船型參數(shù)對參數(shù)橫搖薄弱性衡準的影響

馬 坤 劉 旭 梅樹猛

(大連理工大學船舶工程學院 大連 116024)

0 引 言

近些年來許多滿足完整穩(wěn)性衡準的船舶在航行時發(fā)生事故，引起國際海事組織的關注.自2007年以來，國際海事組織和各國組織一直在致力于第二代完整穩(wěn)性衡準的制定，作為第二代完整穩(wěn)性衡準的五種失效模式之一，參數(shù)橫搖衡準包含三層衡準，其中第一層和第二層稱為薄弱性衡準.經(jīng)過IMO的多次會議討論，已基本確立草案的基本內(nèi)容，主要的遺留問題為第二次衡準中第二次核查的要求值，在時域中數(shù)值模擬的指導方針的發(fā)展，以及橫搖固有頻率的估算方法.目前參數(shù)橫搖薄弱性衡準草案已基本穩(wěn)定[1-4]，近2年的主要工作是進行大量的樣船計算，以驗證草案的合理性或?qū)ζ涮岢龈倪M意見.

新的衡準的實施，將對船舶設計帶來很大影響.目前船型變化對于參數(shù)橫搖薄弱性衡準敏感性的研究還很少，文中選取四種類型共計六艘不同尺寸的母型船作為研究對象，根據(jù)改變不同的船型參數(shù)(垂線間長、型寬、型深和水線面系數(shù))，利用CAESES軟件生成新的系列船型，再利用本課題組前期開發(fā)的軟件[5-7]進行參數(shù)橫搖第一層和第二層薄弱性計算，分別得出對參數(shù)橫搖薄弱性一、二層敏感的船型參數(shù)排序，為新船型開發(fā)設計提供理論依據(jù).

1 參數(shù)橫搖薄弱性衡準

參數(shù)橫搖衡準主要由薄弱性衡準和穩(wěn)性直接評估組成.其中，參數(shù)橫搖薄弱性衡準分為兩個層次，計算方法由簡單到復雜，預測參數(shù)橫搖的保守性由強到弱[8-9].第一層衡準主要以船舶在縱浪中航行時初穩(wěn)性高的變化為依據(jù)，重點是對波浪上初穩(wěn)性高的變化幅值進行計算.當船舶在某載況下滿足式(1)時，認為在該載況下，船舶通過第一層校核，也就是不易發(fā)生參數(shù)橫搖.

(1)

第二層衡準基于概率方法，計算船舶在北大西洋海域(對于航行于有限水域的船舶，計算其在該有限水域)發(fā)生參數(shù)橫搖的概率，分為第一次和第二次校核兩部分，分別計算C1和C2的值.

(2)

(3)

C1為船舶在16種特定海況下已特定航向、航速航行時發(fā)生參數(shù)橫搖的概率，C2為船舶以不同的航向和航速在指定海域航行時發(fā)生參數(shù)橫搖的概率平均值，其中，RPR0為衡準值，等于0.06.當C1

2 母型船及船型變換

研究選取了漁政船，漁船，集裝箱船，散貨船四種類型共六艘母型船，見表1.

表1 母型船主要參數(shù) m

首先利用NAPA軟件對六艘母型船進行船體建模及模型可靠性驗證，然后利用CAESES軟件，以特定船型要素(垂線間長、型寬、型深、水線面系數(shù))為變型參數(shù)，按照增大、減小特定系數(shù)對大連400 t漁政船、秋刀魚漁船、遼寧省500 t漁政船、集裝箱船(110 m)、174 000 DWT散貨船、C11集裝箱船這6種船型進行系列船型變換，得到新船型的型線，共生成新船型136艘.最后利用本課題組前期開發(fā)的軟件，對生成的系列船型進行參數(shù)橫搖第一層及第二層薄弱性衡準的計算分析.

3 船型參數(shù)對參數(shù)橫搖薄弱性衡準的影響分析

3.1 垂線間長對參數(shù)橫搖薄弱性衡準的影響分析

圖1為垂線間長變化對第一層影響結(jié)果.由圖1可知，不同船型垂線間長變化對參數(shù)橫搖的影響程度不同，除C11集裝箱船外，其他5種船型，參數(shù)橫搖第一層衡準結(jié)果受垂線間長影響不大.對于已知的敏感船型C11集裝箱船來說，隨垂線間長的增大，ΔGM/GM隨之增大.對參數(shù)橫搖帶來的是不利影響.

圖1 垂線間長變化對第一層影響結(jié)果

對于選取的5種母型船船型，大連400 t漁政船、秋刀魚漁船、遼寧省500 t漁政船、集裝箱船(110 m)、174 000 DWT散貨船，系列船型的參數(shù)橫搖第二層計算結(jié)果均為0.所以，在此僅對C11集裝箱船系列船型進行影響分析，見圖2.由圖2可知，垂線間長變化對C1，C2影響不大.所以改變垂線間長對參數(shù)橫搖第二層影響不大.

圖2 LPP變化對C1，C2影響

3.2 型寬對參數(shù)橫搖薄弱性衡準的影響分析

圖3 型寬變化對第一層影響結(jié)果

圖4為型寬變化對C1，C2影響.由圖4可知，隨著型寬的增加，C1，C2都隨之減少，說明增大型寬，有利于改善船舶參數(shù)橫搖性能.

圖4 型寬變化對C1，C2影響

3.3 型深對參數(shù)橫搖薄弱性衡準的影響分析

圖5 型深變化對第一層影響結(jié)果

圖6為型深變化對C1，C2影響.由圖6可知，隨著型深的增加，C1隨之增大，當型深增大到一定程度，C1不再發(fā)生變化；隨著型深的增加，C2一定范圍隨之減小，但程度不大.當型深減小時，C1趨于逼近衡準值.總的來說，型深對參數(shù)橫搖第二層影響不大.

圖6 型深變化對C1，C2影響

3.4 水線面系數(shù)對參數(shù)橫搖薄弱性衡準的影響分析

圖7為水線面系數(shù)變化對第一層影響結(jié)果.研究發(fā)現(xiàn)隨著船舶水線面系數(shù)的增加，各個船型的計算結(jié)果變化不大，幾乎不變.

圖7 水線面系數(shù)變化對第一層影響結(jié)果

圖8為水線面系數(shù)對C1，C2影響.由圖8可知，水線面系數(shù)的變化對C1，C2幾乎無影響.可視為，水線面系數(shù)變化對船舶的參數(shù)橫搖無明顯影響.

圖8 水線面系數(shù)變化對C1，C2影響

4 結(jié) 論

1) 垂線間長對參數(shù)橫搖薄弱性的影響較小，其中垂線間長的增加會對參數(shù)橫搖第一層有不利影響，船舶越容易發(fā)生參數(shù)橫搖，但影響程度不大.

2) 型寬對參數(shù)橫搖薄弱性的影響較大，型寬的增加會改善船舶參數(shù)橫搖薄弱性.

3) 型深對參數(shù)橫搖薄弱性的影響較小型深的增加會對參數(shù)橫搖第一層有不利影響，船舶越容易發(fā)生參數(shù)橫搖，但影響程度不大.

4) 水線面系數(shù)對參數(shù)橫搖薄弱性衡準影響很小.

5) 結(jié)合上述結(jié)果及分析，對參數(shù)橫搖第一層薄弱性敏感的船型參數(shù)排序為：型寬>垂線間長>型深>水線面系數(shù).