海洋救助船完整穩(wěn)性特點(diǎn)及校核方法

劉金剛

（上海船舶研究設(shè)計院，上海 201203）

0 前言

船舶的完整穩(wěn)性是相對破艙穩(wěn)性而言的一個概念，是船舶在沒有破損狀態(tài)下所具有的穩(wěn)性能力。對于航行在江河湖海上的船舶，完整穩(wěn)性往往涉及到生命財產(chǎn)的安全與否，是船東方或船舶管理方非常關(guān)心的船舶指標(biāo)。其實(shí)，完整穩(wěn)性與主尺度、線型、總布置、載重量等因素密切相關(guān)，對于有特殊完整穩(wěn)性要求的船舶以上要素也有特別的要求。

隨著船舶設(shè)計的深化，會對原始方案做些修改。這些修改可能導(dǎo)致船舶重心的變化，船上重心的變化會直接影響船舶的完整穩(wěn)性。若在設(shè)計之初沒能很好地把握船舶的完整穩(wěn)性，設(shè)計過程中的修改又影響到完整穩(wěn)性而沒能引起重視及時處理，最終可能造成很嚴(yán)重的設(shè)計失誤。

可見如何來判斷完整穩(wěn)性顯得至關(guān)重要。完整穩(wěn)性的判斷主要是依據(jù)相關(guān)完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)校核計算。完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)是指該船所要滿足的相關(guān)規(guī)范、法規(guī)的要求。那么，對一個確定的船舶進(jìn)行完整穩(wěn)性校核計算，對規(guī)范、法規(guī)的理解與計算軟件的運(yùn)用就顯的非常關(guān)鍵。

8000 kW海洋救助船作為一艘多功能船舶在完整穩(wěn)性方面和其他船舶有一定的特點(diǎn)和區(qū)別。NAPA軟件作為國際通用的計算工具對常規(guī)船舶的計算可能“得心應(yīng)手”，但在處理此類船舶的完整穩(wěn)性計算時可能會遇到一些問題需要解決。本文就8000 kW海洋救助船的完整穩(wěn)性特點(diǎn)及NAPA軟件如何實(shí)現(xiàn)計算作一總結(jié)。

1 船舶概述

1.1 船舶簡介

8000 kW海洋救助船為交通部救助局升級換代的主力船型，目前已批量建造15艘。該船航行于無限航區(qū)。主要用于海上失事船只的人命救生和以海上人命救生為目的的船舶救助及消防滅火。該船具有一級對外消防滅火作業(yè)能力，以及營救作業(yè)能力，能搭載獲救人員100人，并能拖曳浮筒和起浮的沉船，及進(jìn)行海上船、駁的拖運(yùn)工作。滿足中國船級社（CCS）對遠(yuǎn)洋救助船、一級消防船之有關(guān)要求?？偛贾靡妶D1。

1.2 主要尺度

★CSA拖船Tug/救助船Rescue Ship/第一類消防船F(xiàn)ire Fighting Ship 1；中等冰況區(qū)域航行Ice Class B2

★CSM機(jī)器處所周期無人值班AUT-0；螺旋槳軸狀態(tài)監(jiān)控SCM；柴油機(jī)滑油狀態(tài)監(jiān)控ECM

2 完整穩(wěn)性特點(diǎn)及要求

該船完整穩(wěn)性滿足的法規(guī)包括：中華人民共和海事局頒布的2008版《國際航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（以下簡稱“國際法規(guī)2008”）對貨船及客船的完整穩(wěn)性要求，其內(nèi)容也就是IMO（A.749）的要求；中華人民共和海事局頒布的2011版《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（以下簡稱“國內(nèi)法規(guī)2011”）對消防船、拖船的完整穩(wěn)性要求，詳見表1工況表。

表1 裝載作業(yè)工況表

3 完整穩(wěn)性校核計算

3.1 IMO對該船的完整穩(wěn)性要求

該船可航行于無限行區(qū)，可以裝載200 t貨物也可以載客100人，所以需要滿足IMO對貨船及客船的完整穩(wěn)性要求。至于這些工況的計算用NAPA軟件是非常方便的，計算結(jié)果可見表2完整穩(wěn)性總結(jié)表。從數(shù)據(jù)可以看出該船對滿足IMO的衡準(zhǔn)都有充足的余量。

