張富剛,姜培齋,汪福強(qiáng)

(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島266011)

貨船船型對靜穩(wěn)性曲線的影響

張富剛,姜培齋,汪福強(qiáng)

(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島266011)

鑒于船體形狀與船舶靜穩(wěn)性的關(guān)系十分密切，設(shè)計了船型尺度與靜穩(wěn)性曲線特征關(guān)系的正交試驗。通過大量數(shù)據(jù)對比，分析了貨船形狀特點(diǎn)對靜穩(wěn)性曲線的影響趨勢和影響程度，為貨船在方案設(shè)計階段的靜穩(wěn)性評估提供直觀結(jié)論。正交試驗方法得出，吃水型深比對船舶穩(wěn)性的影響較大。

貨船；正交試驗；船舶穩(wěn)性；靜穩(wěn)性；曲線

0 引言

船舶穩(wěn)性是船舶的重要性能。貨船在方案設(shè)計階段的穩(wěn)性評估可以利用靜穩(wěn)性曲線來進(jìn)行。該曲線主要計算水線下船體在不同傾斜角度時的浮心位置，但是計算過程比較繁瑣。船體形狀對靜穩(wěn)性曲線的特征影響十分顯著，文獻(xiàn)[1]搜集了大量貨船的主尺度和靜穩(wěn)性數(shù)據(jù)。本文在此基礎(chǔ)上設(shè)計了靜穩(wěn)性曲線特征與船舶尺度之間的正交試驗，分析了貨船的主尺度、船型系數(shù)、尺度比和靜穩(wěn)性曲線的關(guān)系及影響結(jié)果，為貨船在方案設(shè)計階段的穩(wěn)性評估提供了分析方法并能獲得較為直觀的結(jié)論。

1 正交試驗

正交設(shè)計是利用“正交表”進(jìn)行科學(xué)的安排與分析多因素試驗的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是能在很多試驗方案中挑選出代表性強(qiáng)的少數(shù)試驗方案，并通過對這少數(shù)試驗方案的試驗結(jié)果的分析，推斷出最優(yōu)方案，同時還可以作進(jìn)一步分析，得到比試驗結(jié)果本身給出的還要多的有關(guān)各因素的信息。本文借助正交試驗的思想，討論貨船形狀和靜穩(wěn)性曲線特征之間的關(guān)系，采用直觀分析法對文獻(xiàn)[1]的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體的試驗理論見文獻(xiàn)[2]。

2 貨船的尺度與靜穩(wěn)性曲線的正交試驗設(shè)計

貨船尺度選用船寬(B)、方形系數(shù)(CB)、吃水型深比(T/D)、型深船寬比(D/B)4個因素，考察曲線的三項指標(biāo)，即船舶的初穩(wěn)性高GM、穩(wěn)性消失角θV、陣風(fēng)下橫傾角θS。

表1 船型因素與水平表

表2 試驗設(shè)計

3 試驗結(jié)果分析

單從指標(biāo)因素來看，根據(jù)極差Rj的大小,4個因素分別對3個指標(biāo)影響重要性的順序如下：

(1)各因素對初穩(wěn)性高GM的影響大小依次為吃水型深比(T/D)、型深船寬比(D/B)、方形系數(shù)(CB)、船寬(B)。

表3 試驗結(jié)果

(2)各因素對穩(wěn)性消失角θv的影響大小依次為型深船寬比(D/B)、吃水型深比(T/D)、船寬(B)、方形系數(shù)(CB)。

(3)各因素對陣風(fēng)下橫傾角θS的影響大小依次為吃水型深比(T/D)、船寬(B)、型深船寬比(D/B)、方形系數(shù)(CB)。

各因素和各因素水平對初穩(wěn)性高、穩(wěn)性消失角、陣風(fēng)下橫傾角的影響大小分別如圖1、圖2、圖3所示，圖中羅馬數(shù)字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示依據(jù)極差從大到小的排序。

圖1 各因素對初穩(wěn)性高的影響

從圖1可以看出，如果要增大初穩(wěn)性高，可以提高A、B、C因素水平，D因素選D1，(B、CB、T/D、D/B)的組合選(40、0.8、0.8、0.4)。查看文獻(xiàn)[1]的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)初穩(wěn)性高為3.692 m，是文獻(xiàn)所搜集船舶的初穩(wěn)性高的最大值，而且因素C的作用比其他因素要明顯，但整體上4個因素對初穩(wěn)性高的影響程度是同一量級的。

圖2 各因素對穩(wěn)性消失角的影響

從圖2可以看出，如果要增大穩(wěn)性消失角，可以提高B、C、D因素水平，A因素選A1，(B、CB、T/D、D/B)的組合選(10、0.8、0.8、0.8)。查看文獻(xiàn)[1]的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)穩(wěn)性消失角為90°，是文獻(xiàn)所搜集船舶的穩(wěn)性消失角的最大值，而且因素C、D的作用比A、B明顯。查閱文獻(xiàn)[1]收錄的數(shù)據(jù)可以看出(B、CB、T/D、D/B)固定T/D、D/B數(shù)據(jù)為(*、*、0.8、0.8)，穩(wěn)性消失角變化不大，還是集中在90°左右，改變T/D、D/B后穩(wěn)性消失角就大大的降低。文獻(xiàn)[3]指出“吃水減少，在大橫傾角時，由于舭部出水較早，穩(wěn)性降低，穩(wěn)性范圍減少”，從圖2曲線C可以看出，T/D對穩(wěn)性消失角影響較大，而且數(shù)值越小，穩(wěn)性消失角也減少，本文結(jié)論與文獻(xiàn)說明相符。

從圖3可看出，如果要降低陣風(fēng)下橫傾角，可以提高A、C因素水平，B因素選B2，D因素變化幅度不大，選D3，(B、CB、T/D、D/B)的組合選(40、0.7、0.8、0.8)。查看文獻(xiàn)[1]搜集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)陣風(fēng)下橫傾角為0.5°，文獻(xiàn)[1]所搜集船舶的陣風(fēng)下橫傾角的最小值為0.3°。

統(tǒng)計搜集的數(shù)據(jù)中最小陣風(fēng)下橫傾角集中在0.3°～0.5°之間，船型數(shù)據(jù)主要集中在(40、CB、0.8、D/B)的組合上，改變B、T/D的水平后陣風(fēng)下橫傾角將增大，D/B、CB的變化影響不大。

4 結(jié)語

本文通過對文獻(xiàn)[1]搜集的大量貨船穩(wěn)性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，總結(jié)了船寬(B)、方形系數(shù)(CB)、吃水型深比(T/D)、型深船寬比(D/B)4個因素對貨船靜穩(wěn)性曲線中初穩(wěn)性高、穩(wěn)性消失角和陣風(fēng)下橫傾角的影響。通過正交試驗方法最后比較發(fā)現(xiàn)，T/D對船舶穩(wěn)性的影響較大。

[1]克里斯納 A V，雷爾.貨船設(shè)計的穩(wěn)性橫準(zhǔn)[C]//上海交通大學(xué)技術(shù)資料情報室,譯.造船實用設(shè)計國際討論會譯文集上冊.上海：上海交通大學(xué)，1981.

[2]莊楚強(qiáng)，等.應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，1992.

[3]盛振邦，等.船舶原理[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2004.

2013-11-01

張富剛(1976-)，男，講師，研究方向為船舶性能。

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