于 博 文，張 維 英，陳 靜，于 欣，于 洋，周 俊 秋

(大連海洋大學(xué) 航海與船舶工程學(xué)院，遼寧 大連 116023 )

0 引 言

據(jù)中國(guó)漁業(yè)互保協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1994～2015年的漁船事故中，全損(無(wú)法修復(fù))漁船2 996艘，部分(可修復(fù))損失漁船76 454艘．事故原因方面，由人員操作不當(dāng)造成的碰撞事故占比44.81%，觸損事故占比39.12%，觸礁事故占比49.23%，擱淺事故占比36.04%[1]．所以探討漁船在破艙條件下的穩(wěn)性，尤其是非對(duì)稱進(jìn)水過(guò)程的六自由度變化，可以判斷漁船的分艙合理性和給出破艙應(yīng)急操作的建議，以達(dá)到避免或減少漁船事故損失的目的，對(duì)漁船的安全性具有實(shí)用價(jià)值[2]．

不斷發(fā)生的海難事件促使人們不斷發(fā)展船舶破艙穩(wěn)性的研究，在模型試驗(yàn)之外對(duì)于破艙進(jìn)水的研究方法可以分為兩種．準(zhǔn)靜態(tài)法：將整體分成破艙管涌、破損艙室內(nèi)的水運(yùn)動(dòng)以及波浪運(yùn)動(dòng)下的船舶運(yùn)動(dòng)[3-9]．在這些研究中，基于伯努利方程水動(dòng)力模型被用來(lái)確定通過(guò)開(kāi)口的流速．假定涌入艙內(nèi)的水是瞬間沉降到一個(gè)水位[3，5-7]，并作為塊狀物在特定路徑表面上自由移動(dòng)[8-9]，或者晃蕩并且遵循淺水方程[4]．勢(shì)流理論法：應(yīng)用切片理論[3，4，6]或面元法[5，7-9]計(jì)算船-波相互作用動(dòng)力學(xué)．計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，增強(qiáng)了數(shù)值模擬用于解決非線性問(wèn)題的能力．破艙進(jìn)水過(guò)程中水的涌入、沖擊、飛濺等都是典型的非線性狀況，通過(guò)數(shù)值模擬方法解決非線性問(wèn)題的應(yīng)用日趨成熟，對(duì)基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法的高保真度模擬的需求也在增加．

劉強(qiáng)等[10]基于Fluent軟件用Navier-Stokes(N-S)方程的CFD求解器對(duì)進(jìn)水以及二維艙室耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，從艙內(nèi)空氣對(duì)水進(jìn)入艙內(nèi)的影響分析，提出了減少外域計(jì)算量的方法，并探討了空氣壓縮性對(duì)于進(jìn)水過(guò)程的影響．盧俊尹[11]用模型試驗(yàn)法和一種雷諾平均的N-S(RANS)方程對(duì)船舶固定狀態(tài)下不考慮外流體域的破艙進(jìn)水問(wèn)題進(jìn)行了研究，兩者結(jié)果吻合較好．Manderbacka等[12]為了增強(qiáng)水流和晃動(dòng)的耦合效應(yīng)，對(duì)集總質(zhì)量模型進(jìn)行了改進(jìn)，使其能夠考慮入流沖量和流量對(duì)分隔室內(nèi)湍流的影響，并且具有計(jì)算效率高和實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)．Sadat-Hosseini等[13]使用CFD中的Ship-Iowa代碼(RANS方程求解器)，通過(guò)水平設(shè)置方案和動(dòng)態(tài)重疊網(wǎng)格技術(shù)，模擬了破浪船在橫波海況中的淹沒(méi)過(guò)程．Ming等[14]利用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SPH)研究相對(duì)于入射波的損壞位置對(duì)船艙行為的影響．Cao等[15]在2019年建立了一個(gè)基于條帶理論的振動(dòng)模型，用于計(jì)算不同損傷和荷載條件下受損艙室的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)．Gao等[16]在2020年基于RANS方程結(jié)合流體體積法(VOF)、滑動(dòng)界面和動(dòng)力數(shù)值模擬，并采用分層技術(shù)處理網(wǎng)格更新，對(duì)護(hù)衛(wèi)艦DTMB-5415在靜水、規(guī)則波中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度吻合．

