1.1 Uvodna razmatranja o upravljivosti broda

1.1.1 Što je to upravljivost broda?

Pojam “upravljivost” broda obuhvaća više različitih gledišta na svojstva upravljanja brodskom putanjom, brzinom i orjentacijom na otvorenom moru kao i na ograničenim plovnim putevima pod različitim uvjetima akvatorija.

Upravljivost razmatra niz međusobno ovisnih svojstva; pokretanja, ubrzavanja, usporavanja, zaustavljanja, sporog napredovanja, vožnje krmom, držanja kursa, promjene kursa, zaokreta, prekida kruženja, u nekim slučajevima i pozicioniranja i držanja zadane pozicije, a kod podmornica i uranjanja i izranjanja. U svojstvo upravljivosti često se uključuju i razmatranje vidljivosti akvatorija s mosta.

Pojedina svojstva upravljivosti treba razmatrati i u otežanim uvjetima akvatorija (vjetar, morska struja, valovi, plitka voda, plovidba kanalom i sl.)

Neka od ovih navedenih svojstava, nadalje, treba razmatrati i u specifičnim uvjetima oštećenog broda, pogotovo u slučaju kvara na kormilarskom uređaju ili ispada pogonskog stroja. (Mogućnost zaustavljanja broda bez pogonskog stroja, na primjer, je očito vrlo važno svojstvo upravljivosti broda).

1.1.2 Što je to dobro upravljiv brod?

Svojstva upravljivosti broda, očito, ovise o glavnim dimenzijama i obliku trupa broda, rješenju pramca i krme broda te izdanaka i privjesaka trupa. Jasno je, isto tako, da će upravljivost ovisiti i značajkama kormilarsko-propulzijskog sustava broda primjenom kojeg se postiže željeni manevar broda.

Međutim, dizajn luke u koje brod pristaje, smještaj opreme za navigaciju, uređðenje plovnih kanala, utjecaji blizine obale i plitkih voda, utjecaj morskih struja i vjetra, te meðđusoban utjecaj s drugim brodovima u prometu, sve to utječe na trenutni stupanj upravljivosti broda.

Zapovjednik, peljar, kormilar i strojar daju, dodatno, vrlo važnu ljudsku dimenziju odzivu broda u manevru.

Prema tome, za svaki brod bi se moglo reći da posjeduje:

·       urođena svojstva upravljivosti, koja ovise o izvedbi i stanju trupa i kormilarsko-propulzijskijskog sustava broda,

·       upravljivost u eksploataciji, koja ovisi o svojstvima rute plovidbe, prirodnih prolaza i kanala, luka u koje brod pristaje, i sl.,

·       upravljivost u kriznim situacijama (izbjegavanje sudara, kvar na propulzijsko-kormilarskom sustavu, čovjek u moru, ekstremno teški uvjeti akvatorija, tegljenje i sl.) u kojima ishod često ovisi i o različitim vanjskim neočekivanim faktorima, odlukama zapovjednika broda i stroja te uvježbanosti posade. 

Dobro upravljiv brod treba imati takva “dovoljno dobra” svojstva upravljivosti, koja osiguravaju “potrebna” svojstva upravljivosti i u uvjetima eksploatacije i krizne situacije. 

Na žalost, termine “dovoljno dobra” i “potrebna svojstva” vrlo je teško izraziti u kvantitivnim vrijednostima.

Neke međunarodne organizacije (o čemu će kasnije biti više govora), s ciljem zaštite ljudskog života na moru, zaštite mora od zagađivanja, i , dakako, smanjenja troškova zbog brojnih nesreća na moru od kojih je dobar dio u uskoj vezi s upravljivosti, uvele su određene kriterije za ocjenu i procjenu svojstava upravljivosti broda.

U nedostatku boljeg odgovora, na postavljeno pitanje može se dati formalni odgovor da dobro upravljiv brod zadovoljava sve međunarodne kriterije za procjenu njegove upravljivosti.

Svi ti kriteriji odnose se na urođena svojstva upravljivosti broda koja se više-manje mogu kvantitativno izraziti skupom parametara koji opisuju odziv broda u standardiziranim pokusima upravljivosti broda na mirnoj vodi, bez vjetra i u neograničenom akvatoriju (npr. promjer kruga okretanja, vrijeme i prevaljeni put kod zaustavljanja, odstupanja kod plovidbe u ravnom kursu i sl.). 

1.1.3 Kako projektirati brod dobre upravljivosti?

Tri osnovna pravila:

1. Poštivati ulogu upravljivosti u projektnoj spirali, dakle:

·       s procjenama i ocjenama svojstava upravljivosti projekta treba početi što ranije (bez obzira što će u najranijim fazama to biti tek grube procjene)

·       upravljivost treba provjeravati u svim fazama projekta, od ideje do pokusne plovidbe broda

2. Temeljito razmotriti transportni zadatak broda te uočiti projektne varijable koje bitno utječu na izvršenje tog zadatka. 

