СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕСА СУДНА И АППЛИКАТЫ ЕГО ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ
METHOD OF SHIP WEIGHT DETERMINATION AND Z-COORDINATES OF SHIP CENTER OF GRAVITY

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 и анализа 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 В63С 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.
i
i
pi
В качестве ближайшего аналога выбран способ определения веса судна и аппликаты его центра тяжести, включающий установку судна на кильблоки, расположенные 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 вызывают 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 γ;, после чего определяют результирующую сил реакции упругих эластичных емкостей используя выражение:
<mrow><mover><mi>Δ</mi><mo>/</mo></mover><mo>=</mo><mo>∑</mo><msub><mi>P</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mo>∑</mo><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>F</mi><mi>i</mi></msub></mrow>
,
<mrow><mover><mi>Δ</mi><mo>/</mo></mover></mrow>
где
- результирующая сил реакции упругих эластичных емкостей из условия равновесия, т;
i
P - сила реакции i-ой емкости в состоянии равновесия судна, т;
i
2
p - внутреннее давление воздуха в i-й емкости в состоянии равновесия судна т/м;
i
2
F - площадь пятна контакта i-ой емкости с днищем судна, м,
после чего определяют вес судна и аппликату его центра тяжести расчетным путем на основе измеренных данных (см. заявку RU №2011142210, МПК В63В 39/00, решение о выдаче патента 19.06.12).
Недостатком ближайшего аналога является повышенная трудоемкость процесса из-за использования крен-балласта при креновании судна, необходимости расчета дополнительных параметров (ординаты точки приложения результирующей сил реакции упругих эластичных емкостей относительно диаметральной плоскости судна), сложность контроля варьирования величины задаваемого кренящего момента и, как следствие, угла кренования.
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 более рационального расположения емкостей из гибкого воздухонепроницаемого материала, которое позволяет отказаться от использования балласта для накренения судна и с большей точностью определить площадь пятна контакта емкости с днищем судна.
i
i
pi
Поставленная задача решается тем, что способ определения веса судна и аппликаты его центра тяжести, включающий установку судна на кильблоки, расположенные на стапель-площадке, в промежутки между которыми, симметрично относительно диаметральной плоскости (ДП) 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 вызывают 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 γ, после чего определяют результирующую сил реакции упругих эластичных емкостей используя выражение:
<mrow><mover><mi>Δ</mi><mo>/</mo></mover><mo>=</mo><mo>∑</mo><msub><mi>P</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mo>∑</mo><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>F</mi><mi>i</mi></msub></mrow>
,
<mrow><mover><mi>Δ</mi><mo>/</mo></mover></mrow>
где
- результирующая сил реакции упругих эластичных емкостей из условия равновесия, т;
i
P - сила реакции i-ой емкости в состоянии равновесия судна, т;
i
2
p - внутреннее давление воздуха в i-ой емкости в состоянии равновесия судна т/м;
i
2
F - площадь пятна контакта i-ой емкости с днищем судна, м, после чего определяют вес судна и аппликату его центра тяжести расчетным путем на основе измеренных данных, отличающийся тем, что средства подъема укладывают на стапель-площадку параллельно диаметральной плоскости судна, причем обеспечивают равенство площадей пятен контакта с днищем судна всех емкостей, накренение судна на угол θ производят путем равномерной откачки воздуха из емкостей, расположенных по одну сторону от диаметральной плоскости судна, при этом вес судна определяют, используя выражение:
<mrow><mi>G</mi><mo>=</mo><mover><mi>Δ</mi><mo>/</mo></mover><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow>
,
где θ - угол крена судна в положении равновесия, рад, а аппликату центра тяжести судна относительно основной плоскости (ОП) определяют, используя выражение:
<mrow><mi>Z</mi><mi>g</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>p</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>sin</mi><mn>2</mn><mi>θ</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
1
2
где Р Р - силы реакции в емкостях, расположенных по разные стороны от диаметральной плоскости судна при его накренении, т;
р1
р2
γ, γ - ординаты центров тяжести пятен контакта с днищем судна емкостей, расположенных по разные стороны от диаметральной плоскости судна при его накренении, 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 «средства подъема укладывают на стапель-площадку параллельно диаметральной плоскости судна, причем обеспечивают равенство площадей пятен контакта с днищем судна всех емкостей» позволяет упростить процедуру измерения ординат центров тяжести и площадей пятен контакта емкостей с днищем судна при креновании.
