南极磷虾捕捞加工船极限完整稳性研究

项立扬 王万勇

（上海和创船舶工程有限公司 上海200126）

引 言

南极磷虾是一种生活在南极洲水域的软甲纲浮游动物，体长一般为40～60 mm，单体重约2 g，是地球上资源量最大的单种生物之一。南极磷虾对南极生态系统的平衡具有极其重要作用，南极海洋生物资源养护委员会（CCAMLR）每年为每个捕捞区设定一个捕捞量上限，而根据CCAMLR的调查报告，近些年的实际年捕捞量远小于限制值。［1-3］

中国从2009/2010渔季起开始向CCAMLR正式提出南极磷虾入渔申请，每年约有3艘渔船在南极进行磷虾捕捞工作［1］。这些渔船因船型老旧、加工和捕捞设备非南极磷虾专用以及采用传统拖网捕捞形式、船员经验欠缺等因素导致捕捞效率不高，经济效益较差。因此，设计和建造采用新型横杆连续泵吸捕捞方式，并且装备有先进的加工与制冷设备的专业南极磷虾捕捞加工船，是国家发展高性能远洋渔业船舶的战略规划。然而，先进的捕捞、加工以及制冷等专业设备的配置，导致该类船在船舶布置、空船质量以及船舶重心等方面与常规的拖网渔船存在较大差异，再加上国内对现代化大型拖网渔船的基础研究和设计开发比较欠缺，因此这些差异给船舶稳性带来全新的安全考验。

本文旨在研究基于国际海事组织（IMO）《托雷莫里诺斯国际渔船安全公约》（以下简称“国际渔船公约”）、《2008国际完整稳性规则》（以下简称“2008 IS Code”）以及中华人民共和国渔业船舶检验局《渔业船舶法定检验规则-远洋渔船2015》（以下简称“远洋渔船法规2015”）等规范的要求，以“深蓝”号南极磷虾捕捞加工船的参数和图纸为基础，研究新型南极磷虾捕捞加工船的极限完整稳性，探讨极地环境下船舶设计工况与完整稳性特点。

1 南极磷虾捕捞加工船完整稳性衡准

南极磷虾捕捞加工船属于大型远洋拖网加工渔船，国际与国内规范针对该类船完整稳性的衡准分为一般稳性衡准与气象衡准两部分：一般稳性衡准指标是对初稳性高、复原力臂和复原力臂曲线下的面积的衡准；国际与国内规范的衡准条款没有区别，但是衡准指标略有不同。表1对比了“国际渔船公约”、“2008 IS Code”和“远洋渔船法规2015”要求的一般稳性的衡准条款与衡准指标［4-6］。

表1 一般稳性衡准对比

气象衡准是用来评估船舶抵抗横风和横摇联合作用的能力，“国际渔船公约”、“2008 IS Code”和“远洋渔船法规2015”对气象衡准的要求一致［4-6］，具体如下 ：

（1）气象衡准1。船舶受到垂直于其中心线的一个定常风的作用，产生一个定常风倾斜力臂lw1。在定常风作用下，横倾角φ0应不大于16°或甲板边缘浸水角的80%，取其中较小者。

（2）气象衡准2。假定在波浪作用下，船体由平衡角φ0向上风一侧横舷摇至φ1；然后又受到一个阵风风压，产生阵风倾力臂lw2。在此情形下（参见下页图1），面积b与面积a的比值（b/a）大于1。

（3）风倾斜力臂lw1和lw2在所有横倾角时均为定常值，lw1和lw2规范计算公式如下：

式中：P为计算风压，取P=504 Pa；A为受风面积，m2；Z为风倾垂向力臂，取自水下侧面积中心至受风面积A的中心。

图1 气象衡准复原力臂与风倾力臂曲线

2 南极磷虾捕捞加工船设计工况

“国际渔船公约”、“2008 IS Code”和“远洋渔船法规2015”对大型远洋拖网加工渔船的设计工况要求相同，对出港捕鱼、捕鱼中、满载返港、满载到港以及空载到港等典型工况进行稳性校核［4-6］。南极磷虾捕捞加工船作为大型拖网加工渔船，同样需遵循上述典型设计工况的要求。此外，南极磷虾捕捞加工船的设计工况还具有以下特点：

（1）由于作业区域位于南极水域，大部分时间内环境温度低于零度，因此设计作业工况需要考虑结冰载荷对稳性的影响。

（2）由于采用传统尾拖网捕捞或横杆连续泵吸拖网捕捞方式，甲板可变载荷变化较大，因此需要分别校核。

（3）由于磷虾加工设备的干重和湿重差别较大，因此作业工况需谨慎考虑这些设备的操作质量，并根据实际情况分别校核。

（4）南极水域远离我国港口，为增加船舶有效工作时间，在渔获满舱前派遣冷藏运输船至南极渔场转运渔获，通过南极磷虾捕捞加工船上配备的甲板吊机进行海上转运作业，甲板吊机单次转运渔获量为5～10 t。为保证船舶运营安全，海上生产与转运工况需要纳入稳性校核范畴。基于生产加工设备的湿重，在一个捕捞作业周期内，采用两种捕捞作业形式，根据生产加工能力选取不同渔获装载量，作为典型的生产中间工况进行校核。渔获满载后停止捕捞和加工作业，进入海上转运工况，典型的海上转运工况考虑渔获质量的转移对稳性的影响。

