NAPA在散裝谷物船穩(wěn)性計算中的應用

3南通中遠川崎船舶工程有限公司 技術本部，南通 226005)

摘要：本文概述了應用NAPA軟件進行船舶谷物穩(wěn)性計算的流程，并結合實際工程項目對不同的裝載工況進行了計算，編寫了NAPA BASIC宏程序用于自動輸出計算報告。計算結果表明，NAPA軟件性能穩(wěn)定、計算功能強大、使用靈活性強，使用該軟件可以方便、準確地進行散貨船谷物穩(wěn)性的計算和校核。

關鍵詞：NAPA；散裝谷物；船舶穩(wěn)性計算

Application of NAPA in Grain Stability Calculation of Bulk Carrier

CAI Zhi bo1，ZHANG Li2，CHEN Chao3

( 1.CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co.， Ltd. Guangzhou 511462; 2.Nantong Shipping College， Nantong 226010;

3Nangtong COSCO KHI Ship Engineering Co.， Ltd. Nantong 226005 )

Abstract: The process of applying NAPA to calculate ship’s grain stability is introduced in this paper combined with calculations for a variety of loading conditions of 82000DWT bulk carrier project. NAPA BASIC macro for calculation report auto generating is compiled. The result shows that NAPA has steady performance， powerful calculation function and flexible application. NAPA can be used to calculate the ship’s grain stability conveniently and accurately.

Key words: NAPA;Bulk grain;Ship stability calculation

谷物是大宗海上運輸貨物，也是散貨船的主要載貨種類之一，其裝運方式有散裝和包裝兩種，但對同一艘船舶來說，散裝運輸時載貨量比包裝運輸時多，此外還能節(jié)省包裝材料和費用，有利于全面實現裝卸機械化，縮短船舶營運周期。但是，船舶在散裝運輸谷物時，由于谷物移動對船舶搖擺有不利影響，除了計算其完整穩(wěn)性外，還必須計算谷物穩(wěn)性。

NAPA是一款用于船舶及海洋工程設計的三維建模和總體性能計算軟件，近年來，隨著國內用戶數量的不斷增長，NAPA在船舶設計中的使用日漸普遍，并贏得了眾多船舶工程類設計人員的青睞。

1 裝裁散裝谷物時的穩(wěn)性要求

船舶裝載散裝谷物時應符合1974年國際海上人命安全公約(SOLAS)第VI章“穩(wěn)性衡準”的規(guī)定，即：考慮到由于谷物移動產生的傾側力矩后，任何裝載散裝谷物的船舶在整個航程中的完整穩(wěn)性特征，至少應能滿足下列要求[1-2](見圖1)。

1) 由于谷物移動使船舶產生的橫傾角應不大于12ordm;，但對在1994年1月1日以后建造的船舶，還應考慮甲板邊緣浸沒角，取其較小者。

2) 在靜穩(wěn)性曲線圖上，到達傾側力臂曲線與復原力臂曲線的縱坐標最大差值所對應的橫傾角θm或40ordm;或進水角θf，取其較小者為限，該兩曲線之間的剩余面積A′在所有裝載情況下應不小于0.075 m·rad。

3) 經對各液體艙內自由液面修正后的初穩(wěn)性高度應不小于0.3 m。

2散裝谷物裝載特性

船舶在裝載谷物時，其穩(wěn)性要求有別于普通貨物。裝載散裝谷物的船舶貨艙，無論采用何種方式裝載貨物，谷物都難以完全充滿甲板和艙口蓋下方的所有空間，存在一定的空檔；另外，由于散裝谷物的孔隙性特征，當航行中船舶搖擺、顛簸和振動時谷物表面也會下沉，使艙內的空檔增大。由于谷物的散落性特征，若船舶橫搖角超過谷物的靜止角時，谷物表面將隨之發(fā)生移動，從而產生與自由液面相似的影響，所以在計算谷物穩(wěn)性時也要考慮谷物的移動力矩。散裝谷物在運輸過程中一般有三種裝載方式[3].

