NAPA在散装谷物船稳性计算中的应用

NAPA在散装谷物船稳性计算中的应用作者：蔡智波张利陈超
来源：《广东造船》2011年第03期
3南通中远川崎船舶工程有限公司技术本部，南通 226005)
摘要：本文概述了应用NAPA软件进行船舶谷物稳性计算的流程，并结合实际工程项目对不同的装载工况进行了计算，编写了NAPA BASIC宏程序用于自动输出计算报告。

计算结果表明，NAPA软件性能稳定、计算功能强大、使用灵活性强，使用该软件可以方便、准确地进行散货船谷物稳性的计算和校核。

关键词：NAPA；散装谷物；船舶稳性计算
Application of NAPA in Grain Stability Calculation of Bulk Carrier
CAI Zhi bo1,ZHANG Li2,CHEN Chao3
( 1.CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co., Ltd. Guangzhou 511462; 2.Nantong Shipping College, Nantong 226010;
3Nangtong COSCO KHI Ship Engineering Co., Ltd. Nantong 226005 )
Abstract: The process of applying NAPA to calculate ship’s grain stability is introduced in this paper combined with calculations for a variety of loading conditions of 82000DWT bulk carrier project. NAPA BASIC macro for calculation report auto generating is compiled. The result shows that NAPA has steady performance, powerful calculation function and flexible application. NAPA can be used to calculate the ship’s gra in stability conveniently and accurately.
Key words: NAPA;Bulk grain;Ship stability calculation
谷物是大宗海上运输货物，也是散货船的主要载货种类之一，其装运方式有散装和包装两种，但对同一艘船舶来说，散装运输时载货量比包装运输时多，此外还能节省包装材料和费用，有利于全面实现装卸机械化，缩短船舶营运周期。

但是，船舶在散装运输谷物时，由于谷物移动对船舶摇摆有不利影响，除了计算其完整稳性外，还必须计算谷物稳性。

NAPA是一款用于船舶及海洋工程设计的三维建模和总体性能计算软件，近年来，随着国内用户数量的不断增长，NAPA在船舶设计中的使用日渐普遍，并赢得了众多船舶工程类设计人员的青睐。

1 装裁散装谷物时的稳性要求
船舶装载散装谷物时应符合1974年国际海上人命安全公约(SOLAS)第VI章“稳性衡准”的规定，即：考虑到由于谷物移动产生的倾侧力矩后，任何装载散装谷物的船舶在整个航程中的完整稳性特征，至少应能满足下列要求[1-2](见图1)。

1) 由于谷物移动使船舶产生的横倾角应不大于12º，但对在1994年1月1日以后建造的船舶，还应考虑甲板边缘浸没角，取其较小者。

2) 在静稳性曲线图上，到达倾侧力臂曲线与复原力臂曲线的纵坐标最大差值所对应的横倾角θm或40º或进水角θf，取其较小者为限，该两曲线之间的剩余面积A′在所有装载情况下应不小于0.075 m·rad。

3) 经对各液体舱内自由液面修正后的初稳性高度应不小于0.3 m。

2散装谷物装载特性
船舶在装载谷物时，其稳性要求有别于普通货物。

装载散装谷物的船舶货舱，无论采用何种方式装载货物，谷物都难以完全充满甲板和舱口盖下方的所有空间，存在一定的空档；另外，由于散装谷物的孔隙性特征，当航行中船舶摇摆、颠簸和振动时谷物表面也会下沉，使舱内的空档增大。

由于谷物的散落性特征，若船舶横摇角超过谷物的静止角时，谷物表面将随之发生移动，从而产生与自由液面相似的影响，所以在计算谷物稳性時也要考虑谷物的移动力矩。

散装谷物在运输过程中一般有三种装载方式[3].
1) 满载舱( filled compartment, trimmed )：指对货舱内散装谷物进行必要和合理的平舱，即将谷物自由表面整成水平，从而尽最大可能填满甲板下方及舱口盖下方的空间，并将谷物装载到可能的最高高度。

此情况下，谷物移动对稳性的不利影响最小。

2) 未平舱的满载舱( filled compartment, untrimmed )：指使舱口范围内装满至可能的最大程度，但在舱口以外，货舱口与货舱前后舱壁之间的两个舱端部不进行平舱。

此情况下，谷物移动对稳性的不利影响要明显大于上述经平舱的满载舱。

在航次货源和稳性核算许可时采用这种装载方案，可为船东节约平舱费用。

3) 部分装载舱( partly filled compartment )：指经合理平舱，将谷物自由表面整平，但未达到上述两种满载舱状态的任何货舱。

此情况下，谷物移动对稳性的不利影响随货舱结构形状及谷物装舱深度而变化，多数情况下影响程度要远远超过上述两种满载舱。

这三种装载方式在NAPA中定义装载工况时用load命令就可以方便地实现，但对不同的装载方式，软件在计算谷物重量重心和移动力矩时的处理方式有所不同。

3稳性计算
近年来，NAPA已经成为一款船舶设计计算的主流软件，目前已有多家船级社、船厂、设计公司、高校及研究院所引进了该软件。

NAPA软件中的Grain Stability模块能够非常方便地实现散装谷物稳性的计算，其计算流程概述主要有如下四点。

3.1建立计算模型
首先根据型值表在Text Editor中编辑宏命令生成船体模型，然后光顺线型并检查模型的静水力性能，以达到设计的要求。

然后根据总布置图和舱容图定义各个舱室，将建立好的舱室增加船舶模型中去，并对每一舱室赋予一定的属性，例如舱室的用途、舱室装载货物的类型、舱室名称描述、装载物的密度、舱室的结构折减率等等。

