3000吨多用途货船实船稳性计算分析
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作者: 林瑞群 陈遒源
以3000吨多用途货船为实例，根据实例船的总布置图，装载情况，对该船的初稳性进行计算分析、校核、和评价。
稳性是船舶安全检查的一项重要内容，文内以3000吨多用途货船为实例，根据实例船的总布置图，装载情况，对该船的初稳性进行计算分析，并按照2004年《船舶与海上设施法定检验规则》中对远海航区货船的要求进行稳性校核，对该船的航行性能和安全性做出评价，作为船舶稳性安全检查工作的参考。
原始依据
1、3000吨多用途货船基本资料
本文实例计算的船舶为3000吨多用途货船，国际航行海区，装运干货、钢材等货物，尾机型，单螺旋桨，船舶的基本资料可从完工数据中查找获得。
该船主要尺度如下：总长87.19m，垂线间长80.00m，型宽14.00 m，型深8.50m。
舱容：货舱：5000.0 m3 ，燃油舱：250.0 m3 ，柴油舱：50.0 m3，淡水舱：80.0 m3，压载水：1500.0 m3。
空船重量：1685.8t
空船重心：距基线5.1m，船舯向艉4.1m。
2、备用图纸资料
（1）3000吨多用途货船总布置图
总布置图主要用于分析该船装载的分布情况，在确定船舶重量重心时量取各项载荷重量的重心坐标。
（2）3000吨多用途货船静水力曲线图
静水力曲线是表示船舶正浮状态时的浮性要素、初稳性要素和船型系数等与吃水(d)的关系线的总称，可用于查找在特定吃水条件下船舶各项浮态数据，是分析船舶稳性时的一项重要参考依据。静水力图中和初稳性计算有关的主要几个参数曲线有：型排水体积曲线V、总排水量曲线D、浮心纵向坐标曲线Xc、浮心垂向坐标曲线Zc、漂心纵向坐标曲线XF、横稳心高度曲线ZM、每厘米纵倾力矩曲线MTC。
3000吨货船纵倾及初稳性计算
船舶在不同的装载状况下，其稳性都将发生变化，本文的稳性计算以满载到港时的装载情况为例，在该装载状态下，燃油及备品重量均依据相应舱容的100%计算。
1、排水量及重心计算
依据合力矩定理，船舶排水量和重心纵坐标依据以下公式计算：
排水量△=?撞Pi (2.1)
重心纵坐标 (2.2)
式中：Pi――构成船舶排水量的各项载荷重量(t)，包括空船重量△L、船舶常数C、各货舱和油水舱装载量、船员、供应品及备品等，各项数值由装载方案确定；
Zi――为的重心距船中的距离(m)；在实际中为简化计算，均以舱内所装货物总体积中心作为该舱货物计算重心，其算法简单，且求得的GM值比实际GM偏小，偏于安全。
在实际中可采取列表计算的方法，根据该船装载情况分别统计其重量，并在总布置图上测量其相应的力臂，依公式列表计算。在计算时应注意重心位置位于船舯向首取正，船舯向尾取负，计算过程如表2-1所示：
2、纵倾及初稳性计算
确定该船总重量后，通过查静水力图中的总排水量曲线，确定该船的平均吃水d，再根据浮心纵向坐标曲线、漂心纵向坐标曲线、每厘米纵倾力矩曲线，分别确定Xc、XF和MTC等稳性计算参数。
由于船舶重心位置和浮心位置不同，产生纵倾力矩，将使船体将以漂心为原点发生纵倾，通过静水力曲线确定漂心坐标XF后，首尾吃水差可通过以下公式计算：
t=△(Xg-Xc)/100MTC (2.3)
首吃水变化为：?啄df=(L/2-XF)t/L(2.4)
尾吃水变化为：?啄da=-(L/2-XF)t/L(2.5)
船舶在装载后的初稳性高度可由下述公式求取:
GM0=GM- KG(2.6)
式中：KM――平均吃水下横稳性距基线高度，由静水力曲线图中查得；
KG――重心高度，依式2.2列表计算得
该船实际工作计算中，船舶首尾吃水和初稳性高仍以表格的形式进行，计算过程如下表所示：
3、自由液面对初稳性高度修正计算
根据中华人民共和国海事局《船舶与海上设施法定检验规则》(2004)的规定：凡存在自由液面的液体舱，如消耗液体舱、液货舱、污油水舱、航行途中加压载水的压载水舱等均应计算装载50%舱容液体的自由液面的影响。
自由液面对初稳性高度修正值表达式：
(2.7)
式中：?酌为舱柜内液体的密度；Ix为液舱柜内自由液面对液面中心轴的面积惯矩；
自由液面修正后的初稳性高度为：
GM=GM0-?啄GM(2.8)
根据以上要求，该3000吨多用途货满载出港装载状态时应对左右底压载水舱、燃油舱、首尖舱、淡水舱做自自由液面对初稳性高度修正计算，各舱室的液面惯性可由总布置图中的纵剖面尺寸和位置计算得到。该船自由液面初稳性高度计算如下表所示。
结论
依据中华人民共和国海事局《船舶与海上设施法定检验规则》(2004)，我国对国内航行船舶规定，经自由液面修正后初稳性高度不小于0.3m。通过以上计算分析，该3000吨多用途货船在满载出港状态时初稳性高度为0.83m，首尾吃水分别为5.93/6.07m，该船在满载出港时的稳性衡准满足规范要求，安全性较好，同时，在满载时该船不出现首倾，在压载状态下有适当的吃水，适航性能良好。
应该注意的是，船舶的稳性是针对某一装载情况而言的，当船舶的装载情况发生变化时，船舶的稳性也将发生变化。航运公司在装载货物时，应充分考虑到船舶稳性的要求，根据所确定的适度稳性大小，科学分配各舱配货比例，合理搭配各类货物，以适应船舶稳性安全的需要。在海事安全监管工作中，也可按照本实例中介绍的方法，对船舶装载情况进行稳性安全衡准，作为船舶安全检查工作的参考。
(作者单位：福州海事局)
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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