flytestabilitet

Et skip, eller annet flytende objekt, har ulike krefter som virker på det. Skipets vekt føres nedover i vannet av tyngdekraften (w), mens oppdriftskraften (b) fører skipet oppover i vannet. Disse kreftene virker på skipet gjennom et oppdriftssenter (B) og et tyngdesenter (G), også kalt tyngdepunkt. Over oppdriftssenteret ligger et tenkt senter kalt metasenteret (M), som oppdriftskraften virker loddrett gjennom. Kraften G er vekt multiplisert med tyngdeakselerasjonen, for eksempel 1000 tonn, eller 9807 kilonewton. Kraften B tilsvarer G, fordi skipsskroget har fortrengt 1000 t med vann.

Flytestabiliteten kan videre deles inn i formstabilitet og vektstabilitet. Formstabiliteten utgjør skipets oppdriftspunkt (B) og metasenter (M), der skipets form avgjør hvor stabilt det ligger i vannet. Brede skip er mer stabile enn smale skip. Vektstabiliteten utgjør tyngdepunktets (G) plassering om bord i skipet. Vekt plassert langt nede i skipet gir mer stabilitet enn høyt plassert vekt. Vekt fordelt ujevnt mellom babord og styrbord, flytter tyngdepunktet til den siden med høyest vekt.

En tegner disse kreftene opp skjematisk ved utregninger, slik figur 1 viser. K representerer kjølen eller kjølplatene, og er et referansepunkt for avstander til tyngdepunkt (G), oppdriftspunkt (B), og metasenter (M). Hvis skipet flyter i rett stilling, vil kreftene virke loddrett på skipets senterlinje mot hverandre.

Et skip har positiv stabilitet når det retter seg opp igjen etter påvirkning fra ytre krefter, eksempelvis fra bølger eller vindkast. Dette vil si at tyngdepunktet ligger under skipets metasenter. Den vertikale avstanden mellom tyngdepunktet og metasenteret, kalt metasenterhøyden (GM), er avgjørende for hvilken stabilitet skipet har.

Når skipet krenger på grunn av ytre påvirkning, vil skrogvolumet som er under vann endre form, der størsteparten av volumet har forflyttet seg til den siden skipet krenger mot, slik figur 2 viser. Dette fører til at oppdriftssenteret forflytter seg mot den lave siden, mens tyngdesenteret forblir i sin opprinnelige posisjon.

Tyngdepunktets og oppdriftssenterets krefter virker fortsatt loddrett i hver sin retning, og har dannet det som kalles et rettende moment, som vender skipet tilbake til rett stilling. Vektmassene om bord i skipet må være lavt nok plassert, slik at tyngdesenteret ligger under metasenteret, som vil danne en rettende arm (GZ). GZ er den horisontale avstanden mellom tyngdepunktet, og oppdriftssenterets kraft som virker oppover.

Et flytende objekt vil alltid søke mot positiv stabilitet. Hvis et skip kantrer, vil det stabilisere seg i en ny stilling som har "positiv stabilitet", riktig nok liggende på siden eller opp ned.

Et skip som fortsetter å krenge etter påvirkning fra ytre krefter, har negativ stabilitet. Dette vil forekomme når vektmassene om bord er plassert høyt, slik at tyngdesenteret ligger over metasenteret. Konstruksjoner plassert høyt på skipet, eller høyt plassert last, gir et høyt tyngdepunkt.

I figur 3 ligger tyngdesenteret (G) over metasenteret (M), og skipet har det som kalles negativ metasenterhøyde. Det dannes en krengende arm (ZG), og dette er en svært farlig situasjon for skipet.

Det er i lovverket forbudt å gå fra kai med negativ metasenterhøyde. Skip skal ikke ha en metasenterhøyde som er lavere enn 0,15 meter, og for fiskefartøy er grensen satt til minimum 0,35 meter. For å avverge eller hindre en negativ metasenterhøyde, må vektmassen om bord i skipet plasseres lavere.

I noen tilfeller kan oppdriftssenteret forflytte seg til under tyngdesenteret under en krengebevegelse med negativ stabilitet. I slike tilfeller forsvinner da det krengende momentet. Dette kalles lollvinkel eller kantrevinkel, men normalt kjent under det engelske begrepet angle of loll.

Dersom skipets tyngdepunkt er på samme sted som metasenteret, har en hverken positiv eller negativ metasenterhøyde, altså metasenterhøyden er 0 meter. I praksis vil dette si at når skipet krenger, vil det bli liggende i ro med en fast krengevinkel.

Det finnes ingen kraftmomenter som retter opp eller krenger skipet, slik figur 4 viser. Det blir liggende med den samme krengevinkelen fram til en ytre kraft påvirker skipet, som vind eller bølger.

Skip seiler med minimum 0,15 meter metasenterhøyde (GM), men det er likevel variasjon i denne høyden blant ulike skipstyper. I lastet tilstand vil tankskip variere mellom 0,5–5 meter, mens bulkskip ligger rundt 2–3 meter. Containerskip har en GM på rundt 1,5–2,5 meter, og stykkgodsskipene ligger mellom 0,3–0,5 meter. Ro-ro-skip, for eksempel de typiske bilfergene i Norge, kan ligge på rundt 1,5 meter.

Et tankskip med GM på 5 meter, vil naturlig nok ha et sterkere rettende moment enn et stykkgodsskip med 0,3 meter. Høyest mulig metasenterhøyde er ikke nødvendigvis en fordel, siden det gir kraftige og hurtige rettebevegelser om bord, altså et stivt skip. En balanse mellom høy og lav metasenterhøyde er å foretrekke. Noen skip kan ha ballasttanker høyt i skipet, for eksempel under brovingene, for å senke metasenterhøyden.

• vektstabilitet
• rettende moment
• reserveoppdrift
• formstabilitet – sjøvesen
• primærstabilitet

• Barrass, C.B; Derrett, D.R: Ship Stability for Masters and Mates. 7. oppl. 1964. Oxford. Stanford Maritime Ltd.