國內(nèi)漁船與遠(yuǎn)洋漁船實用穩(wěn)性衡準(zhǔn)的探討

林 海

(平潭綜合實驗區(qū)海洋與漁業(yè)執(zhí)法支隊，福建 平潭 350400)

國內(nèi)漁船與遠(yuǎn)洋漁船實用穩(wěn)性衡準(zhǔn)的探討

林 海

(平潭綜合實驗區(qū)海洋與漁業(yè)執(zhí)法支隊，福建 平潭 350400)

為避免漁業(yè)船舶工作者在校核國內(nèi)漁船與遠(yuǎn)洋漁船穩(wěn)性時產(chǎn)生規(guī)則上的混淆，降低錯用的風(fēng)險，對國內(nèi)漁船與遠(yuǎn)洋漁船在實用穩(wěn)性衡準(zhǔn)方法上進(jìn)行差異比較、歸納總結(jié)，并提出了縱傾狀態(tài)下初穩(wěn)性高度的推導(dǎo)意見。通過比較發(fā)現(xiàn)：1)兩者在校核穩(wěn)性時所用的數(shù)學(xué)模型不同，但基本原理一致，都提出了氣象衡準(zhǔn)數(shù)K≥1的要求。2)計算風(fēng)壓傾側(cè)力臂所用的公式相同，但公式中風(fēng)壓P、風(fēng)力作用力臂Z的取值方法不同。3)計算橫搖角φ所用的公式不同，且涉及公式中參數(shù)的取值時，初穩(wěn)性高GM、船長L的含義不同。4)無論何種作業(yè)，遠(yuǎn)洋漁船對復(fù)原力臂曲線下的面積都有最低要求，而國內(nèi)漁船僅在作業(yè)方式為桁拖網(wǎng)時，才有此要求。另外，校核穩(wěn)性時還應(yīng)注意：對裝船使用后不存在位置移動且重量不會減少的物體應(yīng)計入空船重量中；漁撈網(wǎng)具及索具的重量應(yīng)是濕重狀態(tài)下的重量；計入穩(wěn)性計算的上層建筑或甲板室等圍蔽結(jié)構(gòu)應(yīng)符合規(guī)則中對干舷的相應(yīng)要求；應(yīng)根據(jù)實際情況對自由液面、懸掛載荷、漁具操作橫傾力矩、縱傾狀態(tài)下的進(jìn)水角進(jìn)行修正。本文還對如何計算縱傾狀態(tài)下的初穩(wěn)性高度提出了推導(dǎo)意見。

規(guī)則；差異；風(fēng)壓傾側(cè)力臂；橫搖角；初重穩(wěn)距；穩(wěn)性曲線

我國漁船按作業(yè)海域分為國內(nèi)漁船與遠(yuǎn)洋漁船，國內(nèi)漁船的主尺度較小且設(shè)備落后；遠(yuǎn)洋漁船的作業(yè)區(qū)域多變且海況惡劣，再加上兩者在海上的裝載情況復(fù)雜多變，導(dǎo)致漁船傾覆沉船事件時有發(fā)生。歸其原因，很大一部分是由于漁船在建造設(shè)計初期的穩(wěn)性計算不規(guī)范、不細(xì)致，各種參數(shù)的取值混淆，對惡劣海況及裝載情況考慮不足，致使穩(wěn)性計算偏離實際，無法為漁船在實際生產(chǎn)作業(yè)中提供準(zhǔn)確的裝載、操縱導(dǎo)向。

目前，國內(nèi)漁船是根據(jù)《漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則》(2000)[1]第七篇第5章的要求來校核其穩(wěn)性，而遠(yuǎn)洋漁船是根據(jù)《漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則》(遠(yuǎn)洋漁船2015)[2]第六篇第2章的要求來校核其穩(wěn)性(此種方法與IMO穩(wěn)性衡準(zhǔn)方法一致)。雖然這兩種穩(wěn)性衡準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型不同，但基本原理一致，都提出了氣象衡準(zhǔn)數(shù)K≥1的要求，可是在使用這兩種穩(wěn)性校核方法時，因校核過程中各參數(shù)的計算公式、取值方法、實際含義、面積要求等互不相同，造成漁船的最終穩(wěn)性校核結(jié)果也大不相同。

本文對國內(nèi)漁船和遠(yuǎn)洋漁船所適用的穩(wěn)性校核方法進(jìn)行歸納、比較，對穩(wěn)性校核時應(yīng)當(dāng)特別注意的地方進(jìn)行討論、總結(jié)，以求能明晰兩者的穩(wěn)性校核方法及差異之處，避免在使用兩種規(guī)則時產(chǎn)生混淆，降低張冠李戴的風(fēng)險，為規(guī)范漁船的穩(wěn)性計算提供參考。

