船舶稳性衡准手动计算

洋儿时 2023-03-24 发布于福建

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当船上配载仪不能正常工作时，如何使用现有的装载手册进行稳性衡准计算，是一个比较复杂的过程，虽然在货运书及装载手册中都有提及，但是或多或少都不是十分的详细，特别是具体到实际计算应用时，如何去查找需要计算的参数？各数据的计算关系到底是怎么样的？成了很多驾驶员的难题。这里将以“中昌启盛”装载手册为例，详细介绍稳性核算的整个过程。

首先如何判断稳性是否符合要求，IMO给出了详细的规定：

1)、初稳性高度GM不小于0.15M；
2）、复原力臂GZ曲线下的面积：
横倾角在0°-30°间所围面积A0°-30°应不小于0.055m*ard；
横倾角在0°-40°间所围面积A0°-40°应不小于0.090m*ard；
横倾角在30°-40°间所围面积A30°-40°应不小于0.030m*ard；
3）、横倾角等于或大于30°处的复原力臂应不小于0.2m；
4）、最大复原力臂对应的横倾角θMAX应不小于25°；
5）、对船长大于24M的船，尚应满足天气衡准（突风与横摇衡准）：
2008年IS规则规定了在正常情况下船舶抵抗横风和横摇联合作用应具有的能力。
1）、船舶在稳定风压作用下，产生风压倾侧力臂Lw1，此时船舶的静倾角θ0不应超过16°或甲板边缘浸水角的80%，取小者。
2）、假定在在横浪作用下，船舶的静倾角θ0向上风舷摇至θ1处，然后船舶受到一个陈风（突风）作用，产生陈风风压倾侧力臂Lw2,在此情况下，复原力臂曲线下的面积应满足面积b大于等于面积a。
也就是说如果要判断本船的稳性是否符合要求，就要一一对应以上衡准要求进行核对，而不是简单的只看下GM值是不是大于等于0.15M而已。

以下是查表计算绘图的整个过程

一、填写表1数据

看到表1主要解决2个问题：

1）、表中各项数据如何查到？

2）、各项数据计算关系。

表中“（1）”是各舱的重量数据，通过测深，配载都可以得到；

表中“（2）、（4）、（6）”对应的是各舱的纵向、横向、垂向的重心数据，查阅装载手册P90-P171“4.2DetailCapacityData”，对应各舱各舱容状态下的重心位置。注意不能简单查阅P88-P89的数据，那里只是满舱时的重心数据；

表中“（3）、（5）、（7）”对应的是各重心方向的力矩，其计算关系表内已经明示；

表中“（8）”是自由液面所产生的力矩，请注意这里的单位是t*m，它是由密度与自由液面惯性矩的乘机得到的，而自由液面惯性矩可查阅P90-P171“4.2DetailCapacityData”最后一项“IMOM”得到。

最后将“（1）、（3）、（5）、（7）、（8）”求和填在每一类的求和项内。

二、填写表2数据

这张表相对简单，其实就是将表一的求和数据填到表2中对应的“（1）、（3）、（5）、（7）、（8）”中，然后通过“（3）、（5）、（7）”里面的公式提醒，分别反推计算出“（2）、（4）、（6）”项。

这张表的主要目的就是为了计算排水量及自由液面影响的力矩，用于之后计算自由液面对稳性减少量。

三、填写表3数据

看到表3主要解决3个问题：

1）、表中各项数据如何查到？

2）、各项数据计算关系？

3）、这张表到底有什么用？

这张表从计算关系上只用到了一个公式：

GZ=KN-KG’*Sinθ

其中KG’是经过自由液面修正后的重心高度，KG=KG’+KG_CORR，而KG_CORR为表2中的“（8）”总和除以排水量及得。KN（形状稳性力臂）查阅P175-P198“5.1StabilityCrossCurvesData”对应排水量和吃水差查阅对应横倾角的KN值。

