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7/23/2019 Dinmica Informe 4ta Nestor
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICA
ANLISIS DE CRITERIO DE FRECUENCIA DE EMERCIN
DEL DOMO SONAR EN UNA FRAGATA
ALUMNO Gmez Rojas Nestor Juan de Dios
CDIGO 20102085J
PROFESOR De la Torre Cortez Dennys Dunker
CURSO Dinmia del !u"ue
(05/12/2013)
1 RESUMEN
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El estudio del comportamiento y rendimiento marinero presenta antecedentes
de cerca de un siglo, los fundamentos de las teoras estudiadas se basan en
investigaciones de diversas instituciones, universidades y escuelas
especializadas en el mbito naval tal y como MARIN (!, "#N$R"%, I##%,
etc&
El estudio del 'seaeeping) realizado en esta monografa universitaria se
delimita *nicamente al criterio N+- del ndice de rendimiento marinero
estudiado en el libro '.rinciples of Naval Arc/itecture 0ol& III Motions in 1aves
and %ontrollbility) ' (2!)& $e /ar uso del soft3are computacional $eaeeper
(Ma4$urf! para el desarrollo de la presente monografa, evalundose los
criterios se5alados para determinar el ndice de rendimiento marinero de la
embarcaci6n, referido al criterio N+ - de la tabla - del libro mencionado (2!&
$e observa a su vez las grficas de RA7 en el sonar y los diagramas polares
correspondientes al criterio marinero se5alado y se establecen conclusiones
referentes al estudio computacional y te6rico realizado&
NDICE RE$8MEN999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999992
1
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2 MAR%7 "E RE:EREN%IA9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999;
2& AN#E%E"EN#E$99999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999;
2&2 MAR%7 %7N%E.#8A :8N%I?N "E
#RAN$:EREN%IA9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999=2&2&2 %RI#ERI7 @7ERNAN#E999999999999999999999999999999999999999999999999999999999
2&2&B "IA@RAMA .7
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El estudio del comportamiento y rendimiento marinero de las embarcaciones se
/a venido realizando por una serie de instituciones cientficas interesadas en
estos aspectos, en -;F el instituto MARIN construy6 el canal de 'seaeeping),
este fue uno de los primeros canales con la capacidad de generar sus propias
olas de direcci6n arbitraria respecto del desplazamiento del modelo& A raz de
estas investigaciones se logr6 el desarrollo de diversos dispositivos de control
del posicionamiento marino&
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2.1 ANTECEDENTES
El dise5o de una embarcaci6n conlleva un estudio de gran magnitud, por lo Kue
no basta con el dise5o de un casco, sino tambiLn con la respuesta Kue muestra
este baJo diferentes caractersticas del medio en el Kue navega&
"entro de los estudios realizados tenemos las investigaciones del instituto
MARIN, cuyos aportes /an permitido el desarrollo de diversos dispositivos de
control de movimiento tales y como las aletas estabilizadoras y tanKues
estabilizadores& El canal /idrodinmico de MARIN posee un generador de olas
arbitrarias al desplazamiento del modelo, de manera Kue se pueden generar
los diagramas polares Kue se elaboran en el presente informe con el uso del
soft3are Ma4$urf ($eaeeper!& @racias a esto desarroll6 un sistema de
evaluaci6n del rendimiento marinero de una embarcaci6n&
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:igura "escripci6n general del procedimiento de evaluaci6n del desempe5o de
comportamiento en la mar&
8n diagrama ms completo se muestra a continuaci6n, de la publicaci6n
'$EAHEE.IN@ .ER:7RMAN%E A$$E$$MEN# :7R A %7N#AINER$I. IN
A $.E%I:I% $EA AREA (B!), donde /ace referencia a la aplicaci6n de los
criterios del ndice marinero y los diagramas de dispersi6n de olas& Estos
valores podrn ser obtenidos mediante el soft3are '$eaeeper)&
5
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:igura 2 "escripci6n general del procedimiento de evaluaci6n del desempe5o de
comportamiento en la mar& (B!
6
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2.2 MARCO CONCEPTUAL
2.2.1 CURVAS DE RAO, ESPECTRO DE RESPUESTA Y FUNCIN DE
TRANSFERENCIA
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$in embargo cuando una embarcaci6n se encuentra en el mar, las curvas de
RA7 no son del todo *tiles por s mismas, por lo Kue se recurre a los espectros
de respuesta de una embarcaci6n& Estos espectros de respuesta vienen
representados en los grados de libertad Kue posee una embarcaci6n& En la
figura B se observa un espectro mar a diferentes estados de mar& (C!
