基于NAPA的散貨船載貨量曲線繪制程序研發(fā)

趙 耀 中

（上海船舶研究設(shè)計院，上海 200032）

0 引 言

船長150m及以上的滿足散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范[1,2]（以下簡稱“CSR-BC”）或國內(nèi)航行海船建造規(guī)范（2011修改通報）[3]的船舶均要求計算和繪制載貨量曲線并作為裝載手冊的一部分。該類曲線因涉及參數(shù)較多，且包含眾多公式，故極易混淆，計算也易出錯。傳統(tǒng)的手工繪圖方法，過程較為繁瑣，工作效率低下。

鑒于此，作者編寫了基于優(yōu)秀船舶性能計算軟件NAPA的Manager程序。通過輸入若干參數(shù)，程序能夠自動獲取相關(guān)幾何要素和裝載數(shù)據(jù)，進(jìn)而計算載貨量曲線的相關(guān)參數(shù)并繪圖、輸出，準(zhǔn)確而高效。

1 載貨量曲線主要數(shù)據(jù)確定

1.1 載貨量曲線分類及其主要參數(shù)

在CSR-BC 2010版[2]中，根據(jù)散貨船協(xié)調(diào)附加標(biāo)志的不同，是否有“無多港口裝/卸貨物（{No MP}）”和“塊狀裝載（Block loading）”工況，載貨量曲線分為不同類型，見圖1。

現(xiàn)以BC-A，具有{No MP}標(biāo)志，無塊狀裝載工況為例，來說明該載貨量曲線的主要參數(shù)。CSR-BC 2010版提供的參考曲線如圖2。

圖2 授予{No MP}標(biāo)志的BC-A船舶單個貨艙載貨量曲線示例

圖中：

MHD——最大吃水時，有指定空艙組的設(shè)計裝載工況下，貨艙的最大允許載貨量，t；

MH——最大吃水時，均勻裝載工況下貨艙內(nèi)的實際載貨量，t；

VH——貨艙容積，不包括艙口圍板所包圍的容積，m3；

MFull——均勻裝載工況下，貨艙內(nèi)貨物取虛擬密度（ MH/VH和1.0之大者）裝至艙口圍頂部時的載貨量，t；

h——船舶中縱剖面處從內(nèi)底板頂部到上甲板最低點的垂直距離，m；

THB——最大重壓載吃水，m；

TS——最大吃水，m。

黑色區(qū)域為海上航行時允許裝貨范圍，灰色加黑色區(qū)域為港內(nèi)允許裝貨范圍，白色區(qū)域為不允許的裝貨范圍。斜線的斜率為1.025VH/ h。該曲線的計算公式較多，詳見CSR-BC 2010版。

1.2 NAPA中相關(guān)數(shù)據(jù)的計算

為計算載貨量曲線的上述參數(shù)，需從NAPA當(dāng)前的工程數(shù)據(jù)庫中提取必要的數(shù)據(jù)。NAPA軟件作為一款功能強大的船舶性能計算軟件，涵蓋了從船體建模到計算裝載等一系列子模塊[4]，包含了大量的函數(shù)，方便用戶提取所需的數(shù)據(jù)。

像本例曲線的7個主要參數(shù)中，有與貨艙載貨量相關(guān)的，有與貨艙幾何模型相關(guān)的，也有吃水的。其中，THB與船舶具體工況的浮態(tài)有關(guān)，h與貨艙的幾何模型有關(guān)，為了便于考慮吃水的裕量和輸入的方便，該兩參數(shù)采取直接由用戶賦值，其余參數(shù)可由下列代碼求得。

@ch=arr(3)

@mhd=arr(2)

@mh=arr(2)

@vfull=arr(2)

@vh=arr(2)

@mfull=arr(2)

get @ldcase1

@ch=ld.select(‘class=c’ ‘n’)

@for i=1 resize(ch)

@mhd(i)=ld.lqnt(‘mass’ ch(i))

