浅析船舶适度稳性校核检验及调整

(天津海运职业学院，天津 300350)

一、前言

稳性是船舶最重要的性能之一，它直接影响到船舶的航行安全。稳性不足会导致船舶倾覆；稳性过大，又会使船舶在风浪中剧烈摇荡，影响船上仪器设备正常工作、船体强度和船员的舒适性、引起船上货物移位和损坏，严重时也会导致船舶倾覆。所以，任何时候都应当保证船舶具有适度的稳性。因此，关于船舶稳性的探讨已成为一个备受关注的课题。

(一)船舶稳性的定义及分类

船舶稳性是指船舶受给定的外力作用后发生倾侧而不致倾覆，当外力消失后仍能回复到原来的平衡位置的能力。船舶稳性根据不同的分类方法有不同的命名，如：按船舶倾斜方向分类，可分为横稳性和纵稳性，横稳性指船舶绕纵向轴(x轴)横倾时的稳性，纵稳性指船舶绕横向轴(y轴)纵倾时的稳性。由于纵稳性力矩远大于横稳性力矩，故实际营运中不可能因纵稳性不足而导致船舶倾覆；按倾角大小分类，可分为初稳性和大倾角稳性，初稳性(小倾角稳性)指船舶微倾时所具有的稳性，微倾在实际营运中将倾斜角扩大至10°～15°；大倾角稳性指当倾角大于10°～15°时的稳性；按作用力矩的性质分类，可分为静稳性和动稳性，静稳性指船舶在倾斜过程中不计及角加速度和惯性矩时的稳性，动稳性指船舶在倾斜过程中计及角加速度和惯性矩时的稳性；按船舱是否进水分类，可分成完整稳性和破舱稳性，船体在完整状态时的稳性称为完整稳性，而船体破舱进水后所具有的稳性则称为破舱稳性。

(二)船舶稳性影响因素

船舶稳性的影响因素有很多，主要包括货物垂移、货物悬挂、自由液面等,如：当货物上移时，重心也上移，初稳性高度减小；在船舶倾斜的过程中会对船的稳性产生不利的影响，使船的稳性降低；自由液面流动变形使液体体积的形状发生变化，引起重心向倾斜的一侧移动，因而产生一倾斜力矩，使船的稳性降低。

二、船舶稳性的校核与检验

(一)船舶稳性的校核

稳性过大或过小都对船舶安全生产带来危险，因此在营运过程中，船舶应具有适度的稳性范围。在确定稳性高度时，船舶最小初稳性高度GMmin应根据稳性规则要求来确定，通常取最小许用初稳性高度GMC为最小初稳性高度；而船舶最大初稳性高度GMmax应根据船舶横摇周期要求来确定，通常认为船舶自由横摇周期不应小于9 s，因此可取船舶自由横摇周期为9 s时的初稳性高度为最大初稳性高度。有观点认为，横摇周期为15 s左右对应的初稳性高度是比较理想的。因此，船舶稳性校核包括对稳性最低要求的校核和对船舶横摇周期的校核两方面。

1. 对稳性最低要求的校核

稳性最低要求是指船舶刚好满足稳性规则的全部要求。校核时应先仔细评价整个航次中包括在港装卸、离港、航行中、到港装卸等所有装载状态，从中找出稳性最不利的装载状态进行稳性校核。校核方法通常有以下三种：

(1)利用基本装载状态稳性计算资料进行比较

为了便于驾驶人员掌握船舶稳性状况，船舶设计或建造部门交船时必须提供一本符合《法定规则》要求并经船级社核准的船舶《稳性报告书》。报告书中提供了本船各种稳性计算资料，包括“基本装载状态下稳性总结表”。如果须校核的装载状态与“基本装载状态下稳性总结表”中给出的某一种基本状态相同或更好，则可不必再做该装载状态的稳性校核。

(2)利用许用重心高度曲线或最小许用初稳性高度曲线核算

如船舶资料中提供有“许用重心高度KGC曲线或最小许用初稳性高度GMC曲线”，则校核方法如下：首先，根据船舶装载状态计算出经自由液面影响修正的船舶重心高度KG或初稳性高度GM；再次，在许用重心高度曲线或最小许用初稳性高度曲线上查取与当时排水量相应的许用重心高度KGC或最小许用初稳性高度GMC；最后判断：如果KG ≤KGC或GM ≥GMC，则船舶稳性符合《法定规则》各项稳性要求，否则，稳性不符合要求。

2.对船舶横摇周期的校核

在校核船舶横摇周期时,我们应首先对船舶最大初稳性高度GMmax进行计算，由IMO稳性规则提供的船舶自由横摇周期与初稳性高度的关系式可以推出船舶最大初稳性高度计算式(未经自由液面影响修正)：

对于船长小于70 m的船舶：

对于其他船舶：

两式中，f —— 横摇周期系数，对于一般货船，f = 0.7 ～ 0.8；

B —— 船舶型宽，m

Tθ—— 船舶自由横摇周期，可取 9 s

C —— 系数，C = 0.3725 +0.0227(B/d)-0.0043(L/10)

通过上面的计算，我们可以进行最终校核，如果船舶初稳性高度GM小于最大初稳性高度GMmax，则校核完成。

(二)船舶初稳性高度的检验

在稳性校核中，可能因所引用的船舶资料的可靠性问题、计算过程的误差问题等，使校核结果与船舶实际的稳性状况不一致。因此，驾驶人员应当经常对船舶初稳性高度进行实船检验。具体的方法可采用：

