СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕСА СУДНА И АППЛИКАТЫ ЕГО ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ
METHOD FOR VESSEL'S WEIGHT AND HEIGHT OF CENTER OF GRAVITY DETERMINATION

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 массы крупногабаритного груза.
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).
Недостатками вышеупомянутых методов являются повышенная трудоемкость в силу необходимости учета множества факторов (вес двигателя, механизмов, устройств и оборудования и др.) и 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 координат центра тяжести судна на основе измеренных данных (см. патент US №5178488, МПК B63C 1/00, дата публикации 12.01.1993).
Недостатком данного способа является 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 осуществлении способа за счет использования емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала, наполняемых газом под давлением.
гр
i
i
i
Поставленная задача решается тем, что способ определения веса судна и аппликаты его центра тяжести, включающий его позиционирование вне акватории и подъем с помощью средств подъема, последующее кренование и измерение усилий, развиваемых при этом каждым средством подъема, и последующее расчетное определение массы и аппликаты 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 будет поднято над кильблоками настолько, что при наклонении судна на предельно допустимое значение угла крена будет исключен контакт между днищем судна и кильблоками, далее на палубу судна в районе миделевого сечения на высоте Н над основной плоскостью со смещением к одному из бортов от диаметральной плоскости на величину  укладывают крен-балласт с известным весом P, вызывая накренение судна на угол θ, затем для каждой емкости измеряют внутреннее давление p, площадь пятна контакта емкости с днищем судна F и ординату центра тяжести площади пятна контакта относительно диаметральной плоскости судна e, после чего определяют результирующую сил реакции упругих эластичных емкостей используя выражение:
где  - результирующая сил реакции упругих эластичных емкостей из условия равновесия, т;
i
2
p - внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м;
i
2
F - площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м.
При этом ординату точки приложения результирующей сил реакции
упругих эластичных емкостей относительно диаметральной плоскости (ДП) судна определяют, используя выражение:
,
где e - ордината точки приложения результирующей сил реакции упругих эластичных емкостей относительно диаметральной плоскости судна, м;
i
2
p - внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м;
i
2
F - площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м;
i
e - ордината центра тяжести площади пятна контакта i-й емкости относительно диаметральной плоскости, м.
При этом вес судна определяют, используя выражение:
где θ - угол крена судна в положении равновесия, рад;
P - вес крен-балласта, т.
Аппликату центра тяжести судна относительно основной плоскости (ОП) определяют, используя выражение:
где  - величина смещения крен-балласта к борту от диаметральной плоскости судна, м;
гр
H - аппликата центра тяжести крен-балласта относительно основной плоскости, м.
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» позволяют 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» обеспечивают простоту конструкции и эксплуатации, а также позволяют использовать средства подъема в качестве катков при буксировке судна в продольном направлении.
Признаки «пока судно не будет поднято над кильблоками настолько, что при наклонении судна на предельно допустимое значение угла крена будет исключен контакт между днищем судна и кильблоками» позволят получить более достоверные данные.
гр
Признаки «на палубу судна в районе миделевого сечения на высоте H над основной плоскостью со смещением к одному из бортов от диаметральной плоскости на величину  укладывают крен-балласт с известным весом P, вызывая накренение судна на угол θ» позволяют варьировать величину задаваемого кренящего момента и, как следствие, угла кренования.
i
i
i
Признаки, указывающие что «емкости… выполнены… с возможностью измерения внутреннего давления» и «для каждой емкости измеряют внутреннее давление p, площадь пятна контакта емкости с днищем судна F и ординату центра тяжести площади пятна контакта относительно диаметральной плоскости судна e» позволяют получить исходные данные для дальнейшего расчета.
Признаки «определяют результирующую сил реакции упругих эластичных емкостей» используя выражение:
где  - результирующая сил реакции упругих эластичных емкостей из условия равновесия, т;
i
2
p - внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м;
i
2
F - площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м.
При этом ординату точки приложения результирующей сил реакции упругих эластичных емкостей относительно диаметральной плоскости (ДП) судна определяют, используя выражение:
где e - ордината точки приложения результирующей сил реакции упругих эластичных емкостей относительно диаметральной плоскости судна, м;
i
2
p - внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м;
i
2
F - площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м;
i
e - ордината центра тяжести площади пятна контакта i-й емкости относительно диаметральной плоскости, м.
При этом вес судна определяют, используя выражение:
где θ - угол крена судна в положении равновесия, рад;
P - вес крен-балласта, т.
Аппликату центра тяжести судна относительно основной плоскости (ОП) определяют, используя выражение:
где  - величина смещения крен-балласта к борту от диаметральной плоскости судна, м;
гр
H - аппликата центра тяжести крен-балласта относительно основной плоскости позволяют произвести расчет веса и аппликаты центра масс судна.
На фиг.1, 2 и 3 изображена последовательность операций при установке судна на средства подъема (вид сбоку).
На фиг.4 изображен процесс накренения судна с помощью крен-балласта.
На фиг.5 изображена схема к определению веса судна и аппликаты центра тяжести при креновании (общий вид).
На фиг.6 изображена схема к определению веса судна и аппликаты центра тяжести при креновании (вид спереди).
На чертежах показаны корпус судна 1, средства подъема 2, кильблоки 3, основание стапель-площадки 4, крен-балласт 5 с известным весом.
гр
i
i
i
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 настолько, что при наклонении судна 1 на предельно допустимое значение угла крена будет исключен контакт между днищем судна 1 и кильблоками 3. Далее на палубу судна 1 в районе миделевого сечения на высоте H над основной плоскостью со смещением к одному из бортов от диаметральной плоскости на величину  укладывают крен-балласт 5 с известным весом P, вызывая накренение судна на угол θ, затем для каждой емкости измеряют внутреннее давление p, площадь пятна контакта емкости с днищем судна F и ординату центра тяжести площади пятна контакта относительно диаметральной плоскости судна e, после чего определяют результирующую сил реакции упругих эластичных емкостей используя выражение:
где  - результирующая сил реакции упругих эластичных емкостей из условия равновесия, т;
i
2
p - внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м;
i
2
F - площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м.
При этом ординату точки приложения результирующей сил реакции упругих эластичных емкостей относительно диаметральной плоскости (ДП) судна определяют, используя выражение:
где e - ордината точки приложения результирующей сил реакции упругих эластичных емкостей относительно диаметральной плоскости судна, м;
i
2
p - внутреннее давление воздуха в i-й емкости, т/м;
i
2
F - площадь пятна контакта i-й емкости с днищем судна, м;
i
e - ордината центра тяжести площади пятна контакта i-й емкости относительно диаметральной плоскости, м.
При этом вес судна определяют, используя выражение:
где θ - угол крена судна в положении равновесия, рад;
P - вес крен-балласта, т.
Аппликату центра тяжести судна относительно основной плоскости (ОП) определяют, используя выражение:
где  - величина смещения крен-балласта к борту от диаметральной плоскости судна, м;
гр
H - аппликата центра тяжести крен-балласта относительно основной плоскости, м.
В случае если судно имеет килеватость (подъем днища к бортам) или острые криволинейные обводы, между кильблоками и средствами подъема дополнительно укладывают промежуточную жесткую платформу.