小型渔船的稳定性、安全性和操纵性外文翻译资料

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小型渔船的稳定性、安全性和操纵性

Francisco Mata-Aacute;lvarez-Santullano Antonio Souto-Iglesias

摘 要

在本文中，研究了小型渔船的稳定性、安全性和操纵性之间的关系。为此，选择了一组相关的小型渔船。这些船舶在2004年至2007年期间的相关海上事故中具有相似的主尺度和稳性倾覆。这些船的稳定性和操纵性特征与已经退役的船只相同，由相同的船员操作，在同一区域运营并使用相同类型的渔具。当这些船舶在没有发生任何事故的情况下到达使用年限，就被作为参考安全船只。当船舶设计和建造验证通过时，稳性是检验船舶完整稳定实现的有效标准。操纵性标准的选取和实现是使用线性耐波性分析对一定范围内的海域、航向和速度进行的。鉴于此分析，将操纵性作为船舶安全的有效指标进行了讨论。在这些船舶通过国际海事组织正在制定的第二代稳性标准分析之前，这一步骤被认为是相关的，这是即将到来的研究课题。

关 键 词

安全性 操纵性 渔船 耐波性 完整稳性 船舶运动

1. 引言

商业性捕鱼是目前最危险的职业之一，同时其死亡率在专业文献中也得到广泛的记录。在美国，每10万捕鱼部门工人每年约有130人死亡，而其余行业则为4人（LincolnandLucas，2010）；在英国也有类似惊人的数据（UKMAIB，2010）。在加利西亚，渔业部门最为普遍的西班牙地区，拥有超过全国一半的船只和工人，在工作日期间，捕鱼造成的死亡事故人员数量非常多，仅次于占有西班牙劳动力比例更大的建筑业。可以看出，大多数人员伤亡发生在与船舶有关的事故（或海上事故）中，其中由于稳性问题（倾覆或大倾角横摇）造成的比例占一半，主要是发生在长度为24米以下的船只（Miacute;guezGonzaacute;lezetal，2012）。这一分析与Jinetal等人（2001年）的分析相符，他们表示，倾覆是船员死亡概率最高的事故类型。

2004年11月至2007年9月期间，五艘西班牙船籍的渔船由于失稳而倾覆，导致其大部分船员死亡。共同检查这五起事故，值得注意的是，这些船舶的特征相似，特别是其长度均在15至24米之间，并且是在1999年至2001年，根据最近的吨位分布法规建成的（Mata—Aacute;lvarezSantullanoandSouto—Iglesias，2013）。

倾覆船只与已经退役的船只的的船东、船长和船员是一样的。退役船只在下文中称为“前辈”。此外，可以合理地猜测，当倾覆船只与“前辈”在相同区域运营、使用相同的渔具并处在同一社会框架下，它们是相似的。当五艘渔船在运营短暂的一段时间后，在与稳性有关的事故中沉没时，“前辈”已经服役了很多年。因此，尝试研究这两组船只在各个层面的差异是有意义的。所有这些沉没船只符合于1970年在西班牙立法中实施的IMO（国际海事组织）稳定条例。尽管如此，上述事故是由缺乏稳性造成的。考虑到船舶复杂性和专业化程度的日益提高，以及考虑到目前的稳性标准无法适用于几个稳性相关事故中发生的动力学现象，海事组织认识到，目前的稳性定框架应得到改善。因此，建立了所谓的“第二代完整稳性标准”（SGISC）（IMO，2008）的工作组。这项新的规定目前仍在发展中，尚未得到海事组织的批准。当然，这些工作将构成今后稳性规范的基础，迟早适用于渔船。所讨论的新型稳性规范考虑了使用CFD代码来评估船舶对某些稳性故障模式的脆弱性。然而，承担这项任务的国际海事组织工作组尚未就稳性直接评估方法达成一致，也就是说，一些工作组对使用CFD代码进行耐波性计算提出了反对意见，主要是由于缺乏代码的确定性（IMO，2013，2012）。

