基于MAXSURF软件的中型邮船大倾角稳性校核.pdf

第52 卷第1期2024年2 月文章编号：10 0 0-38 7 8(2 0 2 4)0 1-0 0 6 0-0 5基于MAXSURF软件的中型邮船大倾角稳性校核造船技术Zaochuan JishuDOl:10.12225/j.issn.1000-3878.2024.01.20240111Vol.52 No.1Feb.,2024邵朱芸，童曙康，柏逸超，吴子丞（上海海事大学海洋科学与工程学院，上海2 0 130 6)摘要：大倾角稳性对于中型邮船的航行安全至关重要。以52 0 0 0 t中型维京邮船为研究对象，论述中型邮船稳性理论。基于MAXSURF软件对该型船大倾角稳性进行校核，并分析波浪对该型船稳性的影响。结果表明，该型船稳性满足规范要求，可保证航行安全。研究结果可为后续中型邮船稳性的计算与分析提供一定的参考。关键词：中型邮船；大倾角；稳性校核；MAXSURF软件中图分类号：U671.5文献标志码：AStability Check of Large Inclination Angle of Medium Cruise ShipBased on MAXSURF SoftwareSHAO Zhuyun,TONG Shukang,BAI Yichao,WU Zicheng(College of Ocean Science and Engineering,Shanghai Maritime University,Shanghai 201306,China)Abstract:The stability of large inclination angle is very important for the navigation safety of mediumcruise ship.Taken 52 000 t medium Viking cruise ship as the research object,the stability theory of mediumcruise ship is discussed.Based on the MAXSURF software,the stability check of large inclination angle of theship is made,and the influence of waves on the stability of the ship is analyzed.The results show that thestability of the ship can meet the requirements of the specifications,and the navigation safety can be ensured.The research results can provide certain reference for the subsequent stability calculation and analysis of mediumcruise ship.Key words:medium cruise ship;large inclination angle;stability check;MAXSURF software根据国际船舶网相关报道，2 0 13年美国0 引言ReubenLasker号渔业调查船在威斯康星州码头采近年来，邮船业在旅游行业中出现较大增长，用滑道下水时船身侧向翻倒，船体受到严重损坏并2019年全球邮船乘客超过30 0 0 万人次。由于长期出现人员受伤。2 0 14年韩国世越号客船在航行中倾受到欧洲国家的技术封锁，因此我国在邮船的创新翻并沉没，沉船报告提及船体缺乏稳性是其沉没的设计与高端建造技术方面仍存在许多短板。根据国最大原因。2 0 16 年印度海军的贝特瓦号导弹护卫舰际船舶网相关报道，2 0 2 0 年12 月2 9日招商局集团在孟买港驶出船坞时倾覆。船舶航行安全问题牵涉自主研发的52 0 0 0 t中型邮船设计方案通过英国劳浮性和稳性等多重动态，并与船舶静力学、船舶建氏船级社的原则性认可，为后续中型邮船研究和交造和船舶原理等学科息息相关。付奠定坚实的基础，体现邮船总体设计具有一定的黄武刚根据时域模拟得到船舶参数共振和纯自我设计能力，为我国实现国产化的高端邮船迈出稳性的丧失原理。陈明敏等 2 采用MAXSURF软重要的一步。件分析船舶大倾角稳性，并采用油船实例分析比较作者简介：邵朱芸（1998 一），女，硕士研究生，研究方向为船舶与海洋工程设计制造邵朱芸，等：基于MAXSURF软件的中型邮船大倾角稳性校核软件与实际之间的计算误差值，有力证明将MAXSURF软件用于计算船舶大倾角稳性具有由实际数据支撑的可行性。张棘 3 通过对实船初稳心进行计算，提出甲板上浪水静态化处理模型和按装货计算其对船舶稳性影响的方法。王永功等 4 分析对比采用谱分析和时域分析两种方法的风浪联合作用下的波浪稳性，进行两种方法预报结果对比。张志敏等 5 针对大型船舶的稳性校核和控制问题，分别从风浪环境作用力、船舶运动模型和船体稳性恢复力矩建模方面进行研究。以52 0 0 0 t中型维京邮船（简称“维京邮船）为研究对象，采用MAXSURF软件对中型邮船大倾角稳性进行校核。1中型邮船稳性理论1.1稳性指标维京邮船的浮态和稳性均需要满足英国劳氏船级社的规范要求。根据2 0 0 8 年国际完整稳性规则（ISCode2008）对船舶稳性的要求，对其完整稳性进行判定 6 。