Meritekniikan onnistunut yliopistoyhteistyö Suomen ja Viron välillä

Tallinnan Teknillisen yliopiston (TalTech) mekaniikan professori Jaan Metsaveer teki 1990-luvulla aloitteen Viron laivanrakennuksen yliopisto-opetuksen uudelleenkäynnistämiseksi yhdessä suomalaisten kanssa. Taustalla oli matkustaja-autolautta M/S Estonian uppoaminen vuonna 1994 ja onnettomuuden käynnistämät laajat tutkimukset tapahtuman syistä.

Metsaveer toimi kansainvälisen onnettomuustutkintakomission jäsenenä ja totesi antamassaan haastattelussa, että ”M/S Estonia tuhoutui, koska tuolloin tiede ei kyennyt laskemaan kaikkea tarpeellista”. 

Laivanrakennuksen yliopisto-opetus Tallinnassa oli aloitettu sodan jälkeen vuonna 1950, mutta se loppui juuri, kun oli päästy alkuun, ja alan opetus siirrettiin Leningradiin. Virolaisia ei juurikaan kiinnostanut sudostronie- eli laivanrakennusopiskelu Leningradissa, ja siten alan osaaminen hiipui Virossa. Metsaveer oli viimeisten joukossa, jotka valmistuivat Tallinnan Polyteknisestä instituutista (nykyisin TalTech) laivankorjaustieteellisestä osastolta vuonna 1958. Vuonna 1980 hän väitteli Moskovan valtion yliopistossa fysiikan ja matematiikan tohtoriksi. 

Diplomi-insinöörikoulutus

1990-luvulla alkaneen Suomen ja Viron koulutusyhteistyön tuloksena Teknillisestä korkeakoulusta ja sen toiminnan jatkajasta Aalto-yliopistosta on valmistunut kymmeniä virolaista meritekniikan diplomi-insinööriä, joista viisi on suorittanut myös tekniikan tohtorin tutkinnon Aallossa. Insinööritieteiden kandidaatintutkinnon he suorittivat Tallinnassa ennen siirtymistä Otaniemeen. Uuteen ympäristöön sopeutumista edesauttoi, että monet virolaiset opiskelijat osasivat englannin kielen lisäksi suomen kieltä ja heillä oli myös aito halu parantaa kielitaitoa.

Meritekniikan maisteritutkinnon tärkein opintojakso on kahden opiskelijan yhdessä tekemä lähes vuoden kestävä ’pitkä’ laivan suunnitteluprojekti. Tämän avulla virolaiset opiskelijat pääsivät tutustumaan laivasuunnittelun haasteisiin. Professori Ernst Enkvist oli 70-luvun lopulla luonnut opintojakson sisällön toimiessaan laivanrakennustekniikan professorina. Diplomitöiden aiheet liittyivät toisaalta Aallon meritekniikan ryhmän tutkimushankkeisiin, ja toisaalta maamme meriteollisuuden omiin kehitysprojekteihin. Diplomityöt kirjoitettiin englanniksi. Kesäharjoittelu tarjosi opiskelijoille mahdollisuuden tutustua käytännössä maamme meriteollisuuden toimintaan ja myös meritekniikan tutkimukseen Otaniemessä. 

Tutkimustoiminnan tuloksena syntyneet väitöskirjat

Risteilylaivojen suunnittelu ja rakentaminen on ollut maamme meriteollisuuden keskeinen osaamisalue 1960-luvulta lähtien. Näiden laivojen runkorakenteen suunnittelu ja mitoitus on erittäin haastava tehtävä, joka vaatii syvällistä teoriaosaamista. Numeeristen laskentamenetelmien ja tietotekniikan kehittyminen ovat parantaneet lujuus- ja värähtelyvasteen  ymmärrystä. Aallon meritekniikan tutkimusryhmä toimii tiiviissä yhteistyössä teollisuuden kanssa niin kotimaisissa kuin kansainvälisissä tutkimushankkeissa. Erityisen tuloksellista on ollut yhteistyö Meyer Turun telakan kanssa. Seuraavassa esitellään lyhyesti virolaisten tohtoriopiskelijoiden laatimien väitöskirjojen sisältö.

