中國(guó)船級(jí)社 張煒君

船舶傾斜試驗(yàn)的規(guī)范性關(guān)系到船舶空船重量和重心位置的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步影響船舶穩(wěn)性計(jì)算結(jié)論的準(zhǔn)確性，直接關(guān)乎船舶安全。雖然傾斜試驗(yàn)的靜力學(xué)原理很簡(jiǎn)單，但實(shí)際進(jìn)行傾斜試驗(yàn)時(shí)有很多需要注意的地方。筆者在建造檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)部分船廠對(duì)傾斜試驗(yàn)依然存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)，現(xiàn)結(jié)合實(shí)例對(duì)幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行探討，供業(yè)界參考。

不足重量的影響

在審批某鋁合金高速客船傾斜試驗(yàn)大綱時(shí)發(fā)現(xiàn)不足重量超出了空船排水量的1%，船廠為了滿足《CB/T3035-2005船舶傾斜試驗(yàn)》的要求，使用壓鐵來(lái)替代不足重量，筆者認(rèn)為這種做法不可取。

理論上，只要能準(zhǔn)確知道不足重量的重量和重心位置，不足重量可以不受限制?！禖B/T3035-2005船舶傾斜試驗(yàn)》之所以限制不足重量和多余重量不得超過(guò)空船排水量的1%，主要是因?yàn)檩^難獲得不足重量和多余重量的準(zhǔn)確重量和重心位置，尤其是重心位置。使用壓鐵來(lái)替代不足重量，雖然解決了重量不足的問(wèn)題，但因壓鐵和實(shí)際不足重量在位置、高度和分布上往往存在較大差異，難以修正對(duì)重心位置的影響，甚至?xí)尶沾匦母硬粶?zhǔn)確?？紤]到該標(biāo)準(zhǔn)不是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于部分排水量小的鋁合金船，實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度安排導(dǎo)致難以完全滿足傾斜試驗(yàn)條件時(shí)，一個(gè)合理可行的方法是，從安全角度出發(fā)，考慮適當(dāng)估高不足重量的重心，這樣得到的空船重心是偏高的，完工穩(wěn)性計(jì)算得到的穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)是偏低的，增加了安全裕度。當(dāng)然最佳的做法應(yīng)該是等完全具備條件后再進(jìn)行傾斜試驗(yàn)。

移動(dòng)力矩大小的影響

《CB/T3035-2005船舶傾斜試驗(yàn)》要求試驗(yàn)時(shí)所用的移動(dòng)重量應(yīng)至少使船舶每舷產(chǎn)生2至4度的橫傾角，若受船型限制達(dá)到該要求有困難時(shí)，每舷最小橫傾角應(yīng)不小于1度。某船廠由于條件限制橫傾角只能達(dá)到0.95度，與筆者溝通是否可以進(jìn)行傾斜試驗(yàn)。理論上，橫傾角越小，橫傾角的值與橫傾角的正切值越接近，計(jì)算得到的初穩(wěn)性高GM值越準(zhǔn)確。但實(shí)際操作中，過(guò)小的橫傾角會(huì)導(dǎo)致擺幅過(guò)小而增加讀數(shù)誤差。實(shí)際操作中能保證擺錘擺幅足夠大，船舶浮態(tài)足夠穩(wěn)定，讀數(shù)誤差就會(huì)大幅降低，0.95度的橫傾角是可以接受的。筆者要求船廠增加擺線長(zhǎng)度以加大擺幅，避免擺幅太小而影響讀數(shù)，并要求更嚴(yán)格的天氣和水文條件，在能保證船舶浮態(tài)穩(wěn)定的情況下進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，進(jìn)一步減少讀數(shù)誤差。

掛擺位置的影響

審批某鋁合金船傾斜試驗(yàn)大綱時(shí)發(fā)現(xiàn)，船艏的掛擺很靠近艏柱，而船艉的掛擺則相對(duì)靠近船中，筆者認(rèn)為該設(shè)置不是很合理?！禖B/T3035-2005船舶傾斜試驗(yàn)》要求至少設(shè)置兩個(gè)相互遠(yuǎn)離的掛擺，其用意是抵消船體扭轉(zhuǎn)變形對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。傾斜試驗(yàn)中，復(fù)原力矩的作用點(diǎn)和移動(dòng)重物產(chǎn)生的橫向力矩的作用點(diǎn)通常不在同一剖面上，船舶會(huì)產(chǎn)生以船長(zhǎng)方向?yàn)檩S的扭轉(zhuǎn)變形。因此，在移動(dòng)船艏重量時(shí)，船艏的掛擺讀數(shù)會(huì)偏大，移動(dòng)船艉重量時(shí)船艉掛擺讀數(shù)也會(huì)偏大，鋁合金船船體剛性較弱，扭轉(zhuǎn)變形比鋼船更大。在計(jì)算中，橫傾角的取值為兩個(gè)相互遠(yuǎn)離的掛擺得到的橫傾角的平均值，這在一定程度上能互相抵消誤差。