3. Pravovremeno pokrenuti detaljnu analizu upravljivosti projekta, korištenjem stručnih suradnika i (poželjno) modelskih ispitivanja. 

Brodske forme i uvjeti eksploatacije broda su se u zadnja dva-tri desetljeća doživjeli vrlo velike promjene, koje su dovele do toga da se više pažnje mora posvetiti postizanju odgovarajuće upravljivosti novoga broda. International Maritime Organization (IMO) prepoznao je problem i sastavio upute za razvoj kvantitativnih standarda performansi upravljivosti. IMO Resolution A601 preporuèio je da se upravljivost predvidi prije konstruiranja, a provjeri nakon.

Slijedeći primjer pokazuje praktičnu važnost analize upravljivosti i posebno potrebu za njenim ranim razmatranjem u fazi projektiranja sa primjenom odgovarajućih alata za analizu i kompromis s ostalim projektnim zahtjevima:

Sagraðena je serija relativno brzih jednovijčanih brodova za prijevoz opasnih tereta. Zbog uočenih problema s vibracijama na jednom prethodno analiziranom brzom jednovijčanom brodu za prijevoz kontejnera, izabrana je konfiguracija s otvorenom krmom. U toj fazi projektiranja bilo je nekih rasprava o utjecaju otvorene krme na upravljivost, osobito na dinamičku stabilnost (kursa) broda, ali nisu predviđeni nikakvi planovi za procjenu upravljivosti u toj ranoj fazi projektiranja. Prije potpisivanja ugovora o gradnji broda provedeni sa su samo modelska ispitivanja propulzije koja su potvrdili prikladnost projekta sa stanovišta brzine i vibracija. Kasnija modelska ispitivanja upravljivosti pokazala su da će brodovi biti vrlo nestabilni. Kad su brodovi izgrađeni i pušteni u promet, nakrcani brodovi su povremeno, bez pravilnosti i upozorenja, činili okret za 360 stupnja. Ovakvo ponašanje izazvalo je zabrinutost za sigurnost posade i akvatorija i što je dovelo do toga daje brodovima zabran ulaz u neke luke.

Očito je da je u ovom primjeru upravljivosti broda trebalo posvetiti jednako pažnje kao i vibracijama krme broda. Projektant i vlasnik su već u najranijoj fazi trebali trebali naći odgovarajući kompromis izmeðđu karakteristika vibracija i upravljivosti projekta.

Budući da je projektiranje odgovarajuće upravljivosti samo jedan od mnogih zadataka s kojim se inženjeri brodogradnje i projektanti suočavaju, često su potrebni kompromisi s tradicionalno “važnijim” brodskim karakteristikama.

Nekad se rješenje postiže već samim usporedbama sa projektnim karakteristikama sličnih uspješnih plovila.

U drugim slučajevima, međutim, bez detaljnijih analiza upravljivosti, a ponekad i modelskih ispitivanja, nije moguće ostvariti uspješan projekt.

1.1.4 Klasifikacija osnovnih svojstava upravljivosti broda

Upravljivost je ranije definirana kao sposobnost kontrole gibanja broda pomoću njegovih sredstava upravljanja (kormilarsko-propulzijskih uređđaja). Određđeni podskup tih svojstava, koji se odnose na svojstva broda bez uzimanja u obzir ograničenja ljudskog faktora kod kormilarenja, te ostalih ograničenja plovnog puta, naziva se urođđenim svojstvima upravljivosti

U većini slučajeva će peljar (pilot) iskoristiti manje nego što brod sam po sebi ima. Čovjek dopušta kašnjenja u primjeni sredstava upravljanja, raznoliko ovisno o uvjetima okoline i subjektivne procjene što dovodi do većih odstupanja od idealne putanje koju bi brod sam po sebi mogao ostvariti. Kao rezultat tih “dopuštanja” može se reći da brod ima manju upravljivost kad se njime (ručno i/ili elektronički) upravlja. Razlika se naziva dodatkom zbog kormilarenja (engl.: piloting margin).

Zadatak projektanta, dakle, je da osigura dovoljna urodđena svojstva upravljivosti koja će osigurati dobra svojstva upravljivosti i u realnim uvjetima korištenja upravljanog broda.

Pri projektiranju većine klasičnih trgovačkih broda najčešće se razmatraju samo osnovna urođena svojstva upravljivosti broda.

