NAPA 在内河豪华邮轮完整稳性计算上的应用

王利国

（招商局邮轮制造有限公司，江苏 南通 226116）

0 引言

邮轮通俗地讲是海洋中航行的旅游客轮，2015 年6 月的“东方之星”旅游客船倾覆事件使得邮轮的安全性受到越来越多的关注。安全作为准则贯穿着一艘船舶的整个生命周期，而稳性是安全中的基础，足见其重要性。

NAPA 是芬兰NAPA 公司开发的一套主要用于船舶总体性能计算的软件，其即示化窗口、快捷命令与开放性语言编写功能极大方便了用户使用与开发，在船舶基础设计阶段具有广泛的应用[1]。国内已有较多设计院、船厂及船级社引进该软件作为稳性计算与校核的主要工具。该软件除了本身带有很多快捷有效且使用方面的命令外，还为用户提供一个可根据不同要求编写相应程序的第二次开发平台，鉴于其强大的计算功能和使用灵活性与便捷性，国内外很多船厂、设计院以及研究所都将此软件作为船舶稳定性校核的主要工具。

NAPA 软件主要适用于远洋船舶，内河船舶不同于远洋船舶，稳性要求有较大差异。NAPA 公司虽与中国船级社武汉规范研究所就内河船舶稳性计算展开合作，并有初步结果，但差异较大的稳性衡准（以下简称“衡准”）仍需设计者自行编写，故编写出适用于内河客船稳性计算的NAPA 宏命令对今后的内河船舶稳性计算工作具有较大的意义。本文在此基础上运用NAPA 软件对一艘300 客内河豪华邮轮进行衡准编写并选取典型工况进行稳性计算分析[2]。

1 计算模型

300 客内河豪华邮轮设计航线为长江中上游，B、J 级航区，双机又桨，I 类客船，最大载客人数为300 人，船员及服务人员150 人，设有5 层上层建筑，满足绿色船舶-2 入级要求。主要尺度如表1 所示。

表1 300 客豪华邮轮主尺度

主船体三维模型stabhul 如图1 所示。

图1 船体三维模型stabhull

2 三维模型依据与NAPA 稳性衡准定义

该船的完整稳性是根据中国海事局《船舶与海上设施法定检验规则-内河船舶法定检验技术规则》（2011）（以下简称《法则》）及其修改通报对客船相关要求进行编制，要求船体模型中的各参数、符号解释及其构建方法详见《法则》要求。下面在NAPA 软件中对所需三维模型衡准进行宏观模型程序编辑。

2.1 稳性基本要求

NAPA 软件中对稳性基本要求的相关衡准已有定义，但也需要对衡准值进行修订，如复原力臂对应的最大横倾角不小于15°，与海船要求25°有所不同，同时对复原力臂曲线下的面积要求进行修订[3]，根据《法则》此面积要求分成不小于20°与小于20°两种情况，可通过修改模型程序直接由软件根据模型仿真方式自行处理。修改后模型程序参数如下所示：

总长Loa=70.5 m；

垂线时长Lpp=68.0 m；

型宽B=13.9 m；

型深D=4.5 m；

设计吃水d=3.3 m；

服务航速Vs=12.8 m/s。

该船体的完整稳定性需要满足海事局《船舶与海上设施法定检验规则-内河船舶法定检验技术规则》及其2015 年修改通报和2016 年修改通报中对内河B 级航区自卸砂船的要求，结合本船的具体情况归纳为以下方面：

1）初隐性高不小于0.2 m。

2）复原力臂曲线符合下列要求；当最大复原力臂所对应的横倾角θm或进水角θj中之小者等于或大于20°时，至最大原力臂对应角度为30°，其中，小者的复原力臂曲线下的面积应不小于按下式所得之值：

接下来定义风压倾侧力矩Mf：

在软件中直接操作即可，以CCS.WIND1 命名新建一个TAB 文件，新建以H 命名的列，其为受风面积中心距实际水线的垂直高度，选COEF 为风压[4]。值得注意的是，《法规》中的力矩单位为kN·m，而NAPA 中是t·m，在定义力矩时要注意换算。至于风压力矩可以利用NAPA 原有的进行修改，可得到稳性衡准数Kf。

