內(nèi)容提要：依據(jù)IMO谷物裝運(yùn)規(guī)則，對(duì)散裝谷物裝載船的穩(wěn)性核算進(jìn)行研究，建立臨界橫傾角的概念，推導(dǎo)出臨界橫傾角的計(jì)算方法和原理，形成完整實(shí)用的散裝谷物裝載船舶，尤其是非專用散裝谷物船舶核算船舶穩(wěn)性的臨界橫傾角穩(wěn)性衡準(zhǔn)方法。通過(guò)實(shí)船計(jì)算，總結(jié)了大型遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船和小型沿海運(yùn)輸船臨界橫傾角的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：散裝谷物船 臨界橫傾角船 舶穩(wěn)性衡準(zhǔn) 穩(wěn)性校核

0引言

裝載散裝谷物的船舶，由于穩(wěn)性不足而導(dǎo)致船舶傾覆的事故時(shí)有發(fā)生，因此按照規(guī)則的要求對(duì)散裝谷物船舶進(jìn)行穩(wěn)性校核十分重要。根據(jù)國(guó)際海事組織通過(guò)的《1991年國(guó)際散裝谷物安全裝運(yùn)規(guī)則》，要求對(duì)散裝谷物實(shí)際裝載狀態(tài)的三項(xiàng)指標(biāo)逐一核算，即：經(jīng)對(duì)各液體艙內(nèi)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度應(yīng)不小于0.3m；由于谷物移動(dòng)而產(chǎn)生的橫傾角應(yīng)不大于12°，但對(duì)1994年1月1日以后建造的船舶還應(yīng)考慮甲板邊緣入水角，取兩者之較小者；船舶剩余動(dòng)穩(wěn)性值應(yīng)不小于0.075m·rad。

在船舶實(shí)際營(yíng)運(yùn)中，對(duì)規(guī)則規(guī)定的三項(xiàng)衡準(zhǔn)指標(biāo)逐一核算，顯得相當(dāng)復(fù)雜。目前大多數(shù)專用散裝谷物船舶進(jìn)行穩(wěn)性核算的主要簡(jiǎn)化方法是谷物許用傾側(cè)力矩法，即將規(guī)則中的衡準(zhǔn)要求簡(jiǎn)化為全船谷物傾側(cè)力矩不大于最大谷物許用傾側(cè)力矩，ΣMu′≤Ma，則船舶同時(shí)滿足谷物裝運(yùn)規(guī)則的三項(xiàng)指標(biāo)。谷物許用傾側(cè)力矩Ma是指船舶恰能滿足散裝谷物裝運(yùn)規(guī)則的各項(xiàng)穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)時(shí)，對(duì)船舶各艙內(nèi)允許出現(xiàn)的谷物假定移動(dòng)傾側(cè)力矩之和的最大限制值。其方法是按船舶不同排水量和重心高度，將同時(shí)滿足散裝谷物船穩(wěn)性的三項(xiàng)衡準(zhǔn)指標(biāo)要求的最大許用傾側(cè)力矩編制成最大許用傾側(cè)力矩表。校核散裝谷物船舶穩(wěn)性時(shí)，根據(jù)船舶排水量和重心高度查取船舶最大許用傾側(cè)力矩值，再將許用傾側(cè)力矩與全船實(shí)際谷物移動(dòng)傾側(cè)力矩相比較，來(lái)判斷船舶穩(wěn)性是否滿足散裝谷物裝運(yùn)規(guī)則。

然而，對(duì)于非專用谷物船舶裝載散裝谷物時(shí)，由于船舶不具備谷物裝載證書(shū)及谷物規(guī)則規(guī)定的與穩(wěn)性核算有關(guān)的谷物裝載資料，也沒(méi)有提供最大谷物許用傾側(cè)力矩表，因而不能采用此種方法。鑒于此，本文依據(jù)《1991年國(guó)際散裝谷物安全裝運(yùn)規(guī)則》的規(guī)定，利用船舶靜力學(xué)理論，提出了基于臨界橫傾角的散裝谷物船穩(wěn)性等效衡準(zhǔn)方法，以期能對(duì)散裝谷物船舶的穩(wěn)性校核的簡(jiǎn)化提供指導(dǎo)。

