船舶横摇,抗风等级,风浪联合作用,动稳性,剩余动稳性等技术确实不太好理解。而且这些参数常常出现在专业教材,装载手册,SOLAS公约,谷物规则等各种书籍和公约中。 同时,这些资料又仅仅提到几个术语,给出了几个数值,但没有任何明确的具体解释,十分高冷。 这是因为船舶稳性的内容本来就可以单独写一本书甚至几本书,涉及到的问题比较多,是一个技术体系而不是简单几句话就能说清楚的。通常这种一看就不懂的参数后面往往都隐藏着一个较大的知识体系。 在众多的理论,规范和术语当中,有一个问题很有特点: 不同船型的稳性衡准中,散粮船对应的谷物规则,为何单单提到了剩余动稳性而其他船型的没有提到? 例如,船员兄弟们常常提出这样一个疑问: 要想搞清楚什么是剩余动稳性,必须先搞清楚什么是动稳性。 动稳性是指船舶突然受到一个外力矩的作用,产生了渐变的角加速度和角速度,船随之摇晃起来,摇到最大幅度的情况下船还能回摇但并未倾覆。 当这个外力矩消失了以后,船在水阻力和空气阻力等作用下,最后又回到了原来的平衡位置并保持静止状态。 船舶本身所具有的这种能力就被称之为动稳性。 以上的这段论述不是专业书籍中经典的动稳性定义,而是本人根据理论与实践长时间的打磨,在深刻理解动稳性技术的基础上,深入浅出给动稳性做的一个通俗解释。 此定义由本人首次正式提出,特此说明。 专业书籍上阐述的动稳性,用的是惯性矩这个概念,从长期的教学和科研的经历来看,惯性矩的概念对于多数读者来说可能更加标准,但似乎并不好理解。 剩余动稳性这个术语,首次出现在散粮船稳性衡准中。国际航行散粮船的专有稳性衡准有三条: 第一条,经过自由液面修正后的GM≥0.3m 第二条,假定谷物移动倾侧力矩下船舶产生的横倾角θh≤12°和浸水角两者的最小值 第三条,剩余动稳性的值Ad≥0.075m·rad. 其中,剩余动稳性的值,指的就是下图中红色条纹对应的面积。 散粮船在装货前,要先做好配载工作。货舱拟装结束后需要计算散粮船的稳性,填写稳性计算表格。 在计算散粮船稳性时,首先要做出稳性力臂曲线图,然后计算全船的假定谷物移动倾侧体积矩,对其修正后得到倾侧力矩,再据此画出假定谷物移动倾侧力臂曲线。 40°,进水角,和剩余θGZmax,取三个角度的最小值,作为右边界线θm. 这样,静稳性力臂曲线,假定谷物移动倾侧力臂曲线,右边界线,三条曲线就围成了一个面积,这个面积叫做剩余静稳性面积。 在数学分析上,静稳性与动稳性存在着简单的微积分关系,由此可知, 剩余静稳性面积其实就是剩余动稳性的值。 对于广大从业者来说,不用太熟悉底层的计算和逻辑关系,只需要知道上面三条曲线围成的面积,就是剩余动稳性的值,也就行了。 从数值上来说,剩余就是差,就是减法运算的结果。 为何在散粮船稳性衡准中,直接出现了剩余动稳性这个术语呢?原因也是很直观的。 静稳性力臂曲线的面积,其实就能够体现船舶在装载后其稳性的大小。在下面这个图中, 静稳性曲线下的面积是上图绿色区域对应的面积,可以清楚的看到其数值是比较大的。 散装的粮食在货舱中,随着船舶的震动其谷面下沉,使得满舱出现空当形成自由谷面,当船舶横摇时自由谷面随之在舱内移动,产生了谷物倾侧力矩。 由于谷物移动倾侧力矩的存在,导致散粮船的稳性减小。减小的稳性数值,用随横倾角而改变的假定谷物移动倾侧力臂曲线来表示,即上图中向下倾斜的直线。 如此一来,船舶的静稳性经过谷物移动修正后的面积,相当于从静稳性曲线下的面积中扣除了一部分面积后剩下的面积。 如下图所示: 又由于进水角的存在,导致散粮船的稳性进一步减小,因此在上述扣除掉谷物移动倾侧导致的面积减小的基础上,再一次减小散粮船稳性面积的数值。 如下图所示: 静稳性曲线下的面积经过两次扣除,扣除后的面积就是剩余静稳性的面积,再根据静稳性与动稳性的微积分关系,说明了剩余静稳性面积表现了散粮船剩余动稳性的大小。 从上图看出,经过两次扣除的剩余面积就变得很小了,这说明散粮的下沉与散落导致散粮船稳性急剧的变差。这也是散粮船稳性被IMO高度重视的原因之一。 从上面的阐述中,读者可以比较深刻的理解剩余稳性的含义。 只要学过货运的,都见过这个图。这是普通货船IMO衡准中对船舶动稳性的要求,这个要求有个名字叫天气衡准。 在没有风浪的情况下,船舶静稳性曲线下的面积如上图绿色区域所示,表示船舶静稳性较好。 定常风和阵风对船舶产生了风压倾侧力臂,导致船舶静稳性减小。经过风压修正后的静稳性曲线下面积变小了,如下图所示: 同样的道理,由于船舶进水角的存在,导致船舶稳性进一步减小。在风压倾侧力臂减小船舶静稳性的基础上,再对船舶做进水角修正,两次修正后的船舶静稳性曲线下面积为, 请问,经过两次修正后的静稳性曲线下的面积b,是不是剩余静稳性面积呢?是不是剩余动稳性的值呢? 是的! 结论: 不是只有散粮船的稳性衡准中,有剩余动稳性,其实所有的海船稳性衡准中,都有剩余动稳性。 只不过,在IMO完整稳性衡准条款中,只提到了天气衡准而没有将其命名为剩余动稳性。 本文内容均为李勇老师原创,可用微海事的名义任意转发,但须经本人允许后才能转载,未经本人允许不得发表在其他媒体或者刊物上。如有违反,视为盗版;如有疑问,随时联系。 微海事公众号 船舶稳性计算与实务
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