Risteilylaivan rakennetutkimus

TkT Hendrik Naarin (Ultimate Strength of Hull Girder for Passenger Ships, 2006, valvoja Petri Varsta) väitöskirjan tutkimusaiheena oli suurten, eli post-Panamax luokan risteilylaivan runkopalkin äärilujuus.  Risteilylaivan runkorakenteelle on ominaista kansirakennuksen lukuisat kannet ja aukot, jonka seurauksena runkorakenne ei noudata klassillista palkkiteoriaa. Työssä kehitettiin kytkettyjen palkkien teoria, jonka antamat tulokset validoitiin elementtimenetelmällä. Tutkimus tehtiin osana EU-projektia yhteistyössä Meyer Turun telakan kanssa. Parhaillaan Naar työskentelee rakennelaskijana MEC-insinööri-toimistossa ja dosenttina TalTech:ssä.

Risteilylaivan ohuen, alle viiden millimetrin paksuisen, hitsatun kansilevyn väsymissuunnittelu on haastavaa hitsauksen aiheuttamien suurien alkumuodonmuutosten vuoksi. Väitöskirjassa TkT Ingrit Lillemäe (Fatigue Assessment of Thin Superstructure Decks, 2014, valvoja Heikki Remes) tutki muodonmuutosten vaikutusta väsymislujuuteen hyödyntämällä epälineaarista elementtimenetelmää. Tulokset osoittavat, että alan nykyinen kansainvälinen mitoitustapa soveltuu runkopalkin, ei kansilevyn ja hitsausliitoksen väsymislujuuden arviointiin. Lillemäe (nykyisin Lillemäe-Avi) työskentelee Tallinnassa vanhempana suunnittelijana LTH-Baas -nimisessä yrityksessä.

Nykyaikaisen risteilylaivan lujuus- ja värähtelyvasteen ennustaminen on haastava tehtävä. TkT Eero Avin (Equivalent Shell Element for Passenger Ship Structural Design,  2021, valvoja Jani Romanoff) väitöskirjassa tutkittiin risteilylaivan runkorakenteen elementtimallitusta, jossa laivan jäykistetty paneeli mallitetaan yhdellä ekvivalenttisella elementillä mahdollistaen tehokkaan rakenneoptimoinnin. Työ tehtiin Meyer Turun telakalla ja se oli erinomainen esimerkki akateemisen tiedon siirtämisestä käytäntöön. Tämän yhteistyön toteutuksessa keskeinen henkilö oli telakan rakennesuunnittelusta vastaava DI Ari Niemelä (TkT h. c.). Avi työskentelee uudisrakennushankkeiden pääasiantuntijana Viron valtion varustamossa.

Laivojen yhteentörmäys

Laivojen yhteentörmäykseen liittyvät kysymykset olivat 2000-luvulla kiinnostuksen kohteena kansainvälisessä tutkimusyhteistyössä. Yhteentörmäyksen dynamiikka, laidoitusrakenteen vaste ja veden virtaus laivan rungon sisälle ja sisällä olivat tutkimusten aiheina Aallon meritekniikan ryhmässä. Tähän aihepiiriin valmistui kaksi virolaisen tohtoriopiskelijan tekemää väitöskirjaa.

TkT Kristjan Tabrin väitöskirjan (Dynamics of Ship Collisions, 2010, valvoja Petri Varsta) tavoitteena oli tunnistaa mallikokeilla ja laskennallisesti laivojen törmäyksen dynamiikkaan liittyvät ilmiöt. Lähtökohdan tutkimukselle tarjosi Hollannissa suoritettu täyden mittakaavan törmäystesti, jossa törmäyksen energiataseet jäivät epäselväksi. Työn tuloksena oli laskennallinen malli, joka mahdollistaa aluksen rakenne- ja liikevasteen nopean analysoinnin yhteentörmäyksissä. Tabri toimii meritekniikan professorina TalTech’ssä.

