国内渔船与远洋渔船实用稳性衡准的探讨

林 海

(平潭综合实验区海洋与渔业执法支队，福建 平潭 350400)

国内渔船与远洋渔船实用稳性衡准的探讨

林 海

(平潭综合实验区海洋与渔业执法支队，福建 平潭 350400)

为避免渔业船舶工作者在校核国内渔船与远洋渔船稳性时产生规则上的混淆，降低错用的风险，对国内渔船与远洋渔船在实用稳性衡准方法上进行差异比较、归纳总结，并提出了纵倾状态下初稳性高度的推导意见。通过比较发现：1)两者在校核稳性时所用的数学模型不同，但基本原理一致，都提出了气象衡准数K≥1的要求。2)计算风压倾侧力臂所用的公式相同，但公式中风压P、风力作用力臂Z的取值方法不同。3)计算横摇角φ所用的公式不同，且涉及公式中参数的取值时，初稳性高GM、船长L的含义不同。4)无论何种作业，远洋渔船对复原力臂曲线下的面积都有最低要求，而国内渔船仅在作业方式为桁拖网时，才有此要求。另外，校核稳性时还应注意：对装船使用后不存在位置移动且重量不会减少的物体应计入空船重量中；渔捞网具及索具的重量应是湿重状态下的重量；计入稳性计算的上层建筑或甲板室等围蔽结构应符合规则中对干舷的相应要求；应根据实际情况对自由液面、悬挂载荷、渔具操作横倾力矩、纵倾状态下的进水角进行修正。本文还对如何计算纵倾状态下的初稳性高度提出了推导意见。

规则；差异；风压倾侧力臂；横摇角；初重稳距；稳性曲线

我国渔船按作业海域分为国内渔船与远洋渔船，国内渔船的主尺度较小且设备落后；远洋渔船的作业区域多变且海况恶劣，再加上两者在海上的装载情况复杂多变，导致渔船倾覆沉船事件时有发生。归其原因，很大一部分是由于渔船在建造设计初期的稳性计算不规范、不细致，各种参数的取值混淆，对恶劣海况及装载情况考虑不足，致使稳性计算偏离实际，无法为渔船在实际生产作业中提供准确的装载、操纵导向。

目前，国内渔船是根据《渔业船舶法定检验规则》(2000)[1]第七篇第5章的要求来校核其稳性，而远洋渔船是根据《渔业船舶法定检验规则》(远洋渔船2015)[2]第六篇第2章的要求来校核其稳性(此种方法与IMO稳性衡准方法一致)。虽然这两种稳性衡准的数学模型不同，但基本原理一致，都提出了气象衡准数K≥1的要求，可是在使用这两种稳性校核方法时，因校核过程中各参数的计算公式、取值方法、实际含义、面积要求等互不相同，造成渔船的最终稳性校核结果也大不相同。

本文对国内渔船和远洋渔船所适用的稳性校核方法进行归纳、比较，对稳性校核时应当特别注意的地方进行讨论、总结，以求能明晰两者的稳性校核方法及差异之处，避免在使用两种规则时产生混淆，降低张冠李戴的风险，为规范渔船的稳性计算提供参考。

1 数学模型的差异

1.1 国内渔船稳性衡准的数学模型

假定船舶失去动力且处于横风浪之中，在波浪的作用下向左侧摇摆至最大摆幅，并开始向右舷摇摆，这时突然受到来自左舷方向的阵风袭击，此时复原力矩与外力矩的方向一致，共同促使船向右加速倾斜。用船舶自身抗倾覆能量与这种风、浪联合作用倾覆能量的比值K，作为气象衡准数，并规定K≥1。其数学模型见图1，校核的步骤如下：

1)以每一横倾角φ处，复原力臂GZ曲线下的面积为ld值(ld表示为复原力臂GZ做的功)。再以ld为纵坐标，以横倾角φ为横坐标，作出的曲线称为动稳性曲线；

2)假定在波浪作用下，船舶摇摆至最大摆幅时的横摇角为φa；

3)船舶摇摆至φa角时船舶受到一个阵风风压，产生一个阵风倾侧力臂lv；

4)将上述动稳性曲线向φ负值方向对应延伸，自原点向φ负值方向取等于横摇角φa的一点，经此点向上作轴的垂直线，与动稳性曲线交于A点；

5)由A点作动稳性曲线的切线，再经过A点作一直线平行于φ轴，在此直线上量取等于1rad(57.3°)的一段长度得B点，由B点向上作AB线的垂直线，与上述的切线相交于C点，则线段BC为最小倾覆力臂lc；

6)在此情况下，lc应等于或大于lv，即K=lc/lv≥1。

注：ld：动稳性力臂；φa：横摇角；lc：最小倾覆力臂；φ：横倾角。

Notes：ld： dynamic stability arm；φa：roll angle；lc：minimum capsizing arm；φ：heeling angle.

