استقرار السفينة

عارضة التوازن هي زعنفة معدنية طويلة، غالباً ما تكون على شكل حرف V، ملحومة على طول السفينة عند انحناء قاعها. تُستخدم عوارض التوازن في أزواج (واحدة لكل جانب من السفينة). ونادراً ما تحتوي السفينة على أكثر من عارضة توازن واحدة لكل جانب. تزيد عوارض التوازن من المقاومة الهيدروديناميكية عند ميلان السفينة، مما يحد من مقدار الميلان.

قد تُستخدم دعامات جانبية على السفن للحد من التمايل، إما عن طريق القوة اللازمة لغمر العوامات أو باستخدام رقائق ديناميكية مائية. في بعض الحالات، تكون هذه الدعامات الجانبية كبيرة بما يكفي لتصنيف السفينة على أنها سفينة ثلاثية الهيكل ؛ أما في سفن أخرى، فقد يُشار إليها ببساطة باسم المثبتات.

يمكن استخدام أجهزة الموازنة الجانبية (Paravanes) من قبل السفن البطيئة الحركة، مثل سفن الصيد، لتقليل التمايل.

خزانات منع الانقلاب هي خزانات داخلية مزودة بحواجز لتقليل معدل انتقال الماء من جانب الخزان الأيسر إلى جانبه الأيمن. صُممت هذه الخزانات بحيث تُحجز كمية أكبر من الماء على الجانب الأعلى من السفينة، بهدف معاكسة تأثير سطح الماء الحر . وقد صُممت وبُنيت بنوعين: سلبي وفعال.

تعمل مثبتات الزعانف النشطة على تقليل ميلان السفينة أثناء الإبحار، أو حتى أثناء التوقف. تمتد هذه المثبتات خارج هيكل السفينة أسفل خط الماء، وتُعدّل زاوية هجومها تبعًا لزاوية الميلان ومعدل ميلان السفينة، وتعمل بطريقة مشابهة لجنيحات الطائرات . وتستخدم سفن الرحلات البحرية واليخوت هذا النوع من أنظمة التثبيت بكثرة.

عندما لا تكون الزعانف قابلة للسحب، فإنها تشكل ملحقات ثابتة للهيكل، مما قد يؤدي إلى تمديد عرض أو غلاف الغاطس ويتطلب الانتباه إلى خلوص إضافي للهيكل.

بينما تعمل أنظمة التثبيت التقليدية ذات الزعانف النشطة على مقاومة ميلان السفن أثناء الإبحار، فإن بعض أنظمة الزعانف النشطة الحديثة قادرة على تقليل الميلان عندما تكون السفن متوقفة. وتُعرف هذه الأنظمة باسم أنظمة التثبيت عند السرعة الصفرية أو أنظمة التثبيت في حالة السكون، حيث تعمل عن طريق تحريك زعانف مصممة خصيصًا بتسارع وتوقيت دفع كافيين لتوليد طاقة فعالة لإلغاء الميلان.

في حال إبحار السفينة، فإن تغيير الدفة السريع لا يؤدي فقط إلى تغيير اتجاهها، بل يتسبب أيضًا في ميلانها. بالنسبة لبعض السفن، كالفرقاطات، يكون هذا التأثير كبيرًا لدرجة تسمح لخوارزمية التحكم باستخدامه لتوجيه السفينة مع تقليل ميلانها في آنٍ واحد. يُشار إلى هذا النظام عادةً باسم " نظام تثبيت ميلان الدفة ". قد تصل فعاليته إلى مستوى زعانف التثبيت. ومع ذلك، يعتمد ذلك على سرعة السفينة (كلما زادت السرعة كان ذلك أفضل) وجوانب تصميم السفينة المختلفة، مثل موقع وحجم وجودة نظام تحديد موضع الدفة (يعمل بسرعة زعانف التثبيت). من المهم أيضًا سرعة استجابة السفينة لحركات الدفة بحركات الميلان (كلما كانت الاستجابة سريعة كان ذلك أفضل) ومعدل الدوران (كلما كانت الاستجابة بطيئة كان ذلك أفضل). على الرغم من التكاليف الباهظة لأجهزة التوجيه عالية الجودة وتقوية مؤخرة السفينة، فإن خيار التثبيت هذا يوفر اقتصاديات أفضل من زعانف التثبيت. فهو يتطلب تركيبات أقل، وأقل عرضة للتلف، ويُسبب مقاومة أقل. بل والأفضل من ذلك، أن المكونات عالية الجودة المطلوبة توفر خصائص توجيه ممتازة حتى في الفترات التي لا تتطلب تقليل الميلان، بالإضافة إلى خفض ملحوظ للضوضاء تحت الماء. ومن السفن البحرية المعروفة التي تستخدم هذا الحل للتثبيت: الفرقاطة الألمانية F124، والفرقاطة الهولندية M-frigat، والفرقاطة الهولندية LCF.

