許家?guī)? 張光發(fā)

摘 要：為了更準(zhǔn)確地研究漁船穩(wěn)性，消除惡劣條件下作業(yè)安全隱患，使?jié)O民作業(yè)更安全，該文根據(jù)某漁船基本參數(shù)，及突風(fēng)、波浪和自由液面的不同數(shù)值，在突風(fēng)、波浪和自由液面耦合作用下研究漁船的穩(wěn)性，從而判斷漁船在某海況下可否安全出海作業(yè)。

關(guān)鍵詞：突風(fēng) 波浪 自由液面 耦合 穩(wěn)性研究

中圖分類號：U662 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0039-02

我國漁船數(shù)量多，漁民為了更大的利益在惡劣天氣下出海作業(yè)，由于海況復(fù)雜，漁船穩(wěn)性較差，且沒有準(zhǔn)確的方法來判斷漁船在某惡劣天氣下出海作業(yè)是否安全，漁民只根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷是否具備出海條件，可能導(dǎo)致悲劇發(fā)生。

目前專家學(xué)者對漁船穩(wěn)性有所研究。刁有明等[1]通過分析甲板負(fù)荷、波浪、海冰、船員素質(zhì)及漁船自身穩(wěn)性，得出結(jié)論，應(yīng)控制漁船初穩(wěn)性，加強(qiáng)船員培訓(xùn)；馮鐵城、周秀康等[2]通過漁船校核計(jì)算及時(shí)域分析，對比各規(guī)范差異，得出漁船IMO氣象衡準(zhǔn)系數(shù)不同于大型船舶的結(jié)論；張舒[3]基于NAPA軟件對漁船穩(wěn)性衡準(zhǔn)進(jìn)行校核，對新型漁船研發(fā)提供了依據(jù)。

本文基于同一直線力矩耦合同向相加、異向相減的原則，選取某漁船為素材，分別進(jìn)行突風(fēng)、波浪作用下漁船穩(wěn)性計(jì)算和波浪作用下自由液面修正計(jì)算，將三者疊加耦合，得出耦合值，對比單一變量和多變量耦合作用下的復(fù)原力矩。

1 風(fēng)浪與自由液面耦合作用下的漁船穩(wěn)性基本計(jì)算

1.1 突風(fēng)作用下的漁船穩(wěn)性計(jì)算

突風(fēng)具有突然性，對漁船穩(wěn)性影響大。選取垂直于漁船中線面的突風(fēng)為模型，取突風(fēng)傾側(cè)力臂等于1.5倍定常風(fēng)傾側(cè)力臂，空氣密度取0.0128kg/m2[4]，根據(jù)伯努利方程可知風(fēng)速與壓強(qiáng)的關(guān)系，推出突風(fēng)傾側(cè)力臂與風(fēng)速的關(guān)系，根據(jù)復(fù)原力臂與傾角的穩(wěn)性曲線圖知，當(dāng)時(shí)，可求出對應(yīng)的傾角，得出復(fù)原力矩與突風(fēng)風(fēng)速的關(guān)系：

（1）

其中，A為船舶裝載水線以上受風(fēng)面積，m2；Z為自A的中心至水下側(cè)面積中心或近似的到平均吃水處的垂直距離，m；v為突風(fēng)風(fēng)速，。

1.2 波浪作用下的漁船穩(wěn)性計(jì)算

波浪是復(fù)雜海況的重要因素之一。從船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊（總體分冊）[5]中選取公式算法計(jì)算。用辛普生公式對漁船分段計(jì)算；取簡譜波作為波浪模型，波長近似于船長，得到節(jié)點(diǎn)處波面垂向坐標(biāo)表達(dá)式；計(jì)算出排水體積，求出排水量，求出浮心垂向坐標(biāo)及橫穩(wěn)心垂向坐標(biāo)，最后求出漁船傾角與復(fù)原力矩的關(guān)系。

