基于NAPA的破舱稳性计算

孙文利，李辉，刘仕莲，朱小艳，袁昌宝，焦海涛

（中船黄埔文冲船舶有限公司，广东 广州 511462）

1 前言

船舶破舱稳性是保证船舶安全的重要指标。船舶设计和建造过程中核算破舱稳性，以确定透气管、通风口、小舱盖等高度安全范围，对建造中需要整改的项目起到预警的作用。

2 规范要求

规范对船舶破舱稳性有明确规定,如破损范围、破损前初始状态假定、破损后平衡和稳性要求、渗透率等。

2.1 破损范围假定

根据国际载重线公约和SOLAS 规定：垂向破损范围，假定自基线向上无限制；横向破损范围在夏季水线上船侧及向内延伸min{B/5,11.5 m}；纵向破损范围假定是min{Lbp2/3,14.5 m}，当相邻两道横舱壁间距大于上述值，则是一舱进水，否则二舱进水。船长大于150m 时才考虑机舱破损进水；若有比上述破损范围为小却能造成更为严重后果时，则应按较小的破损范围计算。

2.2 破损前初始状态假定

破损前的假定初始状态如下：

（1)船舶装至夏季水线且无纵倾；装载均质轻货；所有货舱是满载。若装液货，则货舱装满至98%。

（2）消耗品液舱，考虑个别舱装载量为50%。液舱应假定至少有一对横向舱或一个中心线上舱具有最大自由液面,余下的舱柜应假定为空仓或满舱；消耗液体在舱内的分布应使重心获得最大可能的高度。

（3）除上述装有消耗液体舱柜外，其他液舱应考虑横倾角≤5°时最大自由液面或实际自由液面影响。

（4）比重（t/m3）：海水 1.025，淡水1.0，燃油0.95，柴油0.85，滑油0.90。

2.3 破损后平衡状态和稳性要求

破损后的平衡和稳性如满足下列要求则认为合格：

（1）船舶进水后的最终水线应位于可能发生继续向下浸水的任何开口下缘的下方；

（2）进水后横倾角不超过15°，若甲板无任何部分被淹没，则可允许此角度增加到17°；

（3）在船舱进水状况下的初稳性高度为正值；

（4）复原力臂曲线超过平衡位置有20°的最小正值范围且最大复原力臂≥0.1m，曲线下面积≥0.0175rad·m。

2.4 渗透率

法规要求的舱室渗透率如下：

?

3 破舱稳性计算实例

选择合适的计算软件，在软件中完成破舱稳性计算。

3.1 软件的选择

目前破舱稳性计算软件有MAXSURF、RHINO、FREESHIP、COMPASS、NAPA 等，其他软件比NAPA容易上手，但国内各设计院、审图中心多用NAPA 计算、设计、审图，所以选择NAPA 作为本项目的计算软件。

3.2 基础数据整理

本船基础数据设置：总长199.90m；垂线间长194.50m；型宽32.26m；型深18.50m；结构吃水13.30m；设计吃水11.30m；船舶类型“B-60”型。

3.3 建立船体模型

按型线图和型值表建立船壳模型，本船是常规船型，建模到艏楼甲板已经能满足性能计算。

图1 船体NAPA 模型

3.4 总布置和分舱

舱室布置和分舱是破舱稳性计算的基础，包含舱室划分、舱容、舱室渗透率定义，各舱结构缩减率为2%。

3.4.1 艉部

淡水、蒸馏水、饮用水、冷却水舱归淡水类，净舱容98%，渗透率0.95，载物密度1；艉尖舱归压载类，渗透率0.95，载物密度1.025；舵机舱等空舱归机器处所，渗透率0.85。

3.4.2 机舱

油舱考虑油料膨胀，舱容取95%，净舱容98%×95%。燃油舱属重油类，渗透率设0.95，油密度0.98；柴油舱属柴油类，渗透率0.95，油密度0.85;滑油舱属滑油类，渗透率0.95，油密度0.9；油渣舱、沉淀舱、污水舱、舱底水舱、泄放舱等属消耗类，渗透率0.95，密度1。

