貨船船型對靜穩性曲線的影響

張富剛,姜培齋,汪福強

(海軍潛艇學院，山東 青島266011)

貨船船型對靜穩性曲線的影響

張富剛,姜培齋,汪福強

(海軍潛艇學院，山東 青島266011)

鑒于船體形狀與船舶靜穩性的關系十分密切，設計了船型尺度與靜穩性曲線特征關系的正交試驗。通過大量數據對比，分析了貨船形狀特點對靜穩性曲線的影響趨勢和影響程度，為貨船在方案設計階段的靜穩性評估提供直觀結論。正交試驗方法得出，吃水型深比對船舶穩性的影響較大。

貨船；正交試驗；船舶穩性；靜穩性；曲線

0 引言

船舶穩性是船舶的重要性能。貨船在方案設計階段的穩性評估可以利用靜穩性曲線來進行。該曲線主要計算水線下船體在不同傾斜角度時的浮心位置，但是計算過程比較繁瑣。船體形狀對靜穩性曲線的特征影響十分顯著，文獻[1]搜集了大量貨船的主尺度和靜穩性數據。本文在此基礎上設計了靜穩性曲線特征與船舶尺度之間的正交試驗，分析了貨船的主尺度、船型系數、尺度比和靜穩性曲線的關系及影響結果，為貨船在方案設計階段的穩性評估提供了分析方法并能獲得較為直觀的結論。

1 正交試驗

正交設計是利用“正交表”進行科學的安排與分析多因素試驗的方法。它的優點是能在很多試驗方案中挑選出代表性強的少數試驗方案，并通過對這少數試驗方案的試驗結果的分析，推斷出最優方案，同時還可以作進一步分析，得到比試驗結果本身給出的還要多的有關各因素的信息。本文借助正交試驗的思想，討論貨船形狀和靜穩性曲線特征之間的關系，采用直觀分析法對文獻[1]的數據進行分析，具體的試驗理論見文獻[2]。

2 貨船的尺度與靜穩性曲線的正交試驗設計

貨船尺度選用船寬(B)、方形系數(CB)、吃水型深比(T/D)、型深船寬比(D/B)4個因素，考察曲線的三項指標，即船舶的初穩性高GM、穩性消失角θV、陣風下橫傾角θS。

表1 船型因素與水平表

表2 試驗設計

3 試驗結果分析

單從指標因素來看，根據極差Rj的大小,4個因素分別對3個指標影響重要性的順序如下：

(1)各因素對初穩性高GM的影響大小依次為吃水型深比(T/D)、型深船寬比(D/B)、方形系數(CB)、船寬(B)。

表3 試驗結果

(2)各因素對穩性消失角θv的影響大小依次為型深船寬比(D/B)、吃水型深比(T/D)、船寬(B)、方形系數(CB)。

(3)各因素對陣風下橫傾角θS的影響大小依次為吃水型深比(T/D)、船寬(B)、型深船寬比(D/B)、方形系數(CB)。

各因素和各因素水平對初穩性高、穩性消失角、陣風下橫傾角的影響大小分別如圖1、圖2、圖3所示，圖中羅馬數字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示依據極差從大到小的排序。

圖1 各因素對初穩性高的影響

從圖1可以看出，如果要增大初穩性高，可以提高A、B、C因素水平，D因素選D1，(B、CB、T/D、D/B)的組合選(40、0.8、0.8、0.4)。查看文獻[1]的數據發現初穩性高為3.692 m，是文獻所搜集船舶的初穩性高的最大值，而且因素C的作用比其他因素要明顯，但整體上4個因素對初穩性高的影響程度是同一量級的。

圖2 各因素對穩性消失角的影響

從圖2可以看出，如果要增大穩性消失角，可以提高B、C、D因素水平，A因素選A1，(B、CB、T/D、D/B)的組合選(10、0.8、0.8、0.8)。查看文獻[1]的數據發現穩性消失角為90°，是文獻所搜集船舶的穩性消失角的最大值，而且因素C、D的作用比A、B明顯。查閱文獻[1]收錄的數據可以看出(B、CB、T/D、D/B)固定T/D、D/B數據為(*、*、0.8、0.8)，穩性消失角變化不大，還是集中在90°左右，改變T/D、D/B后穩性消失角就大大的降低。文獻[3]指出“吃水減少，在大橫傾角時，由于舭部出水較早，穩性降低，穩性范圍減少”，從圖2曲線C可以看出，T/D對穩性消失角影響較大，而且數值越小，穩性消失角也減少，本文結論與文獻說明相符。

從圖3可看出，如果要降低陣風下橫傾角，可以提高A、C因素水平，B因素選B2，D因素變化幅度不大，選D3，(B、CB、T/D、D/B)的組合選(40、0.7、0.8、0.8)。查看文獻[1]搜集的數據發現陣風下橫傾角為0.5°，文獻[1]所搜集船舶的陣風下橫傾角的最小值為0.3°。

統計搜集的數據中最小陣風下橫傾角集中在0.3°～0.5°之間，船型數據主要集中在(40、CB、0.8、D/B)的組合上，改變B、T/D的水平后陣風下橫傾角將增大，D/B、CB的變化影響不大。

4 結語

本文通過對文獻[1]搜集的大量貨船穩性數據統計分析，總結了船寬(B)、方形系數(CB)、吃水型深比(T/D)、型深船寬比(D/B)4個因素對貨船靜穩性曲線中初穩性高、穩性消失角和陣風下橫傾角的影響。通過正交試驗方法最后比較發現，T/D對船舶穩性的影響較大。

[1]克里斯納 A V，雷爾.貨船設計的穩性橫準[C]//上海交通大學技術資料情報室,譯.造船實用設計國際討論會譯文集上冊.上海：上海交通大學，1981.

[2]莊楚強，等.應用數理統計基礎[M].廣州：華南理工大學出版社，1992.

[3]盛振邦，等.船舶原理[M].上海：上海交通大學出版社，2004.

2013-11-01

張富剛(1976-)，男，講師，研究方向為船舶性能。

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