豪華郵輪耐波性衡準(zhǔn)分析

章新智，王馳明，郭 昂

（1.廈船重工股份有限公司，福建 廈門 361026；2.中國船艦研究中心，江蘇 無錫 214082）

0 引言

船舶耐波性衡準(zhǔn)是指在船舶受到波浪擾動而產(chǎn)生運動的影響下，人員、船體或船舶上的系統(tǒng)（設(shè)備）能否進(jìn)行作業(yè)、完成任務(wù)的極限指標(biāo)。船舶耐波性是由許多基本的耐波性因素決定，通常包括六自由度的運動、線（角）速度及線（角）加速度，以及諸如甲板上浪、螺旋槳出水、船首砰擊等耐波性事件和暈船率等。由于船舶耐波性衡準(zhǔn)與船舶的任務(wù)、人員的素質(zhì)及系統(tǒng)（設(shè)備）的功能有著直接聯(lián)系，不同的任務(wù)要求不同的系統(tǒng)（設(shè)備）正常有效地工作。因此，很難對每一耐波性因素做出一個絕對統(tǒng)一的衡準(zhǔn)，一般情況下船舶耐波性衡準(zhǔn)的設(shè)置主要考慮船舶安全性、作戰(zhàn)或作業(yè)使用性、適居性三個方面的因素。

1 風(fēng)浪譜密度公式

考慮郵輪航區(qū)，采用海浪譜密度公式為 ITTC two parameter pectrum波譜:

2 不同規(guī)范資料船舶耐波性標(biāo)準(zhǔn)[1, 2]

1）中國船舶科學(xué)研究中心提出的耐波性衡準(zhǔn)如表1所示。

表1 中國船舶科學(xué)研究中心耐波性衡準(zhǔn)

2）北歐合作研究計劃對船舶耐波性進(jìn)行了綜合考察，提出了預(yù)報船舶作業(yè)特性的基本耐波性衡準(zhǔn)，如表2所示。

表2 北歐合作研究計劃耐波性衡準(zhǔn)

3）高性能船耐波性評估標(biāo)準(zhǔn)（表3）。

表3 國際標(biāo)準(zhǔn)話組織（ISO）衛(wèi)生與安全委員會（HSC）船舶耐波性執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

3 實船分析

3.1 航區(qū)

本豪華郵輪主要航區(qū)為臺灣海峽及東南亞地區(qū)。

臺海峽水文氣候特征[3]:臺灣海峽冬季受蒙古高壓南移及海峽狹管效應(yīng)的影響，常形成持續(xù)強勁的東北風(fēng)，當(dāng)寒潮侵襲時，偏北大風(fēng)可10級左右。每年10月至翌年2月，臺灣海峽北部各月平均風(fēng)速可達(dá)10m/s～12m/s，最大風(fēng)速達(dá)40m/s，6級以上的大風(fēng)頻率可高達(dá) 50%，冬季的大風(fēng)日數(shù)占全年的83%。每年的1月下旬至2月份的風(fēng)力最大，平均風(fēng)速可達(dá)22m/s（9級）。臺灣海峽最多風(fēng)浪涌浪向均為東北向，頻率高達(dá)63%；東北季風(fēng)支配著該期間海峽風(fēng)浪、涌浪的分布及變化，加上海峽的狹管效應(yīng)，造成東北季風(fēng)期間海峽浪大涌高，平均波高1.9m，風(fēng)浪周期一般在4s～5s之間，最大波高9.5m。春季平均風(fēng)浪波高和涌浪波高均在 1.5m左右，是全年浪高最小的季節(jié)。

東南亞水文氣候特征:馬亞半島南部和馬來群島大部分為熱帶雨林氣候，終年高溫多雨，降水類型為對流雨，中南半島和菲律賓群島北部為熱帶季風(fēng)氣候，每年6月至10月為雨季；11月到第二年5月是旱季。且冬季為東北風(fēng)，夏季為西南風(fēng)，水深25m～150m；淺灘暗礁較少；大部分時間風(fēng)平浪靜，利于航運。

3.2 豪華游輪主要參數(shù)

母型船參數(shù)為:總長218.00m；型寬27.90m；型深42.00m；設(shè)計吃水7.25m；排水量25473.80t。其3D模型如圖1所示。

圖1 郵輪3D模型

3.3 優(yōu)化設(shè)計后船型及參數(shù)表

優(yōu)化設(shè)計后，4種船型的首部形狀分別如圖2～圖5所示，各船型參數(shù)如表4所示。

圖2 船型1-現(xiàn)代豪華郵輪球鼻首

圖3 船型2-融入小 水面球鼻首

圖4 船型3-直首型球鼻首

圖5 船型4-X型 球鼻首

表4 船型參數(shù)表

3.4 計算結(jié)果

1）有義波高和風(fēng)浪關(guān)系。波譜表如表5所示。

表5 波譜表

2）監(jiān)測點的分布圖如圖6所示。

圖6 監(jiān)測點分布圖

3）分析方法和數(shù)據(jù)

以20kn的典型航速為例進(jìn)行分析，航向以迎浪狀態(tài)為基準(zhǔn)，計算各船型監(jiān)測點的加速度數(shù)值。暈船率計算公式為:

具體的分析數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 4種船型的分析數(shù)據(jù)

4）郵輪橫搖歷程分析

4種船型的10°角釋放橫搖歷程分別如圖7～圖10所示，橫搖周期如表7所示。

圖7 船型1

圖9 船型3

圖10 船型4

表7 橫搖周期

4 結(jié)果分析

1）未安裝任何減搖裝置條件下，參考規(guī)范數(shù)值，設(shè)定分析標(biāo)準(zhǔn)固定航速下 20kn條件，給出不同船型、不同船舶位置處加速度值，有義波高為3.5m，航速20kn，迎浪條件下，以starboard和fore檢測點為比較參考點，船型1暈船率百分?jǐn)?shù)數(shù)值最大分別為0.691和14.776，船型4暈船率百分?jǐn)?shù)數(shù)值最小分別為0.594和14.417，優(yōu)化后各船型暈船率數(shù)值相差不大。有義波高為 1.5m，航速 20kn，迎浪條件下，以starboard和fore檢測點為比較參考點，船型3暈船率百分?jǐn)?shù)數(shù)值為0和0.001，其它船型數(shù)值均為0。

2）從表7中可以看出，未設(shè)計任何減搖裝置時，船型1橫搖周期為11.62s，船型2橫搖周期為11.56s，船型3橫搖周期為11.54s，船型4橫搖周期為11.54s，表明船型1橫搖性能較好，其它三種船型橫搖周期計算值與船型1計算值比較相差甚小。如安裝兩對可收放減搖鰭（兩對可收放減搖鰭，減搖百分?jǐn)?shù)88%～93%；主動水箱，減搖百分?jǐn)?shù)為 50%～62%；舭龍骨，減少百分?jǐn)?shù)30%～40%），綜合以上分析結(jié)果表明，優(yōu)化后豪華郵輪船型均適合航行于臺灣海峽航區(qū)，其最適合水文條件為:有義波高≤6.5m，風(fēng)速≤35.1kts。目前各船型都在進(jìn)一步設(shè)計優(yōu)化中。

3）無論采用何種減搖措施，豪華郵輪營運均都需選擇季節(jié)、航區(qū)等，以保證旅客的舒適度。

4）經(jīng)過上述豪華郵輪的分析，結(jié)合經(jīng)驗和規(guī)范，提出豪華郵輪的耐波性標(biāo)準(zhǔn)（安裝減搖裝置后），具體如表8所示。

表8 郵輪耐波性標(biāo)準(zhǔn)

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