王利國

（招商局郵輪制造有限公司，江蘇 南通 226116）

0 引言

郵輪通俗地講是海洋中航行的旅游客輪，2015 年6 月的“東方之星”旅游客船傾覆事件使得郵輪的安全性受到越來越多的關(guān)注。安全作為準(zhǔn)則貫穿著一艘船舶的整個(gè)生命周期，而穩(wěn)性是安全中的基礎(chǔ)，足見其重要性。

NAPA 是芬蘭NAPA 公司開發(fā)的一套主要用于船舶總體性能計(jì)算的軟件，其即示化窗口、快捷命令與開放性語言編寫功能極大方便了用戶使用與開發(fā)，在船舶基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段具有廣泛的應(yīng)用[1]。國內(nèi)已有較多設(shè)計(jì)院、船廠及船級(jí)社引進(jìn)該軟件作為穩(wěn)性計(jì)算與校核的主要工具。該軟件除了本身帶有很多快捷有效且使用方面的命令外，還為用戶提供一個(gè)可根據(jù)不同要求編寫相應(yīng)程序的第二次開發(fā)平臺(tái)，鑒于其強(qiáng)大的計(jì)算功能和使用靈活性與便捷性，國內(nèi)外很多船廠、設(shè)計(jì)院以及研究所都將此軟件作為船舶穩(wěn)定性校核的主要工具。

NAPA 軟件主要適用于遠(yuǎn)洋船舶，內(nèi)河船舶不同于遠(yuǎn)洋船舶，穩(wěn)性要求有較大差異。NAPA 公司雖與中國船級(jí)社武漢規(guī)范研究所就內(nèi)河船舶穩(wěn)性計(jì)算展開合作，并有初步結(jié)果，但差異較大的穩(wěn)性衡準(zhǔn)（以下簡稱“衡準(zhǔn)”）仍需設(shè)計(jì)者自行編寫，故編寫出適用于內(nèi)河客船穩(wěn)性計(jì)算的NAPA 宏命令對(duì)今后的內(nèi)河船舶穩(wěn)性計(jì)算工作具有較大的意義。本文在此基礎(chǔ)上運(yùn)用NAPA 軟件對(duì)一艘300 客內(nèi)河豪華郵輪進(jìn)行衡準(zhǔn)編寫并選取典型工況進(jìn)行穩(wěn)性計(jì)算分析[2]。

1 計(jì)算模型

300 客內(nèi)河豪華郵輪設(shè)計(jì)航線為長江中上游，B、J 級(jí)航區(qū)，雙機(jī)又槳，I 類客船，最大載客人數(shù)為300 人，船員及服務(wù)人員150 人，設(shè)有5 層上層建筑，滿足綠色船舶-2 入級(jí)要求。主要尺度如表1 所示。

表1 300 客豪華郵輪主尺度

主船體三維模型stabhul 如圖1 所示。

圖1 船體三維模型stabhull

2 三維模型依據(jù)與NAPA 穩(wěn)性衡準(zhǔn)定義

該船的完整穩(wěn)性是根據(jù)中國海事局《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則-內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2011）（以下簡稱《法則》）及其修改通報(bào)對(duì)客船相關(guān)要求進(jìn)行編制，要求船體模型中的各參數(shù)、符號(hào)解釋及其構(gòu)建方法詳見《法則》要求。下面在NAPA 軟件中對(duì)所需三維模型衡準(zhǔn)進(jìn)行宏觀模型程序編輯。

2.1 穩(wěn)性基本要求

NAPA 軟件中對(duì)穩(wěn)性基本要求的相關(guān)衡準(zhǔn)已有定義，但也需要對(duì)衡準(zhǔn)值進(jìn)行修訂，如復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)的最大橫傾角不小于15°，與海船要求25°有所不同，同時(shí)對(duì)復(fù)原力臂曲線下的面積要求進(jìn)行修訂[3]，根據(jù)《法則》此面積要求分成不小于20°與小于20°兩種情況，可通過修改模型程序直接由軟件根據(jù)模型仿真方式自行處理。修改后模型程序參數(shù)如下所示：

