理论教育 国外帆船稳性校核分析的研究成果

国外帆船稳性校核分析的研究成果

时间:2023-10-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:西方国家针对帆船完整稳性的研究比较早,到目前为止比较完善。各国根据自身的研究,对本国帆船的稳性校核进行了规定。图6-4DWHL曲线2. 美国海岸警卫队帆船稳性规范美国海岸警卫队曾对自己所属的1艘长约70 m的三桅帆船EAGLE进行稳性试验,并根据试验结果制定了帆船的稳性校核法方法。

国外帆船稳性校核分析的研究成果

16世纪到20世纪期间,西方国家的海上贸易达到顶峰时期,帆船也在此期间得到了很大程度的发展。西方国家针对帆船完整稳性的研究比较早,到目前为止比较完善。各国根据自身的研究,对本国帆船的稳性校核进行了规定。

1. 英国Lloyd帆船稳性规范

Lloyd依据美国交通部(U.K.Department of Transport)发布的风帆训练船稳性的要求为文件指导,对本国的帆船稳性要求进行修正和更改。并于后期对三桅帆56 m长的帆船进行试验(特别是风倾力矩和阵风影响),在此基础上完善了本国的帆船稳性规范,具体要求如下:

(1)帆船满载出港和满载到港这2种工况要满足规范要求;

(2)在横倾角90°或以上,帆船的复原力臂要大于0(具体依据帆船主尺度确定);

(3)DWHL(derived wind heeling lever)曲线与GZ曲线的交点处对应的横倾角θd 必须大于15°。DWHL曲线如图6-4所示。

②式中,GZf为在船舶入水角或60°(取小者)处对应的复原力臂值;θf 为帆船入水角。

图6-4 DWHL曲线

2. 美国海岸警卫队帆船稳性规范

美国海岸警卫队曾对自己所属的1艘长约70 m的三桅帆船EAGLE进行稳性试验,并根据试验结果制定了帆船的稳性校核法方法。规范具体要求如下:

(1)在各种装载工况下,非无限航区(protectedwaters)的帆船稳性消失角应大于70°;

(2)非无限航区的帆船稳性应满足式①②③:

式中,X=10.9 t/m2,Y=12.0 t/m2,Z=13.7 t/m2;A为水线以上船体和帆的面积之和,此时的帆取平行于中线面的帆面积;H为A的形心位置与水线下船体部分形心位置间的垂直距离,(水线下船体部分形心位置可近似取1/2的吃水);Δ为船舶排水量

(3)在任一装载工况下HZA、HZB、HZC值应满足如下计算:

① 若GZ曲线最大复原力臂对应的横倾角小于35°,则应如图6-5所示进行削平。

图6-5 GZ曲线削平图

② HZA值确定方法

风压倾侧力臂曲线应满足式④:

式中,HZ为风压倾侧力臂;HZA为帆船横倾角为0°时的风压倾侧力臂值;θ为船舶横倾角。

风压倾侧力臂曲线在甲板边缘入水角处与GZ曲线相交如图6-6所示。

③ HZB值确定方法

风压倾侧力臂曲线应满足式⑤:

式中,HZ为风压倾侧力臂;HZB为帆船横倾角为0°时的风压倾侧力臂值;θ为船舶横倾角。

图6-6 HZA值确定图

在横倾角0°到入水角或60°(取小者)间的风压倾侧力臂的面积应等于对应角度下的GZ曲线下的面积,即a+b=b+c。如图6-7所示。

图6-7 HZB值确定图

④ HZC值确定方法

风压倾侧力臂曲线应满足式⑥:

式中,HZ为风压倾侧力臂;HZC为帆船横倾角为0°时的风压倾侧力臂值;θ为船舶横倾角。

当船舶稳性消失角不大于90°时,GZ曲线下的面积等于风压倾侧力臂曲线下的面积,即b+d-e=a+b+c。如图6-8(1)所示;当船舶稳性消失角大于90°小于120°时,GZ曲线下的面积等于风压倾侧力臂曲线下的面积,即b+c=a+b。如图6-8(2)所示。