1) 滿載艙( filled compartment， trimmed )：指對貨艙內散裝谷物進行必要和合理的平艙，即將谷物自由表面整成水平，從而盡最大可能填滿甲板下方及艙口蓋下方的空間，并將谷物裝載到可能的最高高度。此情況下，谷物移動對穩(wěn)性的不利影響最小。

2) 未平艙的滿載艙( filled compartment， untrimmed )：指使艙口范圍內裝滿至可能的最大程度，但在艙口以外，貨艙口與貨艙前后艙壁之間的兩個艙端部不進行平艙。此情況下，谷物移動對穩(wěn)性的不利影響要明顯大于上述經平艙的滿載艙。在航次貨源和穩(wěn)性核算許可時采用這種裝載方案，可為船東節(jié)約平艙費用。

3) 部分裝載艙( partly filled compartment )：指經合理平艙，將谷物自由表面整平，但未達到上述兩種滿載艙狀態(tài)的任何貨艙。此情況下，谷物移動對穩(wěn)性的不利影響隨貨艙結構形狀及谷物裝艙深度而變化，多數情況下影響程度要遠遠超過上述兩種滿載艙。

這三種裝載方式在NAPA中定義裝載工況時用load命令就可以方便地實現，但對不同的裝載方式，軟件在計算谷物重量重心和移動力矩時的處理方式有所不同。

3穩(wěn)性計算

近年來，NAPA已經成為一款船舶設計計算的主流軟件，目前已有多家船級社、船廠、設計公司、高校及研究院所引進了該軟件。NAPA軟件中的Grain Stability模塊能夠非常方便地實現散裝谷物穩(wěn)性的計算，其計算流程概述主要有如下四點。

3.1建立計算模型

首先根據型值表在Text Editor中編輯宏命令生成船體模型，然后光順線型并檢查模型的靜水力性能，以達到設計的要求。然后根據總布置圖和艙容圖定義各個艙室，將建立好的艙室增加船舶模型中去，并對每一艙室賦予一定的屬性，例如艙室的用途、艙室裝載貨物的類型、艙室名稱描述、裝載物的密度、艙室的結構折減率等等。

3.2建立并檢查谷物空間

谷物穩(wěn)性計算前要重新定義裝載谷物的空間，谷物空間除了包括分艙中的艙室以外，還要包括谷物穩(wěn)性計算中的各種信息，例如艙口蓋和桁材的尺寸及具體位置、艙口端梁上是否開有谷物流通孔(feeding holes)及其尺寸和位置等，如果艙內有平臺和其它的體積折減也要一并定義進去。在定義完谷物空間后，有必要對其進行檢驗，可以使用裝載命令和繪圖命令來檢查谷物空間的某些截面形狀和裝載情況，詳細內容可參考NAPA軟件的在線幫助手冊[4]。

3.3定義谷物裝載工況、選擇穩(wěn)性衡準

對于船舶各種艙室的裝載情況(包括谷物的裝載)，可以在Loading Conditions 中定義，具體見圖2。

相應穩(wěn)性衡準的選擇，可以在命令行中進入CR模塊用RCR命令選擇，或者點擊上圖中的Criteria標簽頁，然后點擊“Intact Criteria…”打開穩(wěn)性計算參數選擇界面，修改相關計算參數，見圖3，RCR的值即為選擇的相關衡準。NAPA已經預先定義了一些衡準組可以供用戶選擇，如IMO(或A749-3.1)是根據IMO規(guī)則定義的適用于所有船舶的完整穩(wěn)性衡準，IGC則是根據散裝谷物規(guī)則定義的相關衡準，包括前述三點對橫傾角、剩余穩(wěn)性面積和初穩(wěn)性高度的要求。此外還應注意的是，穩(wěn)性橫截曲線中要包括12°和40°處的數據。