Osnovna svojstva upravljivosti sačinjavaju slijedeće tri grupe:

a)               Dinamička stabilnost. Svojstva održavanje ravnog kursa sa željom da brod može održavati kurs bez obzira na utjecaje okoline.

b)               Okretljivost. Kontrolirana promjena smjera gibanja (okret ili manja promjena kursa) sa željom jednostavnog i točnog postizanja krajnjeg kursa plovidbe u što kraćem vremenu i što manjem prostoru akvatorija.

c)               Zaustavljivost Kontrolirano zaustavljanje broda sa željom da to bude jednostavno, brzo i na prihvatljivom putu i to bez (većeg) gubitka kontrole smjera gibanja.

Dinamička stabilnost i okretljivost su svojstva koja naročito ovise o geometriji trupa i trimu broda. Kod konvencionalnih brodova sposobnost održavanja kursa i okretljivost su načešće meðđusobno suprotstavljena svojstva broda. Jako okretljivi brodovi često teško održavaju ravni kurs plovidbe, a brodovi koji lako drže kurs mogu imati problema pri promjeni kursa i okretanju. Na sreću, kompromis je u većini slučajeva moguć.

1.1.5 Upravljivost u projektnoj spirali

Sve do nedavno analize upravljivosti su izvođđene kasno u procesu projektiranja, samo kako bi se provjerila konačna prihvatljivost. Kao što je ranije raspravljeno, važno je shvatiti nužnost uključivanja upravljivosti u najranim fazama projektiranja.

Izabrana forma trupa, glavne dimenzije i karakteristike trupa, tip i veličina kormila te rješenje propulzijskog sustava direktno određuju i glavninu svojstva upravljivosti broda. Iako su neke modifikacije moguće i kasnije, a ponekad do njih i dolazi tijekom detaljnijeg razrade projekta i izgradnje broda, one su obično vrlo male i ne previše bitne za upravljivost projektiranog broda. Naravno, upravljivost je samo jedan od mnogih projektnih zahtjeva i može se očekivati da će se do najboljeg rješenja doći postupno kompromisom s ostalim projektnim zahtjevima.

Dakle, upravljivost treba biti jedna od ravnopravnih točaka u projektnoj spirali koja predviđa odgovarajuće analize na samom početku, tijekom svake faze procesa projektiranja broda, sve do pokusne plovidbe i isporuke broda. Tipičan primjer prikazan je u tablici 1.1.

sl.1.1 Upravljivost u projektnoj spirali

Tablica 1.1

1.1.6 Projektne varijable

U tablici 1.2 su navedene mnoge projektne varijable koje imaju utjecaj na upravljivost broda.

Najveću pažnju treba posvetiti:

·       glavnim izmjerama i obliku forme trupa,

·       izboru (tipa, i veličine) kormila,

·       razmještaju sustava trup-vijak-kormilo.

Ponekad se, radi osiguravanja dobre upravljivosti u lukama i skučenim akvatorijima, treba razmotriri i

·       prednosti dvovijčanog pogona broda

·       primjena poprečnih propulzora

·       primjena azimutskih (okretnih) pomoćnih propulzora

Položaj mosta utječe na vidljivost akvatorija i može takođðer imati važnu ulogu u efektivnosti upravljanja brodom.

1.1.7 Projektni alati

U najranijim fazama projektiranja koriste se iskustvena pravila (vidi tablicu 1.2).

Svaki projekt ima svoje osobite probleme o kojima će ovisiti da li će se u detaljniju analizu upravljivosti ući u ranijim ili nešto kasnijim fazama projekta. Strategija projektiranja upravljivosti ovisi o nizu faktora: od tipa broda, njegove veličine, odstupanja od uobičajenih izmjera i/ili oblika trupa, primjene novih formi, tipu tereta, trgovačkom putu ili zadatku, luci, načinima rada posade i raznim drugim mogućim kriterijima.

Tablica 1.3 daje popis alata za analize upravljivosti pri projektiranju broda s fazama projekta u kojima se pojedini alat koristi.

Modelska ispitivanja za prognoze upravljivosti još uvijek se pokušavaju, kad je to moguće i prihvatljivo, zamijeniti detaljnim simulacijama na računalu, budući da su prilično skupa (reda veličine 100 000 USD) i dugotrajna (3-4 mjeseca).

Ako se projektiranje bazira na prototipu s poznatim karakteristikama upravljivosti, projektant će iskoristiti poznata svojstva upravljivosti te serije. Na te karakteristike će utjecati promjene u geometriji trupa, kontrolnim površinama, tipu propulzije i razmještaju broda. Iako i umjerene promjene u projektu mogu imati veliki utjecaj na upravljivost broda, komparativan pristup (tj. procjena promjene svojstva) u kombinaciji s detaljnim numeričkom analizom daje pouzdanije rezultate od čiste prognoze po teorijsko-statističkim formulama (apsolutnih vrijednosti pojedinog svojstva).

Tablica 1.2

Tablica 1.3