⑤ 若船舶稳性消失角不小于90°,HZB、HZC值也可按式⑦确定:

式中,当计算HZB值时,I为横倾角0°到进水角或60°(取小者)间的GZ曲线下的面积; θ取值为进水角或60°(取小者);当计算HZC值时,I为横倾角0°到稳性消失角(稳性消失角不大于120°时)间的GZ曲线下的面积;θ取值为90°。

图6-8 HZC值确定图

3. GL(Germanischer Lloyd)帆船稳性规范

GL规范对于帆船的稳性要求自1984年以后一直没有改变。具体要求如下:

① 经过船舶自由液面修正后的初稳性高GM应不小于0.60 m;

② 对于客帆船,稳性消失角应小于90°;

③ 最大复原力臂GZmax最好应不小于0.30 m;

④ 静风横倾角应小于12°—15°,并且甲板边缘不被浸没;

⑤ 0°—θ f(入水角)间的复原力臂曲线下的面积应不小于1.4倍的对应角度下的风倾力矩曲线下的面积(此计算所包含的面积有水线以上船体部分面积、帆平行于中线时的面积,但不包含桅杆和索具的面积)。(www.daowen.com)

GL帆船规范没有提出风的横倾力矩与横倾角的关系,一般假定两者之间的关系为cos2θ。

4. 法国帆船稳性计算方法

法国船级社于1985年11月提出了客运帆船的稳性要求,对其所有装载工况,必须满足以下要求:

① 经过船舶自由液面修正后的初稳性高GM应不小于0.30 m;

② 对于风的影响计算假定为满帆航行且风速为15 m/s。主帆假定与中线面的夹角为45°,其余帆与中线面平行。风力大小可依据下式进行计算:

F=0.5×Cs×CH×ρ×V2×A

式中,F为风力,单位N;Cs为依据受风构件的形状来确定的形状系数,见表6-1;CH为依据受风构件在海面以上高度而定的高度系数,见表6-2;ρ为空气密度,单位1.222 kg/m3;V为风速,单位m/s;A为受风构件的投影面积,其中主帆面积为其与中线面平行面积的cos45°,其余帆与中线面平行的面积。其中,风的横倾力矩与横倾角的关系为cos2θ。

③ 静风横倾角θw(由风引起的横倾角)应不大于20°;

④ 静风横倾角θw和30°间的复原力臂曲线下的面积应不小于0.055 m/rad;

⑤ 静风横倾角θw与θ1(入水角与40°,取小者)间的复原力臂曲线下的面积应不小于0.090 m/rad;

⑥ 横倾角θ1与30°间的复原力臂曲线下的面积应不小于0.030 m/rad;

⑦ 帆船最大复原力臂对应角应大于等于30°;

⑧ 复原力臂值大于0.20 m的对应横倾角应不小于30°;

表6-1 帆船形状系数Cs

表6-2 帆船高度系数CH

5. 意大利帆船稳性规则

意大利帆船稳性规则在1990年11月的一个国际会议中出现,这个规则适用于长25—100 m的单体船,具有较大的帆面积(主帆,前帆,尾帆)和相比较低的上层建筑的全甲板帆船。具体要求如下:

① 风力计算时,满帆情况下恒定风速为20 m/s情况下恒定风速为15 m/s(帆与中线面保持平行);

② 经过船舶自由液面修正后的初稳性高GM应大于0.60 m;

③ 稳性消失角应不小于90°;

④ 甲板边缘入水角应在25°与30°之间;

⑤ 静风横倾角值应不大于0.8倍的甲板边缘入水角及20°;

⑥ 横倾角35°处对应的复原力臂值应不小于0.30 m;

⑦ 动倾角值应不大于45°及入水角或极限动倾角;

⑧ 横倾角从0°到极限动倾角或90°(取小者)间,GZ曲线下的面积应不小于1.5倍的对应角度范围内的风倾力臂曲线下的面积。

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