船舶傾斜試驗若干常見問題

中國船級社 張煒君

船舶傾斜試驗的規范性關系到船舶空船重量和重心位置的準確性，進一步影響船舶穩性計算結論的準確性，直接關乎船舶安全。雖然傾斜試驗的靜力學原理很簡單，但實際進行傾斜試驗時有很多需要注意的地方。筆者在建造檢驗中發現部分船廠對傾斜試驗依然存在認識誤區，現結合實例對幾個常見問題進行探討，供業界參考。

不足重量的影響

在審批某鋁合金高速客船傾斜試驗大綱時發現不足重量超出了空船排水量的1%，船廠為了滿足《CB/T3035-2005船舶傾斜試驗》的要求，使用壓鐵來替代不足重量，筆者認為這種做法不可取。

理論上，只要能準確知道不足重量的重量和重心位置，不足重量可以不受限制。《CB/T3035-2005船舶傾斜試驗》之所以限制不足重量和多余重量不得超過空船排水量的1%，主要是因為較難獲得不足重量和多余重量的準確重量和重心位置，尤其是重心位置。使用壓鐵來替代不足重量，雖然解決了重量不足的問題，但因壓鐵和實際不足重量在位置、高度和分布上往往存在較大差異，難以修正對重心位置的影響，甚至會讓空船重心更加不準確。考慮到該標準不是強制性標準，對于部分排水量小的鋁合金船，實際生產進度安排導致難以完全滿足傾斜試驗條件時，一個合理可行的方法是，從安全角度出發，考慮適當估高不足重量的重心，這樣得到的空船重心是偏高的，完工穩性計算得到的穩性衡準數是偏低的，增加了安全裕度。當然最佳的做法應該是等完全具備條件后再進行傾斜試驗。

移動力矩大小的影響

《CB/T3035-2005船舶傾斜試驗》要求試驗時所用的移動重量應至少使船舶每舷產生2至4度的橫傾角，若受船型限制達到該要求有困難時，每舷最小橫傾角應不小于1度。某船廠由于條件限制橫傾角只能達到0.95度，與筆者溝通是否可以進行傾斜試驗。理論上，橫傾角越小，橫傾角的值與橫傾角的正切值越接近，計算得到的初穩性高GM值越準確。但實際操作中，過小的橫傾角會導致擺幅過小而增加讀數誤差。實際操作中能保證擺錘擺幅足夠大，船舶浮態足夠穩定，讀數誤差就會大幅降低，0.95度的橫傾角是可以接受的。筆者要求船廠增加擺線長度以加大擺幅，避免擺幅太小而影響讀數，并要求更嚴格的天氣和水文條件，在能保證船舶浮態穩定的情況下進行傾斜試驗，進一步減少讀數誤差。

掛擺位置的影響

審批某鋁合金船傾斜試驗大綱時發現，船艏的掛擺很靠近艏柱，而船艉的掛擺則相對靠近船中，筆者認為該設置不是很合理。《CB/T3035-2005船舶傾斜試驗》要求至少設置兩個相互遠離的掛擺，其用意是抵消船體扭轉變形對試驗結果的影響。傾斜試驗中，復原力矩的作用點和移動重物產生的橫向力矩的作用點通常不在同一剖面上，船舶會產生以船長方向為軸的扭轉變形。因此，在移動船艏重量時，船艏的掛擺讀數會偏大，移動船艉重量時船艉掛擺讀數也會偏大，鋁合金船船體剛性較弱，扭轉變形比鋼船更大。在計算中，橫傾角的取值為兩個相互遠離的掛擺得到的橫傾角的平均值，這在一定程度上能互相抵消誤差。

且該鋁合金船首部型線較尾部型線明顯更纖細，船艏的扭轉變形會更大。因此合理的設置應該是船艉掛擺盡量靠近船艉，船艏掛擺布置在船艏的適當位置。

誤差分析方法的改進

《CB/T3035-2005船舶傾斜試驗》對數據誤差范圍有明確的量化要求，偏離擬合直線4%就要分析原因，部分或全部重做試驗，但并未具體描述如何計算這個4%。中國船舶檢驗局1996年出版的《船舶傾斜試驗和靜水橫搖試驗實施指南》3.3.6則表述得非常清楚：δm/m≤4%，δm為偏離點的實際力矩與其在擬合直線上對應的力矩的差值，m為擬合直線上對應的力矩。考慮到每組讀數的擺長是固定的，擺幅值a與移動力矩m為線性關系，相應地，數據滿足δa/a≤4%也可以接受。實際工作中，可以利用EXCEL得到擬合直線的函數表達式后代入各組讀數得到擬合直線上的m值或a值，迅速判斷每組讀數是否滿足δm/m≤4%或δa/a≤4%的要求。

我們還可以從另一個角度考慮這個問題，得到一個更簡單的誤差分析方法。根據船舶靜力學原理，在小橫傾角范圍內，單位力矩產生的船舶橫傾角是一樣的，同一組讀數擺長是一樣的，理論上單位力矩產生的擺幅是一樣的。根據該原理，可以從第三次讀數開始，使用下列公式進行簡易誤差分析：

(si-smi)/smi≤4%

si—第i次移動壓塊單位力矩擺幅值；

smi—前i次移動壓塊單位力矩擺幅值的平均值。

部分船廠和設計院作完擬合直線看到散點未過分遠離擬合直線，在未進行數據誤差的量化分析的基礎上，就主觀判斷數據合格。實際上，4%的誤差范圍對小型船舶來說是非常嚴格的，筆者遇到過這樣的情況，船廠和設計院在現場作擬合直線后，認為數據沒問題，并未進行量化分析就結束了傾斜試驗。筆者審核試驗報告時用EXCEL對數據作線性回歸后發現部分讀數超出了4%的誤差范圍，導致重做試驗。

結論

本文結合傾斜試驗相關標準和現場試驗經驗，通過分析總結，得出以下結論：

1、用壓鐵替代不足重量的方案在傾斜試驗中需要慎重對待，處理不當可能會增加傾斜試驗的數據誤差。

2、如能通過增加擺錘擺幅和穩定船舶浮態使讀數誤差控制得當，移動力矩產生的橫傾角略小于1度不會降低試驗結果準確性。

3、傾斜試驗應至少設置兩個相互遠離的掛擺，尤其對鋁合金船，掛擺位置應根據船舶型線合理布置。

4、傾斜試驗數據必須進行量化的誤差分析，確認每組數據遠離擬合直線，都不超4%后才能判定傾斜試驗合格。