漁船實用穩(wěn)性衡準探討

在《漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則ZY2000》 第七篇 第5章中，對于漁船穩(wěn)性的計算，規(guī)定可以使用兩種版本：按我國的傳統(tǒng)的穩(wěn)性衡準進行校核（以下簡稱《傳統(tǒng)衡準》）為主；若按IMO國際完整穩(wěn)性規(guī)則的穩(wěn)性衡準進行校核（以下簡稱《IS衡準》），驗船部門也予以認可。兩部衡準的數(shù)學模型不同，雖然都有氣象衡準數(shù)K≥1的要求，但其臨界氣象衡準（K=1時）的抗風等級大不相同。兩種衡準相對比較，特別在抗風等級的實用性方面，《IS衡準》似乎要優(yōu)于《傳統(tǒng)衡準》?，F(xiàn)試分析如下：

風級、風速和風壓的關系

氣象預報的風級為蒲氏風級，并以海平面以上10m高處的平均風速為基準進行預報，其風級N、風速V和風壓P之間存在著下述關系：

N級風時的平均風速：

風壓與風速的關系：

或

氣象預報的風級與風速的關系見表1。

從表1可以看出，每級風的風速大小都有一定的范圍，故在預報船舶的可抗風級時，應以可抗某級風的最大風速為準，以便覆蓋該級風速的全部范圍。例如，對于滿足K=1臨界衡準的風速V=28.1m/s時，則按28.1m/s在表1的最大風速欄反向插值，求出對應的風級為N=9.9（也可以按公式N=10（lgV+0.0778）/1.5-0.49進行計算）。但在預報船舶的抗風等級時，應按氣象預報都是整級風的形式只取N的整數(shù)部分。

表1：氣象預報的風級與風速的關系

風壓與風速梯度的關系

《傳統(tǒng)衡準》與《IS衡準》，都以距離水面6m高度處的風壓為基準。因空氣為粘性流體，在同一時間內(nèi)，不同高度處的風速（空氣流動的速度）不同，風速沿垂向呈現(xiàn)梯度分布，不同高度處的風速梯度系數(shù)ci的公式為：

式中：Vi—距海平面不同高度處的風速，m/s；

V6—距離海平面6m高處的風速，m/s。

用公式（3）的形式代入公式（4），可以導出：

式中:Pi—各航區(qū)不同高度處的風壓；

P6—與Pi同一航區(qū)距離海面6m高處的基準風壓。

《傳統(tǒng)衡準》將航區(qū)劃分為遠海、近海、沿海三個航區(qū)分別進行風壓取值，而《IS衡準》對風壓的取值不分航區(qū)。兩者風壓及風速梯度取值的對比見表2。

從表列數(shù)據(jù)看，《IS衡準》與《傳統(tǒng)衡準》風速梯度系數(shù)的取值基本一致。

表2：《傳統(tǒng)衡準》與《IS衡準》計算風壓與風速梯度的對比

《傳統(tǒng)衡準》的臨界抗風等級

《傳統(tǒng)衡準》氣象衡準的數(shù)學模型是：假定船舶失去動力處在橫浪之中共振諧搖，當搖到某一舷最大角度時，受到突然吹向另一舷的橫向陣風而發(fā)生橫傾，用船舶自身抗傾覆能量與這種風、浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準數(shù)，并規(guī)定K≥1（圖示略）。

《傳統(tǒng)衡準》臨界氣象衡準時的抗風級別見表3。

表3：《傳統(tǒng)衡準》臨界氣象衡準時可抗陣風的風級

由表3可見，《傳統(tǒng)衡準》滿足臨界氣象衡準的最小抗風等級分別為：遠海航區(qū)13.3級；近海航區(qū)10.8級；沿海航區(qū)8.5級。

圖1:《IS衡準》

《IS衡準》的臨界抗風等級

《IS衡準》氣象衡準的數(shù)學模型是：假定船舶失去動力且處于橫風橫浪之中，在定常風的作用下，船舶向下風舷橫傾了一定的角度，然后在此角度下受波浪的作用共振諧搖。當船舶搖至上風舷最大角度時，剛好受到突然加大的陣風，將船吹向下風舷產(chǎn)生橫傾。用船舶自身抗傾覆能量與這種風、浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準數(shù)，并規(guī)定K≥1。其數(shù)學模型見圖1，校核的步驟如下：