且該鋁合金船首部型線較尾部型線明顯更纖細(xì)，船艏的扭轉(zhuǎn)變形會(huì)更大。因此合理的設(shè)置應(yīng)該是船艉掛擺盡量靠近船艉，船艏掛擺布置在船艏的適當(dāng)位置。

誤差分析方法的改進(jìn)

《CB/T3035-2005船舶傾斜試驗(yàn)》對(duì)數(shù)據(jù)誤差范圍有明確的量化要求，偏離擬合直線4%就要分析原因，部分或全部重做試驗(yàn)，但并未具體描述如何計(jì)算這個(gè)4%。中國(guó)船舶檢驗(yàn)局1996年出版的《船舶傾斜試驗(yàn)和靜水橫搖試驗(yàn)實(shí)施指南》3.3.6則表述得非常清楚：δm/m≤4%，δm為偏離點(diǎn)的實(shí)際力矩與其在擬合直線上對(duì)應(yīng)的力矩的差值，m為擬合直線上對(duì)應(yīng)的力矩?？紤]到每組讀數(shù)的擺長(zhǎng)是固定的，擺幅值a與移動(dòng)力矩m為線性關(guān)系，相應(yīng)地，數(shù)據(jù)滿足δa/a≤4%也可以接受。實(shí)際工作中，可以利用EXCEL得到擬合直線的函數(shù)表達(dá)式后代入各組讀數(shù)得到擬合直線上的m值或a值，迅速判斷每組讀數(shù)是否滿足δm/m≤4%或δa/a≤4%的要求。

我們還可以從另一個(gè)角度考慮這個(gè)問(wèn)題，得到一個(gè)更簡(jiǎn)單的誤差分析方法。根據(jù)船舶靜力學(xué)原理，在小橫傾角范圍內(nèi)，單位力矩產(chǎn)生的船舶橫傾角是一樣的，同一組讀數(shù)擺長(zhǎng)是一樣的，理論上單位力矩產(chǎn)生的擺幅是一樣的。根據(jù)該原理，可以從第三次讀數(shù)開(kāi)始，使用下列公式進(jìn)行簡(jiǎn)易誤差分析：

(si-smi)/smi≤4%

si—第i次移動(dòng)壓塊單位力矩?cái)[幅值；

smi—前i次移動(dòng)壓塊單位力矩?cái)[幅值的平均值。

部分船廠和設(shè)計(jì)院作完擬合直線看到散點(diǎn)未過(guò)分遠(yuǎn)離擬合直線，在未進(jìn)行數(shù)據(jù)誤差的量化分析的基礎(chǔ)上，就主觀判斷數(shù)據(jù)合格。實(shí)際上，4%的誤差范圍對(duì)小型船舶來(lái)說(shuō)是非常嚴(yán)格的，筆者遇到過(guò)這樣的情況，船廠和設(shè)計(jì)院在現(xiàn)場(chǎng)作擬合直線后，認(rèn)為數(shù)據(jù)沒(méi)問(wèn)題，并未進(jìn)行量化分析就結(jié)束了傾斜試驗(yàn)。筆者審核試驗(yàn)報(bào)告時(shí)用EXCEL對(duì)數(shù)據(jù)作線性回歸后發(fā)現(xiàn)部分讀數(shù)超出了4%的誤差范圍，導(dǎo)致重做試驗(yàn)。

結(jié)論

本文結(jié)合傾斜試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)分析總結(jié)，得出以下結(jié)論：

1、用壓鐵替代不足重量的方案在傾斜試驗(yàn)中需要慎重對(duì)待，處理不當(dāng)可能會(huì)增加傾斜試驗(yàn)的數(shù)據(jù)誤差。

2、如能通過(guò)增加擺錘擺幅和穩(wěn)定船舶浮態(tài)使讀數(shù)誤差控制得當(dāng)，移動(dòng)力矩產(chǎn)生的橫傾角略小于1度不會(huì)降低試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。

3、傾斜試驗(yàn)應(yīng)至少設(shè)置兩個(gè)相互遠(yuǎn)離的掛擺，尤其對(duì)鋁合金船，掛擺位置應(yīng)根據(jù)船舶型線合理布置。

4、傾斜試驗(yàn)數(shù)據(jù)必須進(jìn)行量化的誤差分析，確認(rèn)每組數(shù)據(jù)遠(yuǎn)離擬合直線，都不超4%后才能判定傾斜試驗(yàn)合格。