1.2质心计算数据计算时的质心定义：纵坐标原点位于0 号肋位，以部方向为正；横坐标原点位于船体中心线，以左舫方向为正；垂向坐标原点位于基线，以向上方向为正。维京邮船数据计算时的质心定义如图1 所示。图1维京邮船数据计算时的质心定义维京邮船空船质量根据实际3类质量（船体钢料质量、木作装质量、机电设备质量）进行计算，其他质量可根据实时更改或规范要求进行修改。中型邮船空船质量为W.=Wiw+Zw;-1WLw=Wh+Wr+Wm式（1）和式（2）中：Wsa为船舶总质量；WLw为空船质量；W.为船舶载重量；Wh为船体钢料质量；Wr为木作装质量；Wm为机电设备质量。中型邮船质心坐标为61Wh.ch+Wrar+WmamWLWWh.yh+Wryr+WmymWiWWhzh+Wr&r+Wmm之二WLW2基于MAXSURF软件的维京邮船大倾角稳性校核2.1船舶相关信息采用MAXSURF软件对维京邮船进行稳性数值模拟计算，并对计算结果进行分析。维京邮船主尺度如表1所示。表1维京邮船主尺度项目数值总长234.850垂线间长204.900型宽31.000型深9.450设计吃水6.450最大吃水6.600维京邮船空船质量清单如表2 所示。根据船舶所有人要求，对计算得到的空船质量和质心以6.0%的修正值进行修正。表2 维京邮船空船质量清单质量/质质心纵向质心横向质心垂向项目t距离/m距离/m高度/m钢料1151389.960一0.0 4014.490焊材23089.960-0.04014.490油漆18889.960-0.04014.490外装1421104.030内装489195.860暖通空调和防火系统183897.360机器93832.970机械和船舶辅助系统92672.090(1)机械和船舶中的液体（2)电气、通信和导航等总计（净重）23 18888.5402.2大大倾角稳性数据计算工况分为2 类3种：第1类为平浪，工(3)m018.2600.09018.9900.36017.30005.54008.69050052.53074281.10001.79014.0700.09015.1307.120一（1）复原力臂62况1，较安全；第2 类为正弦浪，波长为垂线间长204.900m，波高为8.6 8 9m，较危险，工况2 为波谷位于船中，工况3为波峰位于船中。选取横倾角为一56 0 的维京邮船的复原力臂、复原力臂曲线下的面积、纵倾（倾为正、舰倾为负）、形状稳性力臂和横倾吃水等数据进行计算。2.2.1工况1大倾角稳性校核工况1大倾角稳性数据如表3所示。表3工况1大倾角稳性数据复原复原力臂横倾纵倾/形状稳性力臂曲线下的角/）m面积/(mrad)一5-0.33000.049一0.0 0 1100.504200.927301.005400.743500.468600.116工况1稳性曲线如图2 所示。由工况1稳性曲线得到：在横倾角为0 时，横稳心高为3.312 m；在横倾角为2 6.8 时，出现最大复原力臂为 1.0 2 9 m。2.2.2工况2 大倾角稳性校核工况2 大倾角稳性数据如表4所示。表4工况2 大倾角稳性数据复原复原力臂横倾纵倾/形状稳性力臂/曲线下的角/）m面积/(mrad)一5-0.5220-0.049-0.001100.878201.420301.444401.196500.739600.104造船技术第52 卷第1期2.0（1）复原力臂（2）林横稳心高1.5(1)1.00.500.50010203040 5060横倾角/)(a）静稳性曲线0.7复原力臂曲线下的面积0.6横倾0.5吃水/()力臂/m0.017-0.4411.614-1.2840.4250.0490.0400.4760.1690.6060.3440.8220.499-1.1110.6031.46411.7530.6582.19112.87312.757横倾吃水/力臂/mm0.025-4.1201.806-1.284-4.158-0.0490.074-4.0190.2833.7690.5393.7210.7723.99710.6650.9444.91812.0231.020-6.79412.86212.757（2）0.4m0.30.200.13.0622.5585.9665.0388.3707.36610.2129.46911.28503.4362.5586.4595.0388.8097.3669.46911.2850102030405060横倾角/)(b）动稳性曲线图2 工况1稳性曲线工况2 稳性曲线如图3所示。由工况2 稳性曲线得到：在横倾角为0 时，横稳心高为5.42 0 m；在横倾角为2 5.5时，出现最大复原力臂为1.47 9m。2.52.01.51.00.500.50一0102030405060横倾角/)(a)静稳性曲线1.2复原力臂曲线下的面积1.00.80.60.40.2（2）横稳心高（1)(2)01020304050 60横倾角)(b)动稳性曲线图3：工况2 稳性曲线邵朱芸，等：基于MAXSURF软件的中型邮船大倾角稳性校核2.2.3工况3大倾角稳性校核工况3大倾角稳性数据如表5所示。表5工况3大倾角稳性数据复原复原力臂横倾纵倾/形状稳性力臂/曲线下的角/)m面积/(mrad)一50.12700.049 0.001100.113200.307300.515400.583500.308600.332工况3稳性曲线如图4所示。由工况3稳性曲线得到：在横倾角为0 时，横稳心高为0.8 8 6 m；在横倾角为38.2 时，出现最大复原力臂为0.589 m。