t

Stoppeprøve En full akterover stoppeprøve utføres ved å gi «Full akterover» på maskintelegraf når fartøyet går forover med en definert prøvehastighet som er minimum 90% av full fart (fig. 1.5).

S = Tilbakelagt distanse i meter U = Hastighet i m/s T = Tid til 10 grader kursendring Spiralprøve Denne manøveren, ofte referert til som Dieudonné Spiral (etter J. Dieudonné som først foreslo denne prøven), gir en indikasjon på fartøyets retningsstabilitet eller retningsustabilitet.

Karakteristiske parametere er: Track reach: Den distansen midtskipspunktet tilbakelegger fra den posisjonen ordren «Full akterover» blir gitt og til den posisjonen hvor fartøyet ligger

1-4

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper

Figur 1.7 Eksempel på spiralprøve. Øverst et retningsstabilt skip, under et retnings-ustabilt skip.

Figur 1.6 Kursendringsmanøver – i dette tilfelle 60° til styrbord. Skala på aksene er antall skipslengder.

Det finnes to typer spiralprøver: 1) Direkte spiralprøve En direkte spiralprøve er et sett dreiesirkler med varierende rorvinkler. Når fartøyet har oppnådd en stabil dreiehastighet, noteres ROT og fartøyets hastighet. ROT presenteres som en funksjon av rorvinkel i et spiralprøve-diagram. Prøven kan resultere i to typer kurve, se figur 1.7. 2) Omvendt spiralprøve I en omvendt spiralprøve holdes ROT konstant og midlere rorvinkel for å holde konstant ROT noteres. Variasjonen rundt en midlere verdi for å holde konstant ROT må ikke overskride +/- 4 grader. Ved å anvende omvendt spiralprøve er det mulig å trekke en ROT/rorvinkel kurve innenfor hysterese-sløyfen for et retningsustabilt fartøy som vist på figur 1.8.

Figur 1.8 Resultat av omvendt spiralprøve med retningsustabilt skip.

Standarden er basert på en forståelse at det er mulig å beskrive fartøyers manøveregenskaper ut fra karakteristikkene gitt av et sett standard skipsmanøver-prøver. Interim guidelines skal brukes til: − alle skip med lengde over 100m − kjemikalietankere og gass tankere − all ror og propell arrangement − skip konstruert etter 01.07.1994 Akseptable grenseverdier for standard manøverkarakteristikker er gitt i tabell 1.1.

IMO standard IMO Resolusjon A.751(18) «Interim Standards for Ship Manoeuvrability» og senere Resolution MSC 137(76) har følgende målsetting: − Forbedre fartøyers manøveregenskaper. − Begrense bygging av fartøy som ikke tilfredsstiller interim-standardene.

1-5

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper Skrogform Følgende parameter influerer på skipets manøveregenskaper: − Lengde / bredde forholdet (L/B). − Bredde / dypgående forholdet (L/T). − Blokk-koeffisienten (CB). For å illustrere den innflytelse skrogformen har på fartøyets manøveregenskaper, har vi sammenlignet standard manøver testene for to fartøy. Fartøyenes data er gitt i tabell 1.2. De forskjellige manøverprøvene er vist i figurene 1.9 - 1.14.

Tabell 1.1 Grenseverdier for manøverprøver i hht. IMO standard.

Standardmanøver Dreiesirkel med 35 graders rorvinkel, eller maksimum tillatt rorvinkel ved prøvehastighet, både styrbord og babord Kursendrings prøve, 10 grader rorvinkel, både babord og styrbord Zig-zag prøve med 10 grader rorvinkel og 10 grader kursendring

Zig-zag prøve 20/20 Stoppeprøve

Kriterier Advance mindre enn 4.5 skipslengder Taktisk diameter mindre enn 5 skipslengder Distanse til 10 graders kursendring mindre enn 2.5 skipslengder «First overshoot angle» skal ikke overskride: − 10 grader hvis L/U<10s − 20 grader hvis L/U>30s − (5+1/2*L/U) hvis L/U<30s «Second overshoot angle» skal ikke overskride: − de respektive verdier over med mer enn 15 grader «First overshoot angle» skal ikke overskride 25 grader «Track reach» skal være mindre enn 15 skipslender

1.3 Parametere som har innflytelse på manøverkarakteristikken

Tabell 1.2 Skipsdata på skipene som benyttes i følgende eksempler.