完成这张表后，很多人其实并不知道填这张表到底是干什么用的，其实是要画图，即绘通过θ、GZ的关系制静稳性曲线图。用于之后的动稳性面积，各相关角的量取用。此时绘制的图应该如下：

四、填写表4数据

看到表4主要解决3个问题：

1）、表中各项数据如何查到？

2）、各项数据计算关系？

3）、这张表到底有什么用？

我们从上往下依次介绍各项数据填写：Displacement排水量，表2已计算得；KM横稳心高度，查阅P53-P57“3.2HydrostaticData”，根据排水量对应KMT值；∑（Frsmom）自由液面对应力矩总和，表2已计算得；KG未修正的重心高度，表2已计算得；KG_CORR自由液面对重心修正，KG’修正后的重心高度，都在表3已得；GM₀未修正的初稳心高度，KM-KG计算的；GMCORR自由液面对初稳心高度修正，大小和KG_CORR相同，符号相反；GM经过自由液面修正后的初稳心高度，GM₀+GM_CORR计算可得，至此IMO稳性核准“初稳性高度GM不小于0.15M”可以进行校核。

表4中：“（1）-（11）”项数据和表3一样，查找计算后可直接填写，这里不重复。至此IMO稳性核准“横倾角在0°-30°间所围面积A_0°_-30°应不小于0.055m*ard；”可以直接计算填写并核准，等于“Area(0°∼30°)=(10)”。

现在计算A_0°-40°、A_30°-40°是否符合要求，根据“（12）”关键是确定甲板进水角θ_f，可以查看装载手册P201-P202“5.3FloodingPointandFloodingAngleCurve”根据吃水和吃水差引数得到。

对应“（12）”的表格中

“a”=KN-KG’Sin40°

（注意：对应的KN应该是40°对应的KN，查阅P175-P198“5.1StabilityCrossCurvesData”），“B”（这里表格里应该是编辑错误应该是“b”）=KN-KG’Sinθ_f（注意：对应的KN应该是θf度数下对应的KN）。至此IMO稳性核准“横倾角在0°-40°间所围面积A_0°-40°应不小于0.090m*ard；横倾角在30°-40°间所围面积A_30°-40°应不小于0.030m*ard；”可以直接计算填写并核准，等于“Area(0°∼40°)=(11)–(12)，Area(30°∼40°)=(11)−(10)–(12)”。

表4最后“GZ_30°，θ_max”是需要通过画图在稳性曲线图上量取的，如下图：

通过GZ曲线在横坐标30°作垂线，交GZ曲线于A点，就可找到对应的纵坐标GZ30°，同样通过GZ曲线最高点B作垂线，可以找到对应的横坐标θmax。此IMO稳性核准“横倾角等于或大于30°处的复原力臂应不小于0.2m，最大复原力臂对应的横倾角θ_MAX应不小于25°”可以直接校核。

