Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Luento 24 laivan omapainon hallinta ja reservit uudisrakennuksen painonhallinta painonhallintatekniikka kantavuuskäsitteitä omapainon ja painopisteen korkeuden reservit –reservin käytön motivaatiot –reservin suuruuteen vaikuttavat tekijät –reservin ohjearvoja –scantling reservi telakan ja tilaajan aiheuttamat painomuutokset uudisrakennuksen omapainon ja painopisteen kehitys esimerkkejä painomunauksista

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet uudisrakennuksen painonhallinta laivan omapainon ja sen painopisteen seuranta ei ole yksittäistoimenpide vaan pitkäjänteinen prosessi, hyvään painonhallintaan liittyy myös jälkilaskennan avulla tapahtuva jälkiselvitys ja painopankin datan kartuttaminen, laivasuunnittelun perustehtävä on oikea painon ja painopisteen arviointi ja seuranta, ilman tätä kaikki muut laskelmat jäävät epämielekkäiksi suomen telakoiden uudisrakennukset vaativat täsmällistä painonhallintaa paino- ja hintakysymykset liittyvät läheisesti toisiinsa

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Painomunaukset Painon arviointivirheiden seuraukset ovat teknisesti ja taloudellisesti usein katastrofaaliset. Painomunausten historia on näyttävä, mutta vähemmän loistokas. Haluatko sinä saada nimesi historiaan ? Painomunaukset ovat vaarana kun –uusi laivatyyppi ja kokematon suunnittelija –pieni kantavuus ja omapainon koostumus monimutkainen –epäselvä vastuunjako suunnittelijan ja rakentajan välillä –riitainen myyntiprosessi kovassa kansainvälisessä kilpailussa –konkurssin partaalla oleva telakka rakentajana

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Weight engineering (painonhallintatekniikka) ammattiala laiva- ja lentotekniikassa tehtävänä on: –painon arviointi ja seuranta –laskentamenetelmien kehittäminen, tuloksilla oltava tilastollista arvoa –aktiivinen painonvähennys, joka yhä tärkeämpää tulevaisuudessa weight engineering’in sisältämä teoria on yksinkertainen ja työn sisältö tyypillistä pitkäjänteistä management- toimintaa organisaatioiden ja niissä työskentelevien ihmisten asenteet hankaloittavat toimintaa: –korkeakouluinsinöörit eivät katso sen vastaavan koulutusta –alemman koulutuksen saaneet eivät ymmärrä kokonaisuutta –tuotantoinsinöörit katsovat turhaksi –yritysjohto ei ymmärrä resurssitarpeita kuka kantaa vastuun? Vastaus: TKK valmistuneet laivanrakennus DI:t.

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Kantavuuden käsitteitä sopimuskantavuus: laivasopimuksessa mainittu kantavuusvaatimus (dwt) kantavuuden sakkoraja: kantavuuden arvo, jonka alittamisesta joudutaan maksamaan sakkoa tilaajalle (mk/ton), kantavuuden hylkäysraja: kantavuuden arvo, jonka alituksen jälkeen tilaajan ei tarvitse ottaa laivaa vastaan juridinen kantavuus: kantavuuden arvo, jossa on otettu huomioon tilaajan aiheuttamat painomuutokset lisättynä painolastivaraus. Tällä kompensoidaan painon lisäyksen aiheuttama omapainon painopisteen nousu eli säilytetään laivan poikittainen vakavuus ennallaan.

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet laivan omapainon ja siihen liittyvän paino- pisteen laskelmat laaditaan suunnitteluvaiheessa, jolloin laivan päämitat ja rungonmuoto lyödään lukkoon rakentamisvaihe kasvattaa omapainoa ja sen pp. korkeutta, telakka varautuu omapainon ja painopisteen korkeuden (KG) muutoksiin, jotka johtuvat telakasta: konstruktiomuutokset ja painolaskennan epätarkkuus, käyttämällä reserviä: omapainon reservillä varmistetaan, ettei sopimusarvoa laivan kantavuudesta aliteta painopisteen korkeusreservillä varmistetaan, ettei laivan GM vaatimusta aliteta omapainon ja painopisteen reservin käytön motivaatiot

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet reservin suuruuteen vaikuttavat tekijät laivan kantavuuden ja uppoaman välinen suhde: – mitä pienempi sitä painokriittisempi laiva, Normandin luku kuvaa samaa asiaa – esimerkiksi, jos laivan kyseinen suhdeluku on 0.2, niin 10 % omapainon ylitys syö 40 % kantavuudesta ja lopputulos on painokatastrofi, –omapainon koostumus, jos se sisältää runsaasti pienistä painopositioista koostuvaa varustelua. Esimerkiksi matkustajalaivan sisustusvarustelun painon määrittäminen, –laivan rakennustapa, standarisoinnin, esim. moduulitekniikan avulla saadaan painotieto paremmaksi, uutuusaste: telakan kokemus kyseessä olevasta laivatyypistä, jos telakalla ei ole laivatyypistä rakentamiskokemusta on reserviä kasvattamalla varauduttava puutteelliseen painotietämykseen. Toisena mahdollisuutena on tyytyä lisenssirakentamiseen, jolloin vastuu on lisenssinantajan. telakan kokemus varustamosta. Esimerkiksi venäläisille varustamoille toimitettavissa laivoissa tulee varautua painolisäyksiin reserviä kasvattamalla. rakentamisen vaiheen ajankohta: sopimus, vesillelasku ja luovutus

