渔船初步设计阶段的稳性横截曲线的估算外文翻译资料

 2022-09-19 11:10:19

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渔船初步设计阶段的稳性横截曲线的估算

摘要：

从船舶安全性角度而言，在设计过程的早期阶段对船舶稳性开展预测是非常重要的。因此，在本项研究中，提出了一个在渔船初步设计阶段的稳性横截曲线回归公式，以预测船舶的初稳性。为此，从Doust拖网渔船船体系列生成了175艘渔船船型。该预测技术是通过系统地改变渔船系列的数据，进而开展回归分析。该数学模型被构造成主要设计参数的函数，例如：长宽比LWL/BWL、水线宽和吃水比BWL/T、型深吃水比D/T和方形系数CB。该预报也被用来确定特定的船型参数和装载工况对渔船稳性的影响。针对一艘新的渔船，如何采用该预报模型也给出了一些初步的考虑。

关键词：渔船；横截曲线；稳性；初步设计

名词解释：

ai, bij, cijk KN—Phi;的回归系数

BWL 设计水线型宽

BM 横稳心半径

CB 方形系数

CP 棱形系数

D 型深

GM 横稳心高度

KB 浮心高度

KG 重心垂向高度

KN 对应平板龙骨的形状稳性力臂

LWL 水线长

T 设计吃水

TC 计算吃水

ai 浮心高度的回归系数

bi 重心高度的回归系数

d 型深与计算吃水比

Phi; 横倾角

  1. 引言

对船舶工程师而言，在船舶设计中描述和计算船舶的各种特征参数所采用的基本工具是基于理论或试验信息的理论分析、数理统计和经验所形成的一些公式。由于此类公式可以缩短计算时间，因此，更加实用和快捷的工具对船舶工程师而言总是具有吸引力。

所有船舶均被设计和营运以高效且安全地满足特定的工况。因此，对于船舶工程师而言，船舶的稳性更为至关重要。在初步设计阶段，船舶工程师需要一些实用的技术，来获得适宜的设计和船舶性能处于可接受水平的某些表征以确保船舶的安全性能。近年来，计算机的快速发展对改进船舶稳性的计算程序有利。在这方面，借助计算机，可以通过分析大量的计算数据而获得的船舶稳性计算的近似表达式。采用回归分析方法，在设定可接受的精度下，可以得到变量和自变量之间的最佳近似表达式。

本文的目标是：采用回归分析，导出一个用于估算渔船初稳性的数学模型。基于船型参数的数学模型可生成稳性横截曲线：KB和BM值。因此，系统变化的Doust拖网渔船船体系列（Doust，1962）被选用于回归分析之中，以获得渔船的稳性特征参数的近似表达式。

船舶稳性模型的发展已经经历了很长的时间。在此期间，对此问题的诸多方面开展了许多研究工作。有一些论文涉及了采用回归分析方法以计算船舶稳性。比如Campanile and Casella (1989)、Kupras(1976)、Pal (1988)。Campanile and Casella研究了系列60船型在波浪中形状稳性下降，并建立了一些实用的计算复原力臂的图表。Kupras基于货船在某些横倾角下的设计参数，建立了KN—Phi;值的模型。Pal采用了类似本研究中的方法，在初步设计阶段开发了一个计算渔船的稳性横截曲线的数学模型。

  1. 稳性参数的回归分析

由于在初步设计阶段未知船体型线和船舶重心，因此很难预报设计船的初稳性。在本文中：在初步设计阶段，稳性横截曲线（KN—T）是船舶吃水、横稳心到浮心的距离（BM）和浮心到基底的距离（KB）的函数，借助近似的统计方法，稳性横截曲线可以算。正如图1中所示：给定倾斜船舶的几何特征，GM（稳心高度）和GZ值可以写成与上述数据和横倾角（Phi;）的相关的形式，如下：

渔船的KB、BM和（KN—Phi;）的值被构造为船型参数的表达形式，采用建议的KG和KG/D近似表达式，从而获得GM和 (GZ—Phi;)。

为了获得稳性计算的回归模型，从Doust最佳拖网渔船系列中衍生出众多的渔船数量。这些新生成的渔船系列包含175种不同的拖网渔船的船型，以涵盖适宜的设计参数范围，所有这些船型都是从4种母型中衍生。派生175种船型的主要目的是为获得足够数量的样本稳性数据，进而开展可靠的统计分析。图2展示了一艘Doust渔船船体的典型型线。

