Как определяют вес кораблей

Способ определения веса судна

Владельцы патента RU 2466901:

Изобретение относится к области судостроения, в частности к методам контроля характеристик плавучести и остойчивости судов в процессе разработки, эксплуатации и ремонта, и может быть использовано для определения веса крупногабаритного груза. Способ определения веса судна включает позиционирование судна вне акватории и подъем его с помощью средств подъема, измерение усилий, развиваемых при этом каждым средством подъема, и последующее расчетное определение веса и абсциссы центра тяжести судна на основе измеренных данных. При этом судно устанавливают на кильблоках, в промежутки между которыми, симметрично относительно диаметральной плоскости судна, на стапель-площадку укладывают средства подъема, выполненные в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала, с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости. В процессе измерения емкости заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно не потеряет контакт с кильблоками. В этот момент для каждой емкости измеряют внутреннее давление, площадь пятна контакта емкости с днищем судна и абсциссу центра тяжести площади пятна контакта относительно выбранной базы отсчета, например миделевого сечения судна. Далее расчетным методом определяют вес судна и абсциссу центра тяжести судна относительно выбранной базы отсчета. Технический результат заключается в повышении точности определения указанных характеристик судна, а также в снижении трудоемкости и сокращении времени их определения. 4 ил.

Плавучесть – способность судна плавать при заданной осадке, имея на борту заданное количество людей и груза. Она предназначена для того, чтобы в тяжелых условиях плавания увеличить высоту надводного борта, создать дополнительный запас плавучести.

К характеристикам плавучести относятся вес и координаты центра тяжести судна. Их значения также необходимы при расчете такого параметра остойчивости, как метацентрическая высота.

Под остойчивостью понимают способность судна, выведенного из положения нормального равновесия какими-либо внешними силами, возвращаться в свое первоначальное положение после прекращения действия этих сил.

Известен способ определения веса судна путем его предварительного взвешивания или вычислением составляющих весов и расчет координат центра тяжести по соответствующим формулам (см. Б.Карлов, В.Певзнер, П.Слепенков. Учебник судоводителя любителя (Управление маломерными судами). Раздел 3, §40, 41).

Данные методы имеют следующие недостатки:

– повышенная трудоемкость в силу необходимости учета множества факторов (вес двигателя, механизмов, устройств и оборудования и др.);

– недостаточная точность вычисления при использовании приближенных формул.

Известен также способ определения массы судна, включающий его позиционирование вне акватории и подъем с помощью средств подъема, измерение усилий, развиваемых при этом каждым средством подъема, и последующее расчетное определение массы и абсциссы центра тяжести судна на основе измеренных данных (см. патент US №5178488, МПК B63C 1/00, дата публикации 12.01.1993).

Недостатками данного способа являются его ограниченная применимость на практике и высокая стоимость, обусловленная необходимостью использования специально оборудованного сухого дока.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка простого и точного способа определения расчетных характеристик для повышения плавучести и остойчивости судна.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении точности определения расчетных характеристик судна, а также в снижении трудоемкости и сокращении времени осуществления способа за счет использования емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала, наполняемых газом под давлением.

Поставленная задача решается тем, что способ определения веса судна, включающий его позиционирование вне акватории и подъем с помощью средств подъема, измерение усилий, развиваемых при этом каждым средством подъема, и последующее расчетное определение массы и абсциссы центра тяжести судна на основе измеренных данных, отличается тем, что судно устанавливают на кильблоках, расположенных на стапель-площадке, в промежутки между которыми, симметрично относительно диаметральной плоскости судна, на стапель-площадку укладывают средства подъема, выполненные в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости, причем в процессе измерения емкости заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно не потеряет контакт с кильблоками, в этот момент для каждой емкости измеряют внутреннее давление p_i, площадь пятна контакта емкости с днищем судна F_i и абсциссу центра тяжести площади пятна контакта x_iF относительно выбранной базы отсчета, например миделевого сечения судна, далее определяют вес судна из условия равновесия, используя выражение:

Читать еще: Для чего нужна азотная капсула в пиве

где G – вес судна, т;

p_i – внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м 2 ;

F_i – площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м 2 .

При этом абсциссу центра тяжести судна относительно выбранной базы отсчета определяют, используя выражение:

где x_g – абсцисса центра тяжести судна относительно выбранной базы отсчета, м;

p_i – внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м 2 ;

F_i – площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м 2 ;

x_iF – абсцисса центра тяжести площади пятна контакта относительно выбранной базы отсчета.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «судно устанавливают на кильблоках, расположенных на стапель-площадке» позволяет позиционировать его вне акватории и оставить свободное пространство под днищем для установки средств подъема.

Признак «в промежутки между кильблоками, симметрично относительно диаметральной плоскости судна, на стапель-площадку укладывают средства подъема» позволяет опереть днище судна непосредственно на средства подъема и тем самым обеспечить плотный контакт между поверхностями.

