Strømningsmotstand på pongtongelement for flytebroer

FFI-Rapport 2025
Espen Åkervik Andreas Nygård Osnes

Denne rapporten tar for seg egnetheten til pongtonger av typen Uniflote som flyteelement for midlertidige broer under ulike strømningsforhold. For å svare ut dette, gjennomførte vi både eksperiment og numeriske beregninger. Målekampanjen ble gjort ved å taue forskjellige sammensetninger av pongtonger med en taubåt. Manglende trekkraft fra taubåten og manglende kapabilitet til å senke fribordet til pongtongene var tydelige svakheter i det eksperimentelle oppsettet.

Hovedkonklusjonen fra eksperimentene er at pongtongelementene senker seg ned i elva når hastighetene øker, noe som fører til at en uvektet pongtong neppe tåler mer enn 3.5 m/s før den er helt under vann, mens en vektet pongtong tåler enda mindre. Både baugelement og rampeelement motvirker denne nedsenkingen, og gir mye lavere strømningsmotstand. Med baugelement var det ingen problem å oppnå hastigheter over 4.5 m/s uten særlig grad av nedsenking.

Siden det er svært begrenset hva man kan få til eksperimentelt, utnyttet vi målingene til å sette opp en avansert tofase CFD-modell (eng. Computational fluid dynamics) for denne problemstillingen. Resultatene her viser at vi med denne CFD-metodikken kan regne på en generell konfigurasjon av pongtonger med gode resultat.

Relevante prosjekt og tema

Prosjekt

Militær oseanografi

Fagområdet militær oseanografi søker å forstå og beskrive de fysiske prosessene som påvirker lydforplantning i havet. Sjøbunnen, havoverflaten og vannvolumet utgjør til sammen den akustiske kanalen som lyden forplanter seg i. Militær oseanografi dekker studier av hele denne kanalen samt metoder som drar militær nytte av kunnskap om undervannsmiljøet. Tidlig forskningsområde Undervannsakustikk er et av de eldste fagområdene ved FFI, og oseanografisk arbeid har alltid vært en sentral oppgave. De første forskningsoppgavene etter at instituttet ble etablert i 1946 handlet om hvordan norske havner kunne beskyttes bedre mot blant annet ubåtangrep. Det krevde kunnskap om både bunnforhold og utvikling av ulike undervannsinstrumenter. FFI arbeider fortsatt med å utvikle teknologi og metoder som gjør det mulig å kartlegge og utnytte kunnskap om lydbildet under vann bedre. Et tyngdepunkt for arbeidet er FFIs enhet ved Karljohansvern i Horten. Undervannsakustikk Sjø og hav er fullt av lyd fra bølger og vind. Mange lyder skapes også av menneskelig aktivitet. I dag kan lyd i havet registreres og analyseres med mange typer teknologi. FFI har blant annet utviklet NILUS (Networked Intelligent Underwater Sensors). NILUS-systemet består av sensorplattformer, også kalt noder. Disse nodene er på størrelse med en stol og kan lett utplasseres på havbunnen. Nodene er utstyrt med hydrofoner og andre sensorer, og kan kobles i nettverk og kommunisere med hverandre. De kan registrere lyd og mange andre fysiske variasjoner i vannet. Teknologien rundt dette utvikles stadig. Lybin er en programvare som FFI har ansvar for. Forkortelsen står for «lydbane intensitetsberegning». Lybin kan beregne sannsynligheten for å oppdage objekter under vann ved hjelp av sonar. Systemet brukes av det norske sjøforsvaret og av en rekke andre nasjoner. Lybin har eksistert i mer enn 30 år, og ble utviklet av Forsvarsmateriell. FFI har vært ansvarlig for videreutviklingen siden år 2000. Lofoten-Vesterålen havobservatorium FFI er partner i LoVe (Lofoten-Vesterålen havobservatorium). Utenfor Lofoten og Vesterålen samler en rekke instrumenter kontinuerlig inn data om hele havmiljøet, inkludert akustisk bakgrunnsstøy. FFI bruker materialet til å se på statistisk variasjon i denne støyen. Dataene fra hydrofonene på havbunnen sjekkes av FFI før de distribueres videre, for å beskytte informasjon om Forsvarets egne fartøy. Sonaren er sentral Både lydhastigheten i vannvolumet og topografien på havbunnen påvirker bruken av sonar. Sonaren er det viktigste instrumentet fartøy har for å orientere seg i dypet. God kjennskap til topografien og egenskapene til havbunnen kan gi store fordeler, for eksempel ved ubåtoperasjoner og mineleting. Innsamling av geofysiske data under vann er en prosess som krever avansert utstyr. Multistråleekkoloddet er en spesiell type sonar. «H.U. Sverdrup II» kan ved hjelp av et slikt ekkolodd kartlegge havbunnen ned til mer enn 3000 meters dyp. Når det «pinger» fanger instrumentet opp svært detaljerte data fra havbunnen. Forskerne om bord kan med ulike instrumenter registrere egenskaper ved hele vannsøylen, også under fart. Kartlegger også for sivil bruk Havbunnskartlegging er også interessant for blant annet oljeindustrien og forskere som studerer klima og miljø. FFI bidrar derfor til kartlegging både for militære forskningsformål og for sivile prosjekter. Et eksempel er Mareano-programmet. FFI har også hjulpet Olje- og energidepartementet med kartlegging. Instituttet har også deltatt i kartlegging for strømkabling til Danmark, på dumpefelt for ammunisjon i Skagerak og den tyske «kvikksølvubåten» utenfor Fedje.
Prosjekt

Strømning og materialer

Hvordan bruke modellering og simulering for å hjelpe Forsvaret og det sivile samfunn?

Nylig publisert