$eg*n los diagramas de fluJo de las figuras y 2, un paso anterior a la
obtenci6n de los espectros de olas y de respuesta, se presenta una funci6n de
transferencia (B!& Esta funci6n denota una curva de RA7 en funci6n de la
relaci6n de la longitud de onda de la ola y la longitud de la embarcaci6n&
:igura C :unci6n de transferencia (%urvas de RA7 en funci6n de la relaci6n de longitud de
ola y eslora de la embarcaci6n!
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2.2.2 CRITERIO GOBERNANTE
Es aKuel criterio Kue al ser analizado no cumple con los valores referenciales
para Kue se pueda llevar acabo la misi6n para la Kue se est destinando la
embarcaci6n& El criterio gobernante se evaluar utilizando las tablas - y 2 del
libro '.rinciples of Naval Arc/itecture 0ol& III Motions in 1aves and
%ontrollability (2!)&
2.2.3 DIAGRAMA POLAR DE VELOCIDADES
Este diagrama es una representaci6n del ne4o e4istente entre las velocidades
de la embarcaci6n con los ngulos de incidencia de las olas y el estado de mar
de manera Kue se puede determinar baJo KuL condiciones la embarcaci6n no
podra llevar a cabo su misi6n& "e encontrarse en esta situaci6n la
embarcaci6n deber o cambiar de rumbo o disminuir la velocidad de avance
para poder cumplir su cometido& $i la embarcaci6n reduce su velocidad antes
de llegar al estado de mar para el Kue fue dise5ado, entonces se determina
Kue esta no es marinera& (2!
%ada embarcaci6n posee un diagrama polar diferente a*n siendo del mismo
tipo y cumpliendo la misma misi6n&
En la figura ; se presenta un eJemplo de un diagrama polar, se /an
superpuesto dos diagramas polares de dos misiones diferentes& Entre las
caractersticas de este diagrama tenemos las siguientes
En sentido anti /orario, + corresponde al mar de popa, 'follo3ing seas)
en el grfico, -+ corresponde al mar de estribor, =+ corresponde al
mar de proa, '/ead seas) en la grfica y 2F+ corresponde al mar de
babor&
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:igura ; "iagrama polar de velocidades de las misiones de un destructor en estado de mar &
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"e esta manera se clasifican las misiones de las embarcaciones en las tres
siguientes
#ransporte de puerto a puerto de bienes o personas sea por
embarcaciones de trabaJo continuo o de itinerario fiJo& Misiones militares llevadas a cabo enteramente en la mar tal y como
operaciones defensivas u ofensivas& #ambiLn de reabastecimiento& Misiones comerciales en la mar como pesca, perforaci6n petrolera o
tendida de cables&
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2.3 MARCO TERICO
2.3.1 RESPUESTAS DERIVADAS (2)
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| 1|=|1|+z |5|y |6|
"onde
Pnson los RA7 de los movimientos en los eJes '4), 'y) y 'z)& Qnson los RA7 de los B primero grados de libertad (surge, s3ay y
/eave!&
Movimientos relativos
| 3|=|3|+ y |4|x |5|ek x
| 2|=|2|+ x |6|z |4|ek x
| 1|=|1|+z |5|y |6|ek x
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"onde 'n) toma los valores de , 2 y C&
2.3.2 EVALUACIN DE COMPORTAMIENTO DEL BUQUE EN LA MAR
$t& "enis (-F! estableci6 el concepto de 'operatividad medio ambiental),
mediante este tLrmino estableca los parmetros Kue afectan el
comportamiento de un buKue en la mar& Entre estos tenemos la misi6n a la Kue
la embarcaci6n fue destinada, el ambiente en el Kue se desarrolla esta misi6n
(estado de mar! las respuestas de dic/a embarcaci6n ante la velocidad y los
ngulos de incidencia de las olas y los criterios de rendimiento marinero& (2!
