班业平

( 上海外高桥造船有限公司 上海201204 )

浅谈大型船舶倾斜试验的控制要点

班业平

( 上海外高桥造船有限公司 上海201204 )

船舶倾斜试验既关系到最终是否满足合同约定的船舶载重量指标，也直接影响船舶的安全，是船舶设计和建造过程中的关键环节。文中主要介绍了船舶倾斜试验的正常程序，以及大型船舶为获得有效倾斜试验结果的程序和控制要点，并对某些产生较大偏离的试验结果进行仔细分析，以使倾斜试验过程合理且结果准确。

倾斜试验；稳性；偏差分析；控制要点

引 言

船舶设计之初，设计者将根据具体情况预估船舶的质量及质心位置，并在此基础上计算出船舶的载重量，核算船舶的稳性。当船舶建造完工后，必须通过倾斜试验来确定实船的空船质量和质心位置等稳性要素，以便使船长能在船舶各种营运状态下快捷获得船舶有关稳性的数据，确保船舶使用时的稳性安全［1］。

本文以某好望角型系列散货船的倾斜试验及空船质量的测定为例，阐述了大型船舶的倾斜试验及空船质量的测定与控制。

1 船舶倾斜试验的一般要求

船舶的倾斜试验应满足的条件、要求和对其结果的评定应符合IMO和船级社的要求及船旗国政府主管机关的要求。一般来说，倾斜试验应依据下述条件和步骤进行：

1.1 气候条件和试验环境

试验应在一个较好的天气情况下进行，以确保在试验过程中，船舶能始终保持自由浮动的状态。如果遇大雨、大风天气，试验应延期或中止。

1.2 试验前的组织和准备

船舶应在接近完工状态和航行试验前进行倾斜试验。试验时应为空船状态，清除不属于船上的工具和物件。如实在难以达到空船状态, 可允许不超过空船排水量1%的质量。不过，试验所需的移动物件质量及必要的压载可不受上述多余质量的限制。

所有机械、锅炉、管路及系统内的水和油应处于工作状态, 并关好与本试验无关的所有阀门（通海阀也应关闭）。

为保证试验的准确性，所有的水舱及油舱应抽空并清除残液，以尽量减少自由液面的影响。对试验需用的压载水舱及允许存在的少数油舱（油柜）应灌满，并采取必要措施消除空间档的气泡。如难以灌满，则应进行自由液面修正［2］。

1.3 倾斜试验的进行

（1）乘坐小艇进行船艏、船舯、船艉两舷的水尺读数, 以准确计算试验时船舶的排水量。测量出的水尺标志处吃水应修正到艏艉垂线处的吃水, 同时应测定试验水域的水密度。

（2）观察测量风向、风速、流速和周围水面的情况，并确认符合试验环境条件及系泊状态。

（3）应保证船舶在试验过程中处于自由浮动状态，不致触及任何障碍物。

（4）试验的同时应进行试验误差检查，以保证测量结果的准确性。

1.4 计算倾斜试验的结果

（1）根据试验时测量得到的标尺吃水计算出船艏、船舯、船艉的型吃水。

（2）计算试验物质量每次移动时的横倾力矩。

（3）按平均法或最小二乘法求出试验状态的初稳性高GM。

（4）计算倾斜试验状态下的排水量和船舶质心垂向坐标和纵向坐标。

（5）计算船舶的多余和不足的质量和需要重新定位质量的质心。

（6）计算空船排水量和质心坐标。

2 大型船舶倾斜试验控制要点

中、小型船舶由于空船质量较轻，所需移动压载较小并采用固体质量，因而试验状态较易控制。但对于大型船舶而言，所需移动压载大并采用液体，故影响试验结果的因素较多。以某好望角型散货船（以下简称本船）为例，倾斜试验状态下的每厘米吃水排水量达100 t以上、排水量近50 000 t，移动质量3 000 t以上，试验状态不易控制，因此，对大型船舶的倾斜试验应当给予足够重视，并重点对一些关键处进行必要的控制，以期获得较理想的结果。

2.1 严格的气候条件和试验环境

恶劣的气候条件和试验环境将影响倾斜试验的结果，使试验数据失真。例如：过大的风力将造成船舶横倾角的过大或过小，从而导致船舶碰到其他物体；另外，缆绳没有放松也将造成船舶横倾角偏小。因此，良好的气候条件和试验环境是确保试验获得理想结果的前提。

