摘要：倾斜试验作为确定船舶实际重量和重心位置的一种实用方法，其试验结果的精确程度的高低将直接影响着船舶的稳性合格与否。文中论述了试验环境、船舶初始载重状态以及试验数据测取等因素对试验结果影响程度，并对试验中应重点注意的若干关键问题进行了探讨。
关键词：倾斜试验；影响因素；重心位置；渔船
Study on Some Crucial Issues in the Inclining Experiment for Fishing Vessels
JI Dongfang1, LIANG Yan2
( 1.Huadu Detachment of Guangdong Fishery Administration Guangzhou 510800;
2.Guangzhou Detachment of Guangdong Fishery Administration Guangzhou 510235 )
Abstract: As a practical method, the inclining experiment is always used to determine the actual weight and center of gravity for ships. The accuracy of the experiment results would directly affect the stability of ships, This paper states several factors which could affect the accuracy of experiment results such as the overall water environment, the initial load state of ships and the experiment data obtaining. Some crucial issues to be stressed in the experiment are also discussed.
Key words: Inclining experiment;Factors;Center of gravity;Fishing vessel
船舶在空船状态下实际重量和重心位置地精确预测是准确预报波浪中船舶各种装载状态下稳性性能的关键之一。众所周知，船舶是一个由各种板材、型材和装备组成的复杂庞大系统，其真实重量和重心位置很难用理论方法精确地求出，只能在设计阶段通过估算方法来初步获取一个设计值。此外，在船舶建造施工阶段，其各组成部分的重量及位置也可能会发生工程性变更。因此，现阶段人们主要利用建造完工的空船（实船或船模）进行倾斜试验来修正船舶的实际重量和重心位置，进而完成船舶完整稳性的计算和校核，据此来评价船舶于各载态下水中航行的安全性能。
船舶倾斜试验的基本原理比较简单，即通过移动力矩的有序变化使船舶每舷产生一个较小的横倾角，利用船舶静力学的基本原理将试验测得数据推算成船舶实际重量和重心坐标。然而，大量实践表明，试验分析结果比较容易受到操作过程中诸如船舶初始载重状态、吃水测取等因素的影响，其一次成功率普遍偏低，它不是精确方法。文中在较为详细地论述了试验整体环境，船舶初始载重状态以及试验数据测取等因素对试验结果影响程度的基础上，有针对性的对试验中应重点把握的若干关键问题进行了探讨，对于减少试验误差、获得较为理想的试验分析结果具有一定的帮助作用。
1基本数学模型
当船舶正浮于水线l时,其排水量为 。若将船上A点处的重物W横向移动距离Y至A1点时，则船舶将产生角度为 的横倾，并浮于新的水线l1，如图1所示。
根据船舶静力学的相关原理[2]，移动重量所形成的横倾力矩为：Mw=W.Y.cos，船舶横倾角后的回复力矩为：MR= . GM . sin，由力矩平衡条件Mw= MR，则试验状态下船舶的初稳性高度可由式（1）计算得出：
（1）
