郝寨柳　劉祖源　程細(xì)得　詹成勝

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院　武漢　430063)

破損部位裝載方式對(duì)破艙穩(wěn)性的影響*

郝寨柳劉祖源程細(xì)得詹成勝

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院武漢430063)

摘要：船舶破損后，大部分不會(huì)馬上傾覆，但其穩(wěn)性卻會(huì)惡化.為了得到破損部位及裝載方式對(duì)破艙穩(wěn)性的影響，按照自由縱傾方式，采用增加重量法，應(yīng)用NAPA軟件計(jì)算完整船舶和不同破損位置的破損船舶在不同載況和裝載方式下的浮態(tài)、穩(wěn)性及破艙穩(wěn)性，對(duì)典型破損船舶進(jìn)行調(diào)平處理，計(jì)算調(diào)平后的浮態(tài)和破艙穩(wěn)性.結(jié)果表明，可以通過(guò)避開(kāi)不利的破損部位或者選取合理的調(diào)平方式來(lái)改善破艙穩(wěn)性.

關(guān)鍵詞：破損船舶；NAPA；破艙穩(wěn)性；調(diào)平

郝寨柳(1984- )：男，博士生，主要研究領(lǐng)域?yàn)榇八畡?dòng)力性能計(jì)算

0引言

隨著世界航運(yùn)量的擴(kuò)大，單船噸位越來(lái)越大，航運(yùn)越來(lái)越擁擠，船舶碰撞、擱淺等事故時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致人民生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失.船舶事故發(fā)生后，大部分破損船舶不會(huì)馬上傾覆，但其穩(wěn)性卻由于受損而惡化，在同樣航行環(huán)境下，完整船舶可以正常航行，受損船舶卻可能會(huì)沉沒(méi).本文應(yīng)用NAPA軟件建立29 000 t油船模型，在滿載和3種壓載載況下，針對(duì)首部破損、中部破損、尾部破損分別進(jìn)行計(jì)算比較，并選擇其中3種典型狀態(tài)進(jìn)行調(diào)平處理.本文目的在于得到破損部位、裝載方式對(duì)破艙穩(wěn)性的影響.

1計(jì)算原理

利用NAPA軟件進(jìn)行計(jì)算，按照“自由縱傾”方式，考慮縱傾對(duì)穩(wěn)性的影響，采用三維方法來(lái)確定船舶的浮態(tài)和總復(fù)原力臂[1-2].

1.1完整船舶穩(wěn)性計(jì)算

浮態(tài)計(jì)算要求重心和浮心在同一垂直線上[3].

(1)

1.2破損船舶穩(wěn)性計(jì)算

破損穩(wěn)性的計(jì)算主要有損失浮力法和增加重量法.本文采用增加重量法進(jìn)行計(jì)算，即把破艙后進(jìn)入艙內(nèi)的水看成是增加的液體重量，然后計(jì)算相應(yīng)浮態(tài)及破艙穩(wěn)性.

2計(jì)算模型建立

計(jì)算模型為29 000 t油船，主尺度及船型系數(shù)見(jiàn)表1.

表1　計(jì)算船舶主尺度及船型系數(shù)

船舶總布置見(jiàn)圖1.

圖1　船舶總布置

計(jì)算過(guò)程中使用4種不同載況，分別為滿載出港(下文簡(jiǎn)稱滿載)、壓載出港(下文簡(jiǎn)稱壓載)、壓載1載況和壓載2載況.其中，壓載1和壓載2浮態(tài)基本相同，為極限情況下的載況.按照《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范2006》[8]，具體裝載方式為：滿載時(shí)全部貨艙達(dá)到最大裝載容積；壓載裝滿全部舷邊壓載艙和部分裝載首壓載艙；壓載1裝滿全部舷邊壓載艙和部分裝載第1貨艙(左)(右)；壓載2裝滿全部舷邊壓載艙和部分裝載第2貨艙(左)(右).