1.00.80.60.40.20一0.2-04601020304050 60横倾角/)(a）静稳性曲线0.35复原力臂曲线下的面积0.300.250.200.150.100.052.3大倾角稳性校核结论校核内容如表6 所示，可判定维京邮船稳性满63足规范要求。表6 稳性校核内容项目规范要求工况2 工况3横倾横倾角为30 时的复吃水/(）力臂/m0.0080.100-1.411-1.2840.079-0.0490.005-0.1480.0410.3300.1140.6300.213-1.02210.0520.2971.45911.5930.2991.98612.426（1）复原力臂（2）横稳心高0102030405060横倾角/)(b)动稳性曲线图4工况3稳性曲线是否满足规范要求原力臂曲线下的面0.0550.539m积/(mrad)横倾角为40 时的复0原力臂曲线下的面0.0 9 0 0.7 7 22.6712.5585.3455.0387.8807.3669.46911.28512.757（1）（2）0.1140.213积/(mrad)横倾角为30 40 时的复原力臂曲线下0.0 30 0.2 34的面积/(mrad)横倾角为30 时的复原力臂/m最大复原力臂的横2525.5 38.2倾角/（)横倾角为0 时的横0.1555.4200.886稳心高/m3波浪对维京邮船稳性的影响为清晰体现维京邮船在规则波中的复原力矩规律，对波长船长比和波高进行变量分析。3.1波长船长比对稳性的影响在波高均为8.0 0 0 m的情况下，分别计算在波长为10 2.50 0 m、2 0 5.0 0 0 m、30 7.50 0 m 和410.000m时所对应的复原力矩随波长船长比的变化。复原力矩随波长船长比的变化如图5所示。由图5可知：在工况2 和工况3条件下，复原力矩随波高的变化趋势一致，均为上升-达到峰值-下降；在工况3条件下，且在波长等于船长时，复原力矩明显下降。3.2波高对稳性的影响在波长船长比为1.0 的情况下，分别计算在波高为4.0 0 0 m、6.0 0 0 m、8.0 0 0 m、10.0 0 0 m 和12.000m时所对应的复原力矩随波高的变化。工况2 复原力矩随波高变化如图6 所示。由图6 可知：在工况2 和工况3条件下，复原力矩随波高的变化趋势一致，均为上升-达到峰值-下降；工况2条件下的复原力矩达到峰值的横倾角小于工况3条件下的复原力矩。是是0.099是0.1501.4440.589是是是64/0.50一0.5-10(a)工况2 复原力矩随波长船长比的变化1.040.8（3）0.6（2)0.40.20-0.2-0.410（b）工况3复原力矩随波长船长比的变化图5复原力矩随波长船长比的变化1.5(5)1.0/0.50（a）工况2 复原力矩随波长船长比的变化0.80.60.40.200.20-4410（b）工况3复原力矩随波长船长比的变化图6 复原力矩随波高的变化造船技术第52 卷第1期1.53.3在规则波中的复原力矩（2）（3）1.0（4)(1)（1）波长船长比为0.5（2）波长船长比为1.0一（3）波长船长比为1.5一（4）波长船长比为2.00102030405060横倾角/()（1）波长船长比为0.5（2）波长船长比为1.0（3）波长船长比为1.5一（4）波长船长比为2.00102030405060横倾角/()（1）波高为4.0 0 0 m（2）波高为6.0 0 0 m（3）波高为8.0 0 0 m（4）波高为10.0 0 0 m（5）波高为12.0 0 0 m0102030405060横倾角/()23）4（5）(1)波高为4.0 0 0 m（2）波高为6.0 0 0 m（3）波高为8.0 0 0 m(4)波高为10.0 0 0 m（5）波高为12.0 0 0 m010203040 5060横倾角/)采用MAXSURF软件分别计算设定的3种工况条件下的大倾角稳性，根据维京邮船实际采用的稳性规范，判断每种工况条件下的稳性均可满足要求。考虑波浪对维京邮船稳性的影响，通过改变波长船长比和波高两个参数，绘制在工况2 和工况3条件下波浪对稳性的影响曲线。通过寻找复原力矩在波浪变化下的规律，证实在工况3条件下，且在波长等于船长时，复原力臂最小，维京邮船稳性处于最危险的状态。4结语对于中型邮船，在设计初期随空船质量和质心的变化，可得到不同质量下的稳性数据；在确定空船质量和质心后添加不同的压载质量，通过MAXSURF软件直接计算，可得到不同工况条件下的质量和质心。分别在工况1、工况2 和工况3条件下进行大倾角稳性校核，并绘制波浪对稳性的影响曲线，得到波浪对稳性的影响规律，证明维京邮船稳性满足规范要求。参考文献1黄黄武刚.船舶在波浪中航行时稳性研究及危险性分析D.大连：大连理工大学,2 0 10.2陈明敏，张宝吉.基于Hydromax的140 0 0 DWT成品油船大倾角稳性计算 J.船舶工程，2 0 14，36（增刊1)：170-173.3张棘.船舶稳性影响因素分析 J.科技创新与应用，2021,11(17):44-47.4王永功,刘颜硕，李红霞.风浪联合作用下翼型风帆助推船舶稳性分析 J.船舶，2 0 2 2，33（4）：98-10 4.5张志敏，陈雷.大型船舶装载和风浪条件下的稳性校核与分析 J.舰船科学技术，2 0 2 2，44（18）：6 5-6 8.6邵朱芸，曾骥，张天天，等.基于MAXSURF的中型邮轮下水静稳性研究J.船舶物资与市场，2 0 2 1，2 9（5）：14-16.