表2 完整穩(wěn)性核算總結(jié)表

3.2 國內(nèi)法規(guī)對該船的完整穩(wěn)性要求

該船入級CCS，作為拖船及消防船應(yīng)滿足國內(nèi)法規(guī)對遠(yuǎn)海航行拖船以及消防船的完整穩(wěn)性要求，同時也由于IMO沒有對拖船的相關(guān)要求，該船拖帶工況在滿足國際海事組織對一般船舶的完整穩(wěn)性要求外同時滿足國內(nèi)法規(guī)對拖船的特殊穩(wěn)性要求。在使用NAPA軟件校核國內(nèi)法規(guī)的特殊穩(wěn)性要求時就會遇到一個問題：NAPA軟件是國外公司開發(fā)的軟件，針對的是國際規(guī)范，用它處理滿足國際規(guī)范的船舶是很方便的，但對國內(nèi)法規(guī)就沒有可調(diào)用的衡準(zhǔn)，因此只有對其二次開發(fā)才能解決問題。

要對NAPA軟件進(jìn)行在拖船特殊穩(wěn)性要求方面的二次開發(fā)，有必要先了解國內(nèi)法規(guī)與國際法規(guī)體系上的差別。從表3衡準(zhǔn)對比表可以看出兩者主要有以下區(qū)別：

表3 衡準(zhǔn)對比表

表4 風(fēng)壓力臂表

1）基本衡準(zhǔn)系數(shù)算法不同，一個是力臂的比值一個是面積比值，但其靜力學(xué)原理是一樣的；

2）風(fēng)壓取值方式不同，國內(nèi)法規(guī)根據(jù)力臂大小進(jìn)行分檔取值，而國際法規(guī)取一固定值；

3）風(fēng)壓作用力臂的大小不同，國內(nèi)法規(guī)為受風(fēng)面積中心至水線的垂直距離，而國際法規(guī)為受風(fēng)面積中心至吃水一半的垂直距離；

4）突風(fēng)率值大小不同；5）橫搖角計算公式不同。

3.3 國內(nèi)法規(guī)的拖帶穩(wěn)性要求及NAPA軟件二次開發(fā)應(yīng)用

該船作海上拖帶航行時，航行于無限航區(qū)，滿足國內(nèi)法規(guī)對拖船的要求。在國內(nèi)法規(guī)中拖帶穩(wěn)性衡準(zhǔn) Kt=lq/（lf+lt）≥1。

根據(jù)靜力學(xué)的知識以及表3衡準(zhǔn)對比表中確定的風(fēng)壓、力臂橫搖角就可以確定最小傾覆力臂lq；

lf可由表3衡準(zhǔn)對比表確定；

lt可由法規(guī)的公式求出。

NAPA軟件沒有國內(nèi)法規(guī)的拖船衡準(zhǔn)，由表3可以看出國內(nèi)法規(guī)與國際法規(guī)體系不同。若按國內(nèi)法規(guī)來校核穩(wěn)性必須對NAPA進(jìn)行二次開發(fā)，分別求出lq、lf、lt，然后編寫NAPA衡準(zhǔn)，其計算結(jié)果與COMPASS軟件的計算結(jié)果比較誤差相差很小。但是利用此衡準(zhǔn)計算有兩個不足之處需要改進(jìn)，即極限GM曲線做不出來；衡準(zhǔn)示意圖信息不全面。

此外，拖帶力矩可以看作是像風(fēng)壓力矩一樣的外在力矩。這一點(diǎn)由國內(nèi)法規(guī)拖帶穩(wěn)性衡準(zhǔn)公式可以看出，所以可以在國際法規(guī)氣象衡準(zhǔn)基礎(chǔ)上加一個拖帶力矩來校核拖帶穩(wěn)性。至于這個力矩的大小，作者嘗試采用國內(nèi)法規(guī)拖帶力矩。這種方法雖然可以解決上文提到的兩個不足之處，但其結(jié)果與按國內(nèi)法規(guī)計算的結(jié)果相差較大。

