Risteilylaivojen painolaskentamenetelmät konseptisuunnitteluvaiheessa
Painolaskenta on yksi laivanrakennuksen kulmakivistä. Ilman painolaskentaa, Suomessakin rakennettavat suuret risteilylaivat jäisivät rakentamatta. Mistä risteilylaivan paino koostuu? Miten laivan painoa seurataan?
5min read
Laivan painolaskenta pyrkii määrittämään laivan painon ja painopisteen laivanrakennusprosessin jokaisessa vaiheessa. Painolaskennan avulla pyritään varmistumaan siitä, että laiva kelluu, kellumisasento on halutunlainen ja laiva on vakaa. Risteilylaivan kohdalla painolaskennan ja -hallinnan täytyy olla hyvin hienojakoista ja tarkkaa, jotta yllätyksiä ei pääse sattumaan. Painolaskenta pyrkii myös varmistamaan, että laivalle saadaan haluttu syväys. Suuret virheet painolaskuissa tai -arvioissa saattavat olla hyvinkin kohtalokkaita laivaprojektin onnistumisen kannalta. Painolaskentamenetelmiä on lukuisia, joista täytyy tunnistaa parhaat kyseessä olevaan käyttötarkoitukseen.
Painolaskenta
Rakennettavan aluksen painoa täytyy seurata koko rakennusprosessin ajan. Alkuvaiheessa painoa arvioidaan, myöhemmin paino voidaan laskea. Painon täytyy asettua lähelle suunniteltua, jotta aluksen syväys on suunnitellun suuruinen. Syväyteen vaikuttaa laivan paino, mutta myös painopisteen korkeus täytyy ottaa huomioon. Mikäli painopiste sijoittuu turhan korkealle, laivan vakavuus kärsii. Aluksen täytyy olla vakaa, jotta se pysyy pystyssä ja pystyy suoriutumaan vallitsevista olosuhteista aallokossa ja tuulessa. Painolaskuprosessi huipentuu valmiille tai lähes valmiille laivalle tehtävään kallistuskokeeseen. Kokeessa laivaa kallistetaan laivan todellisen painon ja painopisteen määrittämiseksi.
Laivanrakennusprosessin konseptisuunnitteluvaiheessa painolaskennan merkitys korostuu. Aluksen painosta ja painopisteestä täytyy saada suunnittelun alkuvaiheessa arvio, jotta suunnitteluprosessia voidaan jatkaa. Tätä vaikeuttaa kuitenkin se, että suunnittelumateriaalia ei ole vielä tuotettu. Myöhemmissä vaiheissa, kun suunniteltua materiaalia on saatavilla, voidaan painoa laskea materiaalin perusteella.
Painon jakautuminen
Laivan paino täytyy jakaa helposti käsiteltäviin ja ymmärrettäviin osiin, jotta kokonaisuus pysyy hallittavissa. Perinteisesti operointivalmiin laivan paino jaetaan kahtia; kevytpainoon ja kuollutpainoon.
Kevytpaino
Aluksen kevytpainolla tarkoitetaan laivan ja kaiken siihen asennetun varustelun painoa. Voidaan sanoa, että kevytpaino tarkoittaa tyhjän, lastittoman laivan painoa. Kevytpainoon kuuluu mm. seuraavat objektit:
- Teräs
- Sisustus
- LVIS
- Koneisto, koneistovarustelu
- Laivan järjestelmät
- Merenkulku, automaatio
Kuollutpaino
Aluksen kuollutpaino tai toisin sanoen kantavuus kattaa kaiken irtonaisen, liikuteltavan painon. Lähes kaikki irtaimisto ja liikuteltavat massat kuuluvat kuollutpainoon. Kuollutpainoon luetaan mm. seuraavat asiat:
- Lasti
- Polttoaineet
- Voiteluaineet
- Ihmiset, matkatavarat
- Tarvikkeet, muonitukset
- Juoma-, painolasti- ja jätevedet
Kaikilla painoilla on myös painopiste. Tämä täytyy ottaa laivan painolaskennassa huomioon, sillä aluksen painopiste vaikuttaa sen vakavuuteen ja suorituskykyyn. Vähintäänkin yhtä tärkeä osa painolaskentaa on siis aluksen painopisteiden määritys. Painot ja painopisteet on hyvä käsitellä yhdessä, jotta pystytään tutkimaan kokonaisuuksien yhteenlaskettuja painopisteitä. Laivan painopiste jaetaan usein koordinaatiston mukaisesti kolmeen akseliin: pituus-, sivuttais- ja korkeussuuntaiseen painopisteeseen. Näistä kolmesta pituus- ja korkeussuuntaisella painopisteellä on suurin vaikutus konseptivaiheen suunnitteluun. Aikaisessa suunnittelun vaiheessa voidaan olettaa, että sivuttaissuuntainen painopiste sijoittuu aluksen keskiviivalle laivan symmetrisyyden johdosta.