Mantari等人（2011）从完整稳性的角度考虑渔具、风和横浪的作用，研究了稳性与安全性之间的联系。他们比较了不同操作条件下的倾斜和稳性力臂，并评估了这些外力的能量平衡。他们得出结论，由渔具产生的倾斜，在很多情况下，至少与由恶劣天气情况产生的船舶横倾力矩一样重要。

一些作者使用几种方法下分析了安全性与耐波性之间的联系。Tello等人（2011）提出了一种基于耐波性计算来分析渔船操纵性的方法。他们研究了几艘葡萄牙渔船船只，提出了操纵性标准及其相应的极限值。他们得出结论，船舶的横摇和纵摇是经常超出标准的，并且确定了船体形状的一些趋势，以优化这些标准的实现。

需要研究渔船的安全性与操纵性之间的关系。

当船舶动作低于一定水平时，船长操纵船只，只有在超过操纵和不能操纵的情况下才会中断捕鱼作业。因此，他们首先认为具有更大操纵性范围的船舶是更安全的船舶。我们的目标是通过分析上述参考案例，即通过比较五艘沉没船舶及其“前辈”之间的一些稳性和操纵性特征，对这种关系进行严格的评估。值得注意的是，这项工作并不打算专门对沉没船只发生的事故进行模拟，也不专门评估其在恶劣天气下的稳性。本文的目的是调查这两组相关船舶的稳性调节与操纵性之间的关系，作为理解前者的局限性和前景的必要步骤。

本文的组织结构如下：首先提出分析方法，通过简要回顾海事组织对稳性的规定，并选择操纵性标准进对耐波性分析。第二，从主尺度，重量等参数展开案例研究。第三，分析和比较新船和退役船舶基于耐波性分析的完整稳性和操纵性的结果。最后，提出了关于IMO横向稳性标准在防止稳性故障方面的局限性和基于操纵性标准帮助渔船安全评估的适用性的讨论。

2. 方法

2.1 概要

研究了由于稳性故障而沉没的五艘渔船。渔船的大小相似，尺寸较小（L_OA在16至20米之间），在1999年至2001年间建成，并且在2004年至2007年之间因可比较的稳性因素而丧失。根据欧洲的渔业法规，构建任何这些船只意味着一个或多个现有的渔船必须退役，是为了避免整个渔船的吨位增加。在五起案件中，至少有一艘船不得不退役，其中最大的船只将被选作倾覆渔船的“前辈”，并被视为参考安全船进行比较。通常情况下，一艘渔船及其“前辈”具有相同的特征，比如船长、船员、渔区、齿轮类型、基地等，因为船东通常是同一人。

对于每个沉没的渔船及其各自的“前辈”，建立典型的载况。每艘船只在一个装载条件下进行了研究，通常采用满载载况。对于不符合稳性手册的船舶（大多数是“前辈”），采用估计接近满载的装况。然后，进行两种船舶的稳性和操纵性进行计算。

2.2 稳性调节

2.2.1概述

根据海事组织大会A.749（18）决议批准的“海事组织文件涵盖的所有类型船舶的完整稳定守则”中提出的IMO船舶稳性标准，对船舶的稳性进行检查。

西班牙在1970年采用了这些稳性标准，因此当五艘沉没船舶在设计和建造时，强制性采用该稳性标准。但五个“前辈”的建造时并没有强制采用，在目前研究中没有考虑到IMO风浪横摇准则标准（气象标准）。关于五艘沉没船只，根据西班牙的稳性规定，只有在最不利的载况下，稳性曲线在30°以下的区域低于0.065m rad时，才应遵守气象标准。所有有关的五艘船舶都具有较大的区域稳性曲线，因此上述气象标准在任何情况下均不适用。

采用最先进的船舶工程软件进行完整稳性计算，并考虑到自由纵倾。没有考虑到舱室中的自由液面。重心已被认为是在船中。对于稳性手册允许的情况，计算出的交叉曲线与手册中的交叉曲线之间存在较小的差异。这些差异主要由于将船型数据导入船舶工程软件时的船体建模过程中产生。

2.2.2稳性指数

稳性曲线（GZ）很好地表述了船舶稳性特征，在我们的研究中，发现了一些船舶的稳性曲线之间的明显差异。这些差异可以通过比较每个单一稳性标准来量化。为了进行比较，为了更好地量化每个渔船和她的“前辈”之间的稳性调节的差异，一个量级是可取的，并且已经设计了与KG余量相关的指数。

