자유표면효과

Free surface effect
용기의 벽에 부딪히는 액체는 슬러싱을 일으킬 것이다.

자유 표면 효과는 수공이 불안정해지고 전복될 수 있는 메커니즘이다.[1]

그것은 액체의 경향, 즉 씨앗, 자갈 또는 찌그러진 광석과 같은 작은 고체 물체의 결합되지 않은 골재로서 액체에 근접한 행동이 운전자에 의해 유발되는 움직임(또는 파도와 바람에 의한 바다 상태)에 대한 반응으로 우주선의 화물 보유, 갑판 또는 액체 탱크의 자세 변화에 대응하여 움직이는 경향을 가리킨다.함정에 빠짐 자유 표면 효과를 언급할 때, 가득 차지 않은 탱크의 상태를 "슬랙 탱크"라고 설명하고, 반면에 가득 찬 탱크는 "압축"된다.[2]

안정과 평형

정상적으로 적재된 선박에서 수직에서 굴리는 것은 선체에 의해 아래로 이동된 물의 양이 증가함에 따라 발생하는 우회 모멘트로 대응된다. 이는 선박의 무게중심이 비교적 일정하다고 가정한다. 용기 내부의 이동 질량이 롤링 방향으로 이동하는 경우, 이것은 무게중심을 낮은 쪽으로 이동시킴으로써 우회 효과를 상쇄한다. 자유 표면 효과는 대형 부분적으로 가득 찬 화물칸, 연료탱크 또는 물탱크(특히 배의 전체 폭에 걸쳐 있는 경우)가 있는 비행선에서 문제가 될 수 있으며, 또는 전복/롤오프 여객선과 관련된 여러 사고에서 발생한 것과 같은 우발적인 홍수로 인해 문제가 될 수 있다.

구획이나 탱크가 비어 있거나 가득 차 있으면 좌우로 굴러갈 때(강한 바람이나 거센 파도, 날카로운 움직임이나 회전) 공예품의 질량 중심에는 변화가 없다. 그러나 구획이 부분적으로만 차면 구획 내의 액체가 선박의 히브, 피치, 롤링, 서지, 흔들림 또는 요에 반응하게 된다. 예를 들어 선박이 좌현으로 굴러갈 때 액체가 구획의 좌현으로 대체되고, 이렇게 되면 선박의 질량 중심이 좌현으로 이동하게 된다. 이는 선박의 수직 복귀를 늦추는 효과가 있다.

많은 양의 움직이는 액체의 운동량은 상당한 동적 힘을 유발하며, 이는 권선효과에 반하는 작용을 한다. 혈관이 수직으로 돌아오면 롤링이 계속되며 반대쪽에서 효과가 반복된다. 거친 바다에서는 이것이 긍정적인 피드백 루프가 되어 각 롤이 점점 더 극단적으로 되고 결국 우위 효과를 극복하여 전복될 수 있다. 크기가 증가하는 반복적인 진동은 일반적으로 자유 표면 효과와 관련이 있지만, 필요한 조건은 아니다. 예를 들어 SS 노르망디와 MS 알살람 보카치오 98의 경우, 소방에서 나오는 물의 점진적인 증가는 하나의 연속적인 롤에서 캡슐화를 야기했다.

완화

이러한 위험을 완화하기 위해 화물선은 더 적은 수의 대형 화물칸이나 액체탱크를 사용하는 대신 여러 개의 소형 화물칸이나 액체탱크를 사용하며, 화물칸이나 액체탱크 내의 배플을 사용하여 화물선 전체에 대한 자유 표면적 영향을 최소화한다. 개별 벌크 칸이나 액체 탱크를 비교적 비어 있거나 가득 찬 상태로 유지하는 것도 효과와 그에 수반되는 문제를 최소화할 수 있는 또 다른 방법이다. 유압탱커는 물을 사용하여 가벼운 기름을 대체하여 항상 탱크를 가득 채운다.[3] 선박의 중심선을 가로지르지 않는 탱크나 구획은 불안정한 진동에 다소 덜 노출된다. 마찬가지로, 중심선에서 멀리 떨어져 있는 좁은 구획(선미에서 선미 쪽으로 정렬된 활)과 극단의 구획은 불안정성을 유발하는 경향이 적다.

역사적 사례

홍수, 액체 화물 누출 또는 (강수, 파도 또는 선체 손상으로 인한) 모든 격실이나 갑판에서의 의도하지 않은 물, 그리고 그 결과로 발생하는 자유 표면 효과는 종종 사고, 대문자 및 사상자의 원인이 된다(예: TEV Wahine(Wellington, New Zealand, 1968년 4월), 자유 기업의 MS Herald. (Zeebrugge, 벨기에, 1987년 3월), MS 에스토니아 (발틱 해, 1994년 9월) RORO 여객선 알살람 보카치오 98호(2006년 2월, 홍해)의 경우 부적절한 소방 절차로 홍수가 발생해 불안정과 전복으로 직결됐다. 알살람 보카치오 98호, 코스타 콩코르디아호의 경우 모두 배가 심하게 선회한 직후에 심한 상장이 이어져 배의 한쪽에서 다른 쪽으로 (후자의 충돌 피해로 인한) 불안정한 물량이 급증했다.

토지 및 항공기에 미치는 영향

자유 표면 효과는 수공예(가장 흔한 곳), 벌크 화물 또는 액체 유조선 세미트레일러와 트럭(잭나이프팅 또는 전복의 원인), 항공기(특히 배플이 완화되나 효과를 제거하지는 않는 소방용 워터 드로퍼와 급유 탱커)를 포함한 모든 종류의 선박에 영향을 미칠 수 있다. "자유 표면 효과"라는 용어는 중력의 영향을 받는 액체를 의미한다. 슬로시 다이내믹스는 중력이 중요하지 않지만 관성과 모멘텀이 복잡한 유체 역학과 상호작용하여 차량 불안정성을 유발하는 우주 차량과 같은 자유 표면 효과와 상황을 모두 포괄하는 중요한 분야다.

참고 항목

참조

  1. ^ E.Lewis, 편집자, 해군 건축 원리, 2. 1988년 개정판(The Society of Naval Architects and Marine Engineers), 93쪽 페이지
  2. ^ 선박 검사 해상 가이드.
  3. ^ Morrell, Robert W. (1931). Oil Tankers (Second ed.). New York: Simmons-Boardman Publishing Company. pp. 305&306.

외부 링크