استُخدمت الجيروسكوبات لأول مرة للتحكم في ميلان السفن في أواخر عشرينيات وأوائل ثلاثينيات القرن العشرين، وذلك في السفن الحربية ثم في سفن الركاب. وكان الاستخدام الأكثر طموحًا للجيروسكوبات الكبيرة للتحكم في ميلان السفن على متن سفينة ركاب إيطالية ، هي إس إس كونتي دي سافويا ، حيث تم تركيب ثلاثة جيروسكوبات كبيرة من نوع سبيري في الجزء الأمامي من السفينة. ورغم نجاحها في الحد بشكل كبير من ميلان السفينة في الرحلات المتجهة غربًا، إلا أنه كان لا بد من فصل النظام في الرحلات المتجهة شرقًا لأسباب تتعلق بالسلامة. ويعود ذلك إلى أنه مع وجود أمواج خلفية (وما ينتج عنها من ميلان بطيء وعميق)، كانت السفينة تميل إلى التعلق في مكانها عند تشغيل النظام، كما أن القصور الذاتي الناتج عنه كان يُصعّب على السفينة استعادة وضعها الطبيعي بعد الميلان الشديد. ^{[ 2 ]}

تتكون المثبتات الجيروسكوبية من دولاب موازنة دوار وحركة ترنح جيروسكوبية تُولّد عزم دوران يُعيد توازن القارب على هيكله . يُعدّ الزخم الزاوي لدولاب الموازنة مقياسًا لمدى استمرار دورانه حول محوره ما لم يتعرض لعزم دوران خارجي. كلما زاد الزخم الزاوي، زادت قوة مقاومة الجيروسكوب لعزم الدوران الخارجي (وبالتالي، زادت قدرته على إلغاء ميلان القارب).

يحتوي الجيروسكوب على ثلاثة محاور: محور الدوران، ومحور الإدخال، ومحور الإخراج. محور الدوران هو المحور الذي يدور حوله دولاب الموازنة، وهو عمودي في حالة جيروسكوب القارب. أما محور الإدخال فهو المحور الذي تُطبَّق عليه عزم الدوران. بالنسبة للقارب، فإن محور الإدخال الرئيسي هو المحور الطولي للقارب، لأنه المحور الذي يدور حوله القارب. أما محور الإخراج الرئيسي فهو المحور العرضي (المستعرض) الذي يدور حوله الجيروسكوب أو يترنح استجابةً للإدخال.

عندما يميل القارب، يعمل الدوران كمدخل للجيروسكوب، مما يؤدي إلى توليد الجيروسكوب دورانًا حول محور الإخراج بحيث يدور محور الدوران ليتوافق مع محور الإدخال. يُسمى دوران الإخراج هذا بالترنح ، وفي حالة القارب، سيدور الجيروسكوب للأمام والخلف حول محور الإخراج أو محور الدوران المحوري.

الزخم الزاوي هو مقياس فعالية المثبت الجيروسكوبي، وهو مماثل لقوة المحرك بالحصان أو قدرة المولد بالكيلوواط. في مواصفات المثبتات الجيروسكوبية، يُعدّ الزخم الزاوي الكلي (عزم القصور الذاتي مضروبًا في سرعة الدوران) الكمية الأساسية. في التصاميم الحديثة، يُمكن استخدام عزم دوران محور الخرج للتحكم في زاوية زعانف المثبت (انظر أعلاه) لموازنة ميلان السفينة، مما يُغني عن الحاجة إلى جيروسكوب صغير. طُرحت فكرة التحكم الجيروسكوبي في مثبتات زعانف السفينة لأول مرة عام 1932 من قِبل الدكتور ألكسندرسون، العالم في شركة جنرال إلكتريك . اقترح ألكسندرسون استخدام جيروسكوب للتحكم في التيار المُغذّي للمحركات الكهربائية على زعانف المثبت، حيث تُولّد تعليمات التشغيل بواسطة أنابيب ثايراترون المفرغة . ^{[ 3 ]}