货船船型对静稳性曲线的影响

张富刚,姜培斋,汪福强

(海军潜艇学院，山东 青岛266011)

货船船型对静稳性曲线的影响

张富刚,姜培斋,汪福强

(海军潜艇学院，山东 青岛266011)

鉴于船体形状与船舶静稳性的关系十分密切，设计了船型尺度与静稳性曲线特征关系的正交试验。通过大量数据对比，分析了货船形状特点对静稳性曲线的影响趋势和影响程度，为货船在方案设计阶段的静稳性评估提供直观结论。正交试验方法得出，吃水型深比对船舶稳性的影响较大。

货船；正交试验；船舶稳性；静稳性；曲线

0 引言

船舶稳性是船舶的重要性能。货船在方案设计阶段的稳性评估可以利用静稳性曲线来进行。该曲线主要计算水线下船体在不同倾斜角度时的浮心位置，但是计算过程比较繁琐。船体形状对静稳性曲线的特征影响十分显著，文献[1]搜集了大量货船的主尺度和静稳性数据。本文在此基础上设计了静稳性曲线特征与船舶尺度之间的正交试验，分析了货船的主尺度、船型系数、尺度比和静稳性曲线的关系及影响结果，为货船在方案设计阶段的稳性评估提供了分析方法并能获得较为直观的结论。

1 正交试验

正交设计是利用“正交表”进行科学的安排与分析多因素试验的方法。它的优点是能在很多试验方案中挑选出代表性强的少数试验方案，并通过对这少数试验方案的试验结果的分析，推断出最优方案，同时还可以作进一步分析，得到比试验结果本身给出的还要多的有关各因素的信息。本文借助正交试验的思想，讨论货船形状和静稳性曲线特征之间的关系，采用直观分析法对文献[1]的数据进行分析，具体的试验理论见文献[2]。

2 货船的尺度与静稳性曲线的正交试验设计

货船尺度选用船宽(B)、方形系数(CB)、吃水型深比(T/D)、型深船宽比(D/B)4个因素，考察曲线的三项指标，即船舶的初稳性高GM、稳性消失角θV、阵风下横倾角θS。

表1 船型因素与水平表

表2 试验设计

3 试验结果分析

单从指标因素来看，根据极差Rj的大小,4个因素分别对3个指标影响重要性的顺序如下：

(1)各因素对初稳性高GM的影响大小依次为吃水型深比(T/D)、型深船宽比(D/B)、方形系数(CB)、船宽(B)。

表3 试验结果

(2)各因素对稳性消失角θv的影响大小依次为型深船宽比(D/B)、吃水型深比(T/D)、船宽(B)、方形系数(CB)。

(3)各因素对阵风下横倾角θS的影响大小依次为吃水型深比(T/D)、船宽(B)、型深船宽比(D/B)、方形系数(CB)。

各因素和各因素水平对初稳性高、稳性消失角、阵风下横倾角的影响大小分别如图1、图2、图3所示，图中罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示依据极差从大到小的排序。

图1 各因素对初稳性高的影响

从图1可以看出，如果要增大初稳性高，可以提高A、B、C因素水平，D因素选D1，(B、CB、T/D、D/B)的组合选(40、0.8、0.8、0.4)。查看文献[1]的数据发现初稳性高为3.692 m，是文献所搜集船舶的初稳性高的最大值，而且因素C的作用比其他因素要明显，但整体上4个因素对初稳性高的影响程度是同一量级的。

图2 各因素对稳性消失角的影响

从图2可以看出，如果要增大稳性消失角，可以提高B、C、D因素水平，A因素选A1，(B、CB、T/D、D/B)的组合选(10、0.8、0.8、0.8)。查看文献[1]的数据发现稳性消失角为90°，是文献所搜集船舶的稳性消失角的最大值，而且因素C、D的作用比A、B明显。查阅文献[1]收录的数据可以看出(B、CB、T/D、D/B)固定T/D、D/B数据为(*、*、0.8、0.8)，稳性消失角变化不大，还是集中在90°左右，改变T/D、D/B后稳性消失角就大大的降低。文献[3]指出“吃水减少，在大横倾角时，由于舭部出水较早，稳性降低，稳性范围减少”，从图2曲线C可以看出，T/D对稳性消失角影响较大，而且数值越小，稳性消失角也减少，本文结论与文献说明相符。

从图3可看出，如果要降低阵风下横倾角，可以提高A、C因素水平，B因素选B2，D因素变化幅度不大，选D3，(B、CB、T/D、D/B)的组合选(40、0.7、0.8、0.8)。查看文献[1]搜集的数据发现阵风下横倾角为0.5°，文献[1]所搜集船舶的阵风下横倾角的最小值为0.3°。

统计搜集的数据中最小阵风下横倾角集中在0.3°～0.5°之间，船型数据主要集中在(40、CB、0.8、D/B)的组合上，改变B、T/D的水平后阵风下横倾角将增大，D/B、CB的变化影响不大。

4 结语

本文通过对文献[1]搜集的大量货船稳性数据统计分析，总结了船宽(B)、方形系数(CB)、吃水型深比(T/D)、型深船宽比(D/B)4个因素对货船静稳性曲线中初稳性高、稳性消失角和阵风下横倾角的影响。通过正交试验方法最后比较发现，T/D对船舶稳性的影响较大。

[1]克里斯纳 A V，雷尔.货船设计的稳性横准[C]//上海交通大学技术资料情报室,译.造船实用设计国际讨论会译文集上册.上海：上海交通大学，1981.

[2]庄楚强，等.应用数理统计基础[M].广州：华南理工大学出版社，1992.

[3]盛振邦，等.船舶原理[M].上海：上海交通大学出版社，2004.

2013-11-01

张富刚(1976-)，男，讲师，研究方向为船舶性能。

U661.2+2

B