2.2 准确测量；精准读数

应准确读取船艏、船舯和船艉两舷的水尺读数,以及试验水域水的密度，以便准确计算试验时船舶的排水量。

本船每厘米吃水排水量超过100 t，因此水尺读数的误差对船舶的排水量影响较大。按倾斜试验所要求的条件，理想的试验场所应是在船坞内，以最大限度地减少风浪流等环境因素给试验可能带来的影响。但事实上，由于目前船坞非常紧张，不允许倾斜试验在船坞内进行，多数只是在船厂码头边进行，因此，吃水的准确读取难免受到影响。仅凭借肉眼在起伏的波浪中读数，其准确性可想而知。解决这一问题的方法，可采用带刻度的玻璃软管靠近水尺标志处连续多次读数，取其平均值，以消除波浪对读数的影响。测量试验水域的水密度时，应选取船艏、船舯和船艉区域足够深度的水取样测定，取其平均值，确保所测数据的真实可靠。

2.3 试验初始状态的调整和移动压载的选取

对试验初始状态的调整。所有的水舱及油舱应抽空，并清除残液，以尽量减少自由液面的影响［2］。水舱及油舱以外的船体空间（包括空舱）如有积存的水或油，不仅要予以清除，对大型船舶，还应使试验状态可控，尽量减小船舶的中拱或中垂，即在调整船舶试验浮态时，尽量使用均匀间隔压载，避免在艏艉或船舯区域集中压载；此外，还应重点考虑采取措施消除液舱因纵倾及空气管的位置而产生空间档的气泡。

固体移动压载因其可靠易控，是试验的最佳选择。但对大型船舶的倾斜试验所需移动质量巨大（本船移动质量超过3 000 t），选用固体移动压载显然不现实。那么液体移动压载就成了可能的选择。需要注意的是，一般不推荐压载水作为倾斜试验的移动质量，但在使用固体压载确实有困难的情况下，压载水才能作为倾斜试验的移动质量，前提条件是作为试验移动压载水舱应是光壁（即没有大的梁或内部构件以免产生空气层），同时还应保持船舶的浮态以及测量试验移动压载水舱水的密度。在压载水横向移动过程中，应防止水渗漏，在每一次压载水移动的前后，都应手工测量压载水舱的液位。上述内容应列为详细的试验程序由船级社认可［3］。

本船试验采用移动压载水的方法来完成，压载水要用船上的压载泵直接从一舷移到另一舷。

2.4 多余或不足质量的检查

现阶段，由于先进造船工艺的广泛应用，到倾斜试验时，船舶的完工状态普遍较好，其多余或不足质量，皆不会超过空船排水量的1%，此时的重点应该是对多余或不足质量的检查。相对于中、小型船舶，大型船舶更为复杂，检查则需花费更多时间和精力。要事先准备好多余和不足质量及质心的明细表交验船师确认；试验前船厂还应与验船师一起进行全船检查，以确保各项目经过准确估算，没有遗漏（尤其要注意压载舱的检查、测量）。本船的第一次试验结果不理想，事后分析得知是由于前部压载舱测量不准确，从而导致试验结果产生偏差。因此，当进行再次试验时，经严格控制前部压载舱的测量工作，最终获得了理想的结果。

2.5 横倾角的测量

一般来说，横倾角测量可分别采用摆锤、U型管及倾斜仪加一摆锤或U型管的方法。本船分别在船艏、船舯和船艉布置了三只长约20 m的摆锤，使用注有一定粘度液体的水槽和刻度尺读摆幅值。每次移动压载水时，都应待船舶稳定下来并在船舶处于完全自由浮动状态时开始连续读数，取其平均值。

2.6 试验误差的检查

大型船舶倾斜试验的准备工作比中、小型船舶要复杂得多，因此，试验过程中，应同时进行试验误差检查，以保证测量结果的准确性，以避免重做试验就显得尤其重要。在确定了准备工作和试验条件满足要求后，影响试验结果的正确性的可能有：