1 數(shù)學(xué)模型的差異

1.1 國內(nèi)漁船穩(wěn)性衡準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型

假定船舶失去動力且處于橫風(fēng)浪之中，在波浪的作用下向左側(cè)搖擺至最大擺幅，并開始向右舷搖擺，這時突然受到來自左舷方向的陣風(fēng)襲擊，此時復(fù)原力矩與外力矩的方向一致，共同促使船向右加速傾斜。用船舶自身抗傾覆能量與這種風(fēng)、浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準(zhǔn)數(shù)，并規(guī)定K≥1。其數(shù)學(xué)模型見圖1，校核的步驟如下：

1)以每一橫傾角φ處，復(fù)原力臂GZ曲線下的面積為ld值(ld表示為復(fù)原力臂GZ做的功)。再以ld為縱坐標(biāo)，以橫傾角φ為橫坐標(biāo)，作出的曲線稱為動穩(wěn)性曲線；

2)假定在波浪作用下，船舶搖擺至最大擺幅時的橫搖角為φa；

3)船舶搖擺至φa角時船舶受到一個陣風(fēng)風(fēng)壓，產(chǎn)生一個陣風(fēng)傾側(cè)力臂lv；

4)將上述動穩(wěn)性曲線向φ負(fù)值方向?qū)?yīng)延伸，自原點向φ負(fù)值方向取等于橫搖角φa的一點，經(jīng)此點向上作軸的垂直線，與動穩(wěn)性曲線交于A點；

5)由A點作動穩(wěn)性曲線的切線，再經(jīng)過A點作一直線平行于φ軸，在此直線上量取等于1rad(57.3°)的一段長度得B點，由B點向上作AB線的垂直線，與上述的切線相交于C點，則線段BC為最小傾覆力臂lc；

6)在此情況下，lc應(yīng)等于或大于lv，即K=lc/lv≥1。

注：ld：動穩(wěn)性力臂；φa：橫搖角；lc：最小傾覆力臂；φ：橫傾角。

Notes：ld： dynamic stability arm；φa：roll angle；lc：minimum capsizing arm；φ：heeling angle.

1.2 遠(yuǎn)洋漁船穩(wěn)性衡準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型

假定船舶失去動力且處于橫風(fēng)橫浪之中，在定常風(fēng)的作用下，船舶向下風(fēng)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(dāng)船舶搖至上風(fēng)舷最大角度時，剛好受到突然加大的陣風(fēng)，將船吹向下風(fēng)舷產(chǎn)生橫傾。用船舶自身抗傾覆能量與這種風(fēng)、浪聯(lián)合作用傾覆能量的比值K，作為氣象衡準(zhǔn)數(shù)，并規(guī)定K≥1。其數(shù)學(xué)模型見圖2，校核的步驟如下：

1)以復(fù)原力臂GZ為縱坐標(biāo)，以橫傾角φ為橫坐標(biāo)，作出的曲線稱為靜穩(wěn)性曲線；

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

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

4)然后船舶受到一個陣風(fēng)風(fēng)壓，產(chǎn)生一個陣風(fēng)傾側(cè)力臂(lw2)，且lw2=1.5lw1；

5)在此情況下，面積“b”應(yīng)等于或大于面積“a”，即K=b/a≥1。

注： GZ,l：復(fù)原力臂；φ0：定常風(fēng)作用下的橫傾角；φ1：由于波浪作用向上風(fēng)一側(cè)的橫搖角；φ2：b區(qū)間的終止角；lw1：定常風(fēng)傾力臂；lw2：陣風(fēng)傾側(cè)力臂；φc：陣風(fēng)傾側(cè)力臂與復(fù)原力臂曲線的第二個交角；φ：橫傾角。

Notes：GZ，l：righting arm；φ0：heeling angle under constant wind；φ1：the roll angle of the windward side as a result of wave action；φ2：termination angle of b interval；lw1：steady wind tilting arm；lw2：the gust of wind tilting arm；φc：the second intersection angle of the gust of wind tilting arm and the righting arm curve；φ：heeling angle.