3 “深蓝”号船舶概况

“深蓝”号南极磷虾捕捞加工船按无限航区船舶的要求设计，满足南极水域作业船的要求，同时也满足DNV·GL船级社和中国渔检的规范要求，冰区级别满足DNV·GL规范 ICE-1A级别的要求。［3］

该船主要参数如下：

图2 南极磷虾捕捞加工船总图

4 “深蓝”号极限完整稳性分析

本文采用NAPA软件，建立“深蓝”号南极磷虾捕捞加工船船体与舱室三维计算模型，完成典型工况设计，针对国际和国内规范稳性衡准条款，分别计算极限初稳性高曲线。图3为“深蓝”号南极磷虾捕捞加工船稳性计算模型。

4.1 一般稳性衡准结果分析

根据表1总结的国际和国内规则要求的一般稳性衡准条款，计算对应的极限初稳性高度曲线，并得到如图4所示结果，从而分析得出以下结论：

（1）在较浅运营吃水下，一般稳性衡准5是限制条款；较深运营吃水下，衡准4是限制条款。

（2）衡准1是对船舶初稳性的衡准，“远洋渔船法规2015”对初稳性高的要求更高。根据图4计算结果显示，衡准1未起到限制作用。

（3）衡准4与衡准5都是对GZ曲线下的面积进行衡量。“远洋渔船法规2015”对这两条衡准指标的要求更高，在图4显示的极限初稳性高曲线也更高，提高了船舶在大倾角下的回复能力。

图3 “深蓝”号南极磷虾捕捞加工船稳性计算模型

图4 一般稳性衡准条款对应极限初稳性高度曲线

4.2 气象衡准结果分析

“深蓝”号南极磷虾捕捞加工船的生活区、捕捞设备和加工设备均布置在干舷甲板以上，因此该船横向受风面积较大，计算风倾力臂大。针对气象衡准规则条款，分别计算极限初稳性高曲线，结果如下页图5所示，并分析得出以下结论：

图5 气象衡准与极限许用初稳性高曲线

（1）气象衡准条款对应的极限初稳性高曲线均高于一般稳性衡准条款对应极限初稳性高度曲线，是该型船舶极限完整稳性限制条款；

（2）气象衡准1是较浅运营吃水下的限制条款，气象衡准2是较深运营吃水下的限制条款。

4.3 极限完整稳性分析

“深蓝”号南极磷虾捕捞加工船的目标渔场位于南极西风带附近，年平均风级6～8级，极端情况甚至超过12级。根据研究［8］及上述规范衡准指标中要求的阵风风倾力臂计算风压为756 Pa，对应气象预报的最大风力10.9级。

为进一步研究南极磷虾捕捞加工船在极地环境下的完整稳性，根据规范气象衡准条款，将阵风风倾力臂计算风压提高至1 005 Pa，对应风力12级，计算相应的极限初稳性高曲线计算结果如图5所示。风倾力臂计算风压提高后，该船极限初稳性高要求提高25%以上。

对“深蓝”号南极磷虾捕捞加工船完整稳性校核，所有设计工况经自由液面修正后的初稳性高都在极限初稳性高曲线以上；同时也高于基于12级飓风计算的极限初稳性高曲线。“深蓝”号南极磷虾捕捞加工船完整稳性满足“国际渔船公约”、“2008 IS Code”和“远洋渔船法规2015”规范衡准，同时满足极地环境下稳性衡准。

4.4 总体设计和稳性衡准建议

对于极地作业的大型远洋拖网加工渔船的总体设计和稳性衡准提出以下建议：

（1）“远洋渔船法规2015”对远洋渔船要求更高的初稳性和大倾角稳性性能，以提高船舶安全性。传统远洋渔船与大型远洋捕捞加工渔船在船体线型和舱室布置上有较大的区别，仅关注船舶初稳性和大倾角稳性衡准指标显然不够全面。

（2）在极地作业的渔业船舶将承受更恶劣的环境载荷，极限完整稳性校核可考虑更高的风压；同时，在舱室布置设计过程中也应考虑侧投影面对船舶稳性的影响，合理减小侧投影面积可以改善船舶稳性。例如：“深蓝”号南极磷虾捕捞加工船通过提高捕捞和加工设备自动化程度、缩减船员数量、优化生活楼布置、减少生活楼层数、优化甲板捕捞机械布置以及充分利用遮蔽效应等方式减小整船侧投影面积。

（3）大型远洋拖网加工渔船作业工况也不同于传统渔船，工况的设计需特别考虑作业方式、作业中间状态以及渔获转运工况，不能仅满足于规范要求的典型工况的校核，务必关注船舶运营全周期的稳性性能，确保船舶安全。

5 结 语

开发适合我国远洋渔业生产的高性能远洋渔业船舶是国家制定的船舶工业发展战略，南极磷虾资源丰富，产业附加值高。本文以国内首艘南极磷虾捕捞加工船“深蓝”号为例，充分论证在各工况下的各种稳性衡准情况，并进行对比分析。

相关研究将推动现代化大型远洋拖网加工渔船的总体设计与稳性分析。而“深蓝”号也必将作为中国南极磷虾捕捞加工船的行业标杆，推动南极磷虾捕捞加工船甚至现代化大型远洋拖网加工渔船船型的快速发展。