¿Qué evita que los cruceros gigantes se vuelquen en mares agitados?

Hace una semana, 2 de los cruceros más gigantes del mundo atracaron cerca de mi ciudad. Si ha visto uno o ha estado en uno, sabrá qué tan grandes son.

Crucero Gigante

Me parecen extremadamente inseguros, aunque obviamente se les deben incorporar características de seguridad para evitar que se inclinen tanto que me parezcan en peligro de volcarse por completo en mares agitados o fuertes vientos laterales.

Quiero evitar el lado de la ingeniería y ceñirme a la física, que se basa simplemente en el control del momento angular de las grandes naves.

Así que mis suposiciones primero, luego mi pregunta.

He buscado en Google los esquemas del diseño, pero nada me llamó la atención, excepto una lista mayor a la esperada de personas que hacen la misma pregunta que esta. ¿Son los cruceros demasiado pesados? y por qué los megacruceros no son seguros

Tienen superficies inferiores poco profundas, pero anchas. O tienen superficies de quilla pequeñas o pueden tirar de la quilla dentro del barco, porque el calado en el puerto de mi ciudad es bastante poco profundo y, sin embargo, pudieron entrar bien en el puerto.

Supongo que llevan una gran cantidad de lastre, ciertamente tienen espacio para ello.

También supongo que los pisos superiores están hechos de material liviano, para bajar el centro de gravedad lo más posible.

Es casi seguro que tienen estabilizadores, que actúan para reducir la escora y básicamente hacen el trabajo que hace una quilla en los veleros.

Mi pregunta es, ¿alguien con experiencia en dinámica de fluidos o áreas relacionadas sabe qué hace que estos barcos gigantes se mantengan estables en balanceo y reduce su potencial para inclinarse a grandes ángulos con mal tiempo?

EDITAR Espero una respuesta basada en la física, pero me doy cuenta de que puede ser una pregunta para otro sitio, migraré sin problemas si es necesario FINALIZAR EDITAR

@annav gracias Anna, lo puse en la publicación. Vi algunos comentarios de náuticos que decían que no navegarían en ellos, pero no encontré esquemas ni planos de las secciones submarinas.
Las apariencias engañan. TL; DR: el centro de masa es agradable y bajo.
Y, por cierto, todos los barcos hacen todo lo posible para mantenerse perpendiculares a las olas de tormenta. Una ola grande que ataca directamente desde babor o estribor causará un balanceo mucho mayor, con un daño interno mucho mayor incluso si el casco no supera el ángulo de zozobra.
@CarlWitthoft esto es lo que no quiere que su crucero de lujo resulte como youtu.be/deX7R9RbmX0
@CarlWitthoft lee el enlace. Estos grandes cruceros utilizan estabilizadores, lo que significa que, en caso de corte de energía, quedan a merced de los vientos.
Los estabilizadores de @anna ayudan, pero seguro que sin energía todos los barcos que no navegan no pueden avanzar, lo cual es una mala cosa.
Se ven pesados ​​​​en la parte superior, pero no lo son. Supón que tomas un bote de remos y pones unos cientos de libras de sacos de cemento en él. Luego apila cajas de cartón encima de varios pies de altura. La misma idea. Puede parecer muy pesado en la parte superior, pero si tratas de empujarlo, el peso en la parte inferior lo volverá a levantar.
@MikeDunlavey como dice Floris, el metal que comprende la sección submarina es más grueso y pesado que el resto. La prueba definitiva es, por supuesto, que los mega barcos se hayan volcado por causas naturales, ninguno lo ha hecho, afaik.
@Acid: cada barco de este tipo está diseñado por ingenieros y puede estar absolutamente seguro de que han pensado en eso. Puede estar seguro de que han escrito un manual de usuario que dice cosas como: poner más peso que XXX en las cubiertas YYY "anulará la garantía". Ellos saben lo que están haciendo.
@MikeDunlavey, sí, y si uno se volcara, sería noticia a lo grande. La teoría y las pruebas están bien y las creo completamente, pero aun así no me hubiera gustado estar en el barco en el video de YouTube sobre mi comentario a Carl, 6 comentarios por encima de este.
Debería buscar el término 'altura metacéntrica' que le indicará mucha información sobre cómo los arquitectos navales manejan la estabilidad. Tenga en cuenta que los estabilizadores no hacen lo mismo que la quilla de un velero y no son una característica de seguridad: sirven para que el barco sea más cómodo, pero debe permanecer estable en ausencia de energía por razones bastante obvias. Finalmente, esto no tiene nada que ver con la dinámica de fluidos por la misma razón: el barco debe ser estable mientras está muerto en el agua.

Respuestas (4)

Algunas dimensiones que pude desenterrar (principalmente de Wikipedia).