TkT Mihkel Körgesaaren väitöskirjassa (Modeling Fracture in Large Structures, 2014, valvoja Jani Romanoff)  kiinnostus kohdistui yhteentörmäyksen seurauksiin laivan laidoitusrakenteessa. Käytännön kysymyksenä oli, kuinka mallintaa sitkeän murtuman eteneminen suurilla kuorielementeillä. Työn tuloksia voidaan hyödyntää laivan runkorakenteen suunnittelussa, ja siten parantaa laidoituksen törmäyskestävyyttä. Körgesaar työskentelee meritekniikan professorina TalTech’ssä.

Toiminnan käynnistäminen Virossa

Yhteistyön tuloksena käynnistyi yliopistotason meritekniikan opetus- ja tutkimustyö uudessa Virossa. Lisäksi se vahvisti Aalto-yliopiston meritekniikan kansainvälistä ominaispiirrettä niin opetuksessa kuin tutkimuksessa.

Virolaisten meritekniikan osaajien siirtyminen Suomesta takaisin Viroon edellytti, että tarjolla olisi myös työpaikkoja. Alkuvaiheen toimivin ratkaisu oli käynnistää konsultointitoiminta. Aallon meritekniikan opiskelijat Meelis Mäesalu, Hendrik Naar ja Kristjan Tabri perustivat vuonna 2002 MEC-nimisen insinööritoimiston Tallinnaan. Sen osaamisalueena on laivasuunnittelu ja meriteknisten rakenteiden haastavimmat lujuusanalyysit. MECin toimitusjohtajana on alusta lähtien toiminut TkL Meelis Mäesalu. Yritys on vuosien varrella osallistunut yli 400 projektihankkeeseen ja nykyisin henkilöstöä on kymmenkunta.

Haasteena Virossa oli 2010-luvulla meritekniikan yliopisto-opetuksen ja -tutkimuksen käynnistäminen. Ensimmäisenä yrityksenä vuonna 2018, TkT Mihkel Körgesaaren tultua nimitetyksi meritekniikan professoriksi, oli käynnistää toiminta TalTechin Meriakatemiassa Tallinnassa. Sen päätehtävänä on merenkulkijoiden koulutus. Insinöörikoulutuksen yhdistäminen tähän ei osoittautunut toimivaksi ratkaisuksi, vaan päädyttiin perustamaan Saarenmaalle TalTechin Kuressaaren college, joka keskittyy meren käytön teknologiaan. Sen tarjoamat koulutusohjelmat ovat ympäristöystävällisen teknologian kandidaattitutkinto, meritekniikan maisteri- ja tohtoritutkinto. Lisäksi Meritekniikan osaamiskeskus (MARTE) tarjoaa merenhyötykäytön tutkimus- ja kehityspalveluja. Kuresaareen rakennettiin myös koeallas, jossa tutkitaan alaan liittyviä hydrodynaamisia ilmiöitä. 

Meritekniikan tohtorikoulutuksen tuloksena Virossa on valmistunut jo pari tekniikan tohtoria. Viime vuosina M/S Estonian uppoamisen tutkintaa on jatkettu Virossa ja asiantuntijana on toiminut professori Kristjan Tabri. Hän ja professori Mihkel Körgesaar ovat nykyisin keskeisiä meritekniikan ja -tieteen edistäjiä Virossa. 

Kiitokset

Professori Jaan  Metsaveer kuoli 13.2.2024 Tallinnassa. Ennen poismenoaan hän ehti nähdä koulutushankkeen keskeisen tavoitteen toteutumisen eli meritekniikan yliopisto-opetuksen uudelleen käynnistymisen Tallinnan teknillisessä yliopistossa itsenäisenä tekniikanalan tieteenä. Aallon meritekniikka ja uuden Viron lukuisat akateemiset laivanrakentajat muistavat häntä suurella lämmöllä ja surevat hänen poismenoaan.

Teksti: Meritekniikan emeritusprofessori Petri Varsta