CFD逐漸與實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)一起成為船舶穩(wěn)性研究中的重要手段，其動(dòng)網(wǎng)格和重疊網(wǎng)格技術(shù)在對(duì)于非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)烈的非線性動(dòng)力學(xué)的模擬中，有著很好的應(yīng)用．

本文對(duì)一條養(yǎng)殖看護(hù)船DLHT 892 L288先用COMPASS進(jìn)行穩(wěn)性計(jì)算，再選取一個(gè)艙室并用UG NX建模，在考慮內(nèi)外流體影響下，用建立的STAR-CCM+數(shù)值模擬方法計(jì)算船體和進(jìn)水之間橫搖的耦合運(yùn)動(dòng)，并對(duì)船模破艙進(jìn)水進(jìn)行時(shí)域模擬．通過(guò)對(duì)破損船和波浪的橫向耦合，盡可能還原作業(yè)環(huán)境下漁船的穩(wěn)性變化和壓力分布，對(duì)船舶破艙后扶正及減損提供參考．

1 數(shù)學(xué)模型

馬崢等[17]基于Fluent軟件分別用Standardk-ε、RNGk-ε、SSTk-ω、Realizablek-ω和Standardk-ω湍流模型在同一條件下對(duì)不同船舶進(jìn)行模擬并分析．對(duì)于方形系數(shù)較小、航速較高的船，Standardk-ε和SSTk-ω模型有相對(duì)較好的預(yù)測(cè)精度．SSTk-ω模型對(duì)方形系數(shù)較大、航速較低的船的總阻力也具有較高的預(yù)測(cè)精度．而RNGk-ε模型對(duì)剩余阻力具有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力．綜上所述，本文選取Standardk-ε模型．

1.1 湍流模型

1.1.1 不可壓縮黏性流體控制方程 本文以三維不可壓縮的黏性流體瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)方程為理論基礎(chǔ)，流體密度和黏性系數(shù)為常數(shù)．

質(zhì)量守恒方程(連續(xù)性方程)為

(1)

式中：u、v、w分別為速度矢量v在x、y、z軸上的分量．

動(dòng)量守恒方程(運(yùn)動(dòng)方程)為

(2)

式中：F為質(zhì)量力，p為壓強(qiáng)，μ為流體動(dòng)力黏度．

有限體積法是在控制體積內(nèi)對(duì)一般形式的控制微分方程的積分，即求解積分形式的守恒方程：

(3)

式中：φ為通用變量，V為控制體積，Γ為廣義擴(kuò)散系數(shù)，S為廣義源項(xiàng)．

1.1.2 湍流方程 湍流的物理模型基礎(chǔ)是三維非定常的，這使得模擬湍流的計(jì)算量非常大．前人為了在有限計(jì)算資源下模擬湍流，提出了大渦模擬(large eddy simulation，LES)和RANS兩種方法．RANS法適用于本文．

連續(xù)方程

(4a)

動(dòng)量方程

式中：u′i表示略去平均符號(hào)的雷諾平均速度分量，ρ為密度，u′j為脈動(dòng)速度，σij為應(yīng)力張量分量；i=1，2，3．

k-ε模型湍流控制方程如下：

湍流動(dòng)能方程

Gb-ρε-YM+Sk

(5a)

擴(kuò)散方程

式中：Gk為速度梯度產(chǎn)生的湍動(dòng)能項(xiàng)；Gb為浮力產(chǎn)生的湍動(dòng)能項(xiàng)；i，j=1，2，3分別表示x、y、z方向；YM為脈動(dòng)擴(kuò)張項(xiàng)，C1ε、C2ε、C3ε為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；σk、σε分別為與湍動(dòng)能k和耗散率相對(duì)應(yīng)的Prandtl數(shù)；Sk和Sε為用戶自定義的源項(xiàng)．

