王利國

（招商局郵輪制造有限公司，江蘇 南通 226116）

0 引言

郵輪通俗地講是海洋中航行的旅游客輪，2015 年6 月的“東方之星”旅游客船傾覆事件使得郵輪的安全性受到越來越多的關(guān)注。安全作為準(zhǔn)則貫穿著一艘船舶的整個生命周期，而穩(wěn)性是安全中的基礎(chǔ)，足見其重要性。

NAPA 是芬蘭NAPA 公司開發(fā)的一套主要用于船舶總體性能計算的軟件，其即示化窗口、快捷命令與開放性語言編寫功能極大方便了用戶使用與開發(fā)，在船舶基礎(chǔ)設(shè)計階段具有廣泛的應(yīng)用[1]。國內(nèi)已有較多設(shè)計院、船廠及船級社引進該軟件作為穩(wěn)性計算與校核的主要工具。該軟件除了本身帶有很多快捷有效且使用方面的命令外，還為用戶提供一個可根據(jù)不同要求編寫相應(yīng)程序的第二次開發(fā)平臺，鑒于其強大的計算功能和使用靈活性與便捷性，國內(nèi)外很多船廠、設(shè)計院以及研究所都將此軟件作為船舶穩(wěn)定性校核的主要工具。

NAPA 軟件主要適用于遠(yuǎn)洋船舶，內(nèi)河船舶不同于遠(yuǎn)洋船舶，穩(wěn)性要求有較大差異。NAPA 公司雖與中國船級社武漢規(guī)范研究所就內(nèi)河船舶穩(wěn)性計算展開合作，并有初步結(jié)果，但差異較大的穩(wěn)性衡準(zhǔn)（以下簡稱“衡準(zhǔn)”）仍需設(shè)計者自行編寫，故編寫出適用于內(nèi)河客船穩(wěn)性計算的NAPA 宏命令對今后的內(nèi)河船舶穩(wěn)性計算工作具有較大的意義。本文在此基礎(chǔ)上運用NAPA 軟件對一艘300 客內(nèi)河豪華郵輪進行衡準(zhǔn)編寫并選取典型工況進行穩(wěn)性計算分析[2]。

1 計算模型

300 客內(nèi)河豪華郵輪設(shè)計航線為長江中上游，B、J 級航區(qū)，雙機又槳，I 類客船，最大載客人數(shù)為300 人，船員及服務(wù)人員150 人，設(shè)有5 層上層建筑，滿足綠色船舶-2 入級要求。主要尺度如表1 所示。

表1 300 客豪華郵輪主尺度

主船體三維模型stabhul 如圖1 所示。

圖1 船體三維模型stabhull

2 三維模型依據(jù)與NAPA 穩(wěn)性衡準(zhǔn)定義

該船的完整穩(wěn)性是根據(jù)中國海事局《船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則-內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》（2011）（以下簡稱《法則》）及其修改通報對客船相關(guān)要求進行編制，要求船體模型中的各參數(shù)、符號解釋及其構(gòu)建方法詳見《法則》要求。下面在NAPA 軟件中對所需三維模型衡準(zhǔn)進行宏觀模型程序編輯。

2.1 穩(wěn)性基本要求

NAPA 軟件中對穩(wěn)性基本要求的相關(guān)衡準(zhǔn)已有定義，但也需要對衡準(zhǔn)值進行修訂，如復(fù)原力臂對應(yīng)的最大橫傾角不小于15°，與海船要求25°有所不同，同時對復(fù)原力臂曲線下的面積要求進行修訂[3]，根據(jù)《法則》此面積要求分成不小于20°與小于20°兩種情況，可通過修改模型程序直接由軟件根據(jù)模型仿真方式自行處理。修改后模型程序參數(shù)如下所示：

總長Loa=70.5 m；

垂線時長Lpp=68.0 m；

型寬B=13.9 m；

型深D=4.5 m；

設(shè)計吃水d=3.3 m；

服務(wù)航速Vs=12.8 m/s。

該船體的完整穩(wěn)定性需要滿足海事局《船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則-內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》及其2015 年修改通報和2016 年修改通報中對內(nèi)河B 級航區(qū)自卸砂船的要求，結(jié)合本船的具體情況歸納為以下方面：

1）初隱性高不小于0.2 m。

2）復(fù)原力臂曲線符合下列要求；當(dāng)最大復(fù)原力臂所對應(yīng)的橫傾角θm或進水角θj中之小者等于或大于20°時，至最大原力臂對應(yīng)角度為30°，其中，小者的復(fù)原力臂曲線下的面積應(yīng)不小于按下式所得之值：

接下來定義風(fēng)壓傾側(cè)力矩Mf：

在軟件中直接操作即可，以CCS.WIND1 命名新建一個TAB 文件，新建以H 命名的列，其為受風(fēng)面積中心距實際水線的垂直高度，選COEF 為風(fēng)壓[4]。值得注意的是，《法規(guī)》中的力矩單位為kN·m，而NAPA 中是t·m，在定義力矩時要注意換算。至于風(fēng)壓力矩可以利用NAPA 原有的進行修改，可得到穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Kf。

2.2 J 級航段船舶的附加要求

對于J 級航段船舶的穩(wěn)性要求，其分別是CCS.AREA_GZ2 與CCS.NUM_TORRENT。船舶的極限靜傾角，應(yīng)為干舷甲板邊緣入水角或舭部中點出水角或14°，取小者，船舶在全速回航引起的傾側(cè)力矩或力臂作用下，從復(fù)原力矩或力臂曲線求得的靜傾角應(yīng)不大于極限靜傾角。