Karakteristikk

Skip (1)

Skip (2)

Skipstype Lpp B T Deplasement

Tanker 232.8m 42.0m 14.8m 122600t

Gasstanker 237.0m 40.0m 9.5m (mean) 63000t

CB (1) =

122600 = 0.83 232.8 ∗ 42.0 ∗ 14.8 ∗ 1.025

CB (2) =

63000 = 0.68 237.0 ∗ 40.0 ∗ 9.5 ∗1.025

Introduksjon Standard manøvertester og dermed også skipets manøveregenskaper er influert av: − Skrogform. − Lastekondisjon (dypgående og trim). − Design og utforming av ror, propeller og trustersystem. − Rorvinkel. − Propeller- og truster-omdreining og pitch. − Farvannsdybde. De neste sidene vil gi mer informasjon angående hver av faktorene listet ovenfor. Alle figurene i denne seksjonen er korrigert for innflytelse fra vind, strøm og bølger, noe som er et krav i IMO Resolution A.751(18).

Figur 1.9 Dreiesirkel for skip 1 i tabell 1.2. Advance: 753m (3.23*Lpp). Tactical diameter: 859m (3.69*Lpp).

1-6

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper

Figur 1.13 Stoppeprøve skip 1. Begynnelseshastighet: 14.7 knop. Track reach: 2644m.

Figur 1.10 Dreiesirkel skip 2.

Figur 1.11 20/20 grader zig-zag prøve skip 1. First overshoot angle: 13°. Heltrukken linje er ved T=14.8m.

Figur 1.14 Stoppeprøve skip 2. Begynnelseshastighet: 20.7 knop. Track reach: 3084m.

Rorindikator og Rate of turn instrument er nyttige og nødvendige instrumenter å følge med på når det foretas manøverprøver.

Figur 1.12 20/20 grader zig-zag prøve, skip 2. First overshoot angle: 14°.

1-7

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper

Lastekondisjon og trim Figurene 1.15–1.17 sammenlikner standard prøver for et gitt fartøy lastet og i ballast. Lastet kondisjon: Begynnelseshastighet Dypgående

14.7 knop 12.20m

Ballast kondisjon: Begynnelseshastighet Dypgående forut Dypgående akter

15,8 knop 4.16m 7.79m

Den store akterlige trimmen i ballast kondisjon er for å oppnå tilstrekkelig dypgående ved propellen. Akterlig trim forbedrer fartøyets retningsstabilitet som igjen fører til økt dreieradius i ballast kondisjon.

Figur 1.17 Stoppeprøve. Full last, initial hastighet 14.7 knop. Ingen data fra stoppeprøve i ballast kondisjon.

Innflytelsen av skipets hastighet Når en standard test (svingemanøvre) startes med likevekt mellom skipets hastighet og propellomdreining har skipets hastighet liten innflytelse på standard test karakteristikkene. En bør være oppmerksom på at ved lave hastigheter vil manøvrene være mer influert av vær og bølgeforhold.

Figur 1.15 Dreiesirkel. Heltrukken linje: Lastet, Stiplet linje: Ballast.

Innflytelsen av propellens hastighet En endring av propellhastighet og/eller pitch vil ha en direkte effekt på den effektive vannhastighet over roret. Økt vannhastighet gir økt rorkraft. Ved lave hastigheter vil en «propellkick» øke rorkreftene vesentlig. Ved en svingemanøver med en gradvis reduksjon av propellhastighet/pitch kan dette medføre en blokkering av vannstrøm inn på roret og dermed en vesentlig reduksjon av rorkreftene. Dette kan medføre tap av styring. «Kick» effekten kan best illustreres ved å studere en akselerert sving for et skip med initiell hastighet lik 0 (fig. 1.18). Som en ser vil både forflytning og vandring bli mye mindre enn verdiene en får fra en konvensjonell dreiemanøver (fig. 1.19).

Figur 1.16 20/20 grader zig-zag prøve. Heltrukken linje: Lastet, Stiplet linje: Ballast.

Lastet kondisjon: Begynnelseshastighet

14.7 knop

Ballast kondisjon: Begynnelseshastighet

15.8 knop

OBS! Spesialmanøvre brukt i forbindelse med søk og redning, eksempelvis Williamsons Turn, er beskrevet i kap. 8.4 i del-2.

1-8

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper skutesiden, se figur 1.20. Denne endring i strømningen rundt skroget medfører at balansen mellom skrogkrefter og rorkrefter inntrer ved en mindre slippvinkel. Dette gir mindre hastighetstap i sving, og med konstant ROT gir det økt dreiesirkeldiameter. Endring i strømningsbildet fører også til at pivotpunktet flyttes mot skipets tyngdepunkt. Skipets hydrodynamiske masse øker sterkt på grunt vann. Dette medfører at skipet blir tregere. Fullskala forsøk med supertankeren Esso Osaka illustrerer denne effekten (fig. 1.20).

Figur 1.18 Akselerert sving, initial hastighet lik 0 Rorvinkel babord 35 grader.

Figur 1.19 Konvensjonell dreiesirkel, konstant hastighet. Rorvinkel babord 35 grader.