1.2 運(yùn)動(dòng)控制方程

船舶在海上運(yùn)動(dòng)時(shí)，把船體運(yùn)動(dòng)看成剛體運(yùn)動(dòng)，其平移運(yùn)動(dòng)通過(guò)高斯-賽德?tīng)?GS)描述的線性方程求解：

(6)

船舶的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受以下固定于質(zhì)心的相對(duì)坐標(biāo)系(BS)中的動(dòng)量方程控制：

(7)

式中：Jc是船舶相對(duì)于中心的慣性矩張量，并且相對(duì)于BS保持恒定；Ω是船的角速度矢量；M′c是相對(duì)于中心作用在船上力矩的合成矢量．

1.3 入射波的產(chǎn)生與消散

通過(guò)背景區(qū)域的邊界條件規(guī)定入射波方向，入射波由斯托克斯(Stokes)波理論確定．

水平速度方程

u=Aωcos(K·x-ωt)ekz

(8)

垂直速度方程

w=Aωsin(K·x-ωt)ekz

(9)

表面高度方程

η=Acos(K·x-ωt)

(10)

式中：A為波幅值，ω為波頻率，K為波矢量，k為波矢量的幅值，z為與平均水位的垂直距離．

為了減少波在反射邊界附近的振蕩，可以在選定邊界附近添加阻尼衰減．阻尼將垂直阻力引入垂直運(yùn)動(dòng)，以避免其在邊界反射．Choi等的方法[18]為垂直速度w方程添加了一個(gè)阻力項(xiàng)：

(11)

其中

(12)

式中：xsd為波阻尼(在x方向上傳播)的起點(diǎn)，xed為波阻尼的終點(diǎn)(邊界)，l為阻尼波長(zhǎng)度，f1、f2和nd為阻尼模型的參數(shù)．

2 模型建立與計(jì)算域選取

2.1 實(shí)驗(yàn)船和破損艙室建模

在本研究中，養(yǎng)殖看護(hù)船DLHT 892 L288的主要參數(shù)如表1所示．

表1 養(yǎng)殖看護(hù)船DLHT 892 L288的主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of breeding care boat DLHT 892 L288

依據(jù)型值表給出的船型參數(shù)，在建模軟件UG-NX中，以尾垂線與BL的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，船頭為x軸正方向，左舷為y軸正方向，鉛垂向上為z軸正方向建立基準(zhǔn)笛卡兒坐標(biāo)系．依據(jù)型線，采用1∶1進(jìn)行網(wǎng)格曲面的建立，各曲面之間采用G1連續(xù)相切，如圖1(a)所示；在同一個(gè)坐標(biāo)系中，選取該船的工具艙(艙容為28.00 m3)并對(duì)該艙室進(jìn)行建模，舷側(cè)板厚為0.01 m，如圖1(b)所示．

將模型導(dǎo)入STAR-CCM+中，并構(gòu)建該模型破損艙室頂部的通風(fēng)孔，其直徑為1.50 m，保證船艙進(jìn)水時(shí)，排除內(nèi)部氣壓對(duì)進(jìn)水的影響；其破損進(jìn)水口的直徑為0.30 m，如圖2所示．

圖2 受損船DLHT 892 L288的數(shù)值模擬模型Fig.2 Model of damaged boat DLHT 892 L288 in the numerical simulation

(a)船體

船艙的內(nèi)表面與船外表面均為混合壁面，其切向速度固定，剪應(yīng)力無(wú)滑移，壁面規(guī)格平滑．

為較好地捕捉進(jìn)水流量特征，進(jìn)水口的最小尺寸為0.005 m，最大尺寸為0.010 m，對(duì)艙內(nèi)區(qū)域的空氣和水體積采用各向異性加密的方法，其網(wǎng)格尺寸的z方向?yàn)?.050 m，x和y方向均為0.200 m．為合理表現(xiàn)出船外表面高曲率部分的曲面特征，表面曲率最大點(diǎn)數(shù)為200，其面網(wǎng)格最小尺寸為0.010 m，最大尺寸為0.400 m，劃分結(jié)果如圖3所示．

