破损部位装载方式对破舱稳性的影响*

郝寨柳　刘祖源　程细得　詹成胜

(武汉理工大学交通学院　武汉　430063)

破损部位装载方式对破舱稳性的影响*

郝寨柳刘祖源程细得詹成胜

(武汉理工大学交通学院武汉430063)

摘要：船舶破损后，大部分不会马上倾覆，但其稳性却会恶化.为了得到破损部位及装载方式对破舱稳性的影响，按照自由纵倾方式，采用增加重量法，应用NAPA软件计算完整船舶和不同破损位置的破损船舶在不同载况和装载方式下的浮态、稳性及破舱稳性，对典型破损船舶进行调平处理，计算调平后的浮态和破舱稳性.结果表明，可以通过避开不利的破损部位或者选取合理的调平方式来改善破舱稳性.

关键词：破损船舶；NAPA；破舱稳性；调平

郝寨柳(1984- )：男，博士生，主要研究领域为船舶水动力性能计算

0引言

随着世界航运量的扩大，单船吨位越来越大，航运越来越拥挤，船舶碰撞、搁浅等事故时有发生，导致人民生命和财产的重大损失.船舶事故发生后，大部分破损船舶不会马上倾覆，但其稳性却由于受损而恶化，在同样航行环境下，完整船舶可以正常航行，受损船舶却可能会沉没.本文应用NAPA软件建立29 000 t油船模型，在满载和3种压载载况下，针对首部破损、中部破损、尾部破损分别进行计算比较，并选择其中3种典型状态进行调平处理.本文目的在于得到破损部位、装载方式对破舱稳性的影响.

1计算原理

利用NAPA软件进行计算，按照“自由纵倾”方式，考虑纵倾对稳性的影响，采用三维方法来确定船舶的浮态和总复原力臂[1-2].

1.1完整船舶稳性计算

浮态计算要求重心和浮心在同一垂直线上[3].

(1)

1.2破损船舶稳性计算

破损稳性的计算主要有损失浮力法和增加重量法.本文采用增加重量法进行计算，即把破舱后进入舱内的水看成是增加的液体重量，然后计算相应浮态及破舱稳性.

2计算模型建立

计算模型为29 000 t油船，主尺度及船型系数见表1.

表1　计算船舶主尺度及船型系数

船舶总布置见图1.

图1　船舶总布置

计算过程中使用4种不同载况，分别为满载出港(下文简称满载)、压载出港(下文简称压载)、压载1载况和压载2载况.其中，压载1和压载2浮态基本相同，为极限情况下的载况.按照《钢质海船入级规范2006》[8]，具体装载方式为：满载时全部货舱达到最大装载容积；压载装满全部舷边压载舱和部分装载首压载舱；压载1装满全部舷边压载舱和部分装载第1货舱(左)(右)；压载2装满全部舷边压载舱和部分装载第2货舱(左)(右).

计算船舶破损状态分为3种，分别为：(1)首部进水，第1货舱(右)、第1压载舱(右)；(2)中部进水，第4货舱(右)、第4压载舱(右)；(3)尾部进水，第7货舱(右)、第7压载舱(右).在计算过程中，3种不同状态的破损进行如下处理：破损舱室为第三类舱室；假定所载液体从破损舱室完全流失，并由海水替代至最后平衡时的水线面；破损舱室共用同一自由液面.

3计算结果及分析

3.1计算结果

稳性、破舱稳性的计算结果见表2～3.

表2　稳性破舱稳性计算结果

注：满载(压载)表示完整船舶的满载(压载)状态，满载(压载)首部(中部、尾部)表示满载(压载)载况下船舶的首部(中部、尾部)破损状态.

表3　稳性破舱稳性计算结果

3.2计算结果分析

1) 4种不同载况稳性和破舱稳性比较对于满载状况，首中尾破损后破舱稳性差别较小，但对于小角度倾斜，尾部破损时稳性损失要多一些；对于压载状况，小角度倾斜时，尾部破损稳性损失比较明显；对于压载1状况，首部破损后破舱稳性较差；对于压载2状况，当倾斜角度较大时，尾部破损复原力臂较小.