1船舶臨界橫傾角定義

船舶臨界橫傾角是指同時(shí)滿足《1991年國(guó)際散裝谷物安全裝運(yùn)規(guī)則》對(duì)散裝谷物船穩(wěn)性三項(xiàng)衡準(zhǔn)指標(biāo)要求的最大的由于谷物移動(dòng)引起的船舶橫傾角，如果船舶由于移動(dòng)所產(chǎn)生的橫傾角不大于此值，則認(rèn)為該裝載狀態(tài)同時(shí)滿足規(guī)則中的穩(wěn)性各項(xiàng)指標(biāo)要求。這需要我們根據(jù)船舶現(xiàn)有資料求取船舶不同裝載狀態(tài)下的由于谷物移動(dòng)所引起的船舶臨界橫傾角，作為船舶資料，便于在工作中隨時(shí)查用。

2船舶臨界橫傾角的計(jì)算

2.1靜穩(wěn)性力臂GZ的求取

船舶形狀穩(wěn)性力臂KN是隨船舶排水量和船舶橫傾角的改變而改變的一組數(shù)據(jù)，在船舶穩(wěn)性報(bào)告書(shū)中可以查取，但這些是離散的。為方便計(jì)算和計(jì)算機(jī)程序的實(shí)現(xiàn)，需要將對(duì)應(yīng)某一排水量的KN值按最小二乘法或采用MATLAB工具軟件擬合成多項(xiàng)式，其形式為：

則船舶不同橫傾角下的靜穩(wěn)性力臂為：

其中KG為經(jīng)過(guò)自由液面修正后的船舶重心高度。

2.2船舶剩余動(dòng)穩(wěn)性的計(jì)算

根據(jù)散裝谷物裝運(yùn)規(guī)則規(guī)定：谷物傾側(cè)力臂曲線是一條隨橫傾角的增大而下降的直線，橫傾角為0°時(shí)的谷物傾側(cè)力臂λ0和橫傾角為40°的谷物傾側(cè)力臂λ40分別按下式計(jì)算：

根據(jù)散裝谷物裝運(yùn)規(guī)則，谷物傾側(cè)力臂直線過(guò)（0，λ0）和（40，0.8λ0），容易得到谷物傾側(cè)力臂曲線的計(jì)算公式為：

λθ=λ0（1-0.005θ）

則剩余靜穩(wěn)性力臂為靜穩(wěn)性力臂GZ與谷物傾側(cè)力臂λ0的差值，其計(jì)算公式為

剩余動(dòng)穩(wěn)性值是指由船舶靜穩(wěn)性力臂曲線、谷物傾側(cè)力臂曲線和右邊界線所包圍的面積值，所以船舶剩余動(dòng)穩(wěn)性的計(jì)算公式為：

上式中，θh為谷物移動(dòng)所產(chǎn)生的橫傾角，即GZ曲線與λθ曲線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)；θm為右邊界所對(duì)應(yīng)的橫傾角，取θm=min（θGZ′max，θf，40°），其中，θGZ′max為剩余靜穩(wěn)性力臂最大值所對(duì)應(yīng)的橫傾角，θf為船舶進(jìn)水角。

2.3滿足動(dòng)穩(wěn)性的臨界橫傾角的計(jì)算首先，將θm，KG，λ0和θh=12°（因?yàn)楣任镆?guī)則中要求的θh的最大值為12°）帶入剩余動(dòng)穩(wěn)性計(jì)算公式，求得船舶剩余動(dòng)穩(wěn)性值，其結(jié)果有如下可能：

