一种锚链张力致水尺计重误差的修正方法与流程

本发明涉及散货船水尺计重领域，尤其涉及一种锚链张力致水尺计重误差的修正方法。

背景技术：

随着船舶大型化的发展，由于港口水深等因素的限制，散货船在锚地进行装卸作业的现象越来越普遍。当船舶锚泊在有风流的锚地时，为防止船舶漂移，锚链与船舶成某一角度连接到海底以抵御风流等外力的作用(如图1所示)。此时，船舶会受到一个斜向下的拉力f(锚链张力)。根据力的分解原理，拉力f在水平方向上的分力f1用于抵消风、流荷载的合力(t0)，使船舶在水平方向上的合力为零，能够静止在水面；而拉力f在垂直方向上的分力f2则会使船体下沉，导致船舶六面吃水有所增加，进而导致在计算装(卸)货量时存在由此引起的误差。由误差理论可知，该项误差为系统误差，理应通过方法的改进予以削减。

散货船水尺计重涉及到六面吃水观测、船舶存油水及港水密度等测定等多项因素及多个步骤。为了提高计重精度，现行《进出口商品重量鉴定规程第2部分：水尺计重》(sn/t3023.2-2016，以下简称《规程》)中给出了六面吃水、船舶拱垂变形及港水密度等多项修正，但没有就锚链张力所致水尺计重误差给出修正方法；而现有的技术(发明专利及实用新型)主要是从提高水尺观测效率、精度，以及减轻计量人员劳动强度等方面提出了改进方法，鲜有对锚链张力致水尺计重误差进行系统分析并给出削减该项误差的具体措施。

综上，探究锚链张力致水尺计重误差的修正方法十分必要。其不仅对水尺计重理论本身而言是一项创新，而且在国内外散货贸易及航海实践中具有较强的实用价值；还可为后续修改国际、国内的水尺计重规程，更新散货船配载仪等工作奠定基础。

技术实现要素：

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种锚链张力致水尺计重误差的修正方法，具体包括如下步骤：

计算锚泊船所受风压力的横向分力和纵向分力；

分别计算锚泊船所受水流力的船首横向分力、船尾横向分力和纵向分力；

基于风压力和水流力分析装卸货前后锚泊船所受风流外力的合力大小；

根据锚泊船所受风流外力获取船舶抛出锚链的悬链长度，通过悬链长度计算抛出锚链的出链角度；

根据装卸货前后锚泊船所受风流外力的合力、船舶抛出锚链的悬链长度和抛出锚链的出链角度信息分别计算装卸货前后锚链张力的垂直分力、进而求出锚链张力致水尺计重误差的修正值。

进一步的，所述锚泊船所受风压力的横向分力和纵向分力具体采用如下方式：

根据风速和风舷角计算风速的横向分量vxw和风速的纵向分量vyw；

采用插值法确定风压力作用在船体上的横向受风面积axw和纵向受风面积ayw、风压不均匀折减系数ζ1以及风压高低变化修正系数ζ2，根据上述数据计算船舶所受风压力的横向分力fxw和纵向分力fyw。

进一步的，所述锚泊船所受水流力的船首横向分力、船尾横向分力和纵向分力具体采用如下方式获取：

确定流速vc及流向角信息；采用插值法确定船首水流力横向分力系数cxbc和船尾水流力横向分力系数cxqc；根据船舶载重吨dw计算船舶吃水线以下的横向正投影面积axc；

