散货平舱对自卸砂船稳性的影响

(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050)

近年来，内河自卸砂船由于装卸效率高、对码头岸线适应性强、经济效益好而受到广大船主的欢迎，争相购买、改建、新建了一大批此类船舶。但由于此类船舶的货舱形状比较特殊，导致货物重心高度大大超过型深，典型的“头重脚轻”。同时散装货物自然堆积会形成楔形尖角，在船舶航行时因横摇会产生货物滑移，增加了散货滑移附加倾侧力矩，对船舶稳性带来很大不利影响。本文以实船为例，通过平舱对比前后货物重心高度的变化、散货滑移附加倾侧力矩变化，得出平舱对稳性的有利影响程度。

1 装载情况分析

根据自卸砂船货舱的形状，散货的实际装载状况分解为三部分，一是货舱底部的拟柱体部分，二是梯形部分，三是自然堆积部分。见图1及图2。

图1 装载实际形状

图2 装置情况示意图

可见，货物形心位置很高，甚至远远超过型深。根据《内河船舶法定检验技术规则》第五篇第八章第三节8.3.3.4之规定，应假定货物自然底锥角为37°，货舱首尾及左右均应形成37°的自然堆积角度，形成图2所示自然堆积部分。

2 散货滑移附加倾侧力矩

2.1 自然堆积部分体积及重量

如图3，L为自然堆积起点处的长度，B为自然堆积起点处的宽度。

图3 自然堆积示意图

平舱前自然堆积部分起点至斗门高度h，取距离自然堆积起点高度为h3的一个面，得到一个矩形，设长l3，宽b3。

矩形面积

自然堆积部分体积

自然堆积部分形心高度

自然堆积部分形心距斗门高度

H3=Hx3+h

自然堆积部分重量Dw=V3×K，式中K为货物密度。

2.2 散货附加倾侧力矩

根据《内河船舶法定检验技术规则》2011及2015修改通过要求，散货滑移附加倾侧力臂lsd根据按下式计算：

0.11a2Dc-0.025

3 平舱导致重心高度变化

货舱顶缘补加高度hw的围板，确保平舱不至于货物外泄。平舱后货物堆装情况如图4：

平舱首先填满货斗斜板部分，此部分横截面形状为梯形，其次填充货斗顶缘至增加围板部分，此部分横截面形状为矩形。货物体积及重量保持不变，自然堆积部分的形状由楔形改变为梯形截面与长方形截面的叠加。

设货斗下口(斗门)长度为L下口，宽度为B下口，货斗前端板倾斜角度为β，货斗后端板倾斜角度为γ，货斗倾斜角度为α，货斗总高度(斗门至货斗斜板顶缘)为H，斗门距基线高度为Hdm，平舱前自然堆积部分起点距斗门高度为h。

3.1 首先被填充部分

体积

形心距斗门高度

3.2 其次被填充部分

根据平舱前后体积(重量)不变，得出其次被填充部分体积Vt2=V3-Vt1。

此部分长度Lt2=L上口(L上口为货斗顶缘长度)，此部分宽度bt2=B上口(B上口为货斗顶缘宽度)。

3.3 形心(重心)高度变化

4 平舱导致侧面受风面积变化

平舱自然堆积部分高度降低，必然会导致侧面受风面积减少。

4.1 平舱前楔形部分侧面受风面积

根据自卸砂船装载货物的实际情况，货物堆积部分侧投影的形状如图5，只需要计算堆积部分超过货斗顶缘部分侧投影面积。

图5 自然堆积部分侧受风面积示意图

4.2 平舱后货物超过货斗顶缘侧面受风面积

平舱后货物超过货斗顶缘侧面受风面积是其次被填充部分的侧投影面积，At=lt2×Ht2。形心距基线高度Zt2=Ht2+Hdm。

5 平舱对稳性的影响

5.1 平舱前后各项指标变化情况

以58.8m自卸砂船为例，比较平舱前后各指标的变化，确定平舱对稳性的影响。

船舶主要尺度：Loa=58.80m，Lpp=56.13m，B=10.60m，D=2.60m，T=2.00m，航区B级，设计载货量W=720.0t，货物密度ρ=1.5t/m3。

货舱主要要素：L上口=38.60m，B上口=7.80m，货斗总高度H=3.42m，斗门距基线Hdm=1.00m，斗门宽B上口=0.50m，斗门间距Δ斗门=2.00m，斗门数n=18个，货斗倾斜角度α=42°，货斗首端倾斜角度β=61°，货斗尾端倾斜角度γ=57°。

计算指标状态散货滑移重量货物重心高度货物超过围板侧受风面积平舱前338.62t3.493m33.99m2平舱后03.314m0平舱后变化量-338.62t-0.179m-33.46m2

5.2 平舱前后稳性衡准指标变化情况

衡准指标状态初稳性衡准数稳性面积衡准数风压稳性衡准数回航稳性衡准数满载出港湿重到港满载出港湿重到港满载出港湿重到港满载出港湿重到港平舱前15.22014.5061.3031.11011.42410.2639.1918.348平舱后15.81215.1121.4331.22418.23716.3889.8668.981变化量0.5920.6060.1300.1146.8136.1250.6750.633变化率3.89%4.18%9.98%10.27%59.64%59.68%7.34%7.58%

可见，平舱后船舶稳性各项指标均有明显好转，尤其对稳性面积衡准数和风压稳性衡准数的好转有重要影响。在众多稳性衡准指标中，稳性面积衡准数最为敏感，通过平舱可以使本指标有10%左右的提升，足以证明平舱对稳性的重大影响。

6 结 论

通过平舱可以有效降低散货滑移附加倾侧力矩、货物重心高度和侧面受风面积，有利于改善船舶稳性，提高船舶的安全性。同时，在同样满足稳性要求的前提下，可以有效增加船舶的载货量，提高船舶经济效益。