2.2 J 级航段船舶的附加要求

对于J 级航段船舶的稳性要求，其分别是CCS.AREA_GZ2 与CCS.NUM_TORRENT。船舶的极限静倾角，应为干舷甲板边缘入水角或舭部中点出水角或14°，取小者，船舶在全速回航引起的倾侧力矩或力臂作用下，从复原力矩或力臂曲线求得的静倾角应不大于极限静倾角。

2.3 特殊稳性要求程序结果

对于船舶在全速回航时引起的倾侧力矩，船舶全速回航引起的倾侧力矩Mv需要重新定义，具体公式如下：

将上述三维仿真公式进行计算并定义为倾侧力矩，乘客集中一舷引起的倾侧力矩定义为Ls。

根据以往送审经验以及船级社反馈的意见，建议该倾侧力矩直接通过船上乘客重量与船半宽的乘积，虽然计算力矩会略大，但对船舶稳性偏安全[5]。同时对客船突风衡准进行定义，虽然本衡准不计入船体横摇的影响，但考虑到“东方之星”事故，为了安全，可取相对保守，计入横摇影响。突风衡准可按前面的风压稳性衡准数Kf进行定义，仅是风压值不同，则突风衡准定义为Kt。

到此NAPA 软件的稳性计算衡准定义全部完成，在定义的过程中一定要注意单位的一致，同时注意宏语言命令输入环境以及字母输写正确以免无法执行[6]。接下来关联所有衡准。

3 NAPA 稳性程序

在诸如其非保护性开口、受风面、干舷甲板、舭龙骨等参数以及装载工况定义好之后，可以在CR_I 下通过ARGS程序运行参数输入情况，如图2 所示。

图2 CR_I 下程序参数检查

图3 满载出港稳性结果分析

如图3 所示，满载出港工况计算结果均满足《法规》要求，而且稳性衡准所得值与《法规》所要求值相比均有较多余量，仅MAXGZ15 略小，主要是由船宽与型深比较大引起的。虽然该衡准仅适用于A 级航区船舶，但也从侧面反应出设计工作者在设计前期需注意的地方，通过NAPA 软件在内河船舶稳性分析上的运用来验证设计是否可行以及优化设计，从而提升设计水平[7]。

4 程序编辑结果

通过上述程序编辑过程可知，程序的输出命令对此过程中的一些变量参数值进行检查，用户可根据自身所需要输出变量设定自身关系变量值[8]。

NAPA 软件提供一个较为开放的开发平台，用户可根据个人不同的信息变量要求，应用此软件所具有的功能，进行编程开发。本文对船舶的复原力臂曲线图进行还原分析，并应用到实际操作中，其中对船舶的起重允许极限倾角进行求解分析，并对NAPA 的其它用户进行一定的启发[9]。300 客人的新能源自动航运船压载到港工况的编辑结果，如图4 所示。

图4 复原力臂曲线下面积

5 结语

本文通过NAPA 软件开放性宏语言命令平台，以内河邮轮为例进行稳性三维程序编辑，从而形成可执行的程序流程。通过本文可以进行三维船体程序的修改与延伸，从而在NAPA 软件中实现其它内河船的稳性计算。目前中国船级社武汉规范研究所已开发了内河船舶三维系统Compass Inland 2016，并已用于内河船舶运行软件，如有条件可以运用这两款软件进行对比。利用NAPA 二次开发平台，介绍内河船的完整稳性程序的NAPA 软件，该软件不仅适用于河内B 级航区船舶的完整稳性参数计算，还适用于河内A 级航区船舶的完整稳定性计算，在这里只需要使用程序前将程序中的已知固定参数按照法规进行修改即可。因此，该程序不仅可以避免手动程序运行带来的大量重复工作，对于NAPA 软件程序功能也具有一定的应用价值。同时要说明的是，对于船舶装载的某些特殊物质，必须要先考虑货物滑移的影响，并将此影响反馈到NAPA 软件中，从而得出准确的参考数值及方案，从而进一步完善船舶运输方面的问题。

本文所介绍内容是笔者在设计中所遇到的，在实际编写过程中，建议对已知参数及可直接求得的参数直接以数字的形式直接代入，无需额外定义，这样即可减少工作量，也可减少在编写时出现错误的机率。NAPA 的较多开发功能笔者尚未掌握，希望借此能给总体设计工作者一些参考，期待NAPA 软件在内河船稳性上发展得更远。