Calado del Allure of the Seas: 31 pies (10 m)
Eslora: 1181 pies (360 m)
Manga en la línea de flotación: 47 m Altura: 72 m sobre la línea de flotación

Dibujemos la sección basándonos en estos números simples:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ahora bien, si el centro de gravedad estuviera en el centro del barco (31 m por encima de la línea de flotación), de hecho no sería muy estable: cualquier inclinación superior a 25° haría que volcara:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Sin embargo, hay varios factores importantes:

  1. La parte del casco debajo de la superficie está hecha de un material mucho más grueso, resistente y pesado que la superestructura.
  2. Los motores, etc. están todos en los niveles más bajos.
  3. Hay un sistema de lastre activo que permite bombear combustible y agua de mar de lado a lado para ayudar a mantener el equilibrio.

Encontré una prueba en línea de la estabilidad del casco de este barco en una instalación de prueba, donde hicieron un gran agujero en el costado de un modelo preciso para ver cómo le iría: https://www.youtube.com/watch ?v=Ra4TkHOs4RE . Si bien hay intereses comerciales en juego, nadie quiere un desastre marino en sus manos.

Muchas gracias Floris, había pensado en dos desarrollos modernos que podrían aprovechar, la idea del lastre activo que mencionas, pero pensé que las bombas serían demasiado lentas para responder, o los propulsores verticales submarinos, para forzar la parte inferior hacia arriba.
@AcidJazz la mayoría de los dispositivos activos están ahí para mayor comodidad. Si todos los motores fallan, lo único que queda es la estabilidad de forma que requiere el centro de gravedad bajo. Aquí es donde entran en juego las superestructuras ligeras. Vale la pena estimar cuánto cambia el engranaje cuando todos los pasajeros suben a la cubierta superior. 200 mil toneladas es mucha masa, 6000 pasajeros son un pequeño % de eso como máximo.
"la parte del casco debajo de la superficie está hecha de un material mucho más pesado": de hecho, incluso colocaron allí una enorme pieza de metal llamada quilla. Ver en.m.wikipedia.org/wiki/Keel . Excelente respuesta por cierto +1
@Numrok gracias. Hasta donde yo sé, estos grandes transatlánticos a menudo no tienen una quilla real, solo lastre. Si busca en Google "dibujo seccional de un crucero", verá esto claramente.

Dudo que sea todo dinámica de fluidos. Tienen que permanecer en posición vertical incluso con los motores apagados. Si la integral de la palanca por debajo de la línea de flotación es mayor que por encima, debe permanecer en posición vertical. El lastre en la parte inferior recorre un largo camino ya que tiene una palanca larga. Cosas como los motores debajo de la cubierta tienden a ser pesados ​​de todos modos. El peso no es un gran problema ya que no van cuesta arriba. Necesitan un calado bajo para llegar a puerto. Si miraras un portaaviones fuera del agua, también parecería muy pesado.

Supongamos un barco con 2/3 sobre la línea de flotación. Dividir el up en 9 unidades. 6 arriba y 3 abajo.
Naturalmente, las cosas más ligeras en la parte superior y más pesadas en la parte inferior. En este ejemplo, la palanca neta por encima es 45 y por debajo 180.

Height Weight Lever 
6      1       6
5      2      10
4      3      12
3      4      12
2      5      10
1      5       6
net           56
1      10     20
2      20     40
3      40    120
net          180

Imagina que es un balancín con 3 niños gordos de un lado y 6 flacos del otro. Incluso si los niños flacos tienen el doble de influencia, los niños gordos siguen dominando.

Dado que pivota sobre el casco y no sobre la línea central, el fondo pierde palanca cuando comienza a escorarse. Así que un casco estrecho en la línea de flotación es algo bueno.

Su punto de portaaviones es acertado, debería haber pensado en eso, vi una cita que decía que estos barcos "vuelven" a la vertical tan rápido que los pasajeros se quejan de que es peor que el efecto de lista original en sus estómagos. Muchas gracias por tu tiempo.
Aunque los niños gordos pueden parecer el doble de pesados ​​que los niños flacos, debido a su estructura ósea similar, que tiene una densidad más alta que la grasa, rara vez lo son. Algo así como cruceros y portaaviones, de verdad. ;-)

Según tengo entendido, muchas embarcaciones marítimas también usan giroscopios que giran sobre un eje vertical unidos a los componentes principales de la estructura de la embarcación para anular gran parte del movimiento en el eje de balanceo de la embarcación. Los giroscopios también son populares entre los yates a motor. No soy Shure si se usan en cruceros gigantes o no, pero los giroscopios son una forma de proporcionar estabilidad y seguridad.

bueno, esto de alguna manera pierde el punto, los giroscopios pueden brindar seguridad en el sentido de la navegación, pero definitivamente no se estabilizan de la manera indicada en la pregunta

una palanca grande unida con un barco hará un gran esfuerzo en el otro lado para que pueda calentar el agua impulsando un motor hecho de un motor de CC y fem al elemento calefactor que funciona con voltaje de CC para que pueda funcionar en cualquier lado para producir vapor El motor puede producir electricidad a una velocidad constante para proporcionar el funcionamiento de la red.

No puedo analizar esta respuesta y, por lo que puedo entender, no veo cómo responde esto a la pregunta. ¿Podría reescribir e indicar cómo responde a la pregunta?