李 健 王德安

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

SOLAS 2009分艙與破損穩(wěn)性要求對(duì)2 000車(chē)位汽車(chē)滾裝船設(shè)計(jì)的影響

李 健 王德安

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

國(guó)際公約中有關(guān)破損穩(wěn)性的要求修改后，原滿(mǎn)足SOLAS 2004的成熟船型不能滿(mǎn)足SOLAS 2009的要求。本文通過(guò)分析SOLAS 2009分艙與破損穩(wěn)性要求對(duì)2 000車(chē)位汽車(chē)滾裝船設(shè)計(jì)的影響，尋求以最小改動(dòng)使該系列船的破損穩(wěn)性滿(mǎn)足新規(guī)范的要求，為實(shí)現(xiàn)該船型升級(jí)換代提供有力支撐，為同類(lèi)型船舶設(shè)計(jì)提供借鑒。

汽車(chē)滾裝船；破損穩(wěn)性；SOLAS 2009

Abstract:Because of the modification of damage stability calculation rules，the mature type vessels which met the old requirements from SOLAS 2004 did not satisfy the new ones from SOLAS 2009.The influence of requirements from SOLAS 2009 subdivision damage stability on 2 000 PCTC design was researched so as to search for the methods fulfilling the new rules with the minimum alteration，providing strong support to upgrade the vessels.A new thought was proposed，serving as reference for the design of similar ships.

Keywords:PCTC；damage stability；SOLAS 2009

0 前言

2 000車(chē)位汽車(chē)滾裝船是由上海船舶研究設(shè)計(jì)院自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一型成熟的汽車(chē)滾裝船。該船型具有安全性高、適貨性強(qiáng)、碼頭適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。自2007年起至今，該系列船型共計(jì)已有13艘實(shí)船訂單，12艘交付使用，1艘在建。其中，8艘滿(mǎn)足SOLAS 2004破損穩(wěn)性要求（以下簡(jiǎn)稱(chēng)老規(guī)范），其余5艘滿(mǎn)足SOLAS 2009破損穩(wěn)性要求（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新規(guī)范）。由于國(guó)際公約的修改，對(duì)破損穩(wěn)性的要求相應(yīng)提高，本文闡述新規(guī)范對(duì)該系列船型設(shè)計(jì)的影響，并從分艙的角度尋求優(yōu)化破損穩(wěn)性的方法。該船的破損穩(wěn)性計(jì)算采用NAPA軟件。

1 分艙和布置特點(diǎn)

該船設(shè)計(jì)為單槳、柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)、無(wú)限航區(qū)的車(chē)輛運(yùn)輸船，可裝載多種小汽車(chē)、卡車(chē)和工程車(chē)輛，側(cè)視圖見(jiàn)圖1。該船的主尺度如下：

總 長(zhǎng) 約141.20 m

圖1 側(cè)視圖

型 寬 24.40 m

型 深

至主甲板（5甲板） 12.85 m

至上甲板（9甲板） 22.59 m

夏季吃水（最深分艙吃水） 6.60 m

該船貨艙設(shè)有多層貫通全船的連續(xù)甲板，三甲板以下舷側(cè)設(shè)連續(xù)縱艙壁，成雙殼結(jié)構(gòu)。燃油艙布置在貨艙中部舷側(cè)，外設(shè)空艙或壓載艙保護(hù)，典型橫剖面圖見(jiàn)圖2。這種形式的優(yōu)點(diǎn)在于充分利用干舷甲板以下高度設(shè)置車(chē)輛甲板，同時(shí)更有效地利用受首尾舷側(cè)線(xiàn)型影響的車(chē)輛艙空間，對(duì)于船體橫向強(qiáng)度也更為有利。

圖2 典型橫剖面圖

由于該船型寬較小，為節(jié)約成本及提高車(chē)輛裝卸效率，干舷甲板以下不設(shè)水平及橫向水密分隔。計(jì)算破損穩(wěn)性時(shí)，將干舷甲板以下的所有車(chē)輛甲板作為一個(gè)貨艙考慮破損，其艙容較大且延船長(zhǎng)分布很廣，需要在干舷甲板以上再取一層車(chē)輛艙作為儲(chǔ)備浮力，干舷甲板以上可計(jì)入儲(chǔ)備浮力的車(chē)輛艙需滿(mǎn)足載重線(xiàn)公約對(duì)于上層建筑的要求。

2 新規(guī)范對(duì)該船型的影響

從新老規(guī)范的差異入手，分析新規(guī)范破損穩(wěn)性要求對(duì)該船型的影響。

1）與老規(guī)范相對(duì)固定的兩個(gè)吃水工況相比，新規(guī)范增加了可調(diào)節(jié)的輕載航行吃水工況。對(duì)于滾裝船這種壓載量較大的船型，輕載吃水固然可通過(guò)調(diào)配壓載進(jìn)行適當(dāng)變化，但對(duì)達(dá)到的分艙指數(shù)（A值）的影響相對(duì)有限。在其他條件相同時(shí)，不同輕載吃水對(duì)A值的影響見(jiàn)表1。