对于每艘船舶，计算满足所有稳性标准的最大KG；这是KG的限制值。然后，常用稳性指数（SI）比较每个船舶在研究载况下的KG限制值与实际值之间的比例。该SI以百分比表示，并给出了船舶稳性储备的想法。

2.3耐波性与操纵性

2.3.1概述

如引言所述，目前的稳性标准可能无法适用于几个稳性相关事故中存在的一些动力学现象。我们建议通过耐波性计算分析操纵性标准的实现程度来探索操纵性与安全性之间的联系。为此，分析了十艘船舶的耐波性能。还进行了一项短期的耐波性分析，对一系列限制船舶操纵性的标准进行船舶运动检查。Tello等人（2011）提出了耐波性准则来评估渔船的操纵性。对于本文提供的操纵性分析，采用其标准。这些列在表1中：

表1 操纵性标准

运动响应运算符已经使用PRECAL线性耐波性代码进行了计算。PRECAL使用3D面板边界元素方法计算在频域中的船舶运动（Chow and McTaggart，1996； PRECAL version 6.6 User Manual，2010）。对于横摇运动，已经考虑到非线性横摇阻尼系数为0.12，类似于Tello等人选择的值（2011），是因为我们研究中分析的是相同类型的船只。x，y，z惯性半径比对B，L_bp，L_bp已经通过PRECAL代码估计，横摇取值在0.32和0.38之间，纵摇取值为0.25，首摇取值在0.27和0.29之间。这些后面的值与Tello等人使用的值相似（2011年）（分别为0.4，0.25和0.25）。

甲板上浪和螺旋桨飞车的概率是根据Lloyd （1989）给出的公式，根据耐波性代码给出的船舶与海面之间的相对运动计算的。

对于甲板上浪标准，在每个船只（甲板水平前后）的两点计算概率，并选择最大值。已经为每个船只（工作甲板前后和桥梁）在三点计算了垂直和横向加速度。选择三个中最大的值来检查标准的实现程度。已经进行了从0°到180°（迎浪）的计算，步长为30°，船速为0至10节，步长为2节。

尽管严格来说，所提出的标准限制的是操纵性而不是安全性，可以推测，为了比较，这些操纵性的数值可能是船舶安全的有效指标。后来可以看到，通过比较倾覆的船只和他们的“前辈”，情况通常不是这样。然而有必要意识到所使用的方法的限制性，因为线性耐波方法不能捕获波浪中的一些动态现象—例如横甩或大倾角横摇，以及船舶在大幅度波浪中运动的幅度。在考虑计算操纵性与船舶安全性之间的关系时，必须考虑到上述的限制。

2.3.2 海况

根据北约（北大西洋公约组织，1983年）采用的标准化规模，在有义波高和模态波周期定义的两个海域进行了操纵性研究。对于所有船舶，已经对SSN4和SSN5进行了研究，对应于1.88米和3.25米的有义波高，模态周期分别为8.8秒和9.7秒。

使用Bretschneider海谱。五艘研究船只中有三艘在大西洋丢失，靠近西班牙北部海岸；一个在加的斯湾沉没，靠近直布罗陀海峡，而第五个在地中海失去了。所选择的这些海况代表了这些地区的条件，这些地区的小型沿海渔船大部分时间是营运的。使用通过PRECAL获得的RAO和前面提到的海浪谱，计算了运动谱，并用于获得评估操纵性标准的实现所必需的有效值，如表1所示。

2.3.3操纵性指标

为了比较分析，定义了操纵性指数（OI），并且将其计算为操作船舶符合所有操纵性标准的合速度航向的百分比。可以使用依赖于速度和航向的辅助函数Z来严格建立OI，并将其定义为布尔函数，当至少有一个标准不满足时取值为1，对于安全区域，取值为0：

OI等于零意味着对于船舶速度和航向的每个组合，至少有一个操纵性标准被超越。OI等于1表示船舶将以任何速度和航向安全运行，符合所有操纵性标准。

对于五对研究

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