2.3 特殊穩(wěn)性要求程序結(jié)果

對于船舶在全速回航時引起的傾側(cè)力矩，船舶全速回航引起的傾側(cè)力矩Mv需要重新定義，具體公式如下：

將上述三維仿真公式進行計算并定義為傾側(cè)力矩，乘客集中一舷引起的傾側(cè)力矩定義為Ls。

根據(jù)以往送審經(jīng)驗以及船級社反饋的意見，建議該傾側(cè)力矩直接通過船上乘客重量與船半寬的乘積，雖然計算力矩會略大，但對船舶穩(wěn)性偏安全[5]。同時對客船突風(fēng)衡準(zhǔn)進行定義，雖然本衡準(zhǔn)不計入船體橫搖的影響，但考慮到“東方之星”事故，為了安全，可取相對保守，計入橫搖影響。突風(fēng)衡準(zhǔn)可按前面的風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Kf進行定義，僅是風(fēng)壓值不同，則突風(fēng)衡準(zhǔn)定義為Kt。

到此NAPA 軟件的穩(wěn)性計算衡準(zhǔn)定義全部完成，在定義的過程中一定要注意單位的一致，同時注意宏語言命令輸入環(huán)境以及字母輸寫正確以免無法執(zhí)行[6]。接下來關(guān)聯(lián)所有衡準(zhǔn)。

3 NAPA 穩(wěn)性程序

在諸如其非保護性開口、受風(fēng)面、干舷甲板、舭龍骨等參數(shù)以及裝載工況定義好之后，可以在CR_I 下通過ARGS程序運行參數(shù)輸入情況，如圖2 所示。

圖2 CR_I 下程序參數(shù)檢查

圖3 滿載出港穩(wěn)性結(jié)果分析

如圖3 所示，滿載出港工況計算結(jié)果均滿足《法規(guī)》要求，而且穩(wěn)性衡準(zhǔn)所得值與《法規(guī)》所要求值相比均有較多余量，僅MAXGZ15 略小，主要是由船寬與型深比較大引起的。雖然該衡準(zhǔn)僅適用于A 級航區(qū)船舶，但也從側(cè)面反應(yīng)出設(shè)計工作者在設(shè)計前期需注意的地方，通過NAPA 軟件在內(nèi)河船舶穩(wěn)性分析上的運用來驗證設(shè)計是否可行以及優(yōu)化設(shè)計，從而提升設(shè)計水平[7]。

4 程序編輯結(jié)果

通過上述程序編輯過程可知，程序的輸出命令對此過程中的一些變量參數(shù)值進行檢查，用戶可根據(jù)自身所需要輸出變量設(shè)定自身關(guān)系變量值[8]。

NAPA 軟件提供一個較為開放的開發(fā)平臺，用戶可根據(jù)個人不同的信息變量要求，應(yīng)用此軟件所具有的功能，進行編程開發(fā)。本文對船舶的復(fù)原力臂曲線圖進行還原分析，并應(yīng)用到實際操作中，其中對船舶的起重允許極限傾角進行求解分析，并對NAPA 的其它用戶進行一定的啟發(fā)[9]。300 客人的新能源自動航運船壓載到港工況的編輯結(jié)果，如圖4 所示。

圖4 復(fù)原力臂曲線下面積

5 結(jié)語

本文通過NAPA 軟件開放性宏語言命令平臺，以內(nèi)河郵輪為例進行穩(wěn)性三維程序編輯，從而形成可執(zhí)行的程序流程。通過本文可以進行三維船體程序的修改與延伸，從而在NAPA 軟件中實現(xiàn)其它內(nèi)河船的穩(wěn)性計算。目前中國船級社武漢規(guī)范研究所已開發(fā)了內(nèi)河船舶三維系統(tǒng)Compass Inland 2016，并已用于內(nèi)河船舶運行軟件，如有條件可以運用這兩款軟件進行對比。利用NAPA 二次開發(fā)平臺，介紹內(nèi)河船的完整穩(wěn)性程序的NAPA 軟件，該軟件不僅適用于河內(nèi)B 級航區(qū)船舶的完整穩(wěn)性參數(shù)計算，還適用于河內(nèi)A 級航區(qū)船舶的完整穩(wěn)定性計算，在這里只需要使用程序前將程序中的已知固定參數(shù)按照法規(guī)進行修改即可。因此，該程序不僅可以避免手動程序運行帶來的大量重復(fù)工作，對于NAPA 軟件程序功能也具有一定的應(yīng)用價值。同時要說明的是，對于船舶裝載的某些特殊物質(zhì)，必須要先考慮貨物滑移的影響，并將此影響反饋到NAPA 軟件中，從而得出準(zhǔn)確的參考數(shù)值及方案，從而進一步完善船舶運輸方面的問題。

本文所介紹內(nèi)容是筆者在設(shè)計中所遇到的，在實際編寫過程中，建議對已知參數(shù)及可直接求得的參數(shù)直接以數(shù)字的形式直接代入，無需額外定義，這樣即可減少工作量，也可減少在編寫時出現(xiàn)錯誤的機率。NAPA 的較多開發(fā)功能筆者尚未掌握，希望借此能給總體設(shè)計工作者一些參考，期待NAPA 軟件在內(nèi)河船穩(wěn)性上發(fā)展得更遠(yuǎn)。