内底以上空舱归入机器处所，渗透率0.85；内底以下空舱归入空舱类，渗透率设为0.95。

3.4.3 货舱

燃油储存舱属重油类，渗透率0.95，油密度0.98；油渣舱、沉淀舱、污水舱、舱底水舱、泄放舱等见机舱。

五个货舱属货舱类，渗透率0.95，货物密度1。

压载舱属压载类，渗透率0.95，水密度1.025。

3.4.4 艏部和艏楼

艏尖舱属压载类，渗透率0.95，水密度1.025。

锚链舱属锚链舱类，渗透率0.6，载物密度1.025。

计程仪测深仪、应急消防泵舱、锚机控制室及其他空舱归空舱类，渗透率0.95，装载物密度1。

3.5 定义开口数据

全船开孔包含所有露天开孔，规范对其位置和高度有明确的规定，要衡准开孔的位置和高度是否满足要求。

直接在TOC 模块TABLE EDITOR 中定义开孔：

图2 开孔设置

3.6 设定装载工况

装载设定包括下列几种数据/参数的设定：

3.6.1 空船重量重心

NAPA 仅是面概念建模，要将船、机、电、舾等实体重量重心作为固定载荷输入。船舶稳性对重量沿船长方向的布置很敏感，所以空船重量重心布置尽量细化，重量在X 方向的分布范围要定义，XMIN 和XMAX 要设置，重心位置要落在该范围中间1/3 范围内。重量重心最终定义的理想结果是重量分布成阶梯状而不是锯齿状。

图3 重量重心统计

3.6.2 定义装载工况

本船按要求设定了50 个装载工况和一个破舱初始工况。因货舱的渗透率最初设计为0.95 是针对密度为1 的轻货，实际装货密度0.77、1.366 等轻货和密度是3甚至是钢条的重货，重货舱室功能改为集装箱载货。

3.6.3 自由液面修正

四种自由液面取值：实际值；IMO Res.A.167 标准；50%装载高度的值；用户指定值。本船取IMO 标准，由系统计算没装满的液舱自由液面。

3.6.4 各工况完整稳性衡准

NAPA 集成了各规范公约标准，可以边配载边校核，配载过程可显示吃水状态，避免出现大的纵横倾。

图4 配载

3.6.5 破损舱室定义（以工况INI01-DAM01 为例）

假定破损区域为尾部舱室，尾部区域进水8130.6t。

图5 DAM01 破损状态下破损舱室

3.6.6 平衡状态参数计算

用平衡状态参数计算功能得到破损后稳性和剩余复原力臂曲线特征值：

?

3.6.7 破舱稳性校核

首先设置校核用规范/公约，再用它们对稳性指标逐项校核，OK 满足要求，否则NOT MET：

4 破舱稳性的影响因素

破舱稳性的影响因素有以下几点：

（1）进水舱的分类：抗沉性计算中，进水舱分成三类：①破损局限在舱柜内且灌满，将进水舱的进水载荷视作固体载荷计算；②进水舱不满，舱内外水不通。如消防注水或破损封堵后，视作装不满液货计算；③进水随着船舶漂浮变化，若进水量不超过10%～15%时采用增加重量法或损失浮力法计算。

（2）渗透率：计算用渗透率为体积渗透率。

（3）自由液面：不满液舱易产生倾斜力矩降低稳性。

（4）货物装载：满载→部分装载→空载对稳性影响增大；隔舱装载破损后对稳性影响更大。

5 结束语

通过NAPA 对船舶破舱稳性计算，确定船舶稳性符合规范要求，可以推广应用于后续各船，在生产设计中及时校核船舶的透气管高度、通风口高度、小舱盖高度等，降低船舶建造过程中的风险和成本。