基本介紹
- 中文名：破艙穩性
- 外文名：damaged stability
- 定義：船舶破損進水後的剩餘穩性
- 體現：船舶不至於沉沒或延緩沉沒的時間
- 一級學科：船舶工程
- 二級學科：船舶總體
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簡介
破艙穩性是指船舶破損進水後的剩餘穩性。船舶破損進水後，如進水量不超過排水量的10%～15%，可以套用初穩性公式來計算船艙進水後的浮態和穩性，基本方法有兩種：(1)增加重量法。把破艙後進入船內的水看成是增加的液體載荷；(2)損失浮力法。把破艙後的進水區域看成是不屬於船舶自身的一部分，即該部分的浮力已經損失。損失的浮力借增加吃水來補償。這樣，對於整個船舶來說，其排水量不變，故此法又稱固定排水量法。
客船破艙穩性檢驗
根據總布置圖和各種載況穩性的計算結果，分析並挑選穩性最差的載況作為核算載況，假定有多種對穩性和橫傾最不利的破損情況，按船舶靜力學方法計算船舶破艙進水後的浮態和穩性。
對於單體客船，破艙後的橫傾和初穩性高應滿足以下規定：
(1)對稱浸水和不對稱浸水的終了階段，用固定排水量法求得的剩餘初穩性高度應不小於0.05m；
(2)在不對稱浸水情況下，一艙浸水的橫傾角不得超過7°，相鄰兩艙同時浸水的橫傾角不得超過12°；
(3)在任何情況下，船舶浸水終了階段的破艙水線不得淹沒安全限界線。
客船分艙與破艙穩性檢驗的確定性方法，其優點是：使抗沉性問題簡潔明了，概念清晰；設計者可以根據分艙布置判斷出危險的破損情況並進行破艙穩性計算，需要計算的破損艙組數量少、計算工作量小；適於手工計算。
但是，確定性方法也有其明顯的缺點：該方法是依據1950年以前建造的船舶樣本統計提出的，隨著船舶設計、建造技術的發展，船體各部分的容積關係已發生很大變化，作為計算基礎的“業務衡準數”和“分艙因數”已陳舊過時；該方法針對確定的破損艙、破損範圍和唯一的破損前吃水進行計算，不貼合實船海損的隨機性，而處理隨機事件的科學方法應當是機率方法。
大型海洋救助船破艙穩性研究
研究介紹
我國“十五”期間研發、“十一五”和“十二五”期間批量建造的大型海洋救助船被交通運輸部救撈局確定為我國海上救生力量的主力船型。該船型在海洋救助及海上應急事件中的出色表現凸顯了大型救助船的特殊作用。隨著人類的海上活動與日俱增，除了已有的救助船之外，還需補充大噸位的救助船來充實我國的救助裝備體系。
對於大型救助船而言，破艙穩性是一個非常重要的指標，在很多情況下是制約其他指標的一個優先滿足的指標。因此，對其進行研究是開發優秀船型的前提條件。
隨著已有的一批救助船在海上發揮重要的作用，其他相關部門也相繼開發建造類似船型。隨著船舶用途及特種人員的增加，船型開發會涉及特種用途船或公務船的相關要求。
新開發的船型為國際航行特種用途船或國際航行非高速公務船。這使得其適用的破艙規則發生改變，從而對破艙穩性提出更高的要求。
船舶的破艙穩性是指船舶在破損進水狀態下保持一定浮性和穩性的能力，是船舶的一項重要技術性能。根據海難事故統計，每年都會有許多船舶因破損進水而沉沒或傾覆，給人們帶來難以挽回的生命財產的巨大損失。
從發生的海難事故分析，船舶設計時對破艙穩性考慮的合理、周密程度直接決定著船舶破損進水之後是否會沉沒或傾覆，也是船舶破損後能否保證船舶及人員安全的首要前提。
海洋救助船作為一種特殊用途船舶，往往出現在海難事故現場進行船舶救助，難免會遭遇惡劣的海況及不良的水域而導致近距離的摩擦碰撞，進而使得其破損進水機率較其他船舶要大。因此，保證海洋救助船自身的安全是順利救助的前提，也使得其破艙穩性較其他船舶又多了一層含義。
船型特點
經過十多年若干批次的實船使用及最佳化設計，海洋救助船現已成為一種具有鮮明特點的船型，其總布置圖，見圖1。
圖1 某大型海洋救助船總布置圖
圖1 某大型海洋救助船總布置圖1) 該型船一般設定2層長艏樓，一方面滿足船舶艙室布置的需要，另一方面儲備大量的浮力抵禦惡劣海況。
2) 該船一般都配備大拖纜機，具備一定的拖力，這就要求艉甲板面開闊無遮擋。另外在救助過程中也需要開闊的甲板面來進行各種救助作業。
3) 該船配備的專業設備繁多，布置複雜；救助人員長期居住在船上，對居住艙室有一定舒適性要求。