.ara la evaluaci6n del comportamiento de un buKue en la mar se /ace uso de
las curvas de RA7 y los espectros de respuesta de los determinados puntos a
evaluar&
2.3.3 NDICE DE RENDIMIENTO MARINERO
E4isten dos valores medibles Kue determinan el comportamiento de un buKue
en la mar, son llamados 'ndices de rendimiento marinero)& El primero es
llamado $.I9 y el segundo $.I92&
El $.I9 es definido como la efectividad de la misi6n& 0iene dado como la
relaci6n entre los tiempos Kue le toma a una embarcaci6n realizar una
determinada misi6n en ciertas condiciones, respecto de un mar calmo&
El $.I92 es definido como un ndice de tiempo de trnsito& Este ndice es
aplicado especficamente a las embarcaciones Kue realizan misiones entre
puertos, tambiLn relaciona los tiempos de las misiones respectos del desarrollo
en condiciones calmas& (2!
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embarcaci6n es marinera, de lo contrario, si esta velocidad se reduce de forma
voluntaria, antes de llegar al estado de mar para cumplir la misi6n, se dice Kue
la embarcaci6n no es marinera&
En la figura F se observa la manera en Kue se afecta la velocidad conforme
aumenta el estado de mar y la causa de la disminuci6n de la velocidad de la
embarcaci6n& (2!
:igura F Reducci6n de la velocidad de forma voluntaria e involuntaria&
.ara determinar el ndice de rendimiento marinero de una embarcaci6n se /ar
uso del diagrama polar para obtener el 7I (ndice de operatividad! mediante la
siguiente formulaci6n
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!"=#
$
p i pv pu
"onde
pi Es la probabilidad de operatividad local& pv Es la probabilidad de velocidad& p Es la probabilidad de ngulo de incidencia de las olas de mar&
Mediante estos B valores obtenidos estadsticamente& $e muestra un eJemplo
de estos valores en las figuras 2 y B del libro '.rinciples of Naval
Arc/itecture 0ol& III Motions in 1aves and %ontrollability (2!)&
"espuLs de obtener este valor se adicionar a la tabla de 7I como se muestra
en la tabla 2 del mismo libro&
:inalmente, mediante la siguiente formulaci6n se obtendr el ndice de
rendimiento marinero
S%""= t&das las unci&nes
t&daslasunci&nes
!" pS "R
"onde
7I ndice de operatividad& ps .robabilidad de estado de mar&
IR Importancia relativa de las misiones&
$e formar una segunda tabla en donde se ubicar el 7I, la probabilidad de la
frecuencia estimada de las olas y la importancia relativa de las misiones como
se muestra en la tabla 22 del mismo libro&
2.3.4 CRITERIO A EVALUAR
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7bservando al tabla - del libro '.rinciples of Naval Arc/itecture 0ol& III Motions
in 1aves and %ontrollbility), se pueden e4traer las misiones especificadas para
la embarcaci6n utilizada en este libro& .ara esta monografa se /ar uso de del
criterio N+- ':recuencia de emersi6n del domo sonar)&
El sonar o s6nar (del inglLs $7NAR, acr6nimo de $ound Navigation And
Ranging, navegaci6n por sonido! es una tLcnica Kue usa la propagaci6n
del sonidobaJo el agua (principalmente! para navegar, comunicarse o detectar
obJetos sumergidos&
El sonar puede usarse como medio de localizaci6n ac*stica, funcionando de
forma similar al radar, con la diferencia de Kue en lugar de emitir se5ales
de radioelectr6nica se emplean impulsos sonoros& "e /ec/o, la localizaci6n
ac*stica se us6 en aire antes Kue el @.$, siendo a*n de aplicaci6n
el $7"AR(la e4ploraci6n vertical aLrea con sonar! para la investigaci6n
atmosfLrica&
El tLrmino SsonarT se usa tambiLn para aludir al eKuipo empleado para
generar y recibir el sonido de carcter infrasonoro&
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realizar el reconocimiento de la zona a estudiar se debe mantener el sonar