總長Loa=70.5 m；

垂線時(shí)長Lpp=68.0 m；

型寬B=13.9 m；

型深D=4.5 m；

設(shè)計(jì)吃水d=3.3 m；

服務(wù)航速Vs=12.8 m/s。

該船體的完整穩(wěn)定性需要滿足海事局《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則-內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》及其2015 年修改通報(bào)和2016 年修改通報(bào)中對(duì)內(nèi)河B 級(jí)航區(qū)自卸砂船的要求，結(jié)合本船的具體情況歸納為以下方面：

1）初隱性高不小于0.2 m。

2）復(fù)原力臂曲線符合下列要求；當(dāng)最大復(fù)原力臂所對(duì)應(yīng)的橫傾角θm或進(jìn)水角θj中之小者等于或大于20°時(shí)，至最大原力臂對(duì)應(yīng)角度為30°，其中，小者的復(fù)原力臂曲線下的面積應(yīng)不小于按下式所得之值：

接下來定義風(fēng)壓傾側(cè)力矩Mf：

在軟件中直接操作即可，以CCS.WIND1 命名新建一個(gè)TAB 文件，新建以H 命名的列，其為受風(fēng)面積中心距實(shí)際水線的垂直高度，選COEF 為風(fēng)壓[4]。值得注意的是，《法規(guī)》中的力矩單位為kN·m，而NAPA 中是t·m，在定義力矩時(shí)要注意換算。至于風(fēng)壓力矩可以利用NAPA 原有的進(jìn)行修改，可得到穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Kf。

2.2 J 級(jí)航段船舶的附加要求

對(duì)于J 級(jí)航段船舶的穩(wěn)性要求，其分別是CCS.AREA_GZ2 與CCS.NUM_TORRENT。船舶的極限靜傾角，應(yīng)為干舷甲板邊緣入水角或舭部中點(diǎn)出水角或14°，取小者，船舶在全速回航引起的傾側(cè)力矩或力臂作用下，從復(fù)原力矩或力臂曲線求得的靜傾角應(yīng)不大于極限靜傾角。

2.3 特殊穩(wěn)性要求程序結(jié)果

對(duì)于船舶在全速回航時(shí)引起的傾側(cè)力矩，船舶全速回航引起的傾側(cè)力矩Mv需要重新定義，具體公式如下：

將上述三維仿真公式進(jìn)行計(jì)算并定義為傾側(cè)力矩，乘客集中一舷引起的傾側(cè)力矩定義為Ls。

根據(jù)以往送審經(jīng)驗(yàn)以及船級(jí)社反饋的意見，建議該傾側(cè)力矩直接通過船上乘客重量與船半寬的乘積，雖然計(jì)算力矩會(huì)略大，但對(duì)船舶穩(wěn)性偏安全[5]。同時(shí)對(duì)客船突風(fēng)衡準(zhǔn)進(jìn)行定義，雖然本衡準(zhǔn)不計(jì)入船體橫搖的影響，但考慮到“東方之星”事故，為了安全，可取相對(duì)保守，計(jì)入橫搖影響。突風(fēng)衡準(zhǔn)可按前面的風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Kf進(jìn)行定義，僅是風(fēng)壓值不同，則突風(fēng)衡準(zhǔn)定義為Kt。

到此NAPA 軟件的穩(wěn)性計(jì)算衡準(zhǔn)定義全部完成，在定義的過程中一定要注意單位的一致，同時(shí)注意宏語言命令輸入環(huán)境以及字母輸寫正確以免無法執(zhí)行[6]。接下來關(guān)聯(lián)所有衡準(zhǔn)。

3 NAPA 穩(wěn)性程序

在諸如其非保護(hù)性開口、受風(fēng)面、干舷甲板、舭龍骨等參數(shù)以及裝載工況定義好之后，可以在CR_I 下通過ARGS程序運(yùn)行參數(shù)輸入情況，如圖2 所示。