若Ad≥0.075m·rad，則該狀態(tài)下的船舶臨界橫傾角θL可以認(rèn)為12°；

若Ad≤0.075m·rad，則適當(dāng)減小θh值，從而使λθ下移，直至使Ad=0.075m·rad，則此時(shí)的θh即為臨界橫傾角θL。

經(jīng)以上計(jì)算，剩余動(dòng)穩(wěn)性滿足公約要求后，即可確定該裝載狀態(tài)下的臨界橫傾角?，F(xiàn)使經(jīng)各液艙自由液面修正后的初穩(wěn)性高度GM=0.30m，那么KG=KN-GM=KN-0.3，同時(shí)滿足剩余動(dòng)穩(wěn)性Ad≥0.075m·rad時(shí)所對(duì)應(yīng)的橫傾角為θhm，則得到該狀態(tài)時(shí)的臨界橫傾角θL=min（θhm，12°）。

2.4船舶臨界橫傾角數(shù)值表的求取

根據(jù)以上方法，對(duì)于滿載排水量，如果不改變排水量，只改變船舶重心KG的值，即KG′=KG-δKG，但要確保KG=KN-GM≤KN-0.3，重復(fù)以上步驟，可以得到滿載排水量條件下不同KG時(shí)的θL值。

對(duì)某一重心高度下，如果排水量遞減，即Δ′=Δ-δΔ，可以得到不同排水量條件下的臨界橫傾θL值。

這樣，可以求得船舶不同裝載狀態(tài)下的臨界橫傾角θL，然后編制成船舶臨界橫傾角數(shù)值表，供航海人員在工作中查取。

3利用臨界橫傾角數(shù)值表校核穩(wěn)性

將船舶臨界橫傾角作為公約中散裝谷物船舶穩(wěn)性要求的等效衡準(zhǔn)，必須滿足由于谷物移動(dòng)所產(chǎn)生的橫傾角θ≤θL。校核步驟如下：

（1）計(jì)算谷物裝載后船舶排水量Δ和經(jīng)自由液面修正后的船舶重心高度KG；

（2）根據(jù)各艙的谷物裝載情況，利用公式θ=arctan(ΣMu′/9.81Δ·GM)計(jì)算出該裝載狀態(tài)下由于谷物移動(dòng)引起的船舶橫傾角θ，式中ΣMu′為全船谷物移動(dòng)傾側(cè)力矩之和；

（3）由Δ和KG查θL數(shù)值表，得到該裝載狀態(tài)下的θL；

（4）若θ≤θL，則船舶穩(wěn)性滿足規(guī)則要求，反之，不滿足要求。

4臨界橫傾角的實(shí)船計(jì)算

基于臨界橫傾角的計(jì)算理論，利用MICROSOFT EXCEL和VB，編寫計(jì)算機(jī)程序，對(duì)大連海事大學(xué)配載軟件中DWT 20 000t級(jí)雜貨船DEMO輪和某DWT 3 000t的沿海運(yùn)輸散貨船“XXX”輪的臨界橫傾角進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)果如下：

表1DEMO輪船舶臨界橫傾角

從以上兩艘船的計(jì)算結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)：對(duì)于較大噸位的遠(yuǎn)洋船舶，如果合理配載，充分平艙，保證船舶靜穩(wěn)性時(shí)，其船舶臨界橫傾角一般比較大，取12°或接近12°；但對(duì)于小噸位的沿海運(yùn)輸船，由于其干舷較低，導(dǎo)致船舶進(jìn)水角也很小，造成剩余動(dòng)穩(wěn)性面積的右邊界減小，所以其臨界橫傾角也要減?。ㄈ绫?/SPAN>2），一般要小于12°。

表2沿海運(yùn)輸散貨船“XXX”船舶臨界橫傾角

5結(jié)束語(yǔ)

按照《1991年國(guó)際散裝谷物安全裝運(yùn)規(guī)則》的要求對(duì)散裝谷物船舶進(jìn)行穩(wěn)性校核是必須完成的工作。本文依據(jù)規(guī)則規(guī)定，提出了基于臨界橫傾角的散裝谷物船的穩(wěn)性等效衡準(zhǔn)方法，據(jù)此，能夠方便快捷地解決裝載散裝谷物船舶在有關(guān)穩(wěn)性資料不足情況下的穩(wěn)性核算，以期能對(duì)散裝谷物船舶簡(jiǎn)化穩(wěn)性校核提供指導(dǎo)。

作者：李榮輝 徐邦禎  來(lái)源：航海技術(shù)