計(jì)算船舶破損狀態(tài)分為3種，分別為：(1)首部進(jìn)水，第1貨艙(右)、第1壓載艙(右)；(2)中部進(jìn)水，第4貨艙(右)、第4壓載艙(右)；(3)尾部進(jìn)水，第7貨艙(右)、第7壓載艙(右).在計(jì)算過(guò)程中，3種不同狀態(tài)的破損進(jìn)行如下處理：破損艙室為第三類艙室；假定所載液體從破損艙室完全流失，并由海水替代至最后平衡時(shí)的水線面；破損艙室共用同一自由液面.

3計(jì)算結(jié)果及分析

3.1計(jì)算結(jié)果

穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2～3.

表2　穩(wěn)性破艙穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果

注：滿載(壓載)表示完整船舶的滿載(壓載)狀態(tài)，滿載(壓載)首部(中部、尾部)表示滿載(壓載)載況下船舶的首部(中部、尾部)破損狀態(tài).

表3　穩(wěn)性破艙穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果

3.2計(jì)算結(jié)果分析

1) 4種不同載況穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性比較對(duì)于滿載狀況，首中尾破損后破艙穩(wěn)性差別較小，但對(duì)于小角度傾斜，尾部破損時(shí)穩(wěn)性損失要多一些；對(duì)于壓載狀況，小角度傾斜時(shí)，尾部破損穩(wěn)性損失比較明顯；對(duì)于壓載1狀況，首部破損后破艙穩(wěn)性較差；對(duì)于壓載2狀況，當(dāng)傾斜角度較大時(shí)，尾部破損復(fù)原力臂較小.

因此，載況不同時(shí)，不同位置破損后破艙穩(wěn)性各不相同，對(duì)船體保護(hù)的側(cè)重點(diǎn)要相應(yīng)改變，就計(jì)算船舶而言，壓載航行時(shí)，需重點(diǎn)保護(hù)船體的尾部.在破損不可避免的情況下，應(yīng)選擇合理操作方式以盡可能獲得較為合理的破損部位，來(lái)減小穩(wěn)性損失.

2) 不同裝載方式、相同浮態(tài)的計(jì)算結(jié)果比較壓載1和壓載2首部破損后的破艙穩(wěn)性不同；壓載1和壓載2尾部破損后的破艙穩(wěn)性也不同.因此：船舶上不同位置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有所不同，其破損概率也存在差異，針對(duì)具體載況，要選取相應(yīng)的裝載方式.就計(jì)算船舶而言，首部破損后壓載2的破艙穩(wěn)性明顯優(yōu)于壓載1狀態(tài)，在首部破損概率較大情況下選用壓載2狀態(tài)比較合適.同理，尾部破損概率較大情況下，壓載1狀態(tài)比較合適.

將壓載1和壓載2的完整穩(wěn)性進(jìn)行比較，同時(shí)將他們?cè)谥胁科茡p(進(jìn)出水情況相同)條件下的破艙穩(wěn)性進(jìn)行比較，可以得出：對(duì)于浮態(tài)相同進(jìn)出水相同的2種裝載方式，在忽略自由液面修正的情況下，破損前后的浮態(tài)完整穩(wěn)性破艙穩(wěn)性都相同；在正常情況下，破損前后的浮態(tài)完整穩(wěn)性破艙穩(wěn)性會(huì)由于自由液面修正不同而產(chǎn)生一定差異.因此，在相同浮態(tài)下，能夠保證進(jìn)出水相同時(shí)，應(yīng)采用自由液面較小的裝載方式.對(duì)于船舶調(diào)平，進(jìn)出水發(fā)生在調(diào)平之前，因此，浮態(tài)相同的調(diào)平方式之間，進(jìn)出水相同，自由液面修正較小的調(diào)平方式其破艙穩(wěn)性較小；在自由液面影響可以忽略的條件下，可以考慮采用對(duì)船舶其他性能、結(jié)構(gòu)等更為有利的調(diào)平.