Признак «накренение судна на угол θ производят путем равномерной откачки воздуха из емкостей, расположенных по одну сторону от диаметральной плоскости судна» позволяет упростить процесс кренования судна за счет отказа от использования крен-балласта и более точно варьировать величину задаваемого кренящего момента и, как следствие, угла кренования.
Признак «вес судна определяют, используя выражение:
<mrow><mi>G</mi><mo>=</mo><mover><mi>Δ</mi><mo>/</mo></mover><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow>
,
где θ - угол крена судна в положении равновесия, рад, а аппликату центра тяжести судна относительно основной плоскости (ОП) определяют, используя выражение:
<mrow><mi>Z</mi><mi>g</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>p</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mn>2</mn><mi>θ</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
1,
2
где Р Р - силы реакции в емкостях, расположенных по разные стороны от диаметральной плоскости судна при его накренении, т;
р1,
р2
γ γ - ординаты центров тяжести пятен контакта с днищем судна емкостей, расположенных по разные стороны от диаметральной плоскости судна при его накренении, м» позволяют произвести расчет веса и аппликаты центра тяжести 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 до его кренования (общий вид).
На фиг.5 изображен процесс кренования судна.
На фиг.6 изображена схема к определению веса судна и аппликаты центра тяжести при креновании (общий вид).
На фиг.7 изображена схема к определению веса судна и аппликаты центра тяжести при креновании (вид спереди).
На чертежах показаны корпус судна 1, кильблоки 2, основание стапель-площадки 3, средства подъема 4.
<mrow />
Способ осуществляют следующим образом. Судно 1 устанавливают на кильблоки 2, расположенные на стапель-площадке 3 (фиг.1). В промежутки между кильблоками 2 параллельно диаметральной плоскости судна, на стапель-площадку 3 укладывают средства подъема 4, одновременно обеспечивая равенство площадей пятен контакта с днищем судна 1 всех средств подъема 4 (фиг.2). Средства подъема 4 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 4 подключают к компрессорной установке (на чертежах не показана) и заполняют воздухом под давлением, до тех пор, пока судно 1 не будет поднято над кильблоками 2 настолько, что при наклонении судна 1 на предельно допустимое значение угла крена будет исключен контакт между днищем судна 1 и кильблоками 2 (фиг.3). Далее производят равномерную откачку сжатого воздуха из средств подъема 4, расположенных по одну сторону от диаметральной плоскости судна 1, вызывая накренение судна 1 на угол
θ (фиг.5).
i
i
pi
Затем для каждой емкости измеряют внутреннее давление р площадь пятна контакта емкости с днищем судна F и ординату центра тяжести площади пятна контакта относительно диаметральной плоскости судна γ, после чего определяют результирующую сил реакции упругих эластичных емкостей используя выражение:
<mrow><mover><mi>Δ</mi><mo>/</mo></mover><mo>=</mo><mo>∑</mo><msub><mi>P</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mo>∑</mo><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>F</mi><mi>i</mi></msub></mrow>
,
<mrow><mover><mi>Δ</mi><mo>/</mo></mover></mrow>
где
- результирующая сил реакции упругих эластичных емкостей из условия равновесия, т;
i
P - сила реакции i-ой емкости в состоянии равновесия судна, т;
i
2
p - внутреннее давление воздуха в i-ой емкости в состоянии равновесия судна т/м;
i
2
F - площадь пятна контакта i-ой емкости с днищем судна, м.
При этом вес судна определяют, используя выражение:
<mrow><mi>G</mi><mo>=</mo><mover><mi>Δ</mi><mo>/</mo></mover><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow>
,
где θ - угол крена судна в положении равновесия, рад.
Аппликату центра тяжести судна относительно основной плоскости (ОП) определяют, используя выражение:
<mrow><mi>Z</mi><mi>g</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>γ</mi><mrow><mi>p</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>sin</mi><mn>2</mn><mi>θ</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
1,
2
где Р Р - силы реакции в емкостях, расположенных по разные стороны от диаметральной плоскости судна при его накренении, т;
p1,
Р2
γ γ - ординаты центров тяжести пятен контакта с днищем судна емкостей, расположенных по разные стороны от диаметральной плоскости судна при его накренении, 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.