海工船舶拖帶作業穩性探討研究

錢 晶

（交通運輸部上海打撈局，上海 200090）

0 引言

由于市場經濟競爭的激烈化，各大油公司在招投標時都提高了船舶的準入門檻，這些準入要求給為油公司服務的航運企業帶來了不小的挑戰。在海工船舶OVID（海工船舶檢查數據庫）審核中，有一條要求是關于如何滿足穩性要求下顯示鋼絲/錨鏈所能接受的最大張力，是審核中最難以量化的要求。

1 國家標準以及行業標準關于海工船舶穩性要求

1.1 IMO（國際海事組織）針對海工船舶穩性要求

（1）應該避免防止甲板貨物阻礙落水孔以及相關區域。

（2）在任何工況下，船舶尾部最小干舷應保持在0.005L（L 為船的長度）。

（3）在A 部分2.2 中穩性規則適用于所有的海工船舶，除了那些具有獨特特征可提供不能遵守A 部分2.2 要求的船舶。

A 部分2.2 的強制性要求：①復原力臂曲線（GZ 曲線）在橫傾角0～30°所圍成的面積不應小于0.055 m·rad；②復原力臂曲線（GZ 曲線）在橫傾角0～40°或進水角中較小者之間所圍面積應不小于0.09 m·rad；③復原力臂曲線在橫傾角30～40°或者進水角較小者之間所圍面積應不小于0.03 m·rad；④橫傾角≥30°時，穩性力臂GZ≥0.2 m；⑤橫傾角≥25°，才能出現最大的穩性力臂GZmax，如果不能滿足該條件，申請有關部門認可；⑥初橫穩性高度GM0≥0.15 m。

1.2 我國針對船舶穩性要求（經過自由液面修正后）

（1）初橫穩性高度GM0≥0.15 m。

（2）船長L≥40 m，最大靜穩性力臂GZ≥0.2 m；如果船體進水角小于最大靜穩性臂GZmax所對應的極限靜傾角φmax時，則進水角φ 處的靜穩性臂應不小于最大靜穩性力臂。

（3）最大靜穩性臂GZmax相對應的極限靜傾角≥30°。

（4）靜穩性曲線穩性消失角≥55°。

1.3 《海上操作指南》GOMO 對穩性的要求

（1）航行前當值駕駛員在駕駛臺隨時獲得如下信息：船舶所能接受橫向以及垂向力/張力；并且需要有一張GZ 曲線圖以及一張張力表上面能提供船舶所能接受得最大傾斜力矩。

（2）計算必須顯示可接受的最大鋼絲/鏈條的張力包括任何橫向力，船舶最大的傾斜角度應該被限制在如下角度條件中的一種：①傾角對應的GZ 值要等于GZmax的50%；②工作甲板的浸水角度；③15°傾斜角。

計算結果要顯示鋼絲/錨鏈所能接受的最大力，其中向下的力作用在尾滾筒、橫向力作用在拖纜擋銷的最外緣，如果沒有拖纜檔銷考慮尾滾筒的外緣。計算結果要滿足上述條件。基于橫向系柱拖力的傾斜力矩也要考慮及計算；垂向分量的作用距離在拖纜擋銷垂直中心線所在甲板開始。

2 穩性分類

船舶穩性是指船舶在外力作用下偏離平衡位置傾斜，（船舶包括橫傾以及縱傾狀態，本文僅討論研究海工船舶的橫傾狀態）外力消失后能自由回復到原來的平衡位置叫做穩性。穩性公式為，其中，MR是復原力矩；是穩性力臂；Δ 是排水量。

2.1 小傾角穩性

小傾角橫穩性通常指橫傾斜角度10～15°。由于海工船舶拖帶時尾部已受力，此時無論船舶左傾還是右傾都將受到拖帶物的橫向力。由于海工船舶與貨輪、集裝箱船舶的工種性質不同，幾乎沒有裝貨的性質，所以在此不討論貨物左右移動以及上下移動對船舶穩性的影響。另外，海工船舶的各艙室忽略自由液面的影響（因出港行滿載裝載，即使沒有滿載，如果船長感覺自由液面影響較大，可采用縱向多隔斷分倉，將自由液面對船舶的影響降到最低）。當船舶在小角度橫傾時，根據船舶的入水體積與出水體積相同，以及重心移動理論可以得出：。其中，是穩性高度，α 是傾斜角。又因，因此只需有其中一個數據即可推算出所有數據，駕駛員可以在靜水力曲線圖上查得這些數據，根據給出的公式計算出相應的數值。

2.2 大傾角穩性

大傾角穩性通常指橫傾斜角度大于10～15°，此時船舶的入水體積和出水體積不對稱，穩心M 是變動的，不是在討論小傾角橫穩性時假設M 為固定點，因此公式不適用。此時穩性力臂可以用公式：表示。在知道橫傾角φ 的前提下，也可以直接根據靜穩性曲線獲得穩性力臂或者穩性力矩。

2.3 動橫穩性

當船舶受到外力矩開始傾斜時，外力矩是不斷變化的，此時船舶的回復能力被稱為動橫穩性。當外力矩所做的功等于復原力矩所做的功時，船舶才會停止傾斜。

3 海工船舶拖帶狀態下橫穩性極值研究

首先根據進水角曲線（圖1）（每條船的進水角曲線不同，所以不能一概而論）確定船舶在排水狀態下的進水角φB，將φB標注在穩性曲線上，確定穩性曲線有效部分。

圖1 進水角曲線

在風浪聯合作用下，海工船舶在拖帶狀態下所能承受的最大傾斜力矩Mfmax，海工船舶在波浪作用下產生搖擺，當船舶迎風舷橫搖至最大擺幅φ0并剛往回橫搖時，突然受到一陳風的吹襲，此時船是最危險的。因為此時復原力矩MR和風傾力矩Mf還有拖帶物的作用力矩M拖方向一致，三個力矩疊加時的危險性最大。在最危險的情況下，只有保證在外力作用下所能承受的最大傾斜力矩Mq≥+MR+M拖+Mf，才能保證船舶的安全性。根據船舶橫搖角公式，式中，KG 是基線至重心高度；T是核算狀態下型吃水；KG/T＞1.45 時取1.45，＜0.917 時取0.917。根據公式計算出船舶自搖周期。在自搖周期表上查得C1、C2、C3，代入公式，隨后在穩性曲線表上作圖得出Mq。

風壓傾斜力矩公式為：Mf=0.001pAfZ。式中，Af是船舶受風面積；Z 是受風面積重心至水線的距離（m），假設水阻力的中心在水線處；P 是單位計算風壓，可根據受風面積中心在水線以上高度表查得。將計算結果代入，當cosφ1=1 時，張力F 出現極值，因此只需滿足張力，即可滿足穩性要求下的張力值。

4 結束語

針對船舶在橫傾狀態下的穩性要求，計算鋼絲/錨鏈所能接受的最大張力，也可根據船舶裝載狀態的不同、自由液面影響、懸掛物、或貨物橫、縱移動等影響穩性的參數進行匹配計算，計算海工船舶在拋起錨作業中縱穩性拖纜張力的極限值，對船舶駕駛員理解穩性計算有一定借鑒作用。