Ising og virkning på trim og stabilitet

Dette kapittelet er anvendt stabilitet: vi tar alt du har lært om tyngdepunkt G, metasenterhøyde GM og GZ-kurven, og ser hva som skjer når naturen selv laster skipet — med is, høyt oppe, der det gjør mest skade.

Kjernen er enkel og verdt å ha klar før du leser videre: ising legger vekt høyt oppe. Når vekt legges over G, flytter G seg oppover. Husker du fra stabilitetskapitlene at

så ser du straks problemet: KM (avstanden fra kjølen til metasenteret) er gitt av skrogformen, men KG vokser når is hoper seg opp i mast, rigg og på dekk. Større KG → mindre GM → slappere skip, mindre rettende moment, smalere stabilitetsområde. Det er hele kapittelet i én setning.

Ising (icing) er oppbygging av is på et fartøys øvre strukturer. I arktiske farvann kan den danne seg fra:

• snøfall (snowfall),
• sludd (sleet),
• snøstorm (blizzard),
• frostrøyk / underkjølt tåke (freezing fog), og
• sjøsprøyt (sea-spray) i temperaturer under null.

I Arktis kan lufttemperaturen være så lav som −40 °C i havn og −30 °C til havs. Sjøsprøyt som blåser over et kaldt dekk fryser nesten i det den lander — derfor er det spruten, ikke bare snøen, som bygger de tunge islagene.

Boka lister opp en lang rekke ising­tillegg (icing allowances) — følger en navigatør må ta høyde for. Det ser ut som en huskeliste, men hvert punkt har en fysisk årsak. Grupper dem, så blir de lette å huske.

Følger for stabilitet og oppdrift

• G stiger (rise in G) — vekt høyt oppe.
• Tap av tverrskips stabilitet (loss of transverse stability) — mindre GM.
• Vektøkning (increase in weight) — selve isen.
• Økt dypgang (increased draft) på grunn av den økte vekten.
• Tap av fribord (loss of freeboard) på grunn av den økte vekten.
• Mindre kjølklaring (decrease in underkeel clearance).

Følger for skrog og materiale

• Sammentrekning av stål (contraction of steel) på grunn av kulden.
• Økt sprøhet i stålkonstruksjoner (increased brittleness) — kaldt stål blir skjørt.

Følger for trim, slagside og manøvrering

• Usymmetrisk isdannelse (non-symmetrical formation of ice).
• Slagside (angle of list).
• Slagside ved labil likevekt (angle of loll).
• Trimendring (change of trim).
• Svekket manøvreringsevne (impairment of manoeuvrability).
• Redusert fart forover (reduction in forward speed).
• Økt vindfangareal (increase in windage area) på skipssiden.

Sjelden legger isen seg jevnt. Vinden blåser sjøsprøyt mot én side av skipet, så den siden iser mer enn den andre. Isen blir usymmetrisk (non-symmetrical) — og da flyttes tyngdepunktet G ikke bare oppover, men også til siden.

I tillegg endrer isen trimmen (change of trim): legger isen seg tyngst forut (på bakken, ankerspill, brofront), trimmer skipet på hodet (by the head). Mer is forut betyr også mer vindfangareal der framme og dårligere evne til å holde kurs — derav «svekket manøvrering» og «redusert fart» på lista.

Den beste måten å se hele effekten på, er den statiske stabilitetskurven (statical stability curve / GZ-kurve), som du kjenner fra stabilitetskapitlene. Den viser den rettende armen GZ for hver krengevinkel. Når is danner seg, endrer kurven seg på fire målbare måter:

• Lavere verdier for de rettende armene GZ (decreased GZ righting levers).
• GM_T minker i verdi (start­hellingen på kurven blir slakkere).
• GZ_max minker (kurvens topp blir lavere).
• Stabilitetsområdet minker (range of stability — vinkelintervallet der GZ er positiv blir smalere).

Og verre: er det vind på den siden som har minst is, presses GZ-verdiene og stabilitetsområdet ned enda mer. Vinden gir et krengende moment (wind levers) som trekkes fra de rettende armene.

Fordi faren er så reell, finnes det både krav om hva som skal holdes isfritt, anbefalte fjerningsmetoder og klasseregler for hvordan skip i arktisk fart skal bygges.

IMO: dette skal holdes isfritt

IMO anbefaler at følgende strukturer og utstyr på slike fartøy holdes fri for is:

• antenner (aerials),
• gang- og navigasjonslys (running and navigational lights),
• lensehull og spygatt (freeing ports and scuppers),
• redningsfarkoster (lifesaving craft),
• barduner, vant, master og rigg (stays, shrouds, masts and rigging),
• dører i overbygg og dekkshus (doors of superstructures and deckhouses),
• ankerspill og klysshull (windlass and hawse holes).

