Ship Stability Concept – Stable Equilibrium, Neutral Equilibrium and Unstable Equilibrium


Ship Stability Concept – Stable Equilibrium, Neutral Equilibrium and Unstable Equilibrium

K.Kurojjanawong

Stability ของเรือ มี 4 ค่าที่สำคัญ คือ GM, KG, BM และ KB

G = Centre of Gravity

B = Centre of Buoyancy

K = Keel (ท้องเรือ)

M = Initial Metacentre คือ จุดตัดระหว่าง Centre of Buoyancy (COB) ตัวใหม่ (B1) ลากแนวดิ่งขึ้นไปตัดเส้นที่ลางจาก B ผ่าน G

GM = Metacentric Height (เป็นบวกเมื่อ M สูงกว่า G)

KG = Vertical Centre of Gravity (VCG)

KB = Vertical Centre of Buoyancy (VCB)

BM = Water Plane Moment of Inertia / Volume of Displacement (I / V)

งั้นจะได้ สมการง่ายๆ คือ

KM = KG + GM = KB + BM

ถ้าเรือลอยอยู่นิ่งๆ K, B, G and M มันก็จะอยุ่ในแนวเดียวกันคือ แนวดิ่ง

ถ้าทำให้เรือมันโคลงในแนวขวางกับเรือ เป็นมุม Zeta ตามรูป ถ้าเรือโคลงจากแรงภายนอก เช่น คลื่น หรือ ลม เราจะเรียก มุม Zeta ที่เกิดขึ้นนั้นว่า Heel Angle แต่ถ้าเรือมันโคลงจากสิ่งที่อยู่ภายในตัวมันเอง เช่น ย้ายของบนเรือไปมา จะเรียก มุม Zeta ที่เกิดขึ้นนั้นว่า List Angle ในงานของเราๆ สนใจแต่แรงภายนอก แรงภายในเป็นเรื่องของ NA งั้นเราก็จะเห็นแต่คำว่า Heel Angle

ถ้าทำให้เรือมันโคลงในแนวยาวกับเรือ มันจะเรียก Zeta นั้นว่า Trim Angle

งั้นจะเห็นว่าเมื่อเรือมันโคลงไป มันจะเกิด internal moment ขึ้นภายในตัวมันเพื่อกลับเข้าสูงตำแหน่งสมดุล เรียกว่า

Moment of Statical Stability = W*GZ = W*GM*Sin Zeta When, GM > 0 ณ ตำแหน่งนี้เราเรียกว่า Stable Equilibrium คือ เรือสามารถจะกลับสู่ตำแหน่งเดิมเสมอ ถ้าไม่มีแรงภายนอกมากระทำเพิ่มเติม

Moment of Capsizing = W*GZ = W*GM*Sin Zeta When, GM < 0 ณ ตำแหน่งนี้เราเรียกว่า Unstable Equilibrium คือมี Negative GM และ Moment ทำให้ช่วยผลักให้มันพลิกคว่ำ ที่เห็นได้ชัดก็คือที่มุม Zeta ต่ำๆ คือเริ่มเอียง จุด B1 จะวิ่งออกไปไม่ไกลทำให้ M มันตัดอยู่ใต้ G ทำให้เกิดสภาวะที่ GM < 0 ซึ่งเป็นสภาวะที่ไม่สมดุล คือถ้าเราไปผลักมันนิดหนึ่งให้เอียง มันจะเกิด Capsizing moment ทันที เมื่อเราเอาแรงออกแทนที่มันจะหยุดกลับที่เดิม แต่ไม่ เรือมันจะเอียงไปเรื่อยๆ จน B1 มันไปอยู่ใต้ G ในแนวดิ่ง ซึ่งก็คือ GZ เป็น ศูนย์ และ G กับ M เป็นจุดเดียวกัน งั้น Moment of capsizing มันก็จะหมดไป

ไอ้มุม Zeta ที่ GM มันเป็น ศูนย์ มีชื่อเรียกว่า Loll Angle ที่ตำแหน่งนี้เราเรียกว่า Neutral Equilibrium ซึ่งเป็นจุดสมดุลใหม่ของเรือ ถ้าเราไม่ไปทำอะไรเลย ไม่มีแรงด้านข้างไปทำให้มันเอียงเพิ่มเติม เรือจะลอยอยู่กับที่ และเคลื่อนตัวขึ้นลงแนวดิ่งเท่านั้น

ถ้าเราผลักมันเลย Neutral Equilibrium (Loll Angle=0) ไป มันก็จะเข้าสู่ ตำแหน่งที่เรียกว่า Stable Equilibrium ที่บอกข้างบน พอเอาแรงออกมันก็จะมี Moment มาพลิกให้เรือวิ่งกลับมาที่ Neutral Equilibrium งั้นมันก็จะสั่นไปมาอยู่รอบ Loll Angle นั่นล่ะ

หลักการพวกนี้ใช้ได้เฉพาะใน มุมเอียงน้อยๆ เท่านั้นนะครับ ถ้ามันเอียงไปมาก COB จะไม่จำเป็นต้องผ่านจุด M อีกต่อไป ซึ่งก็จะใช้หลักการ หรือ สมการข้างบนไม่ได้

เอาแบบสั้นๆ แค่นี้ก่อน แล้วจะมาต่อเรื่องอื่น เช่น พวก Hydrostatic curve หรือ Stability Cross Curve ที่มันติดมากับเอกสารของเรือแต่ละลำว่า มันมีความหมายยังไง

ปล. เรื่องพวกนี้เป็นเรืองของ NA เราไม่จำเป็นต้องรู้ละเอียดก็ได้ ถ้าไม่ต้องการจะไปแย่งงานเค้าทำ รู้แค่คร่าวๆ จะได้รู้ว่าจะเช็คงานเค้ายังไง เวลาที่ได้ข้อมูลมาแล้วมันประหลาดๆ

Ref.

1) B.Barras an D.R.Derrett, “ Ship Stability for Masters and Mates”, 7th Ed.

2) Kemp and Young, “Ship Stability Notes and Examples”, 3rd Ed.

Ship Stability Concept.png

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s