拖網(wǎng)漁船穩(wěn)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

趙炳雄，嚴(yán)謹(jǐn)，黃技

（廣東海洋大學(xué)海洋工程學(xué)院，廣東 湛江 524088）

我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民對(duì)于海產(chǎn)品需求的日益增加，大力推動(dòng)了漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國(guó)海洋魚類資源豐富，過(guò)去五年海洋捕撈產(chǎn)值呈上升趨勢(shì)，2019 年海洋捕撈產(chǎn)值2116.02 億元，占漁業(yè)產(chǎn)值的16.35%[1]。從捕撈產(chǎn)量（圖1）和漁船作業(yè)類型（圖2）來(lái)看，拖網(wǎng)漁船是目前海洋捕撈主要工具。拖網(wǎng)漁船安全性對(duì)于漁民的財(cái)產(chǎn)和人身安全十分重要，從2019 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示漁業(yè)災(zāi)情共沉船199 艘，死亡、失蹤和重傷人數(shù)8 人，直接經(jīng)濟(jì)損失156.37 億元。統(tǒng)計(jì)資料和數(shù)據(jù)表明船舶發(fā)生事故的主要原因之一是船舶的失穩(wěn)進(jìn)而導(dǎo)致船舶失去控制[2]。

圖1 不同漁具的海洋捕撈產(chǎn)量比例

圖2 不同作業(yè)類型海洋機(jī)動(dòng)漁船的比例

拖網(wǎng)漁船由于主尺度較小，空間狹窄，并且捕撈甲板機(jī)械較多，操作復(fù)雜，在風(fēng)浪天氣容易發(fā)生失穩(wěn)，海洋漁船往往需要在相當(dāng)嚴(yán)酷的海況和氣象條件下進(jìn)行作業(yè)，所以對(duì)穩(wěn)性的要求極高。漁民長(zhǎng)期在海上開展捕撈作業(yè)，漁船橫搖周期的快慢直接影響作業(yè)和生活的舒適度，也影響人員活動(dòng)的安全性。在我國(guó)的漁業(yè)發(fā)展中，拖網(wǎng)捕魚是一種效果好、適用范圍廣的捕魚方法，因此研究拖網(wǎng)漁船的穩(wěn)性對(duì)其發(fā)展有著重大的意義。

1 漁船穩(wěn)性研究現(xiàn)狀分析

船舶穩(wěn)性是漁船的最基本性能，早期學(xué)者、專業(yè)技術(shù)人員及企業(yè)單位通過(guò)統(tǒng)計(jì)各種海損事故船舶的穩(wěn)性指標(biāo)，集中研究船舶靜穩(wěn)性參數(shù),如初穩(wěn)性高度、復(fù)原力臂曲線的特征值等，提出相應(yīng)的界限，作為控制船舶穩(wěn)性的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)仍然是現(xiàn)在判斷船舶穩(wěn)性的主要內(nèi)容之一。近年來(lái)各相關(guān)單位和企業(yè)不斷完善漁船穩(wěn)性的規(guī)定，中國(guó)海事局發(fā)布《國(guó)內(nèi)海洋漁船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2019）》[3]和《遠(yuǎn)洋漁船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2019）》[4]明確了在國(guó)內(nèi)和遠(yuǎn)洋作業(yè)的海洋漁船完整穩(wěn)性校核的要求。邵峰等[5]結(jié)合有關(guān)的文獻(xiàn)資料、規(guī)則和例子分析了鋼質(zhì)海洋漁船失穩(wěn)事故的多方面原因，提出了實(shí)船檢驗(yàn)方法對(duì)提高船舶建造水平的積極意義。林海[6]通過(guò)國(guó)內(nèi)和遠(yuǎn)洋漁船穩(wěn)性衡準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型比較了兩者穩(wěn)性指標(biāo)的差異，總結(jié)漁船穩(wěn)性校核的注意事項(xiàng)，并分析了縱傾對(duì)穩(wěn)性的影響。項(xiàng)立揚(yáng)等[7]以南極磷蝦捕撈加工遠(yuǎn)洋漁船為對(duì)象，對(duì)比分析了遠(yuǎn)洋漁船規(guī)范穩(wěn)性衡準(zhǔn)的要求，探討了遠(yuǎn)洋漁船的特殊作業(yè)工況，為我國(guó)高性能遠(yuǎn)洋漁船的安全評(píng)估提供了技術(shù)支撐。

2 穩(wěn)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析方法

2.1 初穩(wěn)性高

初穩(wěn)性高GM 是衡量船舶穩(wěn)性的重要指標(biāo)，初穩(wěn)性高越大，那么復(fù)原力矩也隨之變大，抵抗傾覆力矩的作用也越大。根據(jù)《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》[8]船長(zhǎng)在70m 以內(nèi)的船舶的初穩(wěn)性高可按照公式（1）計(jì)算。初穩(wěn)性高GM 與型寬B、橫搖周期TΦ、橫搖系數(shù)f 之間存在一定的關(guān)系，可結(jié)合拖網(wǎng)漁船在不同裝載工況下的樣本數(shù)據(jù)，探討組合參數(shù)（B/TΦ)2與初穩(wěn)性高GM 的關(guān)系。