3.4宏的使用

宏的應用是NAPA最有效的工作方式，在設計過程中高效地使用宏將大大地減少設計者的勞動量，也可以使設計過程更加靈活、準確。宏使用NAPA BASIC語言編寫，與常用的計算機程序類似，宏的使用十分靈活，既可以只有幾行簡單的NAPA命令，也可以包括輸入、輸出、跳轉、循環(huán)、計算函數、子程序調用、宏嵌套等程序塊以組成大型程序，并且可以十分方便地在Text Editor中編寫并執(zhí)行部分或全部語句，通過宏的使用，用戶可以完成任何復雜的事情。

由于穩(wěn)性計算報告中一般都包含數十個裝載工況的計算結果，所以輸出計算報告時如果不使用宏其工作量將是難以想象的。在本船的谷物穩(wěn)性計算過程中，作者采用NAPA Basic語言編寫了相關的宏命令，實現了裝載工況的自動配載以及谷物穩(wěn)性報告的自動輸出，大大提高了工作效率，并且使得圖紙送審工作更簡單、規(guī)范。

4算例

結合我司82 000 DWT巴拿馬型散貨船項目，采用NAPA軟件進行谷物穩(wěn)性計算。實際計算中，根據規(guī)范及本船規(guī)格書的要求，考慮了滿載平艙、滿載不平艙、部分裝載艙三種情況，按照上面介紹的流程進行滿載出港和滿載到港工況的谷物穩(wěn)性計算。經計算校核，本船的谷物穩(wěn)性滿足要求。

本船主要參數：

總長229.0 m 垂線間長223.5 m

型寬 32.26 m 型深 20.2 m

結構吃水14.5 m 方形系數0.894

載重量82 000 t排水量 95 643.1 t

根據《Grain Code - International Code for the Safe Carriage of Grain in Bulk (IMO Resolution MSC.23(59) )》的建議，應提供三個有代表性的積載因素(1.25、1.5、1.75 m3/t )對應的載況計算。但本船的規(guī)格書中要求計算積載因素分別為42、45、50、55、60、65 ft3/Lt(注：1 ft3/Lt=0.02 787 m3/t)時的谷物裝載工況，此要求比IMO的推薦值更高，所以實際計算時只按規(guī)格書要求計算了相應的裝載工況。

以積載因數為45 ft3/Lt時的不平艙滿載出港載況為例，考慮谷物移動力矩后的靜穩(wěn)性曲線如圖4所示。

該載況下的穩(wěn)性校核結果見表1(包括完整穩(wěn)性和谷物穩(wěn)性)。

5結束語

NAPA是船舶設計領域處于領先地位的應用軟件，并且為船舶設計者提供了一個開放的開發(fā)平臺，用戶可以根據個人使用習慣對軟件進行自定義，也可以根據實際需求利用該軟件進行編程開發(fā)，編寫宏命令以達到建模、計算和送審圖紙自動輸出的目的。相比于其他設計軟件而言，NAPA的文檔輸出功能（下轉第頁）（上接第頁）非常強大，結合宏(尤其是循環(huán)和數組)的使用，能夠大大減少船舶設計工作量、縮短設計周期，提高設計者工作效率。而且，很多船級社都將NAPA作為其審圖平臺，本文算例中的82 000 DWT散貨船穩(wěn)性計算報告分別送審了CCS、ABS、DNV三家船級社，退審結果表明，NAPA的計算是非常準確可靠的。

參考文獻

[1]中華人民共和國海事局. 船舶與海上設施法定檢驗規(guī)則(2008) [M]. 北京: 人民交通出版社，2008

[2]IMO.International Code for the Safe Carriage of Grain in Bulk [S]. London，UK， 1996

[3]中華人民共和國船舶檢驗局. 船舶裝載散裝谷物的穩(wěn)性衡準及穩(wěn)性 計算資料編制規(guī)定[R]. 指導性文件JCG/Z005-89， 1989

[4]NAPA Ltd. NAPA Online Manuals 2010.2， 2010