3.3調(diào)平對(duì)破艙穩(wěn)性的影響

本文分別對(duì)滿載尾部破損、壓載尾部破損、壓載1首部破損進(jìn)行調(diào)平.調(diào)平方法為在艙室中注入一定量的壓載水.注入壓載水的艙室分別為：滿載尾部調(diào)平為第4壓載艙(左)，壓載尾部調(diào)平為第1貨艙(左)，壓載1首部調(diào)平為第2貨艙(右).

3種載況調(diào)平前后破艙穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果比較見(jiàn)圖2～4.

圖2　滿載尾部破損調(diào)平比較

對(duì)于壓載尾部和壓載1首部調(diào)平，以甲板邊線為邊界計(jì)算，2種浮態(tài)的進(jìn)水角都在30°附近，可認(rèn)為調(diào)平后的破艙穩(wěn)性要優(yōu)于調(diào)平前.在小傾角情況下，3種調(diào)平結(jié)果都比較理想.雖然調(diào)平會(huì)增加平均吃水，但是得到了較好的橫傾和縱傾狀態(tài)，破艙穩(wěn)性也得到了提高，尤其是滿載尾部調(diào)平，調(diào)平后破艙穩(wěn)性有了較大的改善.

圖3　壓載尾部破損調(diào)平比較

圖4　壓載1首部破損調(diào)平比較

4結(jié)論

1) 載況固定，在破損不可避免的情況下，應(yīng)選擇合理操縱方式以盡可能避開(kāi)最不利的破損部位，來(lái)減小穩(wěn)性損失.

2) 船舶破損后采用一定的調(diào)平措施可以有效改善船舶的穩(wěn)性.

3) 調(diào)平時(shí)，在自由液面影響較小的情況下，浮態(tài)相同的調(diào)平方式對(duì)破艙穩(wěn)性沒(méi)有影響，可以考慮采用對(duì)船舶其他性能、結(jié)構(gòu)等更為有利的調(diào)平方式.

參 考 文 獻(xiàn)

[1]Napa Oy Ltd.Introduction to NAPA second edition[M].Helsinki:Yleisj?ljenn?s,2002.

[2]趙曉非,蔡偉科.船舶穩(wěn)性計(jì)算優(yōu)化方法研究[J].中國(guó)造船,1987(2):30-41.

[3]盛振邦,劉應(yīng)中.船舶原理上冊(cè)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2003.

[4]IMO.SLF 53/wp.7.Guidelines for verification of damage stability requirements for tankers and bulk carrier[S].IMO， 2011.

[5]IMO.SLF 53/INF.9.Revised Guidelines for scope of damage stability verification on new oil tankers,chemical tankers and gas carriers[S].IMO，2011.

[6]孫曉東,姜廣煜,嚴(yán)傳續(xù).液貨船實(shí)際營(yíng)運(yùn)工況的破艙穩(wěn)性研究[J].船舶工程,2013,35(6):24-26, 39.

[7]楊澤宇,喬紅宇.基于InTouch的船舶壓載水監(jiān)控系統(tǒng)[J].中國(guó)造船,2010,51(3):185-190.

[8]中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范:2006[S].北京:人民交通出版社,2006.

中圖法分類號(hào)：U661.2+3

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.010

收稿日期：2014-11-18

Influence of the Damage Position and
Loading Conditions on Damage Stability

HAO Zhailiu LIU Zuyuan CHENG Xide ZHAN Chengsheng

(SchoolofTransportantion,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)

Abstract：Most of the ships do not capsize at once after damage,but their stability will deteriorate.In order to get the influence of the damage positions and loading conditions on damage stability,according to the free trim and the added weight method,applying NAPA,the floating state,stability and damage stability of the intact ships and damage ships with different damage positions in different loading conditions have been calculated.After that,some typical damage ships have been leveled, and the floating state and damage stability of the leveled ships have been calculated. The results indicate that avoiding the disadvantage damage positions or selecting reasonable leveling is able to improve the damage stability.

Key words：damage ship；NAPA；damage stability；leveling

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(批準(zhǔn)號(hào)：100772139)