2.2 橫搖周期

橫搖周期TΦ反映漁船在波浪中搖晃的劇烈程度，橫搖周期越大的漁船在波浪環(huán)境中越平穩(wěn)，可參考《遠(yuǎn)洋漁船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2019）》[4]公式（2）計(jì)算。公式顯示橫搖周期TΦ與初穩(wěn)性高GM 和船寬B 有關(guān)，存在經(jīng)驗(yàn)參數(shù)C。可通過(guò)漁船型寬B 和初穩(wěn)性高GM 等樣本數(shù)據(jù)，擬合橫搖周期TΦ的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

2.3 橫搖角

2.4 最大復(fù)原力臂

根據(jù)《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》[8]中得到復(fù)原力臂l 與船舶的主尺度參數(shù)Lpp、B、D、排水量△與設(shè)計(jì)吃水d有關(guān)系，可通過(guò)量綱分析的方法初步得到最大復(fù)原力臂lmax的關(guān)系式（4），通過(guò)漁船樣本數(shù)據(jù)進(jìn)一步確定相關(guān)參數(shù)。

3 實(shí)船穩(wěn)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

3.1 實(shí)船基本參數(shù)

參考《中國(guó)鋼質(zhì)海洋漁船圖集》[9]選取15 艘拖網(wǎng)漁船作為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)分析出港捕魚、捕魚中、滿載到港、空載到港四類基本載況的初穩(wěn)性高、橫搖周期、橫搖角、最大復(fù)原力臂等指標(biāo)與漁船船長(zhǎng)L、船寬B、型深D、吃水d 和方形系數(shù)CB等主尺度要素（見(jiàn)表1）之間的關(guān)系。

表1 拖網(wǎng)漁船主尺度及船型系數(shù)

3.2 穩(wěn)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)提取表1 樣本拖網(wǎng)漁船出港捕魚、捕魚中、滿載到港和空載到港各工況的穩(wěn)性指標(biāo)和主尺度要素，結(jié)合初穩(wěn)性高的公式（1）、橫搖周期公式（2）、橫搖角公式（3）和最大復(fù)原力臂（4），運(yùn)用最小二乘法的擬合得到圖3～圖6 的穩(wěn)性指標(biāo)與主尺度參數(shù)之間的關(guān)系式。

圖3 初穩(wěn)性高的統(tǒng)計(jì)分析圖

圖4 橫搖周期的統(tǒng)計(jì)分析圖

圖5 橫搖角的統(tǒng)計(jì)分析圖

圖6 最大復(fù)原力臂的統(tǒng)計(jì)分析圖

4 拖網(wǎng)漁船穩(wěn)定性指標(biāo)的影響因素分析

根據(jù)初穩(wěn)性高的統(tǒng)計(jì)分析，初穩(wěn)性高越大漁船的橫搖周期就越短，對(duì)漁船安全使用不利。實(shí)際在船舶建造過(guò)程中初穩(wěn)性高很大的程度上由型寬決定，由經(jīng)驗(yàn)公式可知型寬增加橫搖周期也會(huì)增加。由橫搖角的經(jīng)驗(yàn)公式可得重心垂向高度越大則橫搖角也越大，會(huì)降低船舶的穩(wěn)性。

拖網(wǎng)漁船穩(wěn)性設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮以下因素：①保證初穩(wěn)性高的下限增加船寬，使船舶的橫搖周期長(zhǎng)一些，減緩橫搖運(yùn)動(dòng)；②B/d 增大橫穩(wěn)心半徑BM 也會(huì)增加，根據(jù)GM=KB+BM-KG 則初穩(wěn)性高也隨之增大致使船舶橫搖劇烈，在吃水受到限制的情況下限制漁船的型寬可以滿足船舶的穩(wěn)性要求；③在確定了船舶的B/d 范圍后可通過(guò)降低漁船重心高度提高漁船的穩(wěn)性，例如通過(guò)設(shè)置調(diào)節(jié)壓載水艙或在船底艙內(nèi)加固定壓載。

5 結(jié)論

通過(guò)分析漁船的穩(wěn)性指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)公式和對(duì)多條樣本拖網(wǎng)漁船的穩(wěn)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析，可得到以下結(jié)論：

（1）大部分拖網(wǎng)漁船的穩(wěn)性指標(biāo)可通過(guò)相關(guān)漁船的規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)公式可近似計(jì)算。

（2）通過(guò)樣本漁船的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)一步確定初穩(wěn)性高、橫搖周期、橫搖角和最大復(fù)原力臂與主尺度要素的關(guān)系，對(duì)于拖網(wǎng)漁船的設(shè)計(jì)和分析提供一定的參考。

（3）拖網(wǎng)漁船在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮穩(wěn)性指標(biāo)與各主尺度要素之間的關(guān)系，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)出具有優(yōu)良穩(wěn)性的拖網(wǎng)漁船。