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet omapainon reservin ohjearvoja reservi suuruus on ilmaistu prosentteina omapainosta ja kohdistetaan koko laivan omapainoon, ei sen osille. Painopisteen korkeuden reservi metreissä reserviä kulutetaan laivan valmistuksen aikana ja tavoitteena on, että laivan luovutushetkellä painon reservin suuruus on 0 % ja painopisteen korkeuden arvo on 0,1 m. Jäännösreservin tarve johtuu GM-arvon määrittämisen vaikeudesta todellisessa käyttötilanteessa. reservin suuruus riippuu DW/D - suhteesta, seuraavat arvot ovat käyttökelpoisia prototyyppilaivalle, jonka kyseinen suhde on 0,2 - 0,3: –alustavat painolaskelmat, jotka perustuvat kyseisen laivan suunnitelmista laskettuihin painokertoimiin, 15 %, painopisteen reservi 1 m –linjojen lukkoonlyönnin ajankohtana, 10 %, pp reservi 0,8 m –kuusi kuukautta ennen luovutusta 3 %, pp reservi 0,6 m jos telakalla on käytettävissä prototyyppilaivan kallistuskokeen tulokset, niin ‘serkulle’ voidaan käyttää pienempiä reservin arvoja, kuitenkin pitäen mielessä, että laivasysteemien painot yleensä kasvavat: –alustavat painolaskelmat: 8 % ja 0,5 m –linjat kiinni: 6 % ja 0,40 m –6 kk ennen luovutusta 3 % ja 0,30 m.

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet telakan painolaskennan virheet näkyvät laivan syväydessä scantling-reservi on telakan hätävara kantavuuden sakkorajan suhteen, T MAX käytetään varalaidan ja rungon mitoituksessa sekä kantavuuden sakkorajan määrittämisessä T KVV käytetään suoritusarvojen laskennassa (kantavuus- ja vastus) scantling-reservin DT = T MAX - T KVV suuruus on yleensä 0,20 m scantling-reservi

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Telakan ja tilaajan aiheuttamat omapainon muutokset tilaajan luetaan uudisrakennuksen sopimuserittelyn ulkopuolelta tulevat painomuutokset. Varustamon kannalta laivan ansaintakyky alenee, Tilaajan painomuutokset otetaan huomioon siten, että varsinaisen painon lisäksi painolastivaraus, jolla huolehditaan omapainon pp korkeuden KG säilymisestä ennallaan. Sopimuskantavuudesta vähennetään nämä molemmat ja tulosta kutsutaan juridiseksi kantavuudeksi painolastivarauksen realisointi riippuu kallistuskokeen tuloksesta. Telakan painomuutoksia varten on reservi

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Painon hallinta

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Uudisrakennuksen omapainon ja painopisteen kehitys Ohjearvot on saatu kokemuksen perusteella Laivan linjojen tasoitus on syönyt uppoumaa Lopulliset vakavuuslaskelmat ovat aiheuttaneet GM-arvoon nousua ± listan ylläpito on osoittautunut tarpeelliseksi Painolastivarausta ei ole ollut tarpeen realisoida

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet esimerkkejä painomunauksista sotalaiva Vasa (uppouma 1210 ton) upposi vuonna 1628 purjehdittuaan heikossa tuulessa 1300 m Tukholman Skeppsbronin saarelta ja noin 50 merimiestä hukkui, laivalle oli tehty kallistuskoe juoksuttamalla miehistöä laivan laidalta toiselle. Kolmannen kierroksen jälken oli se lopetettava, koska alus olisi kaatunut Asian korjaamiseksi ei voitu tehdä mitään, koska painolastia oli täysimäärä, kuningas Kustaa II Adolf oli vaatinut suuren tykkimäärän, josta johtuen laivan painopiste oli liian ylhäällä ja lisäksi alimman tykkikannen luukkujen varalaita oli liian pieni, Ehjän laivan vakavuusteoriaa ei ollut olemassa. Hollantilaisen laivanrakentajamestarin Henrik Hybertsson’illa oli käytössään kokemukseen perustuva numerotaulukko laivan päämitoista ranskalainen laivatekniikan isä Pierre Bouguer julkaisi vasta vuonna 1746 ehjän laivan poikittaisen vakavuusteorian ‘Traite’ du Navire’-nimisessä teoksessa, oppi: luonto on voimakkaampi kuin kungas. tykkikannen luukkujen liian pieni varalaita tyyppiä olevia painomunauksia on on ollut myös myöhemmin, esimerkiksi taistelulaiva Columbus vuonna 1815.

