способ размещения грузов на судне

Формула изобретения

1. Способ размещения грузов на судне, включающий изменение распределения масс по длине судна, в том числе массы груза и балласта, отличающийся тем, что задают асимметрию распределения суммарной массы по длине судна относительно миделя путем соответствующего распределения груза и балласта по длине судна в процессе его погрузки, при этом в районе x/L=0,25 суммарную массу уменьшают, а в районе x/L=-0,25 ее увеличивают на величину Р₁, в районе x/L=0,5 суммарную массу увеличивают, а в районе x/L=-0,5 ее уменьшают на величину Р₂ относительно уровня, соответствующего одинаковой степени заполнения грузовых помещений при одинаковой погрузочной кубатуре грузов, где х - абсцисса центра тяжести массы P₁ или Р₂, L - длина судна, причем массы Р₁ и Р₂, на которые изменяют нагрузку по длине судна, и расстояния между их центрами тяжести удовлетворяют выражению

P₁L₁=P₂L₂,

где L₁ - расстояние между центрами тяжести масс Р₁;

L₂ - расстояние между центрами тяжести масс Р₂.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение массы обеспечивают размещением грузов с малой удельной погрузочной кубатурой и (или) размещением балласта только на участках длины судна, требующих увеличения массы по длине судна, при этом уменьшение нагрузки обеспечивают размещением грузов с большой удельной погрузочной кубатурой и (или) удалением балласта с участков длины судна, требующих уменьшения массы по длине судна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения и эксплуатации судов, а именно к вопросам размещения грузов.

Известен способ размещения грузов на судне [1, §3.1, стр. 64] в соответствии с распределением сил поддержания с целью получения минимального изгибающего момента на тихой воде.

Недостатками данного способа являются:

- несоответствие распределения объемов внутри судового корпуса строевой по шпангоутам из-за наклона штевней, развала бортов в оконечностях и седловатости палубы;

- невозможность полного использования объема грузовых помещений;

- изменение момента на тихой воде для различных эксплуатационных случаев загрузки судна и необходимость учета его при определении минимального сопротивления корпуса.

Наиболее близким, выбранным в качестве прототипа, является способ размещения грузов на судне, включающий изменение эксплуатационных параметров с созданием перегибающего момента на тихой воде (перенос грузов или балласта из средней части судна к оконечностям). При этом уменьшается величина волнового изгибающего момента за счет перераспределения сил инерции при вертикальной качке [2, стр. 83, 84, 89].

Недостатки данного способа:

- при таком способе не используются значительные силы инерции, обусловленные килевой качкой;

- этот способ не дает значительного уменьшения суммарного изгибающего момента потому, что уменьшение волнового изгибающего момента сопровождается увеличением момента на тихой воде;

- при таком способе изменяются параметры качки, что затрудняет исследование оптимальных характеристик нагрузки и режимов хода с учетом изменения ударных моментов.

Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является улучшение эксплуатационных и прочностных качеств судна.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого решения, заключается в уменьшении волнового изгибающего момента и, как следствие, в снижении опасности повреждений корпуса судна, которые могут возникнуть в конструкциях при воздействии суммарного вертикального изгибающего момента. При проектировании судна появляется возможность уменьшить массу корпуса за счет уменьшения толщин связей, обеспечивающих общую продольную прочность, при меньшем требуемом моменте сопротивления.

Поставленная задача решается тем, что в способе размещения грузов на судне, включающем изменение эксплуатационных параметров, согласно изобретению задают асимметрию распределения суммарной массы по длине судна относительно миделя путем соответствующего распределения груза и балласта по длине судна в процессе его погрузки, при этом в районе x/L=0,25 суммарную массу уменьшают, а в районе x/L=-0,25 ее увеличивают на величину Р₁, в районе x/L=0,5 суммарную массу увеличивают, а в районе x/L=-0,5 ее уменьшают на величину Р₂ относительно уровня, соответствующего одинаковой степени заполнения грузовых помещений при одинаковой погрузочной кубатуре грузов, где x - абсцисса центра тяжести массы P₁ или Р₂, L - длина судна, причем массы P₁ и Р₂, на которые изменяют нагрузку по длине судна, и расстояния между их центрами тяжести удовлетворяют выражению

P₁L₁=P₂L₂,

где L₁ - расстояние между центрами тяжести масс P₁,

L₂ - расстояние между центрами тяжести масс Р₂.

При этом увеличение массы обеспечивают размещением грузов с малой удельной погрузочной кубатурой и (или) размещением балласта только на участках длины судна, требующих увеличения массы по длине судна, при этом уменьшение нагрузки обеспечивают размещением грузов с большой удельной погрузочной кубатурой и (или) удалением балласта с участков длины судна, требующих уменьшения массы по длине судна.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы решают следующие функциональные задачи.

Признак "...задают асимметрию распределения суммарной массы по длине судна относительно миделя путем соответствующего распределения груза и балласта по длине судна в процессе его погрузки, при этом в районе x/L=0,25 суммарную массу уменьшают, а в районе x/L=-0,25 ее увеличивают на величину ₁, в районе x/L=0,5 суммарную массу увеличивают, а в районе x/L=-0,5 ее уменьшают на величину Р₂ относительно уровня, соответствующего одинаковой степени заполнения грузовых помещений при одинаковой погрузочной кубатуре грузов, где x - абсцисса центра тяжести массы P₁ или Р₂, L - длина судна..." позволяет создать пары сил в носовой и кормовой частях судна, которые дают уменьшение величины волнового изгибающего момента.