(a)局部加密

本文選取DLHT 892 L288的裝載情況為空載到港，部分裝載情況為No.1壓載艙100%．No.2壓載艙60%，船員100%，淡水10%，燃油10%，食品及備品10%．該裝載下排水量為109.4 t，平均型吃水1.575 m．

通過(guò)COMPASS計(jì)算該船空載返港狀況下船舶復(fù)原力臂曲線，如圖4所示，橫坐標(biāo)為橫傾角θ，縱坐標(biāo)為靜穩(wěn)性力臂Ls．

圖4 DLHT 892 L288空載返港狀態(tài)下的復(fù)原力臂曲線Fig.4 DLHT 892 L288 restoring force arm curve under no-load return to port state

2.2 外計(jì)算域

2.2.1 外計(jì)算域劃分 在本文中，監(jiān)測(cè)破損船分別在靜水、常規(guī)海況和危險(xiǎn)海況作業(yè)下的六自由度變化．為更好地響應(yīng)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，采用嵌套網(wǎng)格技術(shù)和VOF法用于破損船六自由度運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)格更新．

將整個(gè)區(qū)域分為6個(gè)計(jì)算域，如圖5所示．其中區(qū)域1為船舶運(yùn)動(dòng)的背景域；區(qū)域2為船舶運(yùn)動(dòng)的滑道域；區(qū)域3為嵌套網(wǎng)格域，其與船舶和艙室區(qū)域同步運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生相同的平移和旋轉(zhuǎn)；區(qū)域4為波浪域；區(qū)域5是船舶本體域；區(qū)域6為破損艙室域；破損船的外計(jì)算域尺寸見(jiàn)表2．

圖5 計(jì)算域劃分Fig.5 Partition of the computational domain

表2 計(jì)算域的大小Tab.2 Size of computational domain

2.2.2 外計(jì)算域網(wǎng)格 區(qū)域1的網(wǎng)格基礎(chǔ)尺寸為0.5 m，應(yīng)用尺寸為2 m，并設(shè)置為各向同性．為更好地響應(yīng)破損船運(yùn)動(dòng)，添加嵌套網(wǎng)格為區(qū)域3，基礎(chǔ)尺寸為0.5 m，其面網(wǎng)格最小尺寸為0.05 m，最大尺寸為2 m，并設(shè)置為各向同性．在嵌套網(wǎng)格和背景網(wǎng)格之間添加一個(gè)區(qū)域2為滑道域，其尺寸為0.25 m，作為區(qū)域1和區(qū)域3的過(guò)渡層，使網(wǎng)格變化遞進(jìn)協(xié)調(diào)．

在網(wǎng)格控制中，體積增長(zhǎng)率設(shè)為非常慢，面網(wǎng)格增長(zhǎng)率為1.1，表面曲率為72，最小接近修復(fù)值為0.01．經(jīng)以上設(shè)置，取該網(wǎng)格設(shè)置方案y向截面，如圖6所示，各區(qū)域網(wǎng)格過(guò)渡較好．

經(jīng)網(wǎng)格檢測(cè)，在面網(wǎng)格中，高質(zhì)量面網(wǎng)格數(shù)量為8 329 281，占比為100%；體網(wǎng)格中，較好質(zhì)量體網(wǎng)格數(shù)量為18 464，占比為0.222%，高質(zhì)量體網(wǎng)格數(shù)量為8 310 818，占比為99.778%．