Признак, указывающий, что средства подъема «выполнены в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости», обеспечивает простоту конструкции и эксплуатации, а также позволяет использовать средства подъема в качестве катков при буксировке судна в продольном направлении.

Признаки «в процессе измерения емкости заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно не потеряют контакт с кильблоками» позволяют в дальнейшем удалить кильблоки.

Признаки, указывающие, что «емкости… выполнены… с возможностью измерения внутреннего давления» и «для каждой емкости измеряют внутреннее давление p_i, площадь пятна контакта емкости с днищем судна F_i и абсциссу центра тяжести площади пятна контакта x_iF относительно выбранной базы отсчета, например миделевого сечения судна», позволяют получить исходные данные для дальнейшего расчета.

Признаки «определяют вес судна из условия равновесия, используя выражение:

где G – вес судна, т;

p_i – внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м 2 ;

F_i – площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м 2 .

где x_g – абсцисса центра тяжести судна относительно выбранной базы отсчета, м;

p_i – внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м 2 ;

F_i – площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м 2 ;

x_iF – абсцисса центра тяжести площади пятна контакта относительно выбранной базы отсчета» позволяют произвести расчет веса и абсциссы центра масс судна.

На фиг.1, 2 и 3 изображена последовательность операций при установке судна на средства подъема (вид сбоку).

На фиг.4 изображена схема к определению веса судна и абсциссы центра тяжести при взвешивании.

На чертежах показаны корпус судна 1, средства подъема 2, кильблоки 3 и основание стапель-площадки 4.

Способ осуществляют следующим образом. Судно 1 устанавливают на кильблоки 3, расположенные на стапель-площадке 4 (фиг.1). В промежутки между кильблоками 3 поперек судна 1 на стапель-площадку 4 укладывают средства подъема 2 (фиг.2). Средства подъема 2 выполнены в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала и снабжены штуцерами для подключения к компрессорной установке и манометрами для измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости (на чертежах не показаны). Средства подъема 2 подключают к компрессорной установке (на чертежах не показана) и заполняют воздухом под давлением до тех пор, пока судно 1 не будет поднято над кильблоками 3 до полного отсутствия контакта с ними (фиг.3). Для каждой емкости (средства подъема 2) измеряют внутреннее давление p_i, площадь пятна контакта емкости с днищем судна F_i и абсциссу центра тяжести площади пятна контакта относительно выбранной базы отсчета, например миделевого сечения судна, x_g.

Читать еще: Какие интересные книги можно почитать

Далее определяют вес судна из условия равновесия, используя выражение:

где G – вес судна, т;

p_i – внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м 2 ;

F_i – площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м 2 .

где x_g – абсцисса центра тяжести судна относительно выбранной базы отсчета, м;

p_i – внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м 2 ;

F_i – площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м 2 ;

x_iF – абсцисса центра тяжести площади пятна контакта относительно выбранной базы отсчета.

В случае если судно имеет килеватость (подъем днища к бортам) или острые криволинейные обводы, между кильблоками и средствами подъема дополнительно укладывают промежуточную жесткую платформу.

Способ определения веса судна, включающий его позиционирование вне акватории и подъем с помощью средств подъема, измерение усилий, развиваемых при этом каждым средством подъема, и последующее расчетное определение веса и абсциссы центра тяжести судна на основе измеренных данных, отличающийся тем, что судно устанавливают на кильблоках, расположенных на стапель-площадке, в промежутки между которыми симметрично относительно диаметральной плоскости судна на стапель-площадку укладывают средства подъема, выполненные в виде емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала с возможностью подачи в них сжатого воздуха и измерения внутреннего давления воздуха в каждой емкости, причем в процессе измерения емкости заполняют сжатым воздухом до тех пор, пока судно не потеряет контакт с кильблоками, в этот момент для каждой емкости измеряют внутреннее давление p_i, площадь пятна контакта емкости с днищем судна F_i и абсциссу центра тяжести площади пятна контакта x_iF относительно выбранной базы отсчета, например миделевого сечения судна, далее определяют вес судна из условия равновесия, используя выражение
,
где G – вес судна, т;
p_i – внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м 2 ;
F_i – площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м 2 ,
при этом абсциссу центра тяжести судна относительно выбранной базы отсчета определяют, используя выражение

где x_g – абсцисса центра тяжести судна относительно выбранной базы отсчета, м;
p_i – внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м 2 ;
F_i – площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м 2 ;
x_iF – абсцисса центра тяжести площади пятна контакта i-й емкости относительно выбранной базы отсчета.

Определение массы корпуса

01 раздел – самый “тяжелый” в нагрузке порожнего судна. Массу этого раздела можно определить одним из четырех способов:

В способах первой группы используются наиболее простые, а поэтому и наименее точные формулы вида,

где D, LBH – модули, а р_к, q_к – измерители, определяемые по прототипу, отнесенные к соответствующим модулям.

