船舶稳性衡准研究的发展分析

从船舶相关理论的发展历程来看，稳性衡准一直是其中的重点问题。当前，国际海事组织（IMO）明确指出：当前在船舶稳性衡准研究中，无论是理论还有实践均存在缺陷，再加之在破浪上，破损稳性的计算条件十分复杂，这也为船舶相关理论的研究带来困难。总体而言，当前船舶稳定性的讨论主要是非线性的随机事件，所涉及的因素较多。因此在相关问题的分析中，主要通过建立数学模型试验，最终获得科学、真实的信息，而本文所分析的船舶稳性衡准，就是在以往研究经验上的产物。

1.船舶稳性衡准发展分析

1.1船舶稳性衡准发展分析

从船舶稳性衡准的发展历程来看，其主要发展历程如表1所示。

表1 船舶稳性衡准发展历程分析

序号 研究方向 研究内容

1 静水重力与浮力构成 当前对该问题的研究主要集中在修正与应用技术上，包括风浪中船舶复原力矩变化对船舶稳定性的影响上，但由于主要以静水为主，因此其中存在一定局限性

2 横摇运动 是在减摇表达式的基础上，综合分析波浪方向、航速等因素对船舶运动的影响，包括船舶运动统计方法、横摇运动统计分析等，属于一种较为常见的统计方法

3 船舶稳性衡准 建立船舶稳性衡准，确定最低安全值。其主要内容包括：（1）能以最初的稳定高度作为分析标准；（2）主要以静稳性曲线要素为标准；（3）能正确认识动稳性曲线对研究结果的影响

1.2当前研究重点

随着新理论不断被引入，当前在船舶稳性衡准研究中其研究重点主要体现在以下几方面：（1）在原有稳性理论的基础上，引入新的参数条件进行计算，但如果不考虑动态运动的特点，则分析的价值较低；（2）分析传播在波浪运动中的基本特点，期望通过给出回复力臂减额的计算模式，使稳性衡准规范化；（3）在原有船舶倾覆的基础上，进一步认识倾覆机理；（4）以实验还原传播倾覆过程，为后期研究提供理论支撑。

2.倾覆分析

在传播倾覆分析中，日本已取得显著成绩，并通过大量试验与实地勘察，有效阐述了船舶倾覆的相关内容，并从众多因素中发现导致船舶倾覆的主要危险因素，并对稳性衡准进行修订。当前，其对倾覆现象的解释主要集中在以下几点：

2.1尾斜浪倾覆

在开展尾斜浪倾覆研究中，多将试验地点设置在海湾、湖泊，并设置多方向波，叠加后形成短波峰。在20实际90年代，德国学者在汉堡郊外的湖泊中，进行了沿海机帆船与货船的倾覆试验，试验结果发现，导致船舶倾覆的主要是波浪涌上夹板，甲板上的波浪使船体发生横倾，又更大波浪来袭时，船体就可能出现倾覆现象。该研究理论已经得到美国学者的证实。

2.2随浪航行的倾覆

外国学者在随浪航行倾覆研究中，分別进行了渔船、给养船与拖船的实验。研究结果显示，上述三种船只在随浪航行直至倾覆，其波长的临界波高，波长大于船长、传播速度大于船行速度，成为船舶倾覆的主要原因。同时，当船舶在行驶中属于骑浪状态时，复原力矩丧失，也会导致倾覆现象出现。

2.3在横风、横浪中的倾覆

船舶在横风、横浪中的倾覆一直是日本研究的重点，并进行大量试验。例如，部分日本学者在有风造波水池中，通过二因次船舶在风与波的同时作用下进行了船舶模型试验，试验结果是以风速与波高的相关问题进行讨论。而其他国家在相关问题的研究中，主要开展了渔船、拖船的实验，其结论与日本学者研究结果相一致。

3.破仓稳性分析

破仓稳性分析的主要适用对象为海船。近几年，我国海船事业快速发展，而我国也根据航行需要，制定了一系列传播航行规范，也提出破舱稳性计算的相关内容，并收到良好效果。例如，王迎光]在破仓稳性分析中，在充分总结多数学者的研究经验，从时域仿真、迈尔尼科夫法等几方面入手，对其稳定性的具体含义进行分析，收到良好效果。在分析中，其通过建立船舶在不规则波中的相应特点，建立船舶运动微分方程，并按照下列方法展开计算：设一正常航速航行的船舶，其航行速度为U，而船舶的航行角度是随意的，则其基本关系式如图1所示。

图1平移与角位移符号法则

由图1可知，其在运动中产生6个自由度运动，分别代表了不同工况下船舶航行的环境，为未来相关资料分析奠定坚实基础。而从当前稳性计算的发展情况来看，三维分析已经逐步取代二维分析，并在船舶稳定性分析中发挥着越来越重要的作用。例如，IMO稳性部就某供应船的实际情况，分别按照二维、三维计算方法，确定了稳性极限重心高度的相关数据，结果发现，两者之间的数值差为0.55m，说明三维计算方法的精准度高于二维计算，这也是需要在破仓稳性分析中需要注意的问题。

结论

主要讨论了船舶稳性衡准研究的相关内容，从研究过程来看，今后在相关问题的讨论中，应该重视以下几方面问题的分析：（1）重视完整性分析，通过发展无约束的自航模式试验，充分认识到非线性因素对船舶运动状态的影响，加深对导致船舶倾覆原因的认识，坚持数据模拟计算分析；（2）正确认识到不同运算方法是运算结果的影响，通过大胆试用三维计算方法，进一步提高计算效果，为获得更加准确的研究结果奠定基础。

（作者单位：长江水利委员会水文局）

作者简介

曹静（1964.5—），女，汉族，湖北省武汉市，大学本科，工程师，单位：长江水利委员会水文局，主要研究方向：船舶工程。