總之，該船型的特點為：上層建築豐滿，重心位置較高，受風面積較大，具備較大拖帶能力，同時對穩性要求嚴格。
破艙穩性研究
海洋救助船是一種綜合性船舶，除擁有救助船（Rescue Ship）標誌之外，可能同時擁有其他船型標誌，如拖船（Tug）、近海供應船（Offshore Supply Ship）、特種用途船（SPS）、公務船（Public Affair Ship）、消防船（Fire Fighting Ship）及溢油回收船（Oil Recovery Ship）等。這些標誌的申請無疑增加了船舶相應的功能，同時也對破艙穩性提出了不同的要求。同一型船根據不同用途適用不同的破艙穩性規則，而這些規則對船舶的要求又各有側重，這也是該船型破艙穩性核算的特點所在。
1、破艙穩性規則匯總對比分析
救助船、拖船、消防船和溢油回收船等4個船型標誌都要求滿足國際海事組織（IMO）MSC決議216(82)(SOLAS2009)對貨船的要求，近海供應船要滿足IMO MSC決議 235（82）（《近海供應船設計和構造準則》2006）的要求，特種用途船和公務船要滿足IMO MSC決議 266（84）（SPS2008）（《特種用途船舶安全規則》2008）的要求。各標誌對應的破艙穩性規則見表1。
表1 破艙穩性規則匯總對比
表1 破艙穩性規則匯總對比2、破損假定及殘餘穩性衡準研究
在破損假定方面，救助船、拖船和特種用途船的破損假定是一致的，但無論是縱向、橫向還是垂向都較近海供應船嚴格。在殘存能力方面，特種用途船破損後最大橫傾角為 15°的要求大幅度大於拖船、救助船的30°要求，破損後殘存穩性要求都是一致的。
表2 各規則的破損假定匯總對比
表2 各規則的破損假定匯總對比表面上看，近海供應船破損後最大橫傾角為15°的要求嚴於拖船、救助船30°的要求，但是近海供應船的舷側破損寬度僅0.76m，在實船的破艙穩性計算中，這些進水量一般不會導致橫傾過大，故該橫傾角要求雖然只有15°，但不難滿足。
在破損靜穩性曲線中最終平衡角以外的正穩性範圍方面，近海供應船要求具有 20°，拖船、救助船要求具有16°，近海供應船較高。但是，由於近海供應船的橫傾角為15°，整個穩性範圍35°，而拖船、救助船的整個穩性範圍為46°，其實後者要求要高。對於正穩性範圍內的最大復原力臂，近海供應船要求≥0.1m，而拖船、救助船要求≥0.12m，明顯後者要求高。
表3 各規則的殘存能力要求匯總對比
表3 各規則的殘存能力要求匯總對比以上從破損假定和殘存能力要求2個方面比較2種規則體系的嚴格程度，可看出救助船的要求高於近海供應船。
由此可看出，破艙穩性規則體系的嚴格程度按近海供應船、救助船、特種用途船依次增加。各規則的破損假定及殘餘穩性的衡準見表2和表3。
破艙穩性計算實例
由於特種用途船和公務船對破艙穩性的要求比救助船更嚴格，因此有必要對比分析2個規則的差別。以某大型海洋救助船為例，該船型標誌包括拖船、救助船和消防船，其總長約100m，應按照SOLAS公約對一般貨船的要求校核破艙穩性。破艙分區為23個區（見圖2），指數A計算到4區破損，見圖3。
圖2 破艙分區
圖2 破艙分區增加特殊人員，定員為 60人，按照特種用途船核算破艙穩性，在同樣的計算條件下得出計算結果見表4。由表4可知，要求的指數R由0.48753提高到0.53896，而達到的指數A由0.52551降低到0.48361（見圖3），遠不能滿足要求。為提高該達到的指數，極限GM（初穩性）曲線抬高0.2m（見圖3中的虛線），重新計算達到的指數A=0.56381>R，各吃水指數也能滿足要求。但是，會出現一些工況GM值落在極限GM曲線以下，也就意味著該船原始裝載工況受到限制，見圖3。
表4 破艙穩性計算結果
表4 破艙穩性計算結果研究結果
救助船一般具備拖船、消防船和溢油回收船的綜合功能。由於船型的通用性，該型船可兼有近海供應功能，同時增加特殊人員可作特種用途船，增加執法設備又可成為公務船。在這些船型的變化中，破艙穩性使用規則的變化尤為複雜，規則的變化對船舶的要求變化很大，因此，在設計之初要清楚這些規則對該船型的影響，在方案上作出相應調整，若不去關心這些規則的變化，可能會影響到總體方案的順利進行。
圖3 極限GM曲線對比
圖3 極限GM曲線對比