Формулы второй группы учитывают такие особенности, как: тип судна, высота надводного борта, количество палуб, развитость надстроек и т.п. Результаты расчета по формулам второй группы оказываются более достоверными, чем в первом случае. Типовая формула второй группы для массы голого корпуса (суммы групп с 0101 по 0107)

где А₁ = 1 – для судов с минимальным надводным бортом и 0,96 – для судов с избыточным надводным бортом. А₂ = 1 – для однопалубных судов, 1,06 – для двухпалубных судов, 1,12 – для трехпалубных судов. А₃ = 1 – для судов длиной более 70 м, для судов меньшей длины А₃ = 2,9 : L 0,25 . Приведенная высота борта Н’, определяется по формуле

где h_н и l_н – соответственно высота и длина надстроек.

Формулы третьей группы выведены исходя из требований, предъявляемых к прочности судна. Выполнение этих требований обеспечивается, в первую очередь, продольными связями, входящими в эквивалентный брус. Следовательно, строго говоря, по формулам третьей группы, можно определить массу именно этих связей, но поскольку их масса составляет 80 – 90 % массы стали в составе корпуса, то формулы распространяются на все остальные связи, что приводит к незначительной погрешности, допустимой на начальных этапах проектирования.

Читать еще: Что символизирует дракон

Масса связей, участвующих в продольном изгибе, зависит от удельной массы стали с, площади поперечного сечения эквивалентного бруса F и длины судна L.

где с – коэффициент уменьшения площади сечения эквивалентного бруса по длине судна.

Площадь поперечного сечения влияет на момент сопротивления эквивалентного бруса

где з – коэффициент утилизации площади сечения эквивалентного бруса. В то же время минимальный момент сопротивления равен отношению изгибающего момента к допустимым напряжениям в связях корпуса

Изгибающий момент при постановке судна на волну

где k – коэффициент изгибающего момента.

По статистике, коэффициент с ? д 1/3 , а з ? 0,05L 1/2 . Тогда

где – измеритель массы продольных связей корпуса.

Учитывая, что Р_пс = (0,8 – 0,9) Р₀₁, можно определить массу всего раздела.

Способы четвертой группы основаны на постатейном пересчете масс отдельных конструкций. В этом случае общую массу корпуса разбивают на ряд составляющих (объединяя отдельные статьи, например, по функциональным признакам), для каждой из которых подбирают соответствующий модуль пересчета. Результаты, получаемые в результате расчета, по формулам четвертой групп наиболее точны, но в то же время трудоемкость расчетов гораздо больше, чем в предыдущих способах.

Разобьем массу раздела корпус на следующие составляющие:

Местные конструкции (платформы, выгородки, шахты и т.п.)

Надстройки и рубки

где W_нр – объем надстроек и рубок.

Прочие части раздела

Формулы первой группы используют для ориентировочных первоначальных расчетов. При сопоставлении вариантов технического предложения пользуются более точными формулами второй или третьей группы. Расчет массы корпуса выбранного варианта осуществляют по наиболее точным формулам четвертой группы.

Как определяют вес кораблей

Технические характеристики судов:
- Линейные характеристики
- Весовые характеристики
- Объемные характеристики
- Грузовые характеристики и средства вентиляции
- Скоростные характеристики и дальность плавания
- Тип и мощность главного двигателя, род топлива, степень автоматизации
Другие характеристики:
- Характеристика по району плавания
- По назначению и способам грузообработки

Весовые характеристики судна.

А – водоизмещение судна (т) – масса судна или масса воды, вытесненной судном, плавающим по некоторую ватерлинию равновесия. Водоизмещение и объемное водоизмещение V, равное объему вытесненной судном воды, связаны зависимостью

где у – плотность морской воды, т/ м 3 ; С_В – коэффициент общей полноты корпуса судна.

Водоизмещение судна в процессе эксплуатации изменяется в широких пределах.

В качестве основных весовых эксплуатационных характеристик судна различают: ∆ — водоизмещение судна порожнем (т). Масса судна, готового для выхода в море, со всем снабжением, водой в главных механизмах, котлах, конденсаторах и их трубопроводах, но без груза, пассажиров, экипажа, багажа, топлива, воды, масла и всех других расходных запасов; ∆_max — водоизмещение в полном грузу (т). Водоизмещение судна при наибольшей допустимой осадке по грузовую марку, включающее в себя водоизмещение порожнем и массу груза, пассажиров, экипажа, багажа, расходных запасов, топлива, воды и масла; ∆_w — дедвейт или полная грузоподъемность суда (т), являющаяся разностью водоизмещения в полном грузу и водоизмещения порожнем:

Рис. 1. Марки углубления, грузовая шкала и грузовая марка: а) марка углубления в метрах и футах; б) грузовая шкала; в) грузовая марка; г) обозначение палубной линии

Дедвейт судна можно также представить как сумму масс груза и запасов, которые можно принять на судно:

где Р – масса груза; р_т – масса топлива и масла; р_в– масса воды; р_с_наб – масса всех видов судового снабжения; р _эк – масса экипажа и пассажиров с багажом; р _пр –масса запаса провизии.