1.3 自由液面作用下的漁船穩(wěn)性計(jì)算

漁船駛至某水域時(shí)，燃油艙會變?yōu)榉菨M載狀態(tài)；在捕撈過程中，液貨艙也會出現(xiàn)非滿載狀況，因此有必要考慮自由液面對漁船穩(wěn)性的影響。由于漁船以營利為主，安裝精確測量儀器計(jì)算液貨艙消耗情況不具有可行性，因此，研究漁船在自由液面作用下的穩(wěn)性即研究大傾角自由液面修正值。

1.4 突風(fēng)、波浪和自由液面耦合作用下的漁船穩(wěn)性計(jì)算

通過相關(guān)力矩耦合資料可知，力矩方向在一條直線上可對其直接加減。分別計(jì)算出突風(fēng)、波浪大傾角自由液面修正的復(fù)原力矩，相加減即可得到突風(fēng)、波浪和自由液面耦合作用下的船舶的復(fù)原力矩。

2 實(shí)例計(jì)算與分析

2.1 素材選取

本文選取某漁船為素材，選取液貨艙非滿載工況，主要尺度如下：

總長35.50m；

垂線間長31.10m；

型寬6.00mm；

型深2.90m；

設(shè)計(jì)吃水2.30m。

計(jì)算工況信息如下：

液貨艙自由液面慣性矩，合計(jì)12.8t·m。

整船重心高度為2.144m計(jì)算出邦戎曲線橫剖面面積表、邦戎曲線橫剖面形心高度表及半寬型值表。

2.2 當(dāng)波谷在船中時(shí)

2.2.1 波浪作用下的漁船穩(wěn)性計(jì)算

中吃水：m；

重心離基線高度：m。

取正弦波振幅為m，波長為船長。根據(jù)中吃水得到每站實(shí)際吃水，查詢邦戎曲線，使用辛普生公式積分計(jì)算。

求和得m2。

（2）

計(jì)算得m3。

（3）

取1.005，計(jì)算得排水量t。

計(jì)算浮心垂向坐標(biāo)，使用辛普森公式進(jìn)行積分求面積和面積矩，分別求和得：m2，m3。

（4）

計(jì)算得浮心垂向坐標(biāo)m。

使用辛普森公式計(jì)算水線面慣性矩，計(jì)算得V=220.94m3。

（5）

計(jì)算得KM=3.14；再由GM=KM-KG，計(jì)算得GM=0.99m。

2.2.2 大傾角自由液面修正

具體情況見表1。

2.2.3 突風(fēng)作用下的漁船穩(wěn)性計(jì)算

查找工況信息知：；

漁船允許作業(yè)風(fēng)速不超過八級，突風(fēng)風(fēng)速計(jì)算到10級，分別取5至10級，對應(yīng)的風(fēng)速，可以得出，再通過 m，t求解，得出突風(fēng)風(fēng)速、傾角和復(fù)原力矩的關(guān)系，如表2所示。

2.2.4 突風(fēng)、波浪和自由液面耦合作用下的漁船穩(wěn)性計(jì)算

具體情況見表3。

2.3 當(dāng)波峰在船中時(shí)

用相同方法計(jì)算，對比結(jié)果，與波谷在船中時(shí)結(jié)論一致。

3 結(jié)語

突風(fēng)、波浪、自由液面三者耦合作用船舶復(fù)原力矩更準(zhǔn)確，漁民出海打漁應(yīng)綜合考慮上述三個(gè)條件耦合的結(jié)果，判斷能否安全出海打漁作業(yè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 刁有明，賈敬蓓，張文孝，等.木質(zhì)漁船穩(wěn)性研究[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)：理工版，2011，24（4）：116-119.

[2] 馮鐵城，陶堯森，周秀庚.漁船穩(wěn)定性研究[J].中國造船，1994（4）：13-20.

[3] 張舒.漁船穩(wěn)性衡準(zhǔn)分析與算法研究[J].船舶工程，2017（6）：12-14.

[4] 漁業(yè)船舶法定檢驗(yàn)規(guī)則[Z].

[5] 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊（總體分冊）[Z].