Väitös konetekniikan alalta, DI Riikka Matala

Laivan rännivastuksen simulointi jäämallikokeilla 

Talvimerenkulku mahdollistaa ihmisten liikkumisen ja elämälle tärkeiden tarvikkeiden ympärivuotiset toimitusketjut jäätyvien merialueiden läheisyydessä. Yhteiskunnan huoltovarmuus on riippuvainen talvimerenkulusta. Itämeren pohjoisosissa talvimerenkulku perustuu jäänmurtajien avustuksella operoivaan jäävahvistettuun kauppalaivastoon. Suomen ja Ruotsin viranomaiset säätelevät jäänmurtaja-avustusta perustuen laivojen jääluokkiin sekä vallitsevaan jäätilanteeseen. Jääluokka asettaa mm. vaatimuksia laivan jääsuorituskyvylle jäärännissä. 

Paras menetelmä laivan jääsuorituskyvyn määrittämiseksi ennen laivan rakentamista on jäämallikokeet. Ensimmäiset jäämallikokeet tehtiin 50-luvulla, ja metodiikka on varsin vakiintunut. Nykyaikaisten kauppalaivaivojen suunnittelussa pyritään mahdollisimman pieniin ympäristövaikutuksiin koko operointiprofiilin osalta, jolloin keula tyypillisesti optimoidaan pieneen vastukseen sulassa vedessä. Lisäksi tyypillinen jääolosuhde kauppalaivalle on jäänmurtajan avaama jääränni eikä tasainen jää. Tällaisessa tilanteessa prosessit ja voimat, jotka muodostavat laivan vastuksen eroavat merkittävästi prosesseista ja voimista, jotka on huomioitu jäämallikoetekniikkaa kehitettäessä. 

Aalto-yliopiston väitöstutkimus nostaa esille, että mallikokeen toimivuus voidaan taata vain, jos varmistutaan että tutkittavassa ilmiössä keskeiset prosessit mallintuvat oikein. Siksi on tärkeää arvioida, onko käytössä oleva menetelmä käyttökelpoinen nykytilanteessa kauppalaivoille jäärännissä.

 Väitöskirja analysoi laivan rännivastusta tutkimalla rännimassan ominaisuuksia ja laivan vastusta malli- ja täysmittakaavassa. Työ erottelee mitkä jäänominaisuudet keskeisesti vaikuttavat laivan rännivastukseen. Perustuen kokeelliseen tutkimukseen ja tulosten analyysiin työ ehdottaa koemenetelmää, joka mallintaa aikaisempaa paremmin jääkappaleiden välisen vuorovaikutuksen. Tällä muutoksella työ tavoittelee toistettavaa koemenetelmää, joka pystyy paremmin ennustamaan laivan rännivastuksen tasapuolisesti kaikille runkomuodoille. 

Laivan suorituskyky on keskeinen tekijä talvimerenkulkujärjestelmässä, ja järjestelmän kontrollointi ja suunnittelu perustuu oletukseen tietyn jääluokan laivojen tietystä jääsuorituskyvystä. Aikaisempaa tarkemmat jääsuorituskykyennusteet auttavat siten järjestelmän ylläpitäjiä ohjaamaan ja kehittämään järjestelmää siten, että talvimerenkulkujärjestelmä on optimaalinen ja ympäristöystävällinen.

Vastaväittäjä: Professori Knut Vilhelm Høyland, NTNU, Norja

Valvoja: Senior Advisor Pentti Kujala, Aalto-yliopisto, Insinööritieteiden korkeakoulu, konetekniikan laitos

Väittelijän yhteystiedot: Riikka Matala, [email protected]

Väitöstilaisuus järjestetään kampuksella (sali 215, Otakaari 4)

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja