Масса и координаты центра масс (тяжести) судна

 

Для определения посадки судна, с использованием системы уравнений (2.1), необходимо знать его массу и координаты центра тяжести.

Расчет массы судна (D) производится суммированием масс Р_i отдельных его элементов, систем, устройств, грузов, запасов и т.д.

,

где	n	–	число слагаемых;
	i	–	индекс слагаемой массы.

При представлении Р_i в виде укрупненных масс расчет может быть выполнен по форме табл. 2.1.

Полную массу судна принято разделять на две части. К первой части относят массы, которые всегда находятся на судне: корпус с оборудованием, судовые устройства и системы, главные и вспомогательные механизмы, штатное снабжение, а также минимальное наполнение жидкостями трубопроводов, механизмов и цистерн. Совокупность этих масс составляет массу порожнего судна (масса судна порожнем).

Ко второй части (второй группе масс) относят грузы, массы которых могут изменяться от рейса к рейсу или в течение рейса; это – перевозимый груз, запасы топлива, воды, смазки и других расходных материалов, команда с багажом, запасы провизии, жидкий балласт. Все эти переменные массы образуют дедвейт судна или, иначе, полную грузоподъемность.

Наряду с дедвейтом (полной грузоподъемностью) используется понятие – полезная (чистая) грузоподъемность; последняя состоит из масс грузов и пассажиров с багажом, перевозка которых является назначением судна.

 

Таблица 2.1

 

Таблица нагрузки масс судна

 

Статьи нагрузки	Pi, т	zgi, м	xgi, м	Mzi, т.м.	Mxi, т.м.
1. водоизмещение порожнем Корпус (с устройствами) Механизмы Системы Электрооборудование, радиооборудование и связь Запас водоизмещения
Итого: судно порожнем
2. Водоизмещение в грузу Судно порожнем Команда с багажом Пассажиры с багажом Запас топлива и масла Запас воды Запас продовольствия Фекалии и сточные воды Груз в трюме №1 Груз в трюме №2 …………………. Разные массы
Итого: судно в грузу

 

В соответствии с количеством принятых переменных грузов различают несколько водоизмещений, в том числе, водоизмещение порожнего судна (см. табл. 2.1 – судно порожнем).

Водоизмещение судна с полным грузом – (полное водоизмещение или водоизмещение в полном грузу) – масса судна при наибольшей допустимой осадке, установленной для него в рейсе.

Водоизмещение судна с полным грузом, но с 10% запасов (топлива, масла, провизии и других видов); это соответствует водоизмещению судна при возвращении его из рейса.

Для различных типов судов могут быть и другие типовые случаи состояния нагрузки масс.

На практике координаты центра масс (тяжести) определяют расчетным путем в табличной форме – в виде таблицы нагрузки масс судна (см. табл. 2.1).

Для каждой статьи нагрузки определяют P_i и координаты ее центра по длине и высоте судна: – соответственно.

Центр массы крупных составляющих находится, как правило, в диаметральной плоскости судна, т.е. у_gi = 0. Непостоянные по величине массы размещаются таким образом, чтобы сохранить положение центра массы судна в диаметральной плоскости; при этом оно не будет иметь крена.

Для каждой из статей в таблице нагрузки определяют момент массы относительно координатных плоскостей; затем соответствующие моменты суммируются. При этом не следует упускать из вида, что и соответствующий момент М_xi могут иметь положительный или отрицательный знак.

Координаты центра масс вычисляют по формулам:

Массовое водоизмещение и координаты центра массы подсчитывают для различных случаев загрузки судна.

В эксплуатационной практике исходные данные по перевозимым грузам, которые необходимы для расчета нагрузки масс, можно определить по грузовому плану (рис. 2.7).

Такой план составляется с целью обеспечения: мореходности судна, сохранности грузов и обеспечения возможности принимать и выдавать грузы в портах по коносаментам (попартионно) [4]. На рис. 2.7 представлен одноплоскостной*) план для универсального сухогрузного судна при размещении в четырех трюмах грузов различных видов. Для каждого из грузов указываются: порт назначения; высота объема, занятого грузом (м); масса груза (т) и его объем (м³) (показаны в виде дроби); в прямоугольнике указано возвышение центра массы груза (м) над пайолом (поверхностью настила дна).

Рис. 2.7. одноплоскостной грузовой план

Грузовой план позволяет выполнить расчет суммарной массы грузов и положения центра тяжести этой массы по каждому из трюмов. Эти показатели используются для расчета нагрузки масс судна.

Масса и координаты центра тяжести судна порожнем, необходимые для выполнения расчетов по табл. 2.1, могут быть приняты, например, по судовому документу «Информация об остойчивости судна», который составляется в соответствии с [5].

При выполнении расчета нагрузки масс (см. табл. 2.1), для определения координат центра тяжести различных грузов может быть использован чертеж размещения грузов. Такой чертеж (на рис. 2.8 он представлен в схематизированном виде) выполняется на фоне, ограниченном контуром продольного сечения корпуса по диаметральной плоскости. На чертеже показываются (отмечаются) помещения, предназначенные для размещения различных грузов. Внизу дается шкала расстояний от миделя в нос и в корму, а в оконечностях корпуса наносятся шкалы расстояний от основной плоскости (ОП). Также показывается положение конструктивных шпангоутов, носового (НП) и кормового (КП) перпендикуляров.

Находящиеся на судне жидкие грузы (балласт, топливо, смазка, запас чистой воды, загрязненные воды и др.) размещаются в специальных цистернах. На чертеже (см. рис. 2.8) указываются емкость и координаты центра объема каждой из цистерн.

Применительно к сухогрузному судну по рис. 2.8 принято, что каждое трюмное помещение образовано прямостенными перекрытиями, которые образуют прямоугольный объем трюма. В этом случае заполнение трюма насыпным грузом (зерно, цемент, кокс, антрацит и др.) или навалочным (руда, известняк, апатит, дрова и др.) происходит без образования в нем «пустот», обусловленных неровностями стенок или их взаимным расположением. При этом условии с помощью шкал, нанесенных на поле изображения трюма (см. рис. 2.8), можно определить объем трюма, заполненный грузом данного вида и с известной массой, а также координаты центра тяжести этой массы. На изображении каждого трюма даны две шкалы, отнесенные к вертикали, которая располагается на середине размера трюма по длине судна и снабжена шкалой V _тр. Одна из шкал представляет объем помещения трюма от уровня пайола (V _тр), а другая (обозначена Ó) – определяет положение центра тяжести этого объема.

 

Рис. 2.8. Чертеж размещения грузов

При известном значении массы груза (Р, т) объем трюма, необходимый для его размещения , определяется по формуле

где m – удельный погрузочный объем данного груза, м³/т.

По шкале Ó, при известном значении , находится положение центра тяжести груза по высоте (z); соответствующее значение х определяется положением вертикали со шкалой . Полученные таким образом z и x, а также Р, используются для расчета нагрузки масс судна (табл. 2.1).

В некоторых случаях на чертеже размещения грузов по трюмам даются шкалы грузовместимости для генеральных грузов или насыпных [3].

На судах современной постройки информация о грузовых помещениях дается в виде таблиц, в которых, в зависимости от уровня заполнения помещения, указываются их объемы для зерновых и генеральных грузов, а также координаты центра тяжести этих объемов по длине и высоте судна.

Положение центра массы водоизмещающих судов по длине при полной загрузке обычно не выходит за пределы x_g = ±0,02 L, где L – длина судна. Ордината центра массы, при отсутствии у судна крена, равна нулю.

Аппликата центра массы судна зависит от его типа и высоты борта; приближенно ее можно определить с использованием относительного значения , где Н – высота борта судна (табл. 2.2).

 

Таблица 2.2