中拱修正對170000m3級LNG船空船重量的影響

余 欣，翁振勇，吳思偉，陳勝蘭，楊春華

(滬東中華造船（集團）有限公司, 上海 200129)

0 引 言

空船重量是船舶最重要的經(jīng)濟指標之一[1]。空船重量的測定是否準確關系到新船載重量的設計是否能達到預期的要求和目標。因此，對空船重量的計算進行分析和研究很有必要。

空船重量一般通過傾斜試驗或測重試驗確定[2]。由于船上外舾裝和各種設備的布置及各艙室液體裝載情況的差異，全船質(zhì)量沿船長方向的分布是不均勻的，由此船體所受重力和浮力沿船長方向的分布也是不均勻的。若船體中部的浮力大于重力，艏艉的浮力小于重力，則產(chǎn)生正彎矩作用，上甲板受拉、船底受壓，產(chǎn)生中拱；反之，上甲板受壓、船底受拉，產(chǎn)生中垂[3]。

由于大多數(shù)船舶為艉機型船，機艙布置在艉部，主機及其他設備的質(zhì)量主要集中在艉部。在進行空船測重試驗時，一般采取向艏部壓載艙注水的方式調(diào)節(jié)縱傾，艏艉的浮力小于重力，此時船舶將產(chǎn)生中拱變形。中拱變形會對空船的排水量產(chǎn)生影響，進而影響空船重量。采用的中拱修正方法不同，計算得到的空船重量也存在差異。

本文主要研究中拱變形對170000m3級液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）系列船（以下簡稱“LNG系列船”）空船重量的影響。

1 中拱修正方法

本文主要介紹3種中拱修正方法。

1.1 辛氏二法

基于辛普生第二法（即辛氏二法）計算出等效吃水是目前廣泛采用的中拱修正方法。中拱變形等效簡化模型見圖1。

圖1 中拱變形等效簡化模型

圖1中：TA為艉垂線處吃水；TF為艏垂線處吃水；TM為船中吃水；TE為等效吃水。假定中拱變形值為δ，則

等效吃水對應的船舶排水體積應與產(chǎn)生中拱變形的實際排水體積相等，即圖1中排水體積A=B1+B2。利用辛氏二法進行排水體積的數(shù)值積分計算[4]，可推算出等效吃水為

利用式(2)，通過查靜水力表，可得到相對應的排水量Δ。

空船重量WL為：

式(3)中：Wsurplus為多余質(zhì)量；Wmissing為不足質(zhì)量。

在對空船重量進行中拱修正計算時，該方法應用廣泛，目前已被國內(nèi)外大多數(shù)船廠和船舶設計院所采用。

1.2 修正系數(shù)法

在一定的吃水條件下，根據(jù)日本《造船設計便覽》，每厘米中拱（或中垂）對排水量的修正值[5]為

結(jié)合式(5)～式(7)即可得到中拱修正系數(shù)C為

式(5)～式(8)中：TPC為每厘米吃水噸數(shù)，t/cm；MTC為每厘米縱傾力矩，t-m/cm；LPP為垂線間長，m；Aw為水線面面積，m2；ρ為海水密度，1.025t/m3；Δ為排水量，t；KML為縱穩(wěn)性高，m。

根據(jù)船舶實際的狀態(tài)（特定的吃水、縱傾、橫傾），利用靜水力表可查到對應的上述參數(shù)，利用式(8)計算得到該狀態(tài)下的C值；聯(lián)系式(4)可算出相應的等效吃水TE，查靜水力表得到相應的排水量Δ；再聯(lián)系式(3)即可得到最終的空船重量。

1.3 基于NAPA軟件的中拱修正

NAPA軟件是一款主流的船舶建模和穩(wěn)性分析計算軟件，可用于中拱修正計算，目前為國內(nèi)外大多數(shù)船廠、船舶研究院所和船舶設計方所采用，其計算結(jié)果及輸出報告也為船東和船級社所認可。

采用NAPA軟件進行中拱修正計算的基本原理是：當發(fā)生中拱時，假定船體本身不變，用一條光滑的曲線（該曲線即為發(fā)生中拱時的船體變形曲線）作為等效水線，該水線以下對應的船體排水量即為發(fā)生中拱時的實際排水量。具體操作方法是：在靜水力計算中，輸入船中吃水和縱傾值，同時輸入中拱變形δ的DFL（deflection）值，可得到經(jīng)過修正計算的排水量。利用式(3)即可計算出空船重量。

采用NAPA軟件計算得到的排水量相對比較準確，認為采用軟件計算得到的空船重量值即為實際值。下面以NAPA計算值作為基準值，對采用另外2種修正方法得到的計算結(jié)果進行比較分析。

2 中拱修正方法對LNG系列船空船重量的影響

2.1 LNG系列船空船重量計算

選取典型的LNG系列船作為研究對象。基于上述3種中拱修正方法，結(jié)合具體的傾斜試驗/空船測重試驗數(shù)據(jù)，對該系列船進行空船重量計算，以首制船的NAPA軟件計算值為基準值，對后續(xù)船的空船重量進行無因次化處理，采用不同中拱修正方法計算得到的LNG系列船（空船）質(zhì)量百分比見表1。

表1 采用不同中拱修正方法計算的LNG系列船（空船）質(zhì)量百分比 單位：%

根據(jù)表1，可得到采用不同中拱修正方法計算得到的LNG系列船（空船）質(zhì)量百分比見圖2。

由圖2可知，對于LNG系列船而言，采用辛氏二法和修正系數(shù)法得到的空船重量均比實際值小。前者平均偏小值為0.02%，后者平均偏小值為0.07%。因此，采用辛氏二法計算得到的空船重量比采用修正系數(shù)法計算得到的空船重量更接近實際值。

采用辛氏二法和修正系數(shù)法計算得到的LNG船修正系數(shù)對比見表2。

圖2 采用不同中拱修正方法計算得到的LNG系列船（空船）質(zhì)量百分比

表2 采用辛氏二法和修正系數(shù)法計算得到的LNG系列船中拱修正系數(shù)對比

由表2可知，對同一艘船而言，采用辛氏二法得到的修正系數(shù)比采用修正系數(shù)法得到的修正系數(shù)稍小，亦即前者計算得到的等效吃水稍大，通過計算得到的空船重量也稍大一些。

2.2 中拱修正方法對LNG系列船空船重量的影響

由“2.1”節(jié)中 LNG系列船的計算結(jié)果可知：與修正系數(shù)法相比，采用辛氏二法計算得到的空船重量與實際值的偏差更小。因此，對于該型船的空船重量計算而言，辛氏二法要優(yōu)于修正系數(shù)法。

3 結(jié) 語

在測定空船重量時，一般要參照國際通用規(guī)范和船級社規(guī)范的要求確定采用哪種修正方法對船舶中拱變形進行修正計算。在征得船東和船級社同意的前提下，也可采用更加合理和準確的計算方法。本文通過分析3種中拱修正方法對LNG系列船空船重量的影響可見，辛氏二法相比修正系數(shù)法更適用于該LNG系列船的中拱修正計算。針對特定的船型，可進行特定的研究與分析，從而選擇最適合的中拱修正方法。