（1）舱内剩余水过多，引起自由液面太大。解决办法为复查所有液舱及空舱，必要时将舱排空。

（2）船舶触底或被系缆阻碍，其解决办法为测量水深并检查缆绳。

（3）侧面定常风的干扰，其解决办法为全部重做试验。

（4）侧面阵风的干扰，其解决办法为部分重做试验。

3 对试验结果出现偏离的分析处理

如果发现试验结果发生较大偏离时，应仔细分析相关试验信息，找出造成偏离的原因，以便重新试验时避免同样的错误。

（1）在某好望角型散货船首制船的倾斜试验时，根据试验所记录的数据计算后发现，其空船质量大大小于预估值，而质量质心垂向值却又大大超过预估值，由此可断定原试验结果有偏差。经分析，我们认为可能是用来调整船舶浮态要求满舱的第一压载舱（船前部）试验时未注满（见图1）。为此，在重新进行试验时，特别注意使包括该舱在内的压载舱压载到位，最终得到了较准确的试验结果。这一结果也得到其后的20多艘同系列船舶的试验结果佐证。

图1 未注满水的压载舱

（2）同属好望角型散货船的另一艘船的倾斜试验计算结果表明，其所得空船质量及质量质心纵向值均超过预估值较多。我们仔细分析试验记录数据，结果发现所记录的吃水值呈现艏艉大、中间小，即有较明显的中拱，而再分析试验时船舶的压载状态，绝不可能产生上述如此大的中拱结果，因此认为艏部吃水测量值偏大是导致上述结果的主要原因。因为上述偏离结果尚在规范可接受的范围内，更何况交船紧急，试验才没有重做。尽管如此，从其后的多艘几乎相同试验压载状态的试验结果来看，证实了我们的上述分析。

4 姐妹船倾斜试验的处理

对姐妹船中的后续船，经船级社批准，可免做倾斜试验，而只做空船质量测定试验，测出空船排水量和质心纵向位置，首制船倾斜试验所得的基本稳性数据将应用于后续船。但前提条件是，与同类型船舶的空船排水量偏差不超过2%, 及质心纵向位置偏差不超过1%船舶垂线间长，否则仍应进行倾斜试验。IMO新规对船长≥160 m的船舶要求与首制船的空船排水量偏差不超过1%, 及质心纵向位置偏差超过0.5%船舶垂线间长［4］。由此可以看出，对大型船舶试验精度的要求已明显提高。

对于大型船舶，后续船空船质量测定试验应该保持与首制船倾斜一致的试验状态，以便于与首制船的结果进行比较；此外，由于船型大，影响试验结果的因素较多，因此空船质量测定对于试验状态下船舶吃水的测定，以及多余质量和不足质量的检查等关键步骤应务必准确，避免因试验结果超出限定偏差而重新进行倾斜试验。

5 结 论

总之，船舶的倾斜试验及空船质量测定试验是船舶建造过程中十分关键的一项试验。虽然试验的原理和方法都较传统，但由于船舶是个复杂的系统工程，影响试验结果的因素很多，对于大型船舶尤其如此。为使试验结果准确，严格的试验条件和试验程序，准确地读取船艏、船舯与船艉两舷的水尺读数,选取适合的移动压载和试验初始状态，重视多余或不足质量的检查，及时检查试验误差，精心组织并实施严格的步骤则是十分必要的。

［1］ 王彩莲，鲁云章. 2 500 TEU集装箱船的总体设计［J］.船舶，2007（4）：9-12.

［2］ 杨存国，虞伟. CB/T 3035-2005.船舶倾斜试验［S］.国防科学技术工业委员会.

［3］ B V. Rules for the Classification of Steel Ships［S］. 2013. PART B，CH 3，APP 1：56-57.

［4］ 国际海事组织.国际海上人命安全公约（SOLAS）2009年 综合文本［S］.北京：人民交通出版社.

Control points of inclining experiment for large vessels

BAN Ye-ping
(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 201204, China)

Inclining experiment affects the vessel not only on meeting the deadweight requirements in the contract but also on its safety, which is a key link during ship design and construction. This paper presents the normal procedures of inclining experiment, and procedures and control points for obtaining valid inclining experimental results for large vessels. It also carefully analyzes the experimental results with larger deviation in order to ensure the reasonable procedures and accurate results.

inclining experiment; stability; deviation analysis; control points

U661.7

A

1001-9855（2014）02-0022-04

2013-08-05；

2013-09-03

班业平（1967-），男，高级工程师，主要从事船舶总体和结构的开发设计。