sumergido durante todo este tiempo, de realizarse el reconocimiento de zonas
localizadas a mayor distancia de millas el domo sonar deber encontrarse
sumergido ms tiempo (2!&
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3 METODOLOGA
.ara el desarrollo del informe se /ar uso del soft3are computacional
$eaeeper (Ma4$urf!, se establecer a continuaci6n los pasos Kue son
reKueridos para determinar el ndice de rendimiento marinero de la
embarcaci6n Kue se escoger&
3.1.1 SELECCIN DEL MODELO
A continuaci6n se muestran las caractersticas de la embarcaci6n Kue se
escogi6&
$e modific6 el modelo base de una fragata de la librera de Ma4$urf para
agregarle el domo sonar en el fondo de proa como bulbo&
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3.1.2 ESTABLECIMIENTO DE PARMETROS EN SEA5EEPER
.ara iniciar el estudio en el soft3are, se importa el modelo modificado&
:igura = :ragata con bulbo
:igura - ulbo de la fragata
8bicaci6n del domo sonar para el anlisis&
:igura %oordenadas del bulbo para analizar
$e ingresan los valores de las velocidades de dos a 2 nudos con variaciones
de 2 nudos&
&
:igura 0elocidades
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$e ingresan los valores de los ngulos de incidencia de las olas&
:igura 2 Gngulos de incidencia
$e ingresan los estados de mar a los Kue se calcular el ndice rendimiento
marinero&
:igura B MLtodo de retsc/ineider de parVmetro y estados de mar
3.1.3 DATOS DE SEA5EEPING
8na vez colocados los datos y /abiLndose desarrollado el anlisis de
seaeeping, se procede a se5alar los diagramas polares de velocidad a cada
estado de mar para cada criterio&
$eg*n el criterio observado en la tabla ya mencionada, el lmite para este
criterio viene a ser de 2 oscilaciones por /ora& Entonces, aplicando la
formulaci6n e4plicada en el punto B&B&C del presente informe, se pueden
obtener los lmites de velocidad y ngulos de incidencia para cada estado de
mar&
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3.1.3.1 ESTADO DE MAR 4 (ALTURA SIGNIFICATIVA PROMEDIO 1.85 M)
:igura C "iagrama polar de velocidades en estado de mar C (RM$ Rel& 0ert& Motion!
$ea la frecuencia de 2 oscilaciones en una /ora y el periodo de cala ciclo
(#z! igual a C&=C segundos, se obtiene Kue la emersi6n del domo sonar ocurre
2 veces cada FCB&=; ciclos& "e esto se obtiene Kue su probabilidad de
emersi6n sea de &BBC&
%ds=e
'2
2m0=0.161334
Entonces mW 2&CF&
R(S=m0=1.57058m
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#omando el valor ms cercano antes de llegar al lmite en el diagrama polar, se
procede a se5alar el lmite&
:igura ; "iagrama polar de velocidades en estado de mar C (RM$ Rel& 0ert& Motion! con el
lmite de velocidad y ngulos de incidencia de olas&
Entonces, el rea superior a la lnea lmite roJa viene a ser las condiciones a
este estado de mar en Kue la embarcaci6n no puede cumplir su misi6n&
$e repetir este mismo proceso en los estados de mar ; y &
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3.1.3.2 ESTADO DE MAR 5 (ALTURA SIGNIFICATIVA PROMEDIO 3.25 m)
:igura "iagrama polar de velocidades en estado de mar ; (RM$ Rel& 0ert& Motion!
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:igura F "iagrama polar de velocidades en estado de mar ; (RM$ Rel& 0ert& Motion! con el
lmite de velocidad y ngulos de incidencia de olas&
En este caso el rea fuera del lmite de la lnea roJa corresponde a la zona donde la
embarcaci6n no podr realizar la misi6n&
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3.1.3.3 ESTADO DE MAR 6 (ALTURA SIGNIFICATIVA PROMEDIO 5 m)
:igura = "iagrama polar de velocidades en estado de mar ; (RM$ Rel& 0ert& Motion!