1.自摇周期测量法

根据《法定规则》提供的船舶自由横摇周期计算式：

式中，f —— 系数，由船宽吃水比B/d查有关资料；

B —— 船宽，m

KG —— 船舶重心高度，m

GM0—— 未经自由液面影响修正的初稳性高度，m

根据上式，将稳性核算得到的KG、GM0等数据代入上式，可得Tθ计算值。

船舶停泊在平静水中自由横摇周期最接近船舶的自由横摇周期。因此，可以让若干水手左右舷来回跑几次后停在中心线处，船舶开始做自由横摇，用秒表连续测量横摇5 ～10个周期的时间，其平均值即为实船的Tθ测量值。最后，我们进行比较：若Tθ计算值与计算值相近，说明初稳性高度计算可靠。要注意的是船舶在航行中，特别是在波浪中航行时测量的Tθ值的误差较大，不宜采用。

2.倾斜试验法

倾斜试验是确定空船重心高度的法定方法，当然也可以用来确定任一装载状态下船舶的重心高度。因为，初稳性高度GM的计算的可靠性取决于船舶重心高度的计算可靠性。

船舶正浮在平静无风的水域中，由吃水查静水力曲线得排水量Δ，然后将少量载荷P(t)横移Y (m)，在驾驶台的倾斜仪上读出船舶的横倾角θ(°)，则船舶的初稳性高度GM测量值由下式确定：

在确定了GM值后，我们要对其进行比较，如果GM计算值与测量值相近，说明初稳性高度计算可靠。

三、船舶稳性的调整

(一)船舶稳性调整的内容

船舶稳性合格的含义是指：首先，无初始横倾角；再次，满足稳性规则对完整稳性的最低要求，其中包括基本要求和特殊要求；最后，需满足相应各项要求，如自由横摇周期大于9 s；后两项要求都与初稳性高度GM直接相关；船舶在港内靠泊或锚泊时稳性要求可适当降低，但初始横倾角通常应限制在3°以内；初稳性高度GM应大于0.15 m ；稳性不合格的主要原因是配载不当、油水不对称消耗、货物移动等。

(二)船舶稳性调整方法

1.船舶横倾角的调整

假想船舶本来是正浮的，因配载不当等原因，使少量载荷P“横移”了距离Y，因而出现横倾角θ。因此，将船舶调整回正浮状态有以下二种方法：一种是横移船内载荷，将倾斜一侧的少量载荷P横向回移距离Y；另一种是装卸少量载荷，而装卸少量载荷最常见的方法是在边压载舱打排压载水，即将倾斜一侧横向距中纵剖面距离Y处的少量载荷P卸载或在对称一侧横向距中纵剖面距离Y处加装少量载荷P。(参考图如下，仅为示意图)：

图1

设调整前船舶排水量为Δ，初稳性高度为GM 。无论是横移船内载荷还是装卸载荷，其中少量载荷P均由下式计算：

我们要注意的是不论横移或装卸，只与横移或装卸的方向及P*Y乘积有关，而与起始位置、终了位置无关。另外，通过装卸少量载荷调整横倾至正浮，计算时不受排水量和初稳性高度变化的影响，只与装卸前的排水量和初稳性高度有关；但如果是将横倾从θ1调整为θ2，则计算时与装卸后的排水量和初稳性高度有关。最后要注意上式适用于小倾角范围。

2.船舶初稳性高度的调整

调整初稳性高度GM主要是调整船舶重心高度KG，方法有垂向移动船内载荷和装卸少量载荷两种。

1.垂向移动船内载荷

在垂向移动船内载荷时，载荷上移，稳性下降，反之，载荷下移，稳性上升。可以采用一定的公式求取，设船舶排水量为Δ，移动载荷前、后的初稳性高度分别为GM和GM1，其变化量为δGM。现将少量载荷P垂移，移距为Z 。则载荷与移距的乘积P*Z由下式计算：

P*Z = Δ*(GM1 -GM)= Δ*δGM

2.装卸少量载荷

若少量载荷P装卸前后，船舶初稳性高度保持不变，则d +P/200TPC -ZP -GM = 0。换言之，若载荷P的装卸高度ZP为：

ZP = d + P/200TPC -GM

则船舶初稳性高度在装卸前后将保持不变。因此，高度ZP所在平面称为初稳性高度界限面。由此可知：若在界限面之上装载，初稳性高度GM下降，之下装载，GM上升；若在界限面之上卸载，初稳性高度GM上升，之下卸载，GM下降。

初稳性高度界限面一般在吃水线下方附近。采用装卸少量载荷来调整初稳性，通常是通过打排压载水来实现。底压载舱都在界限面之下，所以，打压载水初稳性上升，排压载水初稳性下降。应注意作自由液面影响修正。

综上所述，要想保持船舶有适度稳性，在货物装配时，应该合理配载。只有使配载后的船舶稳性校核及检验满足有关法规的规定，才能确保船舶的安全生产运输。

参考文献：

[1]田佰军，薛满福．船舶结构与货运[M]．大连：大连海事大学出版社，2012．

[2]蒋维清．船舶原理[M]．大连：大连海事大学出版社，1998．