@next

get @ldcase2

@for i=1 resize(ch)

@mh(i)=ld.lqnt(‘mass’ ch(i)))

@vfull(i)=vol(ch(i))*(1-ld.lqnt(‘red’ ch(i))

@vh(i)=vol(ch(i)h)*(1-ld.lqnt(‘red’ ch(i))

@coef=mh(i)/vh(i)

@mfull(i)=vfull(i)*max(1.0 @coef)

@next

@ts=ref(‘tmax’)

其中，ldcase1表示有指定空艙組的裝載工況，ldcase2表示均勻裝載工況，h即為1.1節(jié)中的含義。3個變量均在NAPA Manager界面中賦值。

1.3 載貨量的裕量

貨艙的載貨量為排水量減去空船重量和油水等的重量。在初步或詳細(xì)設(shè)計階段，由于空船重量為預(yù)估值，以此為依據(jù)所得到的工況下的貨艙載貨量僅僅是初步的，需考慮給予一定的裕量。

表1 幾型散貨船虛擬密度統(tǒng)計

從圖2可知，載貨艙的最大載貨量為 MHD，最大吃水時可空艙的最大載貨量為 MFull。對 MFull而言，一般情況下， MH/VH小于1（見表1），且比裝載計算中的均質(zhì)貨虛擬密度大，已經(jīng)包含了裕量；但對于MHD及 MH，該參數(shù)是取自于實際的裝載工況，數(shù)值的大小與空船重量緊密相扣，因此必須在設(shè)計階段就給以裕量。由于上述參數(shù)均與結(jié)構(gòu)強度分析息息相關(guān)，裕量取得過小可能會因完工空船重量較設(shè)計值小而帶來溢出問題，反之則增加結(jié)構(gòu)重量，故需綜合考慮。

2 NAPA Manager計算并繪圖

2.1 程序計算流程

程序計算流程見圖3。

2.2 程序說明

Manager是NAPA軟件為用戶提供的一個開放性工具，用戶可根據(jù)需要開發(fā)自己的Manager程序以實現(xiàn)一定的功用。如圖4[4]所示，Manager界面主要由樹形區(qū)、預(yù)覽區(qū)和輸入?yún)^(qū)3部分組成。樹形區(qū)反映該程序的層次結(jié)構(gòu)，預(yù)覽區(qū)域顯示該程序運行后所得到的文字、圖形或表格等的結(jié)果，輸入?yún)^(qū)是通過一個定義好的VARDEF類型的表格，給程序的某些變量賦值[4]。

圖5給出了該例隔艙裝載工況下載貨艙的繪圖結(jié)果，其中黑色粗實線所圍區(qū)域為海上航行時允許裝貨范圍，外圈軌道線加黑色粗實線所圍區(qū)域為港內(nèi)允許裝貨范圍，此區(qū)域以外為不允許載貨（圖中點劃線僅為輔助線，用于說明圖中數(shù)值相對關(guān)系）。此外，該程序還可提取相關(guān)參數(shù)用于每個工況的載貨量曲線校核。

圖3 程序計算流程

圖4 NAPA的Manager程序界面

圖5 CSR，BC-A，具有{No MP}標(biāo)志，無塊狀裝載工況的載貨量曲線

3 結(jié) 語

依托于總體性能計算所采用的NAPA軟件，編制了用于繪制散貨船載貨量曲線的Manager程序。以滿足 CSR，BC-A，具有{No MP}標(biāo)志，無塊狀裝載工況的曲線類型為例，僅需輸入若干參數(shù)，用戶便可快速得到所需的曲線，解放人力于繁瑣的計算與繪制工作。

[1] ICAS.Common Structural Rules for Bulk Carriers[S].2006.

[2] ICAS.Common Structural Rules for Bulk Carriers[S].2010.

[3] 中國船級社.國內(nèi)航行海船建造規(guī)范[S].2011修改通報，2011.

[4] Napa Ltd.NAPA Online Manuals 2008 [CP].