Признак "...массы P₁ и Р₂, на которые изменяют нагрузку по длине судна, и расстояния между их центрами тяжести удовлетворяют выражению

P₁L₁=P₂L₂,

где L₁ - расстояние между центрами тяжести масс P₁,

L₂ - расстояние между центрами тяжести масс Р₂..." позволяет соблюдать неизменность положения центра тяжести судна по длине и продольного радиуса инерции масс, следовательно, посадка и продольная качка судна остаются постоянными.

Признак "...увеличение массы обеспечивают размещением грузов с малой удельной погрузочной кубатурой и (или) размещением балласта только на участках длины судна, требующих увеличения массы по длине судна, при этом уменьшение нагрузки обеспечивают размещением грузов с большой удельной погрузочной кубатурой и (или) удалением балласта с участков длины судна, требующих уменьшения массы по длине судна" конкретизирует способ размещения грузов на судне.

Предлагаемое решение поясняется чертежами и таблицей. На фиг.1 изображено исходное распределение масс, на фиг.2 - идеализированная схема задания асимметрии распределения масс, на фиг.3 - эпюра дополнительного волнового изгибающего момента, соответствующая этому идеализированному распределению масс, на фиг.4 - эпюра нагрузки после создания асимметрии распределения масс, в табл.1 показаны численные результаты расчета суммарного вертикального изгибающего момента, действующего при движении судна на взволнованной поверхности моря, и эффект, получаемый от асимметричного распределения масс.

Способ размещения грузов на судне заключается в следующем.

Задается асимметрия двух групп масс - грузов и (или) балласта: в районе x/L=0,25 суммарную массу уменьшают, а в районе x/L=-0,25 ее увеличивают на величину P₁, в районе x/L=0,5 суммарную массу увеличивают, а в районе x/L=-0,5 ее уменьшают на величину Р₂ относительно уровня, соответствующего одинаковой степени заполнения грузовых помещений при одинаковой погрузочной кубатуре грузов, где x - абсцисса центра тяжести массы P₁ или Р₂, L - длина судна. Увеличение массы обеспечивают размещением грузов с малой удельной погрузочной кубатурой и (или) размещением балласта только на участках длины судна, требующих увеличения массы по длине судна, при этом уменьшение нагрузки обеспечивают размещением грузов с большой удельной погрузочной кубатурой и (или) удалением балласта с участков длины судна, требующих уменьшения массы по длине судна. При этом происходит такое перераспределение сил инерции при килевой качке, что система этих дополнительных сил оказывается самоуравновешенной и уменьшающей волновой изгибающий момент по всей длине судна. Максимальный эффект достигается при P₁=2P₂, L₁=0,5L, L₂=L (табл.1).

Предлагаемый способ размещения грузов на судне делает возможным уменьшить величину волнового изгибающего момента. При этом он не влияет на посадку судна и на параметры продольной качки. Поэтому остаются неизменными величины изгибающего момента в миделевом сечении на тихой воде (табл. 1) и ударного момента.

Эпюра дополнительного волнового изгибающего момента (на который уменьшается суммарный изгибающий момент) при оптимальном распределении масс имеет вид трапеции (фиг.3), и в районе между x/L=±0,25 поправка к изгибающему моменту постоянная.

Действие сил инерции обусловлено тем, что качка всегда отстает по фазе от возмущающей силы. Сдвиг фаз изменяется от 0 до 180, а при резонансе составляет 90, при этом получается наибольший эффект.

Для подтверждения вышеизложенного были выполнены испытания на крупномасштабной модели в открытой акватории Амурского залива. Эксперимент проводился для двух вариантов нагрузки.

Вариант нагрузки №1. Модель в грузе с твердым балластом на x/L=0,25 в количестве 144 кг и на x/L=-0,4 в количестве 90 кг, что составляет 3,0 и 1,9% от водоизмещения судна соответственно.

Вариант нагрузки №2. Модель в грузе с твердым балластом на x/L=-0,25 в количестве 144 кг и на x/L=0,4 в количестве 90 кг.

Исследования проводились при следующих эксплуатационных параметрах: высота волны с трехпроцентной обеспеченностью h_3%=85 см, что соответствует девятибалльному волнению для натурного судна; длина волны равнялась длине модели; относительная скорость (число Фруда) Fr=0,12 при встречном волнении. После обработки результатов экспериментов были получены стандарты волновых изгибающих моментов, которые представлены в табл. 2.

Как показывают проведенные исследования, в первом варианте нагрузки стандарт волнового изгибающего момента больше, чем во втором, т.е. создавая асимметричное распределение масс и не меняя посадку и кинематические параметры качки, можно добиться уменьшения волнового изгибающего момента.

Таким образом, использование предлагаемого способа размещения грузов на судне приводит к следующим результатам:

- при использовании сил инерции от килевой качки судна уменьшается волновой изгибающий момент и, следовательно, суммарный вертикальный изгибающий момент на миделе, так как остальные составляющие остаются постоянными. Поправка будет зависеть от величин асимметричных масс груза и (или) балласта P₁ и Р₂ и их координат.

Источники информации

1. Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов: Учебник. - 4-е изд. В двух томах. Том 1. - СПб.: Судостроение, 1993, 304 с.

2. Короткий Я.И., Ростовцев Д.М., Сиверс Н.Л. Прочность корабля. - Л.: Судостроение, 1974.