NAPA 在內河豪華郵輪完整穩性計算上的應用

王利國

（招商局郵輪制造有限公司，江蘇 南通 226116）

0 引言

郵輪通俗地講是海洋中航行的旅游客輪，2015 年6 月的“東方之星”旅游客船傾覆事件使得郵輪的安全性受到越來越多的關注。安全作為準則貫穿著一艘船舶的整個生命周期，而穩性是安全中的基礎，足見其重要性。

NAPA 是芬蘭NAPA 公司開發的一套主要用于船舶總體性能計算的軟件，其即示化窗口、快捷命令與開放性語言編寫功能極大方便了用戶使用與開發，在船舶基礎設計階段具有廣泛的應用[1]。國內已有較多設計院、船廠及船級社引進該軟件作為穩性計算與校核的主要工具。該軟件除了本身帶有很多快捷有效且使用方面的命令外，還為用戶提供一個可根據不同要求編寫相應程序的第二次開發平臺，鑒于其強大的計算功能和使用靈活性與便捷性，國內外很多船廠、設計院以及研究所都將此軟件作為船舶穩定性校核的主要工具。

NAPA 軟件主要適用于遠洋船舶，內河船舶不同于遠洋船舶，穩性要求有較大差異。NAPA 公司雖與中國船級社武漢規范研究所就內河船舶穩性計算展開合作，并有初步結果，但差異較大的穩性衡準（以下簡稱“衡準”）仍需設計者自行編寫，故編寫出適用于內河客船穩性計算的NAPA 宏命令對今后的內河船舶穩性計算工作具有較大的意義。本文在此基礎上運用NAPA 軟件對一艘300 客內河豪華郵輪進行衡準編寫并選取典型工況進行穩性計算分析[2]。

1 計算模型

300 客內河豪華郵輪設計航線為長江中上游，B、J 級航區，雙機又槳，I 類客船，最大載客人數為300 人，船員及服務人員150 人，設有5 層上層建筑，滿足綠色船舶-2 入級要求。主要尺度如表1 所示。

表1 300 客豪華郵輪主尺度

主船體三維模型stabhul 如圖1 所示。

圖1 船體三維模型stabhull

2 三維模型依據與NAPA 穩性衡準定義

該船的完整穩性是根據中國海事局《船舶與海上設施法定檢驗規則-內河船舶法定檢驗技術規則》（2011）（以下簡稱《法則》）及其修改通報對客船相關要求進行編制，要求船體模型中的各參數、符號解釋及其構建方法詳見《法則》要求。下面在NAPA 軟件中對所需三維模型衡準進行宏觀模型程序編輯。

2.1 穩性基本要求

NAPA 軟件中對穩性基本要求的相關衡準已有定義，但也需要對衡準值進行修訂，如復原力臂對應的最大橫傾角不小于15°，與海船要求25°有所不同，同時對復原力臂曲線下的面積要求進行修訂[3]，根據《法則》此面積要求分成不小于20°與小于20°兩種情況，可通過修改模型程序直接由軟件根據模型仿真方式自行處理。修改后模型程序參數如下所示：

總長Loa=70.5 m；

垂線時長Lpp=68.0 m；

型寬B=13.9 m；

型深D=4.5 m；

設計吃水d=3.3 m；

服務航速Vs=12.8 m/s。

該船體的完整穩定性需要滿足海事局《船舶與海上設施法定檢驗規則-內河船舶法定檢驗技術規則》及其2015 年修改通報和2016 年修改通報中對內河B 級航區自卸砂船的要求，結合本船的具體情況歸納為以下方面：

1）初隱性高不小于0.2 m。

2）復原力臂曲線符合下列要求；當最大復原力臂所對應的橫傾角θm或進水角θj中之小者等于或大于20°時，至最大原力臂對應角度為30°，其中，小者的復原力臂曲線下的面積應不小于按下式所得之值：

接下來定義風壓傾側力矩Mf：

在軟件中直接操作即可，以CCS.WIND1 命名新建一個TAB 文件，新建以H 命名的列，其為受風面積中心距實際水線的垂直高度，選COEF 為風壓[4]。值得注意的是，《法規》中的力矩單位為kN·m，而NAPA 中是t·m，在定義力矩時要注意換算。至于風壓力矩可以利用NAPA 原有的進行修改，可得到穩性衡準數Kf。

