黑龙江省佳木斯航道局
摘要：为了保证船舶可以实现安全运行，需要对船舶的载重线进行明确，而船舶的载重线会受到船舶的船舷的影响，具有不同类型的船舷的船体的载重线的设置程度也不同，在对最小干舷进行研究与设置的时候，需要对几种基本要求进行明确，包括浮力数值、对乘客与船员进行保护，对甲板上浪这种情况进行控制，在开展甲板控制之前，首先需要对影响上浪情况的因素进行控制，本文借助在内河进行使用的双尾船作为分析案例，对其耐波浪的性能及悉尼歌厅分析，并对甲板位置的上浪次数进行统计，以便对影响上浪情况的因素进行了解。
关键词：内河双尾船；干舷；相对运动；甲板上浪概率
我国给船舶的运行状态提出了规定，尤其对于船舶的最小干舷做出了规定，这种规定既符合我国当前常规船舶的主体特点，同时也符合我国内河区水域的基本特点，如果船舶中的船员想要保证船体在内河领域之中安全运行，同时还能将优秀的装载能力展现出来，就必须要对甲板在航行之中受到的影响进行明确，一般影响甲板上浪情况的主要把包括素包括船型的基本特征、主体尺度、甲板开口处的密性程度以及舷弧高度数值等。本文将内河中常见的双尾船作为计算案例，对其甲板上浪的次数以及基本概率进行分析。为船舶安全运行的条件进行分析。
1 计算原理以及计算方法分析
甲板上浪问题是以船首和波面垂向相对运动为基础，所以研究工作的第一步是船舶在不规则波中航行时五个自由度运动预报，其中相对运动预报是重要内容之一。如果把相对运动位移Zr（t）看成是一个随机过程, 那么甲板上浪问题就是一个随机过程过阈特性的统计问题，这个阈值就是干舷高。本文基于三维线性势流理论得到船舶相对运动，进而预报与上浪有关的各种统计特性。
1.1 相对运动预报
基于三维线性势流理论，以船舶首垂线吃水为波高监测点，监测其相对波面的位移，计算其在规则波中时间历程，通过傅利叶变化，得到相对运动的位移幅频响应函数：
2 计算方案设定
上浪严重程度取决于多项因素，这些因素包括水文条件、 浪向角、船型、干舷高等，本文的重点在于考察这些因素各自对甲板上浪的影响。以一艘船长80 m的内河双尾球首散货船为母型船，通过NAPA软件的transformation功能进行系列船型线设计。为了考察方形系数Cb对甲板上浪特性的影响，设计Cb为0.6、0.7、0.8、0.9四种情况；水文情况按照规范的要求，取为A级航区有义波高Hs为2.0 m，平均跨零周期To为3、4、5 s；干舷F取为0.2 D、0.15 D、0.10 D。需要说明的是，由于船型较多，选定一个标准船型为L/D=20、B/D=4、Cb=0.8、干舷F=0.15D、重心垂向位置Zg为1.00 D、傅氏数Fn为0.15的情况，在考虑某项影响因素时，只变化该因素的值，其他的量参考标准船型。
基于三维线性势流理论计算船首和波面垂向相对运动，需要将船舶的型值数据编辑为标准格式，得到程序可识别的型线，然后给定船舶在特定装载状况下的重量分布、横摇惯性半径、阻尼等参数，在一定的航速和水深下，在规则波中对船舶的相对运动响应进行水动力分析。
3 计算结果分析
3.1 主尺度影响
对L/D=15、20、25和B/D=3、4的六组船型在同一干舷下进行计算和统计分析。对于同一B/D的船型，随着L/D的增加，船舶首柱处相对运动幅值响应变缓，且发生最大值的波浪频率增加。
由于有义波高取值为2 m，而干舷值仅有0.6 m，在Hs=2 m、T=5 s的组合条件下，上浪概率比较高，均超过了80%，每小时的上浪次数也比较大，达到了几百次的量级。同时，超过干舷的概率随着L/D的增加而增加，对同一L/D的船型，B/D=4的结果小于B/D=3的结果。相对运动的幅频响应规律与同一L/D下的统计量相反，这说明L/D的影响大于B/D的影响。
3.2 干舷影响
对L/D=20、B/D= 4船型在0.1D、0.15D、0.2D三种干舷情况下，随着干舷的增加，船舶的相对运动幅频响应减弱，这表明干舷越大；船舶的相对运动越平缓，反之越剧烈。此外，干舷增加对船舶甲板上浪的影响较大，当干舷达到0.2D即800 mm的时候，上浪概率减小较为显著。
3.3 方形系数影响
对L/D=20、B/D= 4船型在方形系数Cb为0.6、0.7、0.8、0.9四种情况下，随着方形系数的增加，运动响应幅频响应呈递减趋势，对应的上浪概率也呈递减趋势。这表明船越瘦削，耐波性运动越剧烈，这也与4.1节尺度比的计算结论在本质上是一致的。
3.4 重心垂向位置影响
对L/D=20、B/D= 4船型在重心垂向位置Zg为0.85D、1D、1.15D三个重心位置的比较分析表明，重心位置越低，船舶的相对运动幅频响应越小。但由于响应差异不是很大，故甲板上浪概率差别不大，
3.5 环境条件影响
对L/D=20、B/D= 4的船型在波浪周期为3、4、5s时相关数值，甲板上浪概率受周期的影响较为敏感，5 s的周期对应0.87的概率，而3 s的周期仅对应0.27的概率。
如果船舶变得干舷不同，上浪的出现的概率也会随之改变，由于内河的客观波浪条件存在一定的特殊性，因此船舶管理人员需要对内河的各种客观运行条件进行研究。
4 结束语
本文选择的船体虽然属于常见的内河船舶，在基础线型的基础上，却可以将其转换为一系列类似的船型，在对各种会对甲板上浪情况产生影响的原因进行分析之后发现了一些对于船舶顺利航行较为有益的结论，可以对其他类型的船舶的甲板上水基本量计算提供依据，使内河范围内航行的传播可以保持更高的合理性。甲板上浪现象的发生概率与方形系数Cb存在关联，主要是一种反比关系，当Cb值增加的时候，上浪的发生的概率会降低。当L/D数值增加的时候，甲板处的上浪概率也会适时增加；但是当B/D数值增加的时候，甲板的上浪概率会有所减低，其中B/D对上浪情况的影响小于L/D产生的影响有一种影响因素对于上浪情况的影响比较小，是重心垂向位置。
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论文作者:王宴斌
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/23
标签：甲板论文; 船舶论文; 船型论文; 概率论文; 内河论文; 船体论文; 因素论文; 《防护工程》2017年第16期论文;