(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

近年來，內(nèi)河自卸砂船由于裝卸效率高、對碼頭岸線適應(yīng)性強、經(jīng)濟(jì)效益好而受到廣大船主的歡迎，爭相購買、改建、新建了一大批此類船舶。但由于此類船舶的貨艙形狀比較特殊，導(dǎo)致貨物重心高度大大超過型深，典型的“頭重腳輕”。同時散裝貨物自然堆積會形成楔形尖角，在船舶航行時因橫搖會產(chǎn)生貨物滑移，增加了散貨滑移附加傾側(cè)力矩，對船舶穩(wěn)性帶來很大不利影響。本文以實船為例，通過平艙對比前后貨物重心高度的變化、散貨滑移附加傾側(cè)力矩變化，得出平艙對穩(wěn)性的有利影響程度。

1 裝載情況分析

根據(jù)自卸砂船貨艙的形狀，散貨的實際裝載狀況分解為三部分，一是貨艙底部的擬柱體部分，二是梯形部分，三是自然堆積部分。見圖1及圖2。

圖1 裝載實際形狀

圖2 裝置情況示意圖

可見，貨物形心位置很高，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過型深。根據(jù)《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》第五篇第八章第三節(jié)8.3.3.4之規(guī)定，應(yīng)假定貨物自然底錐角為37°，貨艙首尾及左右均應(yīng)形成37°的自然堆積角度，形成圖2所示自然堆積部分。

2 散貨滑移附加傾側(cè)力矩

2.1 自然堆積部分體積及重量

如圖3，L為自然堆積起點處的長度，B為自然堆積起點處的寬度。

圖3 自然堆積示意圖

平艙前自然堆積部分起點至斗門高度h，取距離自然堆積起點高度為h3的一個面，得到一個矩形，設(shè)長l3，寬b3。

矩形面積

自然堆積部分體積

自然堆積部分形心高度

自然堆積部分形心距斗門高度

H3=Hx3+h

自然堆積部分重量Dw=V3×K，式中K為貨物密度。

2.2 散貨附加傾側(cè)力矩

根據(jù)《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》2011及2015修改通過要求，散貨滑移附加傾側(cè)力臂lsd根據(jù)按下式計算：

0.11a2Dc-0.025

3 平艙導(dǎo)致重心高度變化

貨艙頂緣補加高度hw的圍板，確保平艙不至于貨物外泄。平艙后貨物堆裝情況如圖4：

平艙首先填滿貨斗斜板部分，此部分橫截面形狀為梯形，其次填充貨斗頂緣至增加圍板部分，此部分橫截面形狀為矩形。貨物體積及重量保持不變，自然堆積部分的形狀由楔形改變?yōu)樘菪谓孛媾c長方形截面的疊加。

設(shè)貨斗下口(斗門)長度為L下口，寬度為B下口，貨斗前端板傾斜角度為β，貨斗后端板傾斜角度為γ，貨斗傾斜角度為α，貨斗總高度(斗門至貨斗斜板頂緣)為H，斗門距基線高度為Hdm，平艙前自然堆積部分起點距斗門高度為h。

3.1 首先被填充部分

體積

形心距斗門高度

3.2 其次被填充部分

根據(jù)平艙前后體積(重量)不變，得出其次被填充部分體積Vt2=V3-Vt1。

此部分長度Lt2=L上口(L上口為貨斗頂緣長度)，此部分寬度bt2=B上口(B上口為貨斗頂緣寬度)。

3.3 形心(重心)高度變化

4 平艙導(dǎo)致側(cè)面受風(fēng)面積變化

平艙自然堆積部分高度降低，必然會導(dǎo)致側(cè)面受風(fēng)面積減少。

4.1 平艙前楔形部分側(cè)面受風(fēng)面積

根據(jù)自卸砂船裝載貨物的實際情況，貨物堆積部分側(cè)投影的形狀如圖5，只需要計算堆積部分超過貨斗頂緣部分側(cè)投影面積。

圖5 自然堆積部分側(cè)受風(fēng)面積示意圖

4.2 平艙后貨物超過貨斗頂緣側(cè)面受風(fēng)面積

平艙后貨物超過貨斗頂緣側(cè)面受風(fēng)面積是其次被填充部分的側(cè)投影面積，At=lt2×Ht2。形心距基線高度Zt2=Ht2+Hdm。

5 平艙對穩(wěn)性的影響

5.1 平艙前后各項指標(biāo)變化情況

以58.8m自卸砂船為例，比較平艙前后各指標(biāo)的變化，確定平艙對穩(wěn)性的影響。

船舶主要尺度：Loa=58.80m，Lpp=56.13m，B=10.60m，D=2.60m，T=2.00m，航區(qū)B級，設(shè)計載貨量W=720.0t，貨物密度ρ=1.5t/m3。

貨艙主要要素：L上口=38.60m，B上口=7.80m，貨斗總高度H=3.42m，斗門距基線Hdm=1.00m，斗門寬B上口=0.50m，斗門間距Δ斗門=2.00m，斗門數(shù)n=18個，貨斗傾斜角度α=42°，貨斗首端傾斜角度β=61°，貨斗尾端傾斜角度γ=57°。

計算指標(biāo)狀態(tài)散貨滑移重量貨物重心高度貨物超過圍板側(cè)受風(fēng)面積平艙前338.62t3.493m33.99m2平艙后03.314m0平艙后變化量-338.62t-0.179m-33.46m2

5.2 平艙前后穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)變化情況

衡準(zhǔn)指標(biāo)狀態(tài)初穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)穩(wěn)性面積衡準(zhǔn)數(shù)風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)回航穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)滿載出港濕重到港滿載出港濕重到港滿載出港濕重到港滿載出港濕重到港平艙前15.22014.5061.3031.11011.42410.2639.1918.348平艙后15.81215.1121.4331.22418.23716.3889.8668.981變化量0.5920.6060.1300.1146.8136.1250.6750.633變化率3.89%4.18%9.98%10.27%59.64%59.68%7.34%7.58%

可見，平艙后船舶穩(wěn)性各項指標(biāo)均有明顯好轉(zhuǎn)，尤其對穩(wěn)性面積衡準(zhǔn)數(shù)和風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)的好轉(zhuǎn)有重要影響。在眾多穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)中，穩(wěn)性面積衡準(zhǔn)數(shù)最為敏感，通過平艙可以使本指標(biāo)有10%左右的提升，足以證明平艙對穩(wěn)性的重大影響。

6 結(jié) 論

通過平艙可以有效降低散貨滑移附加傾側(cè)力矩、貨物重心高度和側(cè)面受風(fēng)面積，有利于改善船舶穩(wěn)性，提高船舶的安全性。同時，在同樣滿足穩(wěn)性要求的前提下，可以有效增加船舶的載貨量，提高船舶經(jīng)濟(jì)效益。