因此，载况不同时，不同位置破损后破舱稳性各不相同，对船体保护的侧重点要相应改变，就计算船舶而言，压载航行时，需重点保护船体的尾部.在破损不可避免的情况下，应选择合理操作方式以尽可能获得较为合理的破损部位，来减小稳性损失.

2) 不同装载方式、相同浮态的计算结果比较压载1和压载2首部破损后的破舱稳性不同；压载1和压载2尾部破损后的破舱稳性也不同.因此：船舶上不同位置的结构强度有所不同，其破损概率也存在差异，针对具体载况，要选取相应的装载方式.就计算船舶而言，首部破损后压载2的破舱稳性明显优于压载1状态，在首部破损概率较大情况下选用压载2状态比较合适.同理，尾部破损概率较大情况下，压载1状态比较合适.

将压载1和压载2的完整稳性进行比较，同时将他们在中部破损(进出水情况相同)条件下的破舱稳性进行比较，可以得出：对于浮态相同进出水相同的2种装载方式，在忽略自由液面修正的情况下，破损前后的浮态完整稳性破舱稳性都相同；在正常情况下，破损前后的浮态完整稳性破舱稳性会由于自由液面修正不同而产生一定差异.因此，在相同浮态下，能够保证进出水相同时，应采用自由液面较小的装载方式.对于船舶调平，进出水发生在调平之前，因此，浮态相同的调平方式之间，进出水相同，自由液面修正较小的调平方式其破舱稳性较小；在自由液面影响可以忽略的条件下，可以考虑采用对船舶其他性能、结构等更为有利的调平.

3.3调平对破舱稳性的影响

本文分别对满载尾部破损、压载尾部破损、压载1首部破损进行调平.调平方法为在舱室中注入一定量的压载水.注入压载水的舱室分别为：满载尾部调平为第4压载舱(左)，压载尾部调平为第1货舱(左)，压载1首部调平为第2货舱(右).

3种载况调平前后破舱稳性计算结果比较见图2～4.

图2　满载尾部破损调平比较

对于压载尾部和压载1首部调平，以甲板边线为边界计算，2种浮态的进水角都在30°附近，可认为调平后的破舱稳性要优于调平前.在小倾角情况下，3种调平结果都比较理想.虽然调平会增加平均吃水，但是得到了较好的横倾和纵倾状态，破舱稳性也得到了提高，尤其是满载尾部调平，调平后破舱稳性有了较大的改善.

图3　压载尾部破损调平比较

图4　压载1首部破损调平比较

4结论

1) 载况固定，在破损不可避免的情况下，应选择合理操纵方式以尽可能避开最不利的破损部位，来减小稳性损失.

2) 船舶破损后采用一定的调平措施可以有效改善船舶的稳性.

3) 调平时，在自由液面影响较小的情况下，浮态相同的调平方式对破舱稳性没有影响，可以考虑采用对船舶其他性能、结构等更为有利的调平方式.

参 考 文 献

[1]Napa Oy Ltd.Introduction to NAPA second edition[M].Helsinki:Yleisjäljennös,2002.

[2]赵晓非,蔡伟科.船舶稳性计算优化方法研究[J].中国造船,1987(2):30-41.

[3]盛振邦,刘应中.船舶原理上册[M].上海:上海交通大学出版社,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]孙晓东,姜广煜,严传续.液货船实际营运工况的破舱稳性研究[J].船舶工程,2013,35(6):24-26, 39.

[7]杨泽宇,乔红宇.基于InTouch的船舶压载水监控系统[J].中国造船,2010,51(3):185-190.

[8]中国船级社.钢质海船入级规范:2006[S].北京:人民交通出版社,2006.

中图法分类号：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

*国家自然科学基金项目资助(批准号：100772139)