該船輕載航行、海上調(diào)遣航行、救助巡航、裝甲板救助器材海上調(diào)遣航行等工況滿足IMO船舶基本衡準(zhǔn)、IMO氣象衡準(zhǔn)及消防船穩(wěn)性要求。在NAPA軟件計算中，要針對消防穩(wěn)性編寫一個衡準(zhǔn)，然后就像其他衡準(zhǔn)一樣由程序隨時調(diào)用計算。此外，該船滿足IMO對客船的要求，NAPA有此衡準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)計算是很方便的。

3.4 國內(nèi)法規(guī)與國際法規(guī)氣象衡準(zhǔn)指數(shù)的對比

按照一般理解，國際無限航區(qū)的船舶氣象衡準(zhǔn)比國內(nèi)遠(yuǎn)海航行應(yīng)嚴(yán)格一些，但是作者經(jīng)過比較分析，總體感覺國內(nèi)法規(guī)對遠(yuǎn)海航行船舶的在穩(wěn)性方面的要求較國際對無限航區(qū)的船舶還要嚴(yán)格。表5是該船某工況按兩套體系的計算對比，可以看出對同一工況分別按照兩套衡準(zhǔn)校核，穩(wěn)性衡準(zhǔn)系數(shù)分別富裕40%和10%的現(xiàn)象。

表5 氣象衡準(zhǔn)指數(shù)對比表

4 該船型其他穩(wěn)性特點(diǎn)

4.1 減搖水艙對穩(wěn)性計算的影響

該船使用可控被動式減搖水艙，對船舶橫搖起到很好的效果。但在穩(wěn)性計算中規(guī)范并沒考慮其對穩(wěn)性的有利因素，反而要考慮其連通時的自由液面。該船的減搖水艙最大自由液面慣性矩達(dá)2360.2 m4。也就是說，若取最大自由液面來修正GM值，在設(shè)計吃水航行時，GM值要損失0.50 m以上。因此，為了滿足穩(wěn)性衡準(zhǔn)，對于該船在拖帶作業(yè)時，減搖水艙是不允許有自由液面的。

作者認(rèn)為規(guī)范應(yīng)該考慮減搖水艙連通開關(guān)可以處于關(guān)閉狀態(tài)，從而液體并不能在左右舷間自由移動，這樣減搖水艙自由液面是否可以進(jìn)行單邊艙修正，那樣自由液面的大小會大大降低。對于該船可使用減搖水艙的余地更大了，甚至固定壓鐵量也可以減少。

4.2 船型對穩(wěn)性的影響

在穩(wěn)性計算過程中發(fā)現(xiàn)，該船型尾傾越小其穩(wěn)性指標(biāo)越好，也就是說尾傾大小對穩(wěn)性指標(biāo)有一定影響。這點(diǎn)要從船型方面分析，該船首部兩層長首樓（大約開始于船舯），尾部為平甲板，首部豐滿，尾部平坦是此類船的特點(diǎn)，特定的船型決定著其特定的穩(wěn)性曲線，其原因就是首部儲備浮力較尾部大，尾傾較小時船體相對于水面其有效儲備浮力大，尾傾較大時船體相對于水面其有效儲備浮力小。

4.3 甲板室對穩(wěn)性的影響

該船穩(wěn)性衡準(zhǔn)中要滿足最大GZ值出現(xiàn)在25°以后，主甲板上靠近中部的兩個甲板室計入穩(wěn)性浮體有利于推遲GZ峰值的出現(xiàn)。至于甲板室要計入浮體的條件是在關(guān)閉風(fēng)雨密門的情況下有向上進(jìn)出的通道，當(dāng)然此通道應(yīng)確保在橫搖中不進(jìn)水。

5 結(jié)語

救助船穩(wěn)性的核算要充分把握船型特點(diǎn)，不但要滿足規(guī)則、規(guī)范要求，還要考慮到船舶的實(shí)際使用工況。若因穩(wěn)性而對船舶使用有特殊要求，此要求要明確與船東溝通清楚，并以文字形式反映在裝載手冊中，提醒船東注意。

以上是作者在設(shè)計過程中思考和總結(jié)，希望給從事相似船型工作的同行有所幫助。當(dāng)然，由于作者水平有限，難免有認(rèn)識不足甚至錯誤，故也希望得到讀者的指正。上海船舶研究設(shè)計院楊存國老師在本文的撰寫過程中給與寶貴建議，在此表示感謝！