1.3 差異之處

1)一個是基于動穩(wěn)性曲線下的計算，一個是基于靜穩(wěn)性曲線下的計算，曲線縱坐標(biāo)的含義不同；

2)遠(yuǎn)洋漁船引入了定常風(fēng)的概念，靜穩(wěn)性曲線向φ負(fù)值方向延伸終點的橫坐標(biāo)為(φ1-φ0)，而國內(nèi)漁船沒有定常風(fēng)的概念，動穩(wěn)性曲線向φ負(fù)值方向延伸終點的橫坐標(biāo)為φa。

2 風(fēng)壓傾側(cè)力臂的差異

2.1 計算方法

遠(yuǎn)洋漁船的風(fēng)壓傾側(cè)力臂

lw1=0.001PZA/(gΔ)，lw2=1.5lw1

2.2 差異之處

1)風(fēng)壓P的取值方法不同，遠(yuǎn)洋漁船根據(jù)船長大小、風(fēng)力作用力臂Z選用不同的值，國內(nèi)漁船根據(jù)航區(qū)、風(fēng)力作用力臂Z選用不同的值；

2)風(fēng)力作用力臂Z取值方法不同，遠(yuǎn)洋漁船取Z值為自A的中心至水下側(cè)面積中心或近似地到平均吃水1/2處的垂直距離，國內(nèi)漁船取Z值為自A的中心至水線的垂直距離。

3 波浪作用下橫搖角φ的差異

3.1 計算公式

3.2 差異之處

1)求取上式中的s或c1所用到的橫搖周期Tφ的計算公式中GM的取值：對遠(yuǎn)洋漁船是經(jīng)自由液面修正后的初重穩(wěn)距，對國內(nèi)漁船是未經(jīng)自由液面修正的初重穩(wěn)距；

4 對初重穩(wěn)距和穩(wěn)性曲線要求的差異

4.1 相同之處

國內(nèi)漁船和遠(yuǎn)洋漁船都對初重穩(wěn)距GM值和復(fù)原力臂GZ值、橫傾角φ提出了最低要求。

4.2 不同之處

不論何種作業(yè)方式的遠(yuǎn)洋漁船，對復(fù)原力臂曲線下的面積都提出了最低要求；而針對國內(nèi)漁船，僅在作業(yè)方式為桁拖網(wǎng)時，才對復(fù)原力臂曲線下的面積提出了最低要求。

5 校核漁船穩(wěn)性應(yīng)注意的地方

1)對裝船使用后，不存在位置移動且重量不會減少的物體，應(yīng)計入空船重量中。

2)計入漁撈網(wǎng)具及索具的重量應(yīng)是濕重狀態(tài)下的重量。

3)應(yīng)核查計入穩(wěn)性計算的上層建筑、甲板室等圍蔽結(jié)構(gòu)是否符合規(guī)則中對干舷的相應(yīng)要求。

4)因漁船在海上生產(chǎn)作業(yè)中難以做到嚴(yán)格按照固定順序來消耗液體，故在計算自由液面對各工況下穩(wěn)性的影響時，都應(yīng)考慮到對穩(wěn)性最不利的情況，不論何種工況都應(yīng)按每個液體艙都具有最大自由液面的情況來進(jìn)行修正。

5)應(yīng)根據(jù)實際作業(yè)類型，分情況的考慮懸掛載荷或漁具操作橫傾力矩對初重穩(wěn)距和復(fù)原力臂的影響，有的作業(yè)類型，存在懸掛載荷或漁具操作橫傾力矩的則要進(jìn)行修正。

6)當(dāng)某種裝載狀態(tài)的船舶縱傾值較龍骨設(shè)計斜度的差值大于垂線間長的1%時，應(yīng)進(jìn)行進(jìn)水角修正。

6 討論

1)無論是國內(nèi)漁船還是遠(yuǎn)洋漁船，所適用的規(guī)則中都指出：“對各工況的穩(wěn)性計算中，當(dāng)某種裝載狀態(tài)的船舶縱傾值(不計及龍骨設(shè)計斜度)大于垂線間長的1%時，應(yīng)根據(jù)具體情況要求計入縱傾對穩(wěn)性的影響”[1-2]。對于如何計入縱傾對穩(wěn)性的影響，筆者認(rèn)為關(guān)鍵是求出縱傾狀態(tài)下的初穩(wěn)性高度，而目前國內(nèi)雖有部分穩(wěn)性計算軟件可計算出縱傾狀態(tài)下的初穩(wěn)性高度，但大多具有知識產(chǎn)權(quán)限制，需花費一定金額購買才能使用，為了給船舶工作者提供方便并探索其中的數(shù)學(xué)關(guān)系，筆者對如何計算縱傾狀態(tài)下的初穩(wěn)性高度進(jìn)行推導(dǎo)，即：GM0=Zm-Zg，Zg可通過實際的裝載情況得出，對于Zm(即橫穩(wěn)心高KM)，應(yīng)該先通過實際的首尾吃水值計算出實際的“水線面面積對通過形心縱軸的面積慣性矩I”和實際的“排水體積▽”，然后根據(jù)r=I/▽，得出“橫穩(wěn)心半徑r”，再通過Zm=r+Zb求出Zm，其中Zb是實際的浮心縱向坐標(biāo)，可通過實際首尾吃水在邦戎曲線表中得出。上述的推導(dǎo)過程雖然體現(xiàn)了各參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系，但船舶在海上的運動是復(fù)雜多變的，其各種參數(shù)之間存在相互交叉影響的可能，上述推導(dǎo)方式的準(zhǔn)確性及適用性還有待廣大船舶工作者共同驗證。