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:igura - "iagrama polar de velocidades en estado de mar ; (RM$ Rel& 0ert& Motion! con ellmite de velocidad y ngulos de incidencia de olas&
$e observa Kue el rea con las caractersticas de velocidad y ngulos de
incidencia de olas va reduciLndose y se conserva la simetra en el eJe y&
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4 ANLISIS Y RESULTADOS
"e los diagramas polares presentados anteriormente se determinarn las
probabilidades locales& .ara realizar este clculo se pasaran las coordenadas de las
curvas al soft3are A8#7%A" de modo Kue el clculo de las reas sea ms sencillo y
e4acto&
4.1 INDICE DE OPERATIVIDAD
4.1.1 PROBABILIDAD DE OPERATIVIDAD LOCAL
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:igura 2 .robabilidades de velocidad y de ngulos de incidencia&
%on lo mencionado se puede entonces calcular los ndices de operatividad
para cada estado de mar&
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4.1.3 ESTADO DE MAR 4
:igura 2 %A" del diagrama polar de movimiento vertical relativo del domo sonar en estado
de mar C&
#abla 2 #abla de ndice de operatividad en estado de mar C
| 0.3 0.5 0.2
ngulos
15-20
nudos
20-25
nudos
25-
30
nudo
spi pu pi*p
u
pi pu pi*pu pi pu
pi*pu345-15
1 0.25 0.25 1 0.0833 0.083
3
1 0.08
33 0.0833
15-45 1 0.1 0.1 1 0.0833 0.0833
1 0.08
33 0.0833
345-315
1 0.1 0.1 1 0.0833 0.083
3
1 0.08
33 0.0833
45-75 1 0.025 0.025
1 0.0833 0.083
3
1 0.08
33 0.0833
315-
285
1 0.025 0.02
5
1 0.0833 0.083
3
1 0.08
33
0.0833
75- 0 0 0 1 0.0833 0.083 1 0.08 0.0833
30
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105 3 33285-255
0 0 0 1 0.0833 0.083
3
1 0.08
33 0.0833
105-135
1 0.025 0.02
5
1 0.0833 0.083
3
0.97
71
0.08
33 0.0814
255-225
1 0.025 0.025
1 0.0833 0.0833
0.9771
0.0833
0.0814
135-165
1 0.1 0.1 0.880
4
0.0833 0.073
3
0.17
8
0.08
33 0.0148
225-195
1 0.1 0.1 0.880
4
0.0833 0.073
3
0.17
8
0.08
33 0.0148
165-195
1 0.25 0.25 0.899
1
0.0833 0.074
9
0.00
2
0.08
33
0.0001
40.3 0.485
6
0.155 0.9408
34.1.4 ESTADO DE MAR /
:igura 22 %A" del diagrama polar de movimiento vertical relativo del domo sonar en estado
de mar ;&
#abla B #abla de ndice de operatividad en estado de mar C
pv 0.3 0.5 0.2
ngulos
15-20nudos
20-25nudos
25-30nudos
31
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pi pu pi*pu pi pu pi*pu pi pu pi*pu
345-15
0 0.25 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0
15-45 0 0.1 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0345-
315
0 0.1 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0
45-75 0.057
0.025 0.0014 0.079
1
0.0833 0.006
6
0.008
8
0.0833 0.000
73315-285
0.05
7
0.025 0.0014 0.079
1
0.0833 0.006
6
0.008
8
0.0833 0.000
7375-105
1 0 0 1 0.0833 0.083
3
0.807 0.0833 0.067
22285-255
1 0 0 1 0.0833 0.083
3
0.807 0.0833 0.067
23105-135
1 0.025 0.025 0.943
7
0.0833 0.079 0.203
7
0.0833 0.017
5255-225
1 0.025 0.025 0.943
7
0.0833 0.079 0.203
7
0.0833 0.017
5135-165
0.17
1
0.1 0.0171 0.016
7
0.0833 0.001
4
0 0.0833 0
225-195
0.17
1
0.1 0.0171 0.016
7
0.0833 0.001
4
0 0.0833 0
165-195
0 0.25 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0
0.0261
15
0.17 0.034
7
0.23
1
4.1./ ESTADO DE MAR 6
32
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:igura 2B %A" del diagrama polar de movimiento vertical relativo del domo sonar en estado
de mar ;&
#abla B #abla de ndice de operatividad en estado de mar C
pv 0.3 0.5 0.2ngul
os15-20
nudos
20-25
nudos
25-30
nudospi pu pi*pu pi pu pi*pu pi pu pi*pu
345-15
0 0.25 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0
15-45 0 0.1 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0345-
315
0 0.1 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0
45-75 0 0.025 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0315-285
0 0.025 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0
75-105
1 0 0 1 0.0833 0.083
3
0.807
1
0.0833 0.067
2285-255
1 0 0 1 0.0833 0.083
3
0.807
1
0.0833 0.067
2105-135
1 0.025 0.025 0.94 0.0833 0.078
6
0.203
65
0.0833 0.016
97255-
225
1 0.025 0.025 0.94 0.0833 0.078
6
0.203
65
0.0833 0.016
97135- 0.251 0.1 0.025 0.03 0.0833 0.003 0 0.0833 0
33
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165 4 7 1225-195
0.251
4
0.1 0.025 0.03
7
0.0833 0.003
1
0 0.0833 0
165-195
0 0.25 0 0 0.0833 0 0 0.0833 0
0.0301
0.165 0.03368
0.2288
4.2 PROBABILIDAD DE ESTADO DE MAR
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#abla C .robabilidades de estados de mar del atlntico norte&
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4.3 IMPORTANCIA RELATIVA DE LA MISIN
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