1.2 远洋渔船稳性衡准的数学模型

假定船舶失去动力且处于横风横浪之中，在定常风的作用下，船舶向下风舷横倾了一定的角度，然后在此角度下受波浪的作用共振谐摇。当船舶摇至上风舷最大角度时，刚好受到突然加大的阵风，将船吹向下风舷产生横倾。用船舶自身抗倾覆能量与这种风、浪联合作用倾覆能量的比值K，作为气象衡准数，并规定K≥1。其数学模型见图2，校核的步骤如下：

1)以复原力臂GZ为纵坐标，以横倾角φ为横坐标，作出的曲线称为静稳性曲线；

2)船舶受到垂直于其中心线的一个定常风压的作用，产生一个定常风倾力臂(lw1)；

3)假定在波浪作用下，船舶由lw1的平衡角(φ0)向上风一侧最大谐摇至横摇角(φ1)；

4)然后船舶受到一个阵风风压，产生一个阵风倾侧力臂(lw2)，且lw2=1.5lw1；

5)在此情况下，面积“b”应等于或大于面积“a”，即K=b/a≥1。

注： GZ,l：复原力臂；φ0：定常风作用下的横倾角；φ1：由于波浪作用向上风一侧的横摇角；φ2：b区间的终止角；lw1：定常风倾力臂；lw2：阵风倾侧力臂；φc：阵风倾侧力臂与复原力臂曲线的第二个交角；φ：横倾角。

Notes：GZ，l：righting arm；φ0：heeling angle under constant wind；φ1：the roll angle of the windward side as a result of wave action；φ2：termination angle of b interval；lw1：steady wind tilting arm；lw2：the gust of wind tilting arm；φc：the second intersection angle of the gust of wind tilting arm and the righting arm curve；φ：heeling angle.

1.3 差异之处

1)一个是基于动稳性曲线下的计算，一个是基于静稳性曲线下的计算，曲线纵坐标的含义不同；

2)远洋渔船引入了定常风的概念，静稳性曲线向φ负值方向延伸终点的横坐标为(φ1-φ0)，而国内渔船没有定常风的概念，动稳性曲线向φ负值方向延伸终点的横坐标为φa。

2 风压倾侧力臂的差异

2.1 计算方法

远洋渔船的风压倾侧力臂

lw1=0.001PZA/(gΔ)，lw2=1.5lw1

2.2 差异之处

1)风压P的取值方法不同，远洋渔船根据船长大小、风力作用力臂Z选用不同的值，国内渔船根据航区、风力作用力臂Z选用不同的值；

2)风力作用力臂Z取值方法不同，远洋渔船取Z值为自A的中心至水下侧面积中心或近似地到平均吃水1/2处的垂直距离，国内渔船取Z值为自A的中心至水线的垂直距离。

3 波浪作用下横摇角φ的差异

3.1 计算公式

3.2 差异之处

1)求取上式中的s或c1所用到的横摇周期Tφ的计算公式中GM的取值：对远洋渔船是经自由液面修正后的初重稳距，对国内渔船是未经自由液面修正的初重稳距；

4 对初重稳距和稳性曲线要求的差异

4.1 相同之处

国内渔船和远洋渔船都对初重稳距GM值和复原力臂GZ值、横倾角φ提出了最低要求。

4.2 不同之处

不论何种作业方式的远洋渔船，对复原力臂曲线下的面积都提出了最低要求；而针对国内渔船，仅在作业方式为桁拖网时，才对复原力臂曲线下的面积提出了最低要求。

5 校核渔船稳性应注意的地方

1)对装船使用后，不存在位置移动且重量不会减少的物体，应计入空船重量中。

2)计入渔捞网具及索具的重量应是湿重状态下的重量。

3)应核查计入稳性计算的上层建筑、甲板室等围蔽结构是否符合规则中对干舷的相应要求。

4)因渔船在海上生产作业中难以做到严格按照固定顺序来消耗液体，故在计算自由液面对各工况下稳性的影响时，都应考虑到对稳性最不利的情况，不论何种工况都应按每个液体舱都具有最大自由液面的情况来进行修正。