2)本文所列遠(yuǎn)洋漁船適用于船長大于等于24 m的大洋性漁船，而對于小于24 m的過洋性漁船，其穩(wěn)性的校核仍可按國內(nèi)同類漁船法定檢驗規(guī)則來執(zhí)行處理。但筆者認(rèn)為，過洋性漁船雖在各國近海海域進(jìn)行捕撈生產(chǎn)，但在營運過程中因接受檢驗、維修保養(yǎng)、運輸成本高等原因難免需進(jìn)入大洋航行回國，此時國內(nèi)漁船法定檢驗規(guī)則中的穩(wěn)性要求將不適用于實際的海況，為了保證航行安全，筆者認(rèn)為對于小于24 m的過洋性漁船也應(yīng)采用《漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則》(遠(yuǎn)洋漁船2015)的有關(guān)方法來校核其穩(wěn)性。另外，隨著全球性近海漁業(yè)資源的日益衰竭，世界各國對自己專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)漁業(yè)資源的保護(hù)將不斷加強(qiáng)，近海漁業(yè)生產(chǎn)的門檻將越來越高，捕撈自由度將普遍降低，隨之而來的是對過洋性漁船生存空間狹小及經(jīng)濟(jì)效益不佳的巨大考驗，在各國加緊發(fā)展大洋性(公海)遠(yuǎn)洋漁業(yè)的環(huán)境下，過洋性漁業(yè)將逐漸退出歷史舞臺，對小于24 m的過洋性漁船的研究已意義不大。

[1]中華人民共和國漁業(yè)船舶檢驗局.漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則(2000)[S].北京：人民交通出版社，2000.

[2]中華人民共和國漁業(yè)船舶檢驗局.漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則(遠(yuǎn)洋漁船2015)[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

Discussion on practical stability criteria of domestic fishing boats and ocean going fishing boats

LIN Hai

(Marine and Fishery Law Enforcement Detachment of Pingtan Comprehensive Experimentation Area，Pingtan 350400，China)

In order to prevent the fishery boat workers from confusing the rules in the work of checking stabilities of domestic fishing boats and ocean going fishing boats，and reduce the risk of misuse，the paper compared and summarized the differences of practical stability criterion methods between domestic fishing boats and ocean going fishing boats，and put forward the deduction of initial stability height under longitudinal inclination.Through comparison，we found that：1)Although the mathematical models of the two stability criteria were different，the basic principles were consistent，they both put forward the requirement of weather criterion number K≥1.2)The formulas to calculate the wind heeling arm were the same，but the methods of taking values of the wind pressure P and wind acting lever Z were different.3)The formulas to calculate the roll angle were different，and the meanings of initial stability height GM and ship length L were different in formula.4)No matter what kind of operation，the ocean going fishing boats had the minimum requirement for the area under the righting arm curve，while the domestic fishing boats had the minimum requirement for the area under the righting arm curve only when the operation mode was a beam trawl.In addition，in the work of checking stability，we should also pay attention to that：the weight of the objects which won’t move and won’t reduce weight after shipment should be included in the weight of the empty ship；the weight of the fishing nets and rigging should be calculated in the wet weight state；the enclosed structure such as the superstructure or deck room which was included in the calculation of stability should comply with the relevant requirements of the rules in the freeboard；the inlet angle of the free surface，the suspension load，the fishing gear operation，the heeling moment and the longitudinal direction should be corrected according to the actual situation.This paper also proposed some opinions on how to calculate the initial stability height under the state of longitudinal inclination.

rule；difference；wind heeling arm；roll angle；initial stability height；stability curve

2017-05-17

林 海(1989-)，男，助理工程師，學(xué)士，研究方向：船舶與海洋工程.E-mial：339737850@qq.com

U661.2+2

A

1006-5601(2017)04-0303-05

林 海.國內(nèi)漁船與遠(yuǎn)洋漁船實用穩(wěn)性衡準(zhǔn)的探討[J].漁業(yè)研究，2017，39(4)：303-307.