图1 横倾船舶的几何示意图

图2 一艘Doust渔船的型线图

Doust系列的设计参数范围如下：

4.400le;LWL/BWLle;5.800

2.00le;BWL/T le;2.600

0.582 le;CPle;0.650

考虑到其他渔船的设计参数范围，将上述设计参数范围扩展如下：

3.000le;LWL/BWLle;6.000

2.000le;BWL/Tle;3.000

0.582le;CP le;0.650

1.250le;D/TC le;3.500

其中： D/TC是型深与计算吃水的比值。

在表1中，某些渔船系列的设计参数涵盖了上述范围。

渔船系列

LWL/BWL

BWL/T

CB

LWL/=▽1/3

UBC (Calisal and McGreer 1993)

2.60plusmn;4.00

2.00plusmn;3.00

0.53plusmn;0.61

3.00plusmn;4.47

ITU (Kafali, 1980)

3.30plusmn;5.00

2.00plusmn;3.20

0.35plusmn;0.56

3.40plusmn;6.10

BSRA (Pattulo and Thomson, 1965)

4.30plusmn;5.80

2.00plusmn;3.00

0.53plusmn;0.63

4.35plusmn;5.10

Ridgely-Nevitt (1967)

3.20plusmn;5.75

2.30

0.42plusmn;0.53

3.85plusmn;5.22

表1 一些渔船系列的设计参数变化范围

为了让这些渔船系列的设计变得更简单，通过回归分析，棱形系数CP和方形系数CB之间的关系建立如下：

CB=1.40923*CP2.0107（1）

其中：CP在0.582和0.650之间变化。

因此，方程（1）产生的CB设计范围为：0.475le;CB le;0.593

2.1.生成拖网渔船系列

生成拖网渔船的船长为25.0米恒定值，并且采用回归分析开展其稳性计算。175艘新生成的渔船源于Doust拖网渔船，其LWL/BWL的值按0.5递增，BWL/T 的值按0.25的增量变化。然后对每个BWL/T值，棱柱系数（CP）按0.017递增。

拓展的Doust渔船的稳性是采用三次样条曲线的船体数学模型（通用的）软件进行计算。软件的计算结果被用于建立近似的稳性表达式。

2.2.稳性横截曲线（KN—Phi;）数值的建模

由于KN—Phi;值已经被用作设计参数，使KN值无量纲化就很有必要。因此，采用KN值除以水线宽BWL从而使其无量纲化，该值是船舶稳性计算中最为有效的设计参数。在初始的回归建模中，KN—Phi;曲线通过五阶多项式拟合，拟合误差设定为1.0%～2.0%，表达式如下：

（2）

其中：Phi;是横倾角，ai是采用最小二乘法所确定的多项式系数。为了确定对横稳性产生影响的设计参数系数值ai，采用了如下多重线性回归模型：

（3）

其中，Xj是第j个设计参数；bij是对应多项式的第i个系数——ai的第j个设计参数系数。设计参数（Xj，j = 1，2，hellip;，5）的选择可以通过系统的试验确定。在设计参数试验中，单一参数或参数组合应该与计算的复原力臂曲线（定义为KN—Phi;值）具有最高的相关性。在本研究中，所选取的参数如下：

X0=1

X1=BWL/T

X2=CB

X3=(BWL/T)2

X4=(CB)2

X5=(BWL/T)CB

在不同负载条件下，假定吃水发生变化。因此，在公式（3）中所给出的系数bij可按每一种负载条件确定。在初始设计阶段，对应不同负载条件的其它设计参数的改变难以确定，故被视为常量。因此，系数bij的变化被定义为仅随干舷变化（D/TC）。考虑装载变化，在最大2%的误差范围内，系数bij的三次回归多项式如下：

（4）

其中delta;表示D/TC。

对拖网渔船系列开展系统的稳性分析，得到回归系数cijk ，如表2所示。使用这些系数，可以很容易地计算处一组给定设计参数的复原力臂曲线。

2.3.KB和MB值的回归建模

使用类似的方法结合上面提及的拖网渔船船体数据，可以计算KN—Phi;值。浮心高度（KB）的值和横稳心半径（BM）可以通过下面的表达式计算：

（5）

（6）

其中：alpha;

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