2.2.3 波浪區(qū)網(wǎng)格 該船現(xiàn)作業(yè)區(qū)域?yàn)椴澈７秶?，結(jié)合渤海海域波浪特征[19]，采用以下3種不同的波浪形態(tài)：Wave 1(靜水)、Wave 2(常規(guī))、Wave 3(惡劣)，分別對(duì)破損失速養(yǎng)殖看護(hù)船DLHT 892 L288進(jìn)行穩(wěn)性分析，其波浪參數(shù)見(jiàn)表3．

表3 數(shù)值模擬中入射波的參數(shù)Tab.3 Parameters of incident waves in the numerical simulation

為保證所加載波浪的準(zhǔn)確性，采用二維潰壩方式對(duì)Wave 2和Wave 3進(jìn)行了無(wú)風(fēng)條件下波浪形態(tài)檢驗(yàn)，網(wǎng)格尺寸的長(zhǎng)度分別為對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/80，高度為對(duì)應(yīng)波高的1/20；時(shí)間步Ts為0.01 s(時(shí)間步≤P/2.4n，其中P為波周期，n為用于劃分波長(zhǎng)的段數(shù)，為方便與破損船的同步流固耦合運(yùn)動(dòng)，取0.01 s)．

所加載的波浪運(yùn)動(dòng)的殘差圖如圖7所示，其殘差值ξ不大，趨于穩(wěn)定，有較好的收斂性，該波浪網(wǎng)格方案合理可用．

(a)Wave 2

模擬波所呈現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)分別如圖8和9所示，其模擬波浪的形態(tài)與阻尼消波情況較好．

圖8 阻尼條件下模擬Wave 2的波浪形態(tài)Fig.8 Wave shape of simulated Wave 2 under damping condition

圖9 阻尼條件下模擬Wave 3的波浪形態(tài)Fig.9 Wave shape of simulated Wave 3 under damping condition

3 模擬結(jié)果與討論

3.1 靜水狀態(tài)下破艙失速狀態(tài)

Wave 1海況下的下模擬網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)殘差分析如圖10所示．其殘差值較小，趨勢(shì)具有較好的穩(wěn)定性，該網(wǎng)格劃分具有較好的合理性并滿足計(jì)算需要．

圖10 Wave 1條件下的殘差圖Fig.10 Residual plot under Wave 1 condition

在Wave 1條件下，外域湍流由破口涌入破損艙室，在考慮進(jìn)艙水晃蕩影響下，其進(jìn)水過(guò)程如圖11所示．

(a)t=0.01 s

Wave 1條件下，破口側(cè)的舷側(cè)壓力分布如圖12所示．

(a)t=0.01 s

Wave 1條件下，相對(duì)于初始狀態(tài)，受損船DLHT 892 L288的六自由度隨時(shí)間變化如圖13所示．

(a)橫搖

Wave 1條件下的破口流量如圖14所示．

圖14 Wave 1條件下破口質(zhì)量流量隨時(shí)間變化Fig.14 The mass flow rate changes of the break under Wave 1 condition with time

在Wave 1條件下，在進(jìn)水階段的0.56 s時(shí)，從破口涌入的水噴射到艙壁，對(duì)艙壁產(chǎn)生沖擊并開(kāi)始形成新的自由液面，水流沖擊和新的湍流運(yùn)動(dòng)使靜止破損船產(chǎn)生橫搖并在10.50 s達(dá)到最大，隨后開(kāi)始衰減．破口進(jìn)水在0.81 s趨于穩(wěn)定，艙內(nèi)進(jìn)水形成渦流，初期湍流的涌入對(duì)船舶的六自由度影響也趨于穩(wěn)定，隨后產(chǎn)生規(guī)律穩(wěn)定的響應(yīng)．破口舷側(cè)的壓力分布穩(wěn)定．船尾為壓強(qiáng)變化最大區(qū)域，在圖12中，從初始的18 459 Pa在20 s內(nèi)變化到19 357 Pa，變化幅度很小，對(duì)船體影響不大．破損船DLHT 892 L288在靜水條件下的六自由度變化很小，橫搖響應(yīng)周期較長(zhǎng)，舷側(cè)壓力沒(méi)有較大變化，此狀態(tài)下的船舶穩(wěn)性較好．