2.2 J 級航段船舶的附加要求

對于J 級航段船舶的穩性要求，其分別是CCS.AREA_GZ2 與CCS.NUM_TORRENT。船舶的極限靜傾角，應為干舷甲板邊緣入水角或舭部中點出水角或14°，取小者，船舶在全速回航引起的傾側力矩或力臂作用下，從復原力矩或力臂曲線求得的靜傾角應不大于極限靜傾角。

2.3 特殊穩性要求程序結果

對于船舶在全速回航時引起的傾側力矩，船舶全速回航引起的傾側力矩Mv需要重新定義，具體公式如下：

將上述三維仿真公式進行計算并定義為傾側力矩，乘客集中一舷引起的傾側力矩定義為Ls。

根據以往送審經驗以及船級社反饋的意見，建議該傾側力矩直接通過船上乘客重量與船半寬的乘積，雖然計算力矩會略大，但對船舶穩性偏安全[5]。同時對客船突風衡準進行定義，雖然本衡準不計入船體橫搖的影響，但考慮到“東方之星”事故，為了安全，可取相對保守，計入橫搖影響。突風衡準可按前面的風壓穩性衡準數Kf進行定義，僅是風壓值不同，則突風衡準定義為Kt。

到此NAPA 軟件的穩性計算衡準定義全部完成，在定義的過程中一定要注意單位的一致，同時注意宏語言命令輸入環境以及字母輸寫正確以免無法執行[6]。接下來關聯所有衡準。

3 NAPA 穩性程序

在諸如其非保護性開口、受風面、干舷甲板、舭龍骨等參數以及裝載工況定義好之后，可以在CR_I 下通過ARGS程序運行參數輸入情況，如圖2 所示。

圖2 CR_I 下程序參數檢查

圖3 滿載出港穩性結果分析

如圖3 所示，滿載出港工況計算結果均滿足《法規》要求，而且穩性衡準所得值與《法規》所要求值相比均有較多余量，僅MAXGZ15 略小，主要是由船寬與型深比較大引起的。雖然該衡準僅適用于A 級航區船舶，但也從側面反應出設計工作者在設計前期需注意的地方，通過NAPA 軟件在內河船舶穩性分析上的運用來驗證設計是否可行以及優化設計，從而提升設計水平[7]。

4 程序編輯結果

通過上述程序編輯過程可知，程序的輸出命令對此過程中的一些變量參數值進行檢查，用戶可根據自身所需要輸出變量設定自身關系變量值[8]。

NAPA 軟件提供一個較為開放的開發平臺，用戶可根據個人不同的信息變量要求，應用此軟件所具有的功能，進行編程開發。本文對船舶的復原力臂曲線圖進行還原分析，并應用到實際操作中，其中對船舶的起重允許極限傾角進行求解分析，并對NAPA 的其它用戶進行一定的啟發[9]。300 客人的新能源自動航運船壓載到港工況的編輯結果，如圖4 所示。

圖4 復原力臂曲線下面積

5 結語

本文通過NAPA 軟件開放性宏語言命令平臺，以內河郵輪為例進行穩性三維程序編輯，從而形成可執行的程序流程。通過本文可以進行三維船體程序的修改與延伸，從而在NAPA 軟件中實現其它內河船的穩性計算。目前中國船級社武漢規范研究所已開發了內河船舶三維系統Compass Inland 2016，并已用于內河船舶運行軟件，如有條件可以運用這兩款軟件進行對比。利用NAPA 二次開發平臺，介紹內河船的完整穩性程序的NAPA 軟件，該軟件不僅適用于河內B 級航區船舶的完整穩性參數計算，還適用于河內A 級航區船舶的完整穩定性計算，在這里只需要使用程序前將程序中的已知固定參數按照法規進行修改即可。因此，該程序不僅可以避免手動程序運行帶來的大量重復工作，對于NAPA 軟件程序功能也具有一定的應用價值。同時要說明的是，對于船舶裝載的某些特殊物質，必須要先考慮貨物滑移的影響，并將此影響反饋到NAPA 軟件中，從而得出準確的參考數值及方案，從而進一步完善船舶運輸方面的問題。

本文所介紹內容是筆者在設計中所遇到的，在實際編寫過程中，建議對已知參數及可直接求得的參數直接以數字的形式直接代入，無需額外定義，這樣即可減少工作量，也可減少在編寫時出現錯誤的機率。NAPA 的較多開發功能筆者尚未掌握，希望借此能給總體設計工作者一些參考，期待NAPA 軟件在內河船穩性上發展得更遠。