5)应根据实际作业类型，分情况的考虑悬挂载荷或渔具操作横倾力矩对初重稳距和复原力臂的影响，有的作业类型，存在悬挂载荷或渔具操作横倾力矩的则要进行修正。

6)当某种装载状态的船舶纵倾值较龙骨设计斜度的差值大于垂线间长的1%时，应进行进水角修正。

6 讨论

1)无论是国内渔船还是远洋渔船，所适用的规则中都指出：“对各工况的稳性计算中，当某种装载状态的船舶纵倾值(不计及龙骨设计斜度)大于垂线间长的1%时，应根据具体情况要求计入纵倾对稳性的影响”[1-2]。对于如何计入纵倾对稳性的影响，笔者认为关键是求出纵倾状态下的初稳性高度，而目前国内虽有部分稳性计算软件可计算出纵倾状态下的初稳性高度，但大多具有知识产权限制，需花费一定金额购买才能使用，为了给船舶工作者提供方便并探索其中的数学关系，笔者对如何计算纵倾状态下的初稳性高度进行推导，即：GM0=Zm-Zg，Zg可通过实际的装载情况得出，对于Zm(即横稳心高KM)，应该先通过实际的首尾吃水值计算出实际的“水线面面积对通过形心纵轴的面积惯性矩I”和实际的“排水体积▽”，然后根据r=I/▽，得出“横稳心半径r”，再通过Zm=r+Zb求出Zm，其中Zb是实际的浮心纵向坐标，可通过实际首尾吃水在邦戎曲线表中得出。上述的推导过程虽然体现了各参数间的数学关系，但船舶在海上的运动是复杂多变的，其各种参数之间存在相互交叉影响的可能，上述推导方式的准确性及适用性还有待广大船舶工作者共同验证。

2)本文所列远洋渔船适用于船长大于等于24 m的大洋性渔船，而对于小于24 m的过洋性渔船，其稳性的校核仍可按国内同类渔船法定检验规则来执行处理。但笔者认为，过洋性渔船虽在各国近海海域进行捕捞生产，但在营运过程中因接受检验、维修保养、运输成本高等原因难免需进入大洋航行回国，此时国内渔船法定检验规则中的稳性要求将不适用于实际的海况，为了保证航行安全，笔者认为对于小于24 m的过洋性渔船也应采用《渔业船舶法定检验规则》(远洋渔船2015)的有关方法来校核其稳性。另外，随着全球性近海渔业资源的日益衰竭，世界各国对自己专属经济区内渔业资源的保护将不断加强，近海渔业生产的门槛将越来越高，捕捞自由度将普遍降低，随之而来的是对过洋性渔船生存空间狭小及经济效益不佳的巨大考验，在各国加紧发展大洋性(公海)远洋渔业的环境下，过洋性渔业将逐渐退出历史舞台，对小于24 m的过洋性渔船的研究已意义不大。

[1]中华人民共和国渔业船舶检验局.渔业船舶法定检验规则(2000)[S].北京：人民交通出版社，2000.

[2]中华人民共和国渔业船舶检验局.渔业船舶法定检验规则(远洋渔船2015)[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

Discussion on practical stability criteria of domestic fishing boats and ocean going fishing boats

LIN Hai

(Marine and Fishery Law Enforcement Detachment of Pingtan Comprehensive Experimentation Area，Pingtan 350400，China)

In order to prevent the fishery boat workers from confusing the rules in the work of checking stabilities of domestic fishing boats and ocean going fishing boats，and reduce the risk of misuse，the paper compared and summarized the differences of practical stability criterion methods between domestic fishing boats and ocean going fishing boats，and put forward the deduction of initial stability height under longitudinal inclination.Through comparison，we found that：1)Although the mathematical models of the two stability criteria were different，the basic principles were consistent，they both put forward the requirement of weather criterion number K≥1.2)The formulas to calculate the wind heeling arm were the same，but the methods of taking values of the wind pressure P and wind acting lever Z were different.3)The formulas to calculate the roll angle were different，and the meanings of initial stability height GM and ship length L were different in formula.4)No matter what kind of operation，the ocean going fishing boats had the minimum requirement for the area under the righting arm curve，while the domestic fishing boats had the minimum requirement for the area under the righting arm curve only when the operation mode was a beam trawl.In addition，in the work of checking stability，we should also pay attention to that：the weight of the objects which won’t move and won’t reduce weight after shipment should be included in the weight of the empty ship；the weight of the fishing nets and rigging should be calculated in the wet weight state；the enclosed structure such as the superstructure or deck room which was included in the calculation of stability should comply with the relevant requirements of the rules in the freeboard；the inlet angle of the free surface，the suspension load，the fishing gear operation，the heeling moment and the longitudinal direction should be corrected according to the actual situation.This paper also proposed some opinions on how to calculate the initial stability height under the state of longitudinal inclination.

rule；difference；wind heeling arm；roll angle；initial stability height；stability curve

2017-05-17

林 海(1989-)，男，助理工程师，学士，研究方向：船舶与海洋工程.E-mial：339737850@qq.com

U661.2+2

A

1006-5601(2017)04-0303-05

林 海.国内渔船与远洋渔船实用稳性衡准的探讨[J].渔业研究，2017，39(4)：303-307.