3.2 Wave 2波浪狀態(tài)下的破艙失速狀態(tài)

Wave 2海況下的下模擬網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)殘差分析如圖15所示．其殘差值較小，趨勢(shì)具有較好的穩(wěn)定性，該網(wǎng)格劃分具有較好的合理性并滿足計(jì)算需要．

圖15 Wave 2條件下的殘差圖Fig.15 Residual plot under Wave 2 condition

假定船初始位于Wave 2的波峰處，此時(shí)橫波在船處浪位最高，其船隨波浪產(chǎn)生的剛體運(yùn)動(dòng)變化如圖16所示．Wave 2波浪載況下破口側(cè)舷側(cè)壓力分布如圖17所示．Wave 2工況下，破口涌入的海水響應(yīng)比Wave 1條件下要強(qiáng)很多，故在此捕捉進(jìn)水的瞬時(shí)狀態(tài)，在考慮進(jìn)艙水的晃蕩影響下，進(jìn)水過(guò)程的瞬時(shí)變化如圖18所示．

(a)t=0.50 s

(a)t=0.50 s

(a)t=0.01 s

Wave 2條件下，相對(duì)于初始狀態(tài)，受損船DLHT 892 L288的六自由度隨時(shí)間變化如圖19所示．

Wave 2條件下的破口質(zhì)量流量如圖20所示．

圖20 Wave 2條件下破口質(zhì)量流量隨時(shí)間變化Fig.20 The mass flow rate changes of the break under Wave 2 condition with time

在Wave 2條件下，破艙管涌形成蘑菇狀射流沖擊艙壁，結(jié)合波浪作用，其艏搖在1.30 s達(dá)到6.8°，橫搖在第一周期達(dá)到7.0°，并在持續(xù)沖擊狀態(tài)中于8.00 s前后達(dá)到15.0°的傾斜位置，隨后逐漸收斂．縱蕩以及橫蕩在波浪與破損船的耦合作用下產(chǎn)生了較大的變化．其壓力最大處位于龍骨，隨縱搖前后移動(dòng)，最大壓強(qiáng)變化區(qū)間為22 158～15 979 Pa，如圖17所示，變化幅度相對(duì)平緩，無(wú)中拱中垂現(xiàn)象．此條件下破艙后的六自由度變化雖然較大，但船舶無(wú)傾覆趨勢(shì)，最大橫搖為最大橫傾角一半，穩(wěn)性較好，比較安全．

(a)橫搖

3.3 Wave 3波浪狀態(tài)下的破艙失速狀態(tài)

Wave 3海況下的下模擬網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)殘差分析如圖21所示．其殘差值較小，趨勢(shì)具有較好的穩(wěn)定性，該網(wǎng)格劃分具有較好的合理性并滿足計(jì)算需要．

圖21 Wave 3條件下的殘差圖Fig.21 Residual plot under Wave 3 condition

假定船初始位于Wave 3的波峰處，此時(shí)橫波在船處浪位最高，其船隨波浪剛體運(yùn)動(dòng)變化如圖22所示．

Wave 3波浪載況下破口側(cè)舷側(cè)壓力分布如圖23所示．

在Wave 3海況下，破口涌入的海水響應(yīng)比Wave 2海況下的要?jiǎng)×液芏啵什蹲狡涠虝r(shí)間內(nèi)進(jìn)水的瞬時(shí)狀況，在考慮進(jìn)艙水的晃蕩影響下，進(jìn)水過(guò)程的瞬時(shí)變化如圖24所示．

(a)t=0.20 s

(a)t=0.20 s

(a)t=0.01 s

Wave 3條件下，相對(duì)于初始狀態(tài)，受損船DLHT 892 L288的六自由度隨時(shí)間變化如圖25所示．

Wave 3條件下的破口質(zhì)量流量如圖26所示．

(a)橫搖

圖26 Wave 3條件下破口質(zhì)量流量隨時(shí)間變化Fig.26 The mass flow rate changes of the break under Wave 3 condition with time