表1 不同輕載吃水對(duì)A值的影響

2）新規(guī)范增加了實(shí)際工況的縱傾影響。滾裝船考慮減小車(chē)輛綁扎受力，一般會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)壓載水使航行工況的縱傾保持在一個(gè)較小的范圍，但為保證良好的航行狀態(tài)，還是會(huì)有一定程度的尾傾，該船實(shí)際工況的最大尾傾約為0.6%LS，超出規(guī)范要求的±0.5%LS范圍，需要加算，而相對(duì)于0縱傾的結(jié)果，加算縱傾的結(jié)果更差。

3）新規(guī)范考慮了不同吃水下貨物處所滲透率的不同，這一條對(duì)滾裝處所的影響尤為明顯，滲透率從原來(lái)的所有吃水均為0.7，增加到最深分艙吃水0.9，部分分艙吃水0.9和輕載航行吃水0.95。以干舷甲板以下的貨艙為例，由于滲透率變大，同一破損工況，輕載吃水時(shí)的進(jìn)水量增加了6297.8 t。

4）橫向破損范圍從中線(xiàn)擴(kuò)大到船寬的一半，首尾更加危險(xiǎn)。

5）新規(guī)范對(duì)各吃水下的A值進(jìn)行了合理的權(quán)重分配，對(duì)未加權(quán)的A值也提出要求。

6）新規(guī)范對(duì)要求的分艙指數(shù)R值的計(jì)算公式重新定義，使結(jié)果變大。

一方面，指數(shù)R值比原來(lái)要大，另一方面，對(duì)于相同的破損后的平衡狀態(tài)計(jì)算出的指數(shù)A值卻比原來(lái)要?。?］，原來(lái)滿(mǎn)足老規(guī)范破損穩(wěn)性的2 000車(chē)系列船遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足新規(guī)范的要求，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 新老規(guī)范破損穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果（以左舷為例）

3 滿(mǎn)足破損要求的最小改動(dòng)方法

2 000車(chē)是系列船，布置和設(shè)計(jì)相對(duì)成熟，規(guī)范修改后需要尋求改動(dòng)較小的方法來(lái)提升后續(xù)船的破損穩(wěn)性。

3.1 修改開(kāi)口

如果在分艙布置不做任何改動(dòng)，不改變裝載即不增加GM值的前提下，僅通過(guò)修改開(kāi)口來(lái)提高A值無(wú)疑是成本低又有效的辦法。將開(kāi)口全不計(jì)入計(jì)算，此時(shí)A值為0.679 66，超出R值約20%，可見(jiàn)修改開(kāi)口大有空間。在所有的生存概率S＝0的破損工況中過(guò)濾出完全由于開(kāi)口被淹導(dǎo)致的工況，之后過(guò)濾掉破損概率P值小于一定的值以及開(kāi)口被淹的過(guò)深的工況，在剩下的工況中通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)口的位置和高度來(lái)提高 A 值［2］。

經(jīng)計(jì)算，首部通向露天甲板的門(mén)以及首部車(chē)輛艙梯道的門(mén)需要取為水密，同時(shí)升高底部壓載艙尤其是首部空艙及壓載艙的空氣管高度，能夠使A值滿(mǎn)足要求。表3列出了滿(mǎn)足新規(guī)范該船型需要做出的改動(dòng)。

表3 滿(mǎn)足新規(guī)范需要做出的改動(dòng)

3.2 分艙布置優(yōu)化

該船滿(mǎn)足新規(guī)范的破損穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4，縱傾情況下得到的分艙指數(shù)A剛剛超出要求的分艙指數(shù)R，余量很小，考慮在新的系列船中改善分艙布置。分析表3的結(jié)果，首部破損對(duì)生存概率的影響較尾部明顯，越往首部空氣管需要升高的高度越大，可以考慮重點(diǎn)在首部改善分艙布置來(lái)提高破損穩(wěn)性。

表4 開(kāi)口修改后破損計(jì)算結(jié)果

由表4可見(jiàn)，部分分艙吃水Dp下的A/R值74.5%相較其他兩個(gè)吃水稍小，提高Dp下的生存概率S應(yīng)該是有上升空間的；且Dp在結(jié)果A值中所占比例WCOEF=0.4，又相對(duì)較大，改善Dp更容易提高最終的A值。部分分艙吃水Dp的結(jié)果中，一些分艙破損工況，破損概率P較大但生存概率S卻是0。這些工況大都是No.1車(chē)輛艙破損，No.2車(chē)輛艙未破的情況（破損車(chē)輛艙定義見(jiàn)圖3）。雖然破損后穩(wěn)性尚可，但由于吃水較小，貨艙進(jìn)水量小，不足以平衡一舷破損后較大的橫傾和首傾，使首部未破損區(qū)域的空氣管被淹沒(méi)。解決的措施有兩個(gè)：一是繼續(xù)抬高空氣管；二是減少首部橫傾。