式中：GM为初稳性高度；W为试验中移动重量；Y为移动重量的移动距离；为试验状态船舶的排水量；为试验测得的横倾角。
试验状态下船舶重心的垂向坐标可由式（2）计算得出：
（2）
式中：ZG为重心垂向坐标；KM为试验状态船舶的横稳心垂向坐标； 为试验状态船舶的纵倾角，首倾为正。
试验状态下船舶重心的纵向坐标可由式（3）计算得出：
（3）
式中：XG为重心纵向坐标，舯前为正；XB为试验状态船舶的浮心纵向坐标，舯前为正；ZG为试验状态船舶的浮心垂向坐标。
图1横向移动重量时船舶横倾
2试验中若干关键问题探讨
2.1 试验整体环境
渔船的一个显著特点是船型较小，其吨位大小一般为数十至数百吨左右，倾斜试验时受到外界水域整体环境诸如风力、水流、水域空间宽广度等因素的影响较大。试验水域若存在定常风或阵风，将会使测得的横倾角发生一整体偏移；若试验水域深度不够以至于船舶触底，将会使其中某几组测量数据发生一定程度偏差；若试验水域附近存在频繁过往的船只，则船行波的干扰可能会使测量结果时而偏大，时而偏小。因此，为尽量避开上述非人为不可控因素，试验水域的选取应满足整体环境要求：① 天气状况良好，风力一般不大于蒲氏二级；② 试验地点应尽量选择在船坞内或相对平静的遮蔽水域，水域四周应充分空旷且过往船只数量相对较少，保证试验时船舶不致受到浪流的过度干扰或触及船坞、码头、海底和其他船舶等任何障碍物；③ 注意观察风向、水流速度及方向，尽可能使船首正对风向和水流方向，若风向和水流方向相互成一定角度，则视何者影响较大而拟定船首方向；④试验时船舶需系缆定位，其系泊缆索应有足够长度，且缆索应系在首尾尽量靠近舯纵剖面上。读取试验数据时，缆索应处于松弛状态，以保证船舶能自由漂浮与自由横倾。试验整体环境的质量作为试验的前提条件，必须最大限度地保证，切勿因工期等而敷衍了事，以避免重复性工作发生。
2.2 船舶初始载重状态
有关标准指出，进行倾斜试验前，船舶须处于或接近处于设计规定的空船状态，但若限于条件，也允许有少量多余重量或不足重量，其重量之和应不超过空船排水量的1%。事实上，若相关理论计算充分成熟，多余重量或不足重量不应该受到任何限制，只需将最后的试验分析结果扣除（或增补）多余重量（或不足重量）的影响，进行适当修正即可。对试验船舶的初始载重状态作一个定量规定，认为其原因可归纳如下：其一，倾斜试验作为确定船舶实际重量和重心位置的一种经验方法，它本身不是精确方法，试验分析结果不可避免地存在一定的误差；其二，船上多余或不足物件的重量及重心位置大多数情形下是不能通过现有理论计算体系精确地求出，一般只是利用估算公式或现场丈量来粗略获取，这也不可避免地产生累积误差，从而给试验分析结果的修正带来不利影响。
必须注意到，多余或不足重量的具体位置在有关规范中并未被加以严格限制。若此类重量分布极不均匀，一方面可能会导致船舶的系泊浮态于试验开始时就产生一定的初始纵倾或横倾，由此带来附加的压载调整以及试验数据修正工序；另一方面，分布不均的重量于倾斜试验中所产生力矩的作用点通常与复原力矩及移动重量所产生横倾力矩的作用点不在同一横剖面内，从而可会使船体横倾时产生一个有害的扭转变形，也会在一定程度上影响试验分析结果的精确性。对于船型较小的渔船，此影响更应引起重视，试验前务必确认船舶初始载重状态是否已符合试验要求。
2.3 移动力矩
此处的移动力矩不仅仅指试验中所需移动重量移动时所产生的横倾力矩，还包括一切可形成自由液面或产生自由流动液体的舱柜、管系以及必要的压载舱室等所产生的力矩。试验中所需移动重量所产生的横倾力矩已能相当精确地求得。而在倾斜试验中，能形成自由液面或自由流动的液体会随着船舶的横倾而流动，并自主寻求新的平衡，且达到相对平衡状态也需要一定的时间间隔，这样就等同于增加了一个不确定的移动力矩，该力矩具有瞬变的特性。由于该移动力矩会受到诸如舱柜内部结构、船舶摇摆特性等多个因素的限制，准确地解算其大小存在一定困难，最适宜的做法是最大限度地减少此类移动力矩的存在数量。基于此目的，有关标准规定，倾斜试验进行之前应确保所有水舱及油舱抽空，并清除残液；所有机械、锅炉、管路以及系统内的水或油，应使其处于非工作状态，并关好油门，以防止液体流动或流失。但在无法完全清除液体舱室中少量残存液体的情形之下，一方面要考虑其对船舶横倾摆幅读数时的影响；另一方面，也要考虑其对试验分析结果的修正影响。