五、填写表5数据

1）、表中各项数据如何查到？

2）、各项数据计算关系？

3）、这张表到底有什么用？

我们从上往下依次介绍各项数据填写：

(Disp)排水量，表2已得；

(T_k)最大吃水，型吃水(T)加上龙骨厚度，查阅P53-P57“3.2HydrostaticData”通过排水量查(T)可得；

(T)型吃水，查阅P53-P57“3.2HydrostaticData”通过排水量查(T)可得；

(GM)经过自由液面修正后的初稳性高度，表4已得；

(KG)未经自由液面修正的重心高度，表4已得；

(KG’)经自由液面修正的重心高度，表4已得；

(L’)水线长度，这项装在手册里没有查到，可以通过总布置图量取（这项有待讨论）；

(B)船宽，船舶数据项，固定值；

(D)型深，船舶数据项，固定值；

(A_k)舭龙骨面积，这项装在手册里没有查到，可以通过船舶图纸量取（这项有待讨论）；

(A_f)水线以上船体和甲板货侧投影面积，查阅P199-P200“5.2WindProfileCurves”中“AREA”数据可得；

(Z)Af的中心到水线下船体侧面积中心或近似地到平均吃水1/2处的垂线距离查阅P199-P200“5.2WindProfileCurves”中“ZCG”可得；

(lw₁)定常风作用下，产生稳定风压倾侧力臂，lw₁=0.0514*Af*Z/Disp，其中Af、Z、Disp上面已给出；

(lw₂)突风作用下，产生陈风风压倾侧力臂，lw2=1.5*lw1；

(θ_f)甲板进水角，查阅P201-P202“5.3FloodingPointandFloodingAngleCurve”可得，上面做表4时已经查阅过；

(θ₂)计算面积“b”时GZ曲线的有边界角，其大小为取(θ_f,θ_C,50°)三个中最小值，其中θ_C为lw₂与GZ曲线的第二个交点对应的角，需要作图，下面会讲到；

X₁(fromtable1)系数X1通过B/T（船宽吃水比）查P33“Table1:valuesoffactorX1”可得；

X₂(fromtable2)系数X2通过Cb（方形系数，C_b=Disp/(1.025LBT)）查P34“Table2:valuesofX2”可得；

K(fromtable3)系数K通过计算100Ak/L’B查P34“Table3:valuesofK”可得；

r=0.73+0.6OG/T系数r，通过r=0.73+0.6OG/T，其中OG=KG–T可得；

Rollingperiod(T)横摇周期，通过计算公式可得：

[2B/(GoM)1/2]×(0.373+0.023B/T–0.043L’/100)

s(fromtable4)系数s通过T（横摇周期)）查P34“Table4:valuesoffactor”可得；

θ₁在横浪作用下从静倾角θ0向上风舷横摇到达的角度，其大小为

θ₁=109*X1*X2*K

(r*s)*1/2，其中X1、X2、K、r、s这些系数在上面已得；

(0.8θd)甲板边线浸水角的80%，其计算公式为

[arctan(2(D’-T)/B’)]×0.8

D’(fromtopofkeeltotopoffreeboarddeckatship'sside)型深，船舶数据项，固定值；B’(fromoutsideofsideshelltooutsideofanothersideshell.)最大船宽，船舶数据项，固定值。

表5所计算的数据都是为了后面作图求面积时做的数据准备。

六、作图

作图的目的是要确定θ_f、θ_c、θ₁、θ₀、θ_w、θ_r、θ₂、Δθ_R、Δθ_L的数值；

θ_f：甲板进水角，查阅P201-P202“5.3FloodingPointandFloodingAngleCurve”可得，

上面做表4时已经查阅过；

θc：为lw₂与GZ曲线的第二个交点对应的角，其中lw₂通过表5已知大小，作图时在GZ曲线纵坐标截取lw₂画平行横坐标的直线，交点A点，对应的横坐标即为θ_c；θ₀:为lw₁与GZ曲线的第一个交点对应的角，也就稳性衡准里的是静倾角，其中lw₁通过表5计算公式已知大小，作图时在GZ曲线纵坐标截取lw₁画平行横坐标的直线，交点GZ曲线于B点，对应的横坐标即为θ₀；

θ_r：从静倾角θ0向上风舷横摇θ1到达的角度在横坐标上的值，大小已在表5中计算，

作图时从θ₀向左量取θ₁大小,在横坐标向截取的C点即为θ_r；

θ_w：为lw₂与GZ曲线的第一个交点对应的角，作图时在GZ曲线纵坐标截取lw2画平行横坐标的直线，交点D点，对应的横坐标即为θ_w；

θ₂:(θ_f,θ_C,50°)三个中最小值,通过画图、查表和50°进行比较即可知取值；通过以上作图得到的数据，计算Δθ_R、Δθ_L的数值：

Δθ_R=（θ2-θw）/4

Δθ_L=（θw-θr）/4

七、填写表6数据