圖3 破損車(chē)輛艙定義

由表3可見(jiàn)，首部空氣管已經(jīng)高出主甲板超過(guò)4 m，繼續(xù)抬高會(huì)增加空氣管的壓頭高度，結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)件強(qiáng)度，增加重量，辦法一是不可取的。減小橫傾的做法通常是將左右舷邊艙連通，該船首尾邊艙為空艙，雙層底為壓載艙，實(shí)現(xiàn)左右橫貫從結(jié)構(gòu)和布置上難度都很大，即便按照連通計(jì)算，結(jié)果A值為0.597 13，僅僅提高了0.03，部分吃水下的S值改善并不明顯。經(jīng)過(guò)嘗試和計(jì)算發(fā)現(xiàn)，如果取消首部空艙，也就是首部雙殼改成單殼 （見(jiàn)圖4），結(jié)果會(huì)大大提高（見(jiàn)表5），同時(shí)部分分艙吃水Dp下的A/R值也顯著增加。

圖4 首部雙殼改單殼

表5 首部空艙取消后破損計(jì)算結(jié)果

首部空艙取消后，貨艙艙容變大，同樣初始條件Dp吃水下的貨艙進(jìn)水量增加，重心降低，排水量變大，平衡后的浮態(tài)更好了，同樣一舷破損產(chǎn)生的橫傾角變小，首部空氣管不會(huì)被淹沒(méi)。表6以單艙和兩艙兩個(gè)破損工況為例，在Dp初始工況下，比較兩種邊艙形式的計(jì)算結(jié)果。

表6 不同邊艙形式破損工況計(jì)算對(duì)比舉例

首部改單殼后，取消的空艙艙壁、管路、艙蓋等可以減少空船重量，其他艙的空氣管也可以適當(dāng)降低，對(duì)應(yīng)Ds和Dp工況下的GM值還可以適當(dāng)取小。這種方法以最小的改動(dòng)卻大大的提高了該系列船的破損穩(wěn)性和載運(yùn)能力。

筆者又嘗試取消貨艙段尾部的空艙，也可以提高一些生存概率，但對(duì)A值的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)沒(méi)有首部明顯，如果繼續(xù)取消船中區(qū)域的雙殼，A值變化更小。因?yàn)樵摯蜋M向水密艙壁均勻分布，靠近首尾的破損概率較大，中間破損概率相同［2］。中小型汽車(chē)滾裝船航速要求較高，首部減阻線(xiàn)型削瘦，適當(dāng)增加首部貨艙容積有益于獲得更高的生存概率S。

該思路不僅在該系列船中應(yīng)用有效果，同時(shí)也在尺度更大和更小的汽車(chē)滾裝船的分艙設(shè)計(jì)中應(yīng)用，并經(jīng)破損穩(wěn)性計(jì)算驗(yàn)證有效。

4 結(jié)語(yǔ)

一般來(lái)說(shuō)，若破損穩(wěn)性不滿(mǎn)足要求，習(xí)慣于考慮增加邊艙的劃分，以減小貨艙進(jìn)水量，獲得生存概率。但對(duì)于儲(chǔ)備浮力相對(duì)較大的汽車(chē)滾裝船，進(jìn)水量少量增加對(duì)生存概率的影響往往并不明顯。2 000車(chē)汽車(chē)滾裝船這種首部尖瘦的中小型汽車(chē)滾裝船，貨艙較長(zhǎng)較大，減少首尾部的邊艙設(shè)置，增加貨艙進(jìn)水量，平衡進(jìn)水后的浮態(tài)反而是提高破損穩(wěn)性的一種途徑。但也并非所有尺度的汽車(chē)滾裝船都適用單殼的首部設(shè)計(jì)，這需要根據(jù)破損的具體情況分析，同時(shí)兼顧船舶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮。本文意在提出一種新的思路，為同類(lèi)型船舶設(shè)計(jì)提供借鑒。

［1］周瑋.概率論破損穩(wěn)性新規(guī)則對(duì)汽車(chē)滾裝船的影響及對(duì)策研究［J］.船舶，2009（1）：15-18.

［2］孫家鵬.破艙穩(wěn)性新規(guī)范探討［J］.上海造船，2009（4）：28-33.

Influence of Requirements from SOLAS 2009 Subdivision and Damage Stability on 2 000 Cars PCTC Design

LI Jian WANG De-an

（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

U674.13+5

A

1001－4624（2017）01－0040－05

2016-12-12；

2017-05-05

李 健（1982—），女，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事船舶總體設(shè)計(jì)工作。

王德安（1982—），男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事船舶總體設(shè)計(jì)工作。