船舶倾斜试验若干常见问题

2021-12-04中国船级社张炜君

中国船检 2021年11期

中国船级社张炜君

船舶倾斜试验的规范性关系到船舶空船重量和重心位置的准确性，进一步影响船舶稳性计算结论的准确性，直接关乎船舶安全。虽然倾斜试验的静力学原理很简单，但实际进行倾斜试验时有很多需要注意的地方。笔者在建造检验中发现部分船厂对倾斜试验依然存在认识误区，现结合实例对几个常见问题进行探讨，供业界参考。

不足重量的影响

在审批某铝合金高速客船倾斜试验大纲时发现不足重量超出了空船排水量的1%，船厂为了满足《CB/T3035-2005船舶倾斜试验》的要求，使用压铁来替代不足重量，笔者认为这种做法不可取。

理论上，只要能准确知道不足重量的重量和重心位置，不足重量可以不受限制。《CB/T3035-2005船舶倾斜试验》之所以限制不足重量和多余重量不得超过空船排水量的1%，主要是因为较难获得不足重量和多余重量的准确重量和重心位置，尤其是重心位置。使用压铁来替代不足重量，虽然解决了重量不足的问题，但因压铁和实际不足重量在位置、高度和分布上往往存在较大差异，难以修正对重心位置的影响，甚至会让空船重心更加不准确。考虑到该标准不是强制性标准，对于部分排水量小的铝合金船，实际生产进度安排导致难以完全满足倾斜试验条件时，一个合理可行的方法是，从安全角度出发，考虑适当估高不足重量的重心，这样得到的空船重心是偏高的，完工稳性计算得到的稳性衡准数是偏低的，增加了安全裕度。当然最佳的做法应该是等完全具备条件后再进行倾斜试验。

移动力矩大小的影响

《CB/T3035-2005船舶倾斜试验》要求试验时所用的移动重量应至少使船舶每舷产生2至4度的横倾角，若受船型限制达到该要求有困难时，每舷最小横倾角应不小于1度。某船厂由于条件限制横倾角只能达到0.95度，与笔者沟通是否可以进行倾斜试验。理论上，横倾角越小，横倾角的值与横倾角的正切值越接近，计算得到的初稳性高GM值越准确。但实际操作中，过小的横倾角会导致摆幅过小而增加读数误差。实际操作中能保证摆锤摆幅足够大，船舶浮态足够稳定，读数误差就会大幅降低，0.95度的横倾角是可以接受的。笔者要求船厂增加摆线长度以加大摆幅，避免摆幅太小而影响读数，并要求更严格的天气和水文条件，在能保证船舶浮态稳定的情况下进行倾斜试验，进一步减少读数误差。

挂摆位置的影响

审批某铝合金船倾斜试验大纲时发现，船艏的挂摆很靠近艏柱，而船艉的挂摆则相对靠近船中，笔者认为该设置不是很合理。《CB/T3035-2005船舶倾斜试验》要求至少设置两个相互远离的挂摆，其用意是抵消船体扭转变形对试验结果的影响。倾斜试验中，复原力矩的作用点和移动重物产生的横向力矩的作用点通常不在同一剖面上，船舶会产生以船长方向为轴的扭转变形。因此，在移动船艏重量时，船艏的挂摆读数会偏大，移动船艉重量时船艉挂摆读数也会偏大，铝合金船船体刚性较弱，扭转变形比钢船更大。在计算中，横倾角的取值为两个相互远离的挂摆得到的横倾角的平均值，这在一定程度上能互相抵消误差。

且该铝合金船首部型线较尾部型线明显更纤细，船艏的扭转变形会更大。因此合理的设置应该是船艉挂摆尽量靠近船艉，船艏挂摆布置在船艏的适当位置。

误差分析方法的改进

《CB/T3035-2005船舶倾斜试验》对数据误差范围有明确的量化要求，偏离拟合直线4%就要分析原因，部分或全部重做试验，但并未具体描述如何计算这个4%。中国船舶检验局1996年出版的《船舶倾斜试验和静水横摇试验实施指南》3.3.6则表述得非常清楚：δm/m≤4%，δm为偏离点的实际力矩与其在拟合直线上对应的力矩的差值，m为拟合直线上对应的力矩。考虑到每组读数的摆长是固定的，摆幅值a与移动力矩m为线性关系，相应地，数据满足δa/a≤4%也可以接受。实际工作中，可以利用EXCEL得到拟合直线的函数表达式后代入各组读数得到拟合直线上的m值或a值，迅速判断每组读数是否满足δm/m≤4%或δa/a≤4%的要求。

我们还可以从另一个角度考虑这个问题，得到一个更简单的误差分析方法。根据船舶静力学原理，在小横倾角范围内，单位力矩产生的船舶横倾角是一样的，同一组读数摆长是一样的，理论上单位力矩产生的摆幅是一样的。根据该原理，可以从第三次读数开始，使用下列公式进行简易误差分析：

(si-smi)/smi≤4%

si—第i次移动压块单位力矩摆幅值；

smi—前i次移动压块单位力矩摆幅值的平均值。

部分船厂和设计院作完拟合直线看到散点未过分远离拟合直线，在未进行数据误差的量化分析的基础上，就主观判断数据合格。实际上，4%的误差范围对小型船舶来说是非常严格的，笔者遇到过这样的情况，船厂和设计院在现场作拟合直线后，认为数据没问题，并未进行量化分析就结束了倾斜试验。笔者审核试验报告时用EXCEL对数据作线性回归后发现部分读数超出了4%的误差范围，导致重做试验。