Painolaskumenetelmät
Painoa täytyy seurata ja laskea eri tavoilla laivanrakennusprojektin eri vaiheissa. Konseptisuunnitteluvaiheessa painoja ja painopisteitä täytyy arvioida sillä laivaa ei ole vielä suunniteltu, saatikka rakennettu. Projektin keskivaiheilla painoa voidaan ruveta perinteisemmin laskemaan suunnitellun materiaalin pohjalta. Projektin loppuvaiheessa tarkan painon ja painopisteen määrittämiseksi tulee suorittaa käytännön kokeita.
Arviointimenetelmät
Konseptisuunnitteluvaiheessa painoa voidaan arvioida, vaikka suunniteltua materiaalia ei olekaan vielä laajalti käytettävissä. Arviointi tulisi perustaa tilastotietoon jo rakennetuista laivoista. Painotilastoja analysoimalla ja niistä johtamalla voidaan luoda laskukaavoja aluksen eri parametrien ja suureiden arviointiin – mukaanlukien laivan painot ja painopisteet. Painotilastojen rakentaminen ja ylläpito vaatii pitkäjänteisyyttä ja johdonmukaisuutta. Telakan omat tilastot ovat elintärkeitä aikaisen painolaskennan kannalta.
Laskumenetelmät
Alkusuunnitteluvaiheen jälkeen, perussuunnittelun käynnistyessä suunnittelumateriaalia alkaa ilmestymään telakan eri osastoilta ja alihankkijoilta. Tässä vaiheessa laivanrakennusprojektia painoa ja painopisteitä ei tarvitse enää arvioida vaan niitä voidaan seurata ja laskea. Painosta ja painopisteistä tehdään välikalkyyleita tarvittavin väliajoin, jotta telakan painolaskenta pystyy tarjoamaan ajankohtaista painotietoa organisaation muille toimijoille.
Käytännölliset menetelmät
Laivaprojektin lähestyessä loppuaan laivan painosta ja painopisteistä tulisi olla jo suhteellisen tarkka arvio. Jotta laivan tarkasta painosta ja painopisteen sijainnista voidaan varmistua, täytyy suorittaa kallistuskoe. Laivaa ei voida sen suuren koonsa takia tavanomaisesti punnita, vaan laivaa täytyy kallistaa, jotta pystytään laskemaan sille tarkka paino ja määrittämään sen painopisteen sijainti.
Lähteet
Alanko, J. 2011a. Laivan yleissuunnittelu. Kolmas painos. Turku: Multiprint Oy.
Alanko, J. 2011b. Johdatus kauppalaivan suunnitteluun. Kolmas painos. Turku: Multiprint Oy.
Cheirdaris, S. 2019. Aalto-yliopiston kurssin MEC-E1004 Principles of Naval Architecture kurssimateriaali: Lecture 9 – Weight and stability. Espoo: Aalto-yliopisto.
Dudszus, A. & Danckwardt, E. (1982). Schiffstechnik: Einführung und Grundbegriffe. Berlin: Verlag-Technik.
Lamb, T. 2003. (toim.) Ship Design and Construction. Jersey City, NJ: Society of Allied Marine Engineers (SNAME).
Meyer Turku Oy 2022. Viestintämateriaalit. Yrityksen sisäinen tietokanta. Turku: Turun telakka. Viitattu 20.05.2022
Papanikolaou, A. 2014. Ship Design – Methodologies of Preliminary Design. Ateena: Springer.
Parsons, M. 2003. Parametric Design. Teoksessa Lamb, T. (toim.) Ship Design and Construction. Jersey City, NJ: Society of Naval Architects and Marine Engineers (SNAME).
Räisänen, P. (toim.) 2000. Laivatekniikka – Modernin laivanrakennuksen käsikirja. Jyväskylä: Gummerus Kirjapaino Oy.
Schneekluth, H & Bertram, V. 1998. Ship Design for Efficiency and Economy. Second edition. Oxford: Butterworth-Heinemann.
Schuster, A. 2001. Weight and CG Estimating Methods and Procedures. Teoksessa Society of Allied Weight engineers Marine Systems Government – Industry Workshop. Weight Estimating and Margin Manual for Marine Vehicles. Los Angeles: Society of Allied Weight Engineers (SAWE), sec. 4, 4-1–4-7.
Watson, D. 1998. Practical Ship Design. Volume 1, First edition. Oxford: Elsevier Science Ltd.