圖2 CR_I 下程序參數(shù)檢查

圖3 滿載出港穩(wěn)性結(jié)果分析

如圖3 所示，滿載出港工況計(jì)算結(jié)果均滿足《法規(guī)》要求，而且穩(wěn)性衡準(zhǔn)所得值與《法規(guī)》所要求值相比均有較多余量，僅MAXGZ15 略小，主要是由船寬與型深比較大引起的。雖然該衡準(zhǔn)僅適用于A 級(jí)航區(qū)船舶，但也從側(cè)面反應(yīng)出設(shè)計(jì)工作者在設(shè)計(jì)前期需注意的地方，通過NAPA 軟件在內(nèi)河船舶穩(wěn)性分析上的運(yùn)用來驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否可行以及優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提升設(shè)計(jì)水平[7]。

4 程序編輯結(jié)果

通過上述程序編輯過程可知，程序的輸出命令對(duì)此過程中的一些變量參數(shù)值進(jìn)行檢查，用戶可根據(jù)自身所需要輸出變量設(shè)定自身關(guān)系變量值[8]。

NAPA 軟件提供一個(gè)較為開放的開發(fā)平臺(tái)，用戶可根據(jù)個(gè)人不同的信息變量要求，應(yīng)用此軟件所具有的功能，進(jìn)行編程開發(fā)。本文對(duì)船舶的復(fù)原力臂曲線圖進(jìn)行還原分析，并應(yīng)用到實(shí)際操作中，其中對(duì)船舶的起重允許極限傾角進(jìn)行求解分析，并對(duì)NAPA 的其它用戶進(jìn)行一定的啟發(fā)[9]。300 客人的新能源自動(dòng)航運(yùn)船壓載到港工況的編輯結(jié)果，如圖4 所示。

圖4 復(fù)原力臂曲線下面積

5 結(jié)語

本文通過NAPA 軟件開放性宏語言命令平臺(tái)，以內(nèi)河郵輪為例進(jìn)行穩(wěn)性三維程序編輯，從而形成可執(zhí)行的程序流程。通過本文可以進(jìn)行三維船體程序的修改與延伸，從而在NAPA 軟件中實(shí)現(xiàn)其它內(nèi)河船的穩(wěn)性計(jì)算。目前中國船級(jí)社武漢規(guī)范研究所已開發(fā)了內(nèi)河船舶三維系統(tǒng)Compass Inland 2016，并已用于內(nèi)河船舶運(yùn)行軟件，如有條件可以運(yùn)用這兩款軟件進(jìn)行對(duì)比。利用NAPA 二次開發(fā)平臺(tái)，介紹內(nèi)河船的完整穩(wěn)性程序的NAPA 軟件，該軟件不僅適用于河內(nèi)B 級(jí)航區(qū)船舶的完整穩(wěn)性參數(shù)計(jì)算，還適用于河內(nèi)A 級(jí)航區(qū)船舶的完整穩(wěn)定性計(jì)算，在這里只需要使用程序前將程序中的已知固定參數(shù)按照法規(guī)進(jìn)行修改即可。因此，該程序不僅可以避免手動(dòng)程序運(yùn)行帶來的大量重復(fù)工作，對(duì)于NAPA 軟件程序功能也具有一定的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)要說明的是，對(duì)于船舶裝載的某些特殊物質(zhì)，必須要先考慮貨物滑移的影響，并將此影響反饋到NAPA 軟件中，從而得出準(zhǔn)確的參考數(shù)值及方案，從而進(jìn)一步完善船舶運(yùn)輸方面的問題。

本文所介紹內(nèi)容是筆者在設(shè)計(jì)中所遇到的，在實(shí)際編寫過程中，建議對(duì)已知參數(shù)及可直接求得的參數(shù)直接以數(shù)字的形式直接代入，無需額外定義，這樣即可減少工作量，也可減少在編寫時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤的機(jī)率。NAPA 的較多開發(fā)功能筆者尚未掌握，希望借此能給總體設(shè)計(jì)工作者一些參考，期待NAPA 軟件在內(nèi)河船穩(wěn)性上發(fā)展得更遠(yuǎn)。