2.4试验数据测取
2.4.1船舶吃水
由倾斜试验的基本数学模型（式（1）、（2）、（3））可以看出，影响船舶倾斜试验分析结果的因素主要有排水量、横倾角、横稳心垂向坐标、移动力矩以及浮心纵向坐标等。而船舶排水量、横稳心垂向坐标及浮心纵向坐标等的准确确定却与船舶吃水读数的精确测取有直接关联。实践表明，船舶吃水往往由于波浪扰动、船舶摇晃以及人为观测手段等因素的限制，对吃水的测取总是存在一定的误差，由此而产生的排水量误差一般可达到每厘米吃水吨数的6倍。因此，船舶吃水读数于试验前必须精确测量，以使试验误差减至最小限度。
船舶吃水读数测取时应注意以下几点：① 吃水测量点应取在船首、舯、尾两舷共6处位置；② 船上直接参与后续倾斜试验的人员应位于规定的位置，不能随意走动。其他一切可摇动、滚动、悬挂的装置、设备、物件等均应加以固定，以免增加船舶摇晃强度，尤其对于渔船吨位相对较小，其影响就相对较大了；③ 吃水测取时，由船东、船检和船厂代表共同组成测量小组乘坐小艇靠近船舶两舷的测量点，由专业测量人员待船舶较为稳定后准确测取其吃水值，并全部记录在案；④ 测量吃水时，由于渔船排水量相对较小，试验人员重量的影响不可忽视，因此，吃水测量完毕后，测量小组人员不应再上船，否则船舶吃水会产生变化，这一点对于渔船尤应注意；⑤ 整个倾斜试验结束之后，还应复核各测量点的吃水是否有变化，并详细记录。
2.4.2水体密度
试验水域的水体密度会直接参与船舶排水量计算，应是予以考虑的一大因素。不同水域、不同季节、不同水深，水体的密度都会有所不同。因此，试验时若水体密度的测取仅局限在某一水样测量点，势必会导致船舶排水量偏大或偏小。建议最好采用“平均密度”的方法，即沿船长方向均匀布置3~5个水样测量点，再沿船舶吃水方向均匀布置3~5个水样测量点，然后在各测量点分别摘取一定量水样，利用密度计来测取各水样的密度值后求其平均值即可。需要注意，由于表面水体容易掺混其他诸如污染物等杂质，因此，试验水域的表面水体不适宜作为水样测量点，应以略微低于表面水体的某一深度为起始水样点。
2.4.3倾斜摆幅
根据船舶静力学的有关知识，倾斜试验的基本数学模型是在横倾角 趋于0的条件下导出的，因此，试验时的横倾角是宜小不宜大的（船舶行业标准规定为2o～4o），以免过大的横倾角影响试验分析结果的精确性。然而，小横倾角的精确测量本身不易，一方面会不可避免地产生测量偏差，另一方面也给人们带来了一定的技术困难。
目前，挂摆法测量装置因其测量结果最为精确而被广泛应用于船舶倾斜摆幅的测量。关于其具体技术要求可参见船舶行业标准的有关规定。挂摆法倾斜摆幅测量过程中的关注重点可归纳如下：① 摆锤的数量和位置。通常在船上应设置2~3个摆锤，分别装在船的首部、舯部和尾部，取各摆锤所得数值的平均值；② 挂摆线的长度是指量自摆锤的挂点至刻度标尺之间的垂直距离，且其应有足够的长度，至少为3 m；③ 每组试验中，由于移动力矩（尤其是自由液面产生的力矩部分）达到相对平衡状态需要一定的时间间隔，因此必须待船舶已经稳定于新的平衡位置后方可进行摆幅读数，否则在此之前的任何读数都会影响试验分析结果的精确性。
3结论
倾斜试验作为确定船舶实际重量和重心位置的实用方法，其在船舶整个安全性能评价系统中占据着至关重要的地位。渔船倾斜试验中的影响因素较多，分析起来相对繁复。文中对试验中应重点把握的若干关键问题进行了有针对性地探讨，有助于我们在实际操作过程中，更加清晰地区分影响试验分析结果的非人为不可控因素和人为可控因素，做到有的放矢，趋利避害；更加综合、理性地考虑问题，着重关注其中的主要因素，重点把关，以减少试验误差，获得较为理想的试验分析结果。