Slik fjernes isen

Is på de øvre delene av fartøyet må fjernes så raskt som mulig, med:

• kaldt vann under trykk (cold water pressure),
• varmt vann og damp (hot water and steam),
• mekanisk hugging — isøkser, hakker, ispigger, metallskraper, treklubber og metallspader,
• oppvarming av de øvre strukturene (likt radiator/sentralvarme i et hus).

Svar først, sjekk etterpå. Spørsmålene er blandet på tvers av seksjonene med vilje — å kjenne igjen hvilken mekanisme en situasjon krever, er halve faget. Vurder hvor sikker du er; der sikkerhet og fasit spriker, finner du de virkelige hullene dine.

Fra «Exercise 26» i boka. Prøv hver oppgave helt ferdig på papir før du åpner løsningen — det er der læringen sitter.

Glemselskurven er bratt i starten og flater ut hver gang du repeterer. Å repetere med økende mellomrom — tett først, så glissent — fester stoffet for langt mindre total tid enn å lese om igjen. Det viktigste er at du sprer øktene; det eksakte intervallet er bare en tommelfingerregel. Datoene under regnes fra første gang du åpnet guiden.

Tips: start hver økt med å skissere GZ-kurven «med is» fra hukommelsen og ramse opp ising­tilleggene. Les bare om igjen det du bommer på. Har du eksamen snart, komprimer intervallene heller enn å droppe spredningen helt.

Ordliste

Ising (icing)

Oppbygging av is på fartøyets øvre strukturer fra snø, sludd, frostrøyk og sjøsprøyt i kulde.

Ising­tillegg (icing allowance)

Følgene en navigatør må ta høyde for ved ising — fra høyere G og mindre GM til slagside, trim og redusert fart.

Sjøsprøyt (sea-spray)

Saltvanns­dråper som blåser opp på fartøyet og fryser på kalde flater; en hovedkilde til tunge islag.

Tyngdepunkt (centre of gravity, G)

Punktet hele vekten kan tenkes å virke gjennom; stiger når is legges høyt oppe.

Metasenterhøyde (metacentric height, GM)

Avstanden KM − KG; et mål på begynnende stabilitet. Minker når KG øker ved ising.

Statisk stabilitetskurve (statical stability curve / GZ-kurve)

Kurve over rettende arm GZ mot krengevinkel; trykkes ned av ising og vind.

Stabilitetsområde (range of stability)

Vinkelintervallet der GZ er positiv; blir smalere ved ising.

Slagside (angle of list)

Skjevstilling fordi G er forskjøvet ut av senterlinjen (f.eks. usymmetrisk is); skipet er fortsatt stabilt.

Slagside ved labil likevekt (angle of loll)

Skjevstilling fordi GM er blitt negativ (G over M); skipet er ustabilt opprett — langt farligere enn list.

Trim (change of trim)

Forskjell i dypgang forut og akter; endres når is legger seg ujevnt langskips.

Fribord (freeboard)

Høyden fra vannlinjen til dekket; minker når isvekt presser skipet dypere.

Kjølklaring (underkeel clearance)

Avstanden fra kjølen til sjøbunnen; minker med økt dypgang.

Vindfangareal (windage area)

Sideflaten vinden tar tak i; øker når is bygger seg opp på skipssiden og overbygg.

Kilder og videre lesing

• Barrass, C. B. & Derrett, D. R. (2006). Ship Stability for Masters and Mates, 6. utg. (Consolidated 2006). Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-6784-5 — Kapittel 26: «Icing allowances plus effects on trim and stability» (s. 239–242), inkl. figurene 26.1–26.3 og Exercise 26. Hovedkilden dette materialet bygger direkte på.
• Samme bok, tidligere kapitler om tyngdepunkt G, metasenterhøyde GM (GM = KM − KG), slagside/loll og statiske stabilitetskurver — der mekanismene dette kapittelet bruker, er utledet.
• IMO, 2008 Intact Stability (IS) Code (Res. MSC.267(85)), Del A kap. 6 «Severe wind and rolling», og Del B kap. 6 om ice accretion — det internasjonale regelverket bak ising­hensynene (f.eks. standardtillegg som 30 kg/m² på utsatte værdekk og 15 kg/m² på projisert sideareal for fartøy i isutsatte områder). Brukt som tillegg til boka; tallene står ikke i kap. 26, men i IS-koden.