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet monitorit Casco- ja Puritan-luokka Casco- luokka, vuonna 1863 Yhdysvaltain sisällissodan aikana alustyypille ominaista pieni varalaita ja syväys rakennettiin 20 kappaletta ja painokontrolli petti tuloksena oli, että vesillelaskun jälkeen varalaita oli jo syöty vaikka varustelu puuttui, toimenpiteenä oli, että –10 kpl muutettiin miinanraivaajaksi –10 kpl lisättiin varalaitaa, mutta kärsivät suuresta syväydestä Puritan-luokka, vuonna 1877 painontarkastus osoitti, että alus olisi uponnut, jos olisi laskettu vesille toimenpiteenä panssaroinnin poistaminen

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet HMS Captain luvulla englannin laivastossa voimakasta tyyppikehitystä. Captain Coles sai prlamentin päättämään, että hänen ehdottomansa alustyyppi hyväsyttäisiin vastoin Amiraliteetin tahtoa Amiraliteetti jätti uudisrakennuksen valvonnan Colesille Laird telakan rakentaessa mottona “antaa hänen näyttää mihin pystyy” telakka raportoi ylipainosta, menetettiin kaksi jalkaa varalaitaa. Painon ylitys 12.3 % telakka laski, että vakavuuslajuus oli 1/3 siitä mitä laivaston vertailualuksissa oli yleensä Toimenpiteet: –tehtiin virallinen kallistuskoe –pantiin paperit kasaan odottamaan käsittelyä –lähetettiin laiva merelle –laiva kaatui, 472 miestä hukkui –oikeudessa oli sitten aikaa analysoida kallistuskokeen tulosta! oppi: riitaisa hankintavaihe ja edesvastuuton byrokratia

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet sota oli alkamassa. Tilattiin yhteensä 108 kpl saattajaa suunnittelutoimiston ja telakan ylipainohälytyksiä vähäteltiin ja seurauksena oli ylipaino ja painopisteen korkeuden nousu tästä syystä johtuen: –poistettiin »4 kpl torpedoputkea, 1 kpl 5” tykistötorni, varageneraattori –lisättiin 60 ton kiintopainolastia kaksoispohjaan sodassa menetettiin useita tämän luokan aluksia heikon vuotovakavuuden ja varageneraattorin puuttumisen takia organisaatiomuutoksia USA:n laivastossa mitä opittiin: –jos sarjalaiva, niin pitäisi ensin valmistaa prototyyppi. Menettely ei kiinnosta päättäjiä. –jaettu vastuu useiden laivaston osastojenvälillä on tuhoisaa painovalvonnalle USS Andersson 1939

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Hunt-luokan saattaja, engl kova laivantarve, 50 vanhaa USA:lta saatua hävittäjää riitti vain pariksi kuukaudeksi Englannissa ryhdyttiin kiireisesti rakentamaan yksinkertaisia saattajia joka rantakylässä tuskin aikaa tehdä kallistuskoe ensimmäiselle alukselle, mutta tämän jälkeen koko sarjan rakentaminen seis sarjassa oli 86 laivaa, joista –23 laivasta toinen tykkitorni ja torpedot pois –61 laivaa levennettiin 2’6” –vain 4 laivaa konstruoitiin uudestaan mitä opittiin: –sellaista hätätilaa ei ole, ettei olisi pakko harrastaa painoseurantaa –mitä pitempi sarja sitä tärkempää on hoitaa prototyypin painoasiat kunnolla

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Painomunauksia jäänmurtajia –JM Murtaja, vuonna 1890 ui 1’6” liian syvällä. JM:n rungon muotokysymys sekaisin –Voima, 1950-luvulla ui liian syvällä keulan ’soft nouse’ osa veden alle täydellä kantavuudella

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet painomunauksia merentutkimusalukset –vanha Aranda 1950-luvulla ui liian korkealla meinasi kaatua vesillelaskussa, kaksoispohjaan “Färkkilän sekoitusta” –akademik Fedorov 1980-luvulla kantavuutta puutui Autolautat –MS Visby ruotsissa rakennettu autolautta kantavuudesta puuttui 20% (20 cm) –HDW:n Superfast V 20 cm suunniteltua suurempi syväys, seurauksena polttoainekulutuksen kasvu (Fairplay November 2000) –Ropax viippaus ongelma, laivaa jouduttiin jatkamaan –Suomenlinnan tavaralautta, kantavuus ja hyötykuorma sekaisin

Petri Varsta Laivasuunnittelun perusteet Painomunauslaivoja on rakennettu kaikkialla ja tullaan rakentamaan Painokysymyksiä aliarvioidaan sitkeästi jokaisen sukupolven pitää tehdä ikiomia munauksia ennen kuin uskoo, että sen seuraukset ovat vakavat