在Wave 3條件下，破口處初始質(zhì)量流量高達(dá)42 000 kg/s，破艙管涌對(duì)艙壁產(chǎn)生劇烈沖擊，新自由液面的晃蕩再結(jié)合外域波浪的推動(dòng)，使其橫搖在1.10 s達(dá)到75°，縱搖在3.10 s達(dá)到12°，并且產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的甲板上浪情況．雖然產(chǎn)生了巨大的橫傾后趨于收斂，這得益于艏搖的快速轉(zhuǎn)變，使得破損船舷側(cè)受波浪沖擊的相對(duì)面積大幅度減小，但如此夸張的橫傾角已經(jīng)遠(yuǎn)超該船的最大橫傾角，依賴波浪作用才不至傾覆．由于出現(xiàn)的艏搖運(yùn)動(dòng)使該船從遭受橫浪影響轉(zhuǎn)為遭受縱浪影響，且在圖23(b)中，龍骨中段最大壓強(qiáng)為40 180.0 Pa，兩端最小處為8 042.7 Pa，容易造成中拱現(xiàn)象．運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，龍骨處最大壓強(qiáng)變化區(qū)間為40 180.0～20 810.0 Pa，該變化劇烈且強(qiáng)度大，容易給船體結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定損傷．此條件下破艙后的六自由度變化劇烈，并且伴隨較大的甲板上浪和中拱現(xiàn)象，雖然不至于傾覆，但是極度危險(xiǎn)．

4 結(jié) 語(yǔ)

沿海漁船作為高發(fā)事故群體，其破艙后失穩(wěn)容易造成船體以外的各項(xiàng)損失．通過(guò)對(duì)比該船在Wave 1、Wave 2、Wave 3條件下的六自由度變化，可以發(fā)現(xiàn)在進(jìn)水階段的過(guò)渡相中，破損船會(huì)向破口側(cè)傾斜，破艙管涌沖擊艙壁使船反向側(cè)傾，憑借復(fù)原力矩產(chǎn)生橫搖運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)劇烈程度與破艙管涌的強(qiáng)弱相關(guān)．在初始進(jìn)水流量中Wave 1、Wave 2、Wave 3流量比約為1∶20∶40，結(jié)合風(fēng)浪荷載產(chǎn)生的最大橫搖比約為1∶10∶30，后者甚至達(dá)到了夸張的75°，按國(guó)際拖船大會(huì)的建議[20]，該船已經(jīng)屬于傾覆狀態(tài)．幸運(yùn)的是該破損艙室位于船頭，通過(guò)觀察舷側(cè)壓強(qiáng)分布變化，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的艏搖運(yùn)動(dòng)在波浪的推動(dòng)下使船頭朝向改變?yōu)轱L(fēng)浪前進(jìn)方向，進(jìn)而較大地減少了橫搖運(yùn)動(dòng)的幅度．

綜上所述，沿海漁船的靜穩(wěn)性對(duì)于作業(yè)時(shí)破艙進(jìn)水后物理行為的參考意義不大．考慮船上人員對(duì)于進(jìn)水的第一階段難以及時(shí)反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)船艙破損時(shí)，進(jìn)水階段往往處于漸進(jìn)相，此時(shí)可通過(guò)調(diào)轉(zhuǎn)船頭方向，使船盡可能處于縱波狀態(tài)，以減小風(fēng)浪和破艙管涌帶來(lái)的影響．

對(duì)于漁船艙室，盡量設(shè)置在漁船中橫剖線兩側(cè)，當(dāng)發(fā)生破艙時(shí)，借助破艙進(jìn)水的湍流沖擊和波浪耦合作用，推動(dòng)破損船盡快從橫波狀態(tài)變?yōu)榭v波狀態(tài)，以減小橫搖幅度，減少損失．