Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều cao rơi và góc phóng đến ứng xử của xuồng cứu sinh thả rơi tự do tron

Gần đây, FFLB ngày càng phổ biến do thực tế nhiều sự cố có khả năng đe dọa sự an toàn
đã xảy ra với các hệ thống xuồng cứu sinh thả rơi theo phương pháp thông thường. Hầu
hết sự cố xảy ra trong quá trình hạ thủy và khi xuồng ở độ cao gần mặt nước biển trong
điều kiện sóng to gió lớn. Trong quá trình hạ thủy, xuồng có thể va chạm vào mạn tàu gặp
nạn, dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng, và người trên xuồng có thể rơi khỏi xuồng, gây chấn
thương và thậm chí thiệt mạng. Không thể hạ thủy xuồng nếu tàu mẹ đang nghiêng đáng
kể hoặc nếu dây thả xuồng bị rối. Sau khi hạ thấp xuồng vào nước, nó có thể không thể di
chuyển xa khỏi tàu gặp nạn nếu sóng to gió lớn liên tục đẩy xuồng về phía tàu mẹ hoặc do
sự động cơ không khởi động được. Tình huống càng nguy khốn hơn nếu vùng hoạt động
có nguy cơ cháy nổ.
Nhiều nguy cơ thường xảy ra với xuồng cứu sinh thông thường đã được giảm đáng kể
nhờ FFLB, do FFLB không ở trạng thái là là mặt nước. Các FFLB rơi tự do vào lòng biển
tạo nên động năng. Động năng này đẩy xuồng xa khỏi tàu gặp nạn trong và sau khi xuyên
vào biển FFLB di chuyển xa khỏi khu vực nguy hiểm ngay cả trong trường hợp động cơ
của nó không hoạt động;
Những nghiên cứu về chủ đề rơi tự do đã được nhiều nhà nghiên cứu thực hiện.
Aanesland [1] nghiên cứu chuyển động động lực của ống rơi tự do vào nước bằng cách sử
dụng lý thuyết vật thể mảnh. Chuyển động liên hợp lắc – nhồi của hình trụ, về công thức,
tương ứng với chuyển động nhồi-xiên- lắc của một con tàu trên cơ sở các phương trình
điều khiển có tính đến ảnh hưởng của độ nhớt , được trình bày bởi Newman [2].
Boef [3] đề nghị phương pháp thực nghiệm để mô phỏng sự xuyên vào nước của FFLB.
Các tài liệu về va đập thủy động được tham khảo, các khái niệm về cân bằng động lượng
và lượng nước kèm được khảo sát nhờ phân tích va đập của các khối trụ khác nhau. Mô
hình lý thuyết đối với việc xuyên vào nước của xuồng cứu sinh được xây dựng bằng cách
mở rộng khái niệm về va đập của khối trụ và sự hạ cánh của các thủy phi cơ.
Luo và Davis [4] nghiên cứu chuyển động rơi tự do của các vật thể được thả rơi và va đập
của chúng trên mặt nước. Họ thiết lập công thức trong hệ tọa độ chung, từ đó xác định các
lực cản tiếp tuyến và pháp tuyến trong hệ tọa độ cục bộ.
Colwill và Ahilan [5] đã sử dụng phương pháp tính được xây dựng bởi Luo để phân tích
ứng xử của các vật thể rơi. Lần kiểm tra thực nghiệm đầu tiên của phương pháp số được
thực hiện nhờ sử dụng kết quả thực nghiệm của Aanesland.
Cambell và Claughton [6] đã giới thiệu kết quả thực nghiệm tiến hành cùng với Viện
công nghệ biển Wolfson. Họ đã thực hiện thử nghiệm trong sóng và gió qua hệ thống thả
hai móc, hệ thống thả một móc, hệ thống thả rơi tự do trực tiếp từ độ cao của tàu, và hệ
thống thả rơi từ guốc trượt trên ray. Họ đã thảo luận những trở ngại khi phóng thành công
xuồng cứu sinh từ hướng ngược gió hoặc khi sóng mạn tàu tràn lên thiết bị trong điều
kiện có bão.
Muler và Payer [7] đã nghiên cứu xác định tải và sức bền của FFLB. Phương pháp rất đơn
giản được thực hiện để tính áp suất va đập thủy động phân bổ trên bề mặt xuồng và phân
tích nó bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định gia tốc
ở những vị trí khác nhau cũng được thực hiện.
Nelson và cộng sự [8] giới thiệu mô hình toán để dự đoán ứng xử khi phóng của FFLB
khi xem xuồng là sự lắp ghép của các tấm hình tam giác. Trong nghiên cứu khác, Nelson
đã mô tả việc thực hiện phóng xuồng trên các tàu, tính kinh tế liên quan của hệ thống
phóng tự do so với hạ thủy bằng cẩu và đã lường trước những nguy cơ để đảm bảo an
toàn cho FFLB trong trường hợp khẩn cấp. Những nghiên cứu khác của Nelson đã thảo
luận một cách định lượng ứng xử của FFLB trong đó nhấn mạnh đến ảnh hưởng của sự
thay đổi vị trí trọng tâm xuồng.
Tasaki [9] và cộng sự mô tả phương pháp mô phỏng số về chuyển động rơi của FFLB.
Sau khi thừa nhận phương pháp thực nghiệm, mối quan hệ giữa tư thế và điều kiện phóng
cũng được thảo luận.
Arie [10] và cộng sự lần đầu tiên trình bày mô hình số để mô phỏng chuyển động và ứng
xử của xuồng cứu sinh thực. Ảnh hưởng của gia tốc đến người ngồi trên xuồng cũng được
nghiên cứu. Tuy nhiên họ không tính đến ảnh hưởng của sóng trong mô hình này. Trong
nghiên cứu của Arie, mô hình tương tự được mở rộng để nghiên cứu chuyển động và gia
tốc của FFLB trong sóng điều hòa, ảnh hưởng của chiều cao rơi đến ứng xử của FFLB
cũng được nghiên cứu.
2. BIỂU THỨC TOÁN
2.1 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH PHÓNG CỦA FFLB.
Định dạng FFLB khi bắt đầu phóng được thể hiện trên hình 1. Chiều cao rơi tự do H được
đo từ bề mặt nước đến điểm thấp nhất của thanh trượt. Các nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến
ứng xử phóng của FFLB là sự phân bố khối lượng của xuồng, chiều dài và góc nghiêng
của thanh trượt. Các thông số này ảnh hưởng đến hướng và vận tốc của xuồng ở thời điểm
chạm mặt nước, đến gia tốc tác động lên người ngồi trong xuồng, và đến sự di chuyển của
FFLB ngay sau khi xuyên qua nước.