Husk! Svingesirkelen vil kunne bli vesentlig påvirket hvis skipet har en liten slagside. Styrbord slagside vil normalt bidra til babord svingemoment. Figuren 1.20 Generelt vil et fartøy trenge mer svingerom når vanndybden reduseres.

Innflytelsen av gruntvannseffekten Gruntvannseffekten er den effekten som redusert bunnklaring har på fartøyets manøveregenskaper. Fenomenet blir forklart nærmere i kap. 2, men generelt vil en reduksjon av vanndybden influere på manøverkarakteristikken når forholdet mellom vanndybden og dypgående blir mindre enn 2.5. Når forholdet blir mindre enn 1.5 vil dreiesirkelen øke vesentlig, fartøyets respons på rorendringer vil også bli langsommere. Årsakssammenhengen kan oppsummeres i: Strømningen rundt skroget endres når bunnklaringen reduseres. Tilbakestrømningen av vannmassene blir presset opp langs

Fartøyets dynamiske stabilitet endres også med vanndybden. Dette kan medføre en redusert vandring ved «intermediate» vanndybder i forhold til dypt vann. Skipets hastighet: Hastighetstapet i en dreiesirkel vil minke når vanndybden reduseres. Fra Esso Osaka forsøkene målte man følgende hastighetstap etter 180 graders kursendring (tab. 1.3) (middelverdier fra babord og styrbord manøver).

1-9

Del I – Utrustning og manøvrering

Skipets manøveregenskaper

Tabell 1.3 Hastighetstap for Esso Osaka ved forskjellige vanndybder.

Vanndybde/ Dypgående (H/T)

Hastighetstap ved 180° kursendring

4.2

57%

1.5

48%

1.2

40%

Kommentarer til tabell 1.3: Dette illustrerer årsaken til at dreiesirkelen øker. En har balanse mellom de ulike svingekreftene ved en mindre slippvinkel på grunt vann enn på dypt vann. Dette medfører mindre hydrodynamisk skrogmotstand og dermed mindre hastighetstap. Respons på ror: I tabell 1.4 sammenliknes «first overshoot angle» for en 20/20 grader zig-zag prøve for Esso Osaka. Variasjonen illustrerer det faktum at for et deplasementfartøy er retningsstabiliteten influert av vanndybde.

Figur 1.21 Skipets stoppekarakterestikk vil være påvirket av vanndybden.

Tabell 1.4 Retningsstabilitetens influens av vanndybde på Esso Osaka.

Vanndybde/ Dypgående (H/T) 4.2 1.5

First overshoot angle 20/20 grader zig-zag t9.5t 11.2

1.2

7.8

I figur 1.21 er det vist hvordan skipets stoppeegenskaper også blir påvirket av vanndybden. Eksempelet i figuren er basert på en VLCC med utgangshastighet på 3.8 knop, og hvor roret legges hardt styrbord når det beordres fullt akterover i maskinen. Hvis man forsøkte å holde kursen konstant, ville stoppedistanse øke betraktelig på grunt vann. Oppsummering − Skipets manøveregenskaper kan beskrives ved hjelp av resultatene fra definerte standardmanøvre. − Et fartøys manøveregenskaper påvirkes av lastekondisjon og farvann. − Lange slanke skip med lav blokkoeffisient er svært retningsstabile, mens skip med høy blokkoeffisient kan være retningsustabile (fig. 1.22).

Figur 1.22 Skip med forskjellig retningsstabilitet. Øverst et retningsstabilt skip, under et skip med svært høy blokkoeffisient og dårlig retningsstabilitet.

1 - 10

itime

for mar

Navig

for maritime studier 5. utgave

for mar

itime st

udier

asjon 4. utga

Norvald Kjerstad

utg

av e og me d lø sn øv ing ing sfo so rsla ppg av g er

Norva

ld Kjer

stad re r fle ple ed em e m eks g av r, la utg ave fors s pg op ning s lø øv og Ny

s ing

ISBN 978-82-450-3534-6

Fremføring av skip med navigasjonskontroll for maritime studier 5. utgave Norvald Kjerstad

n, de r ko ve ar a ol pg . P op ag ht gs rsl i h in fo rt øv gs te e in da ﬂer øsn l pp O ed og m

5. utgave

Fremføring av skip med navigasjonskontroll for maritime studier

ve 6. utga Ny

Norvald Kjerstad

stad KE ld Kjer KUSTIS E OG A ONISK SYSTEMER R T K E L S E ASJON NAVIG studier

Norva

Fremføring av skip med navigasjonskontroll

, en od er rk v la ga Po opp g ht. gs rsla i h in fo rt øv gs te in da ﬂere sn lø pp O ed og m