1、船舶受到垂直于其中心線的一個定常風壓的作用，產(chǎn)生一個定常風傾力臂(lw1)；

2、假定在波浪作用下，船舶由lw1的平衡角(φ0)向上風一側最大諧搖至橫搖角(φ1)；

3、然后船舶受到一個陣風風壓，產(chǎn)生一個陣風傾側力臂(lw2)，且lw2=1.5lw1；

4、在此情況下，面積“b”應等于或大于面積“a”，即K=b/a≥1。

在《IS衡準》的數(shù)學模型中，設定陣風風壓力臂lw2與定常風風壓力臂lw1之間有l(wèi)w2=1.5lw1的關系。由于風壓力臂與風壓成正比，故陣風的風壓P2與定常風的風壓P1之間同樣存在P2=1.5P1的關系。利用公式（3）V=（P/0.7356）0.5（m/s），可以反推出P2所對應的風速V2，再以V2作為最大風速，反推出可抗的陣風風級。它們之間的對應關系見表4。

由表4可見，《IS衡準》滿足臨界氣象衡準的最小抗風等級為10.9級。

對《傳統(tǒng)衡準》的討論

從表3和表4的對比可以看出，就臨界氣象衡準的最低抗風能力而言，《IS衡準》與《傳統(tǒng)衡準》三個航區(qū)的抗風等級相比，其10.9級較遠海航區(qū)要求低了2.4級；較沿海航區(qū)要求高了2.4級；與近海航區(qū)要求持平（高0.1級）。根據(jù)國內(nèi)漁船的實際需求，現(xiàn)對穩(wěn)性衡準提出幾點探討性的意見：

1、《IS衡準》適用于全球海域的漁船，中國的海域當然也應包括在內(nèi)。即使《傳統(tǒng)衡準》規(guī)定距離臺灣島的東海岸、海南島的東海岸及南海岸若干海里以外的遠海航區(qū)，其海況的惡劣程度總不會超越“好望角”海域和北大西洋冬季的海況。而將國內(nèi)漁船遠海航區(qū)的抗風等級提高到13.3級，超越了《IS衡準》的10.9級，似乎過分保守。

2、航區(qū)應是指漁船作業(yè)的海域。在原有的《傳統(tǒng)衡準》中，對漁船捕魚中穩(wěn)性風壓取值的規(guī)定是：“Ⅰ類航區(qū)漁船的風壓可取Ⅱ類航區(qū)的標準；Ⅱ類航區(qū)漁船的風壓可?、箢惡絽^(qū)的標準；Ⅲ類航區(qū)漁船的風壓可以降低30%?！边@種規(guī)定若和實際情況掛鉤，也就是剔除了遠海航區(qū)風壓的概念，而近海航區(qū)的風壓等同于《IS衡準》的要求。

3、現(xiàn)在船舶科技如此發(fā)達，無線電通信系統(tǒng)如此先進，通過接受氣象傳真，漁船預先停航或借港避風，完全可以避開暴風的襲擊。遠洋作業(yè)的漁船，一直使用《IS衡準》而從沒有發(fā)生過氣象衡準的事故，國內(nèi)漁船使用也應沒有問題，若仍將最低抗風級別堅持定到13級以上，過分的保守將會對社會資源造成巨大的浪費。

4、滿足沿海航區(qū)《傳統(tǒng)衡準》的絕大部分都是小型漁船。從歷年統(tǒng)計來看，小型漁船發(fā)生穩(wěn)性事故的數(shù)量最多。為減少小型漁船事故的概率，提高該類船的穩(wěn)性標準，向《IS衡準》靠攏也是很有必要的。

綜上所述，建議修改我國漁船《傳統(tǒng)衡準》的規(guī)定，直接與《IS衡準》接軌。其好處有三：一是降低了國內(nèi)船舶抗風等級的拔高要求，能取得巨大的節(jié)能效益；二是對沿海航區(qū)大量的小型漁船提高了抗風等級的標準，對減少事故多發(fā)提供了更可靠的技術保障；三是所有漁船的穩(wěn)性，不分航區(qū)都用《IS衡準》校核，具有刪繁就簡、完整統(tǒng)一的功效。

表4：《IS衡準》規(guī)定的風壓及其對應陣風的風速與風級