船型参数对参数横摇薄弱性衡准的影响

马 坤 刘 旭 梅树猛

(大连理工大学船舶工程学院 大连 116024)

0 引 言

近些年来许多满足完整稳性衡准的船舶在航行时发生事故，引起国际海事组织的关注.自2007年以来，国际海事组织和各国组织一直在致力于第二代完整稳性衡准的制定，作为第二代完整稳性衡准的五种失效模式之一，参数横摇衡准包含三层衡准，其中第一层和第二层称为薄弱性衡准.经过IMO的多次会议讨论，已基本确立草案的基本内容，主要的遗留问题为第二次衡准中第二次核查的要求值，在时域中数值模拟的指导方针的发展，以及横摇固有频率的估算方法.目前参数横摇薄弱性衡准草案已基本稳定[1-4]，近2年的主要工作是进行大量的样船计算，以验证草案的合理性或对其提出改进意见.

新的衡准的实施，将对船舶设计带来很大影响.目前船型变化对于参数横摇薄弱性衡准敏感性的研究还很少，文中选取四种类型共计六艘不同尺寸的母型船作为研究对象，根据改变不同的船型参数(垂线间长、型宽、型深和水线面系数)，利用CAESES软件生成新的系列船型，再利用本课题组前期开发的软件[5-7]进行参数横摇第一层和第二层薄弱性计算，分别得出对参数横摇薄弱性一、二层敏感的船型参数排序，为新船型开发设计提供理论依据.

1 参数横摇薄弱性衡准

参数横摇衡准主要由薄弱性衡准和稳性直接评估组成.其中，参数横摇薄弱性衡准分为两个层次，计算方法由简单到复杂，预测参数横摇的保守性由强到弱[8-9].第一层衡准主要以船舶在纵浪中航行时初稳性高的变化为依据，重点是对波浪上初稳性高的变化幅值进行计算.当船舶在某载况下满足式(1)时，认为在该载况下，船舶通过第一层校核，也就是不易发生参数横摇.

(1)

第二层衡准基于概率方法，计算船舶在北大西洋海域(对于航行于有限水域的船舶，计算其在该有限水域)发生参数横摇的概率，分为第一次和第二次校核两部分，分别计算C1和C2的值.

(2)

(3)

C1为船舶在16种特定海况下已特定航向、航速航行时发生参数横摇的概率，C2为船舶以不同的航向和航速在指定海域航行时发生参数横摇的概率平均值，其中，RPR0为衡准值，等于0.06.当C1

2 母型船及船型变换

研究选取了渔政船，渔船，集装箱船，散货船四种类型共六艘母型船，见表1.

表1 母型船主要参数 m

首先利用NAPA软件对六艘母型船进行船体建模及模型可靠性验证，然后利用CAESES软件，以特定船型要素(垂线间长、型宽、型深、水线面系数)为变型参数，按照增大、减小特定系数对大连400 t渔政船、秋刀鱼渔船、辽宁省500 t渔政船、集装箱船(110 m)、174 000 DWT散货船、C11集装箱船这6种船型进行系列船型变换，得到新船型的型线，共生成新船型136艘.最后利用本课题组前期开发的软件，对生成的系列船型进行参数横摇第一层及第二层薄弱性衡准的计算分析.

3 船型参数对参数横摇薄弱性衡准的影响分析

3.1 垂线间长对参数横摇薄弱性衡准的影响分析

图1为垂线间长变化对第一层影响结果.由图1可知，不同船型垂线间长变化对参数横摇的影响程度不同，除C11集装箱船外，其他5种船型，参数横摇第一层衡准结果受垂线间长影响不大.对于已知的敏感船型C11集装箱船来说，随垂线间长的增大，ΔGM/GM随之增大.对参数横摇带来的是不利影响.

图1 垂线间长变化对第一层影响结果

对于选取的5种母型船船型，大连400 t渔政船、秋刀鱼渔船、辽宁省500 t渔政船、集装箱船(110 m)、174 000 DWT散货船，系列船型的参数横摇第二层计算结果均为0.所以，在此仅对C11集装箱船系列船型进行影响分析，见图2.由图2可知，垂线间长变化对C1，C2影响不大.所以改变垂线间长对参数横摇第二层影响不大.

图2 LPP变化对C1，C2影响

3.2 型宽对参数横摇薄弱性衡准的影响分析

图3 型宽变化对第一层影响结果

图4为型宽变化对C1，C2影响.由图4可知，随着型宽的增加，C1，C2都随之减少，说明增大型宽，有利于改善船舶参数横摇性能.

图4 型宽变化对C1，C2影响

3.3 型深对参数横摇薄弱性衡准的影响分析

图5 型深变化对第一层影响结果

图6为型深变化对C1，C2影响.由图6可知，随着型深的增加，C1随之增大，当型深增大到一定程度，C1不再发生变化；随着型深的增加，C2一定范围随之减小，但程度不大.当型深减小时，C1趋于逼近衡准值.总的来说，型深对参数横摇第二层影响不大.

图6 型深变化对C1，C2影响

3.4 水线面系数对参数横摇薄弱性衡准的影响分析

图7为水线面系数变化对第一层影响结果.研究发现随着船舶水线面系数的增加，各个船型的计算结果变化不大，几乎不变.

图7 水线面系数变化对第一层影响结果

图8为水线面系数对C1，C2影响.由图8可知，水线面系数的变化对C1，C2几乎无影响.可视为，水线面系数变化对船舶的参数横摇无明显影响.

图8 水线面系数变化对C1，C2影响

4 结 论

1) 垂线间长对参数横摇薄弱性的影响较小，其中垂线间长的增加会对参数横摇第一层有不利影响，船舶越容易发生参数横摇，但影响程度不大.

2) 型宽对参数横摇薄弱性的影响较大，型宽的增加会改善船舶参数横摇薄弱性.

3) 型深对参数横摇薄弱性的影响较小型深的增加会对参数横摇第一层有不利影响，船舶越容易发生参数横摇，但影响程度不大.

4) 水线面系数对参数横摇薄弱性衡准影响很小.

5) 结合上述结果及分析，对参数横摇第一层薄弱性敏感的船型参数排序为：型宽>垂线间长>型深>水线面系数.