3.2建立并检查谷物空间
谷物稳性计算前要重新定义装载谷物的空间，谷物空间除了包括分舱中的舱室以外，还要包括谷物稳性计算中的各种信息，例如舱口盖和桁材的尺寸及具体位置、舱口端梁上是否开有谷物流通孔(feeding holes)及其尺寸和位置等，如果舱内有平台和其它的体积折减也要一并定义进去。

在定义完谷物空间后，有必要对其进行检验，可以使用装载命令和绘图命令来检查谷物空间的某些截面形状和装载情况，详细内容可参考NAPA软件的在线帮助手册[4]。

3.3定义谷物装载工况、选择稳性衡准
对于船舶各种舱室的装载情况(包括谷物的装载)，可以在Loading Conditions 中定义，具体见图2。

相应稳性衡准的选择，可以在命令行中进入CR模块用RCR命令选择，或者点击上图中的Criteria标签页，然后点击“Intact Criteria…”打开稳性计算参数选择界面，修改相关计算参数，见图3，RCR的值即为选择的相关衡准。

NAPA已经预先定义了一些衡准组可以供用户选择，如IMO(或A749-3.1)是根据IMO规则定义的适用于所有船舶的完整稳性衡准，IGC则是根据散装谷物规则定义的相关衡准，包括前述三点对横倾角、剩余稳性面积和初稳性高度的要求。

此外还应注意的是，稳性横截曲线中要包括12°和40°处的数据。

3.4宏的使用
宏的应用是NAPA最有效的工作方式，在设计过程中高效地使用宏将大大地减少设计者的劳动量，也可以使设计过程更加灵活、准确。

宏使用NAPA BASIC语言编写，与常用的计算机程序类似，宏的使用十分灵活，既可以只有几行简单的NAPA命令，也可以包括输入、输出、跳转、循环、计算函数、子程序调用、宏嵌套等程序块以组成大型程序，并且可以十分方便地在Text Editor中编写并执行部分或全部语句，通过宏的使用，用户可以完成任何复杂的事情。

由于稳性计算报告中一般都包含数十个装载工况的计算结果，所以输出计算报告时如果不使用宏其工作量将是难以想象的。

在本船的谷物稳性计算过程中，作者采用NAPA Basic语言编写了相关的宏命令，实现了装载工况的自动配载以及谷物稳性报告的自动输出，大大提高了工作效率，并且使得图纸送审工作更简单、规范。

4算例
结合我司82 000 DWT巴拿马型散货船项目，采用NAPA软件进行谷物稳性计算。

实际计算中，根据规范及本船规格书的要求，考虑了满载平舱、满载不平舱、部分装载舱三种情况，按照上面介绍的流程进行满载出港和满载到港工况的谷物稳性计算。

经计算校核，本船的谷物稳性满足要求。

本船主要参数：
总长229.0 m 垂线间长223.5 m
型宽 32.26 m 型深 20.2 m
结构吃水 14.5 m 方形系数0.894
载重量 82 000 t 排水量 95 643.1 t
根据《Grain Code - International Code for the Safe Carriage of Grain in Bulk (IMO Resolution MSC.23(59) )》的建议，应提供三个有代表性的积载因素(1.25、1.5、1.75 m3/t )对应的载况计算。

但本船的规格书中要求计算积载因素分别为42、45、50、55、60、65 ft3/Lt(注：1
ft3/Lt=0.02 787 m3/t)时的谷物装载工况，此要求比IMO的推荐值更高，所以实际计算时只按規格书要求计算了相应的装载工况。

以积载因数为45 ft3/Lt时的不平舱满载出港载况为例，考虑谷物移动力矩后的静稳性曲线如图4所示。

该载况下的稳性校核结果见表1(包括完整稳性和谷物稳性)。

5结束语
NAPA是船舶设计领域处于领先地位的应用软件，并且为船舶设计者提供了一个开放的开发平台，用户可以根据个人使用习惯对软件进行自定义，也可以根据实际需求利用该软件进行编程开发，编写宏命令以达到建模、计算和送审图纸自动输出的目的。

相比于其他设计软件而言，NAPA的文档输出功能（下转第页）（上接第页）非常强大，结合宏(尤其是循环和数组)的使用，能够大大减少船舶设计工作量、缩短设计周期，提高设计者工作效率。

而且，很多船级社都将NAPA作为其审图平台，本文算例中的82 000 DWT散货船稳性计算报告分别送审了CCS、ABS、DNV三家船级社，退审结果表明，NAPA的计算是非常准确可靠的。

参考文献
[1]中华人民共和国海事局. 船舶与海上设施法定检验规则(2008) [M]. 北京: 人民交通出版社，2008
[2]IMO.International Code for the Safe Carriage of Grain in Bulk [S]. London,UK, 1996
[3]中华人民共和国船舶检验局. 船舶装载散装谷物的稳性衡准及稳性计算资料编制规定[R]. 指导性文件JCG/Z005-89, 1989
[4]NAPA Ltd. NAPA Online Manuals 2010.2, 2010。