根据上述信息计算水流力的船首横向分力fxbc和船尾横向分力fxqc；

采用插值法确定水的运动粘性系数μ；

根据流速vc、船舶吃水线长度l1和水的运动粘性系数μ计算雷诺数re；

根据雷诺数re计算船舶水流力纵向分力系数cyc；

根据船长l、船舶吃水d、船舶方形系数cb和船宽bm计算船舶吃水线以下的表面积ac；

根据流速vc、流向角、水流力纵向分力系数cyc以及吃水线以下的表面积ac计算船舶所受水流力的纵向分力fyc。

进一步的，装(卸)货前后锚泊船所受风流外力的合力大小采用如下方式获取：

根据船舶所受风压力的横向分力fxw、船舶所受水流力的船首横向分力fxbc和船尾横向分力fxqc计算船舶所受风流外力的横向分力fx；

根据船舶所受风压力的纵向分力fyw和船舶所受水流力的纵向分力fyc计算船舶所受风流外力的纵向分力fy；

根据船舶所受风流外力的横向分力fx和船舶所受风流外力的纵向分力fy计算船舶所受风流外力t0。

进一步的，：所述船舶抛出锚链的悬链长度以及抛出锚链的出链角度采用如下方式：

根据船舶锚链孔至海底的垂直距离h0、单位链长在水中的重量ωc(约为0.87倍的空气中重量)和船舶所受风流外力t0计算抛出锚链的悬链长度s；

根据船舶锚链孔至海底的垂直距离h0和抛出锚链的悬链长度s计算锚链的出链角度α。

进一步的，所述锚链张力致水尺计重误差的修正值采用如下方式获取：

根据锚链张力的水平分力f1和抛出锚链的出链角度α计算得出锚链张力的垂直分力f2；

f2＝f1tanα

对整个过程进行重复操作分别计算装卸货前后锚链的垂直分力f2及f2'；

计算锚链张力致水尺计重误差的修正值δ：

δ＝|f2-f2'|。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种锚链张力致水尺计重误差的修正方法不仅能够有效削减锚链垂直分力对水尺计重引起的系统误差，提高散货船水尺计重精度，对水尺计重技术本身而言是一项理论创新；而且还可为后续修改国际、国内的水尺计重规程，更新散货船配载仪等工作奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的背景技术中单锚泊船受力分析示意图；

图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图2所示的一种锚链张力致水尺计重误差的修正方法，具体包括如下步骤：

s1：根据《港口工程荷载规范》(jts144-1-2010)(以下简称《规范》)计算锚泊船所受风压力的大小，分别计算锚泊船所受风压力的横向分力和纵向分力；

s2：根据《规范》计算锚泊船所受水流力的大小，分别计算锚泊船所受水流力的船首横向分力、船尾横向分力和纵向分力；

s3：基于s1和s2得出的计算结果计算得出装(卸)货前和装(卸)货后锚泊船所受风流外力的合力大小；

s4：基于s3得出的计算结果和单锚泊船舶的锚泊特性，计算出船舶抛出锚链的悬链长度和出链角度：通过已求得的锚泊船所受风流外力，计算出船舶抛出锚链的悬链长度，然后通过悬链长度的大小计算出抛出锚链的出链角度；

s5：基于s3和s4的计算结果，计算锚链张力致水尺计重误差的修正值。

进一步的，s1中具体采用如下方式：

s11：根据实测的风速及风舷角数据，计算出风速的横向分量vx和纵向分量vy；

s12：根据表1提供的数据采用插值法确定风压力作用在船体上的横向受风面积axw和纵向受风面积ayw；

表1散货船受风面积表

s13：根据表2提供的数据采用插值法确定风压不均匀折减系数ζ1；

表2风压不均匀折减系数ζ1表

s14：根据表3提供的数据采用插值法确定风压高低变化修正系数ζ2；

表3风压高低变化修正系数ζ2表

s15：根据s11、s12、s13和s14得出的结果计算出船舶所受风压力的横向分力fxw和纵向分力fyw。

fxw＝73.6×10^-5axwvx²ζ1ζ2

fyw＝49.0×10^-5aywvy²ζ1ζ2

s2中具体采用如下方式：

s21：确定流速v及流向角(船舶锚泊时通常船首向顶流，故流向角一般为0°～15°)

s22：根据表4提供的数据采用插值法确定船首水流力横向分力系数cxbc和船尾水流力横向分力系数cxqc；

表4船舶首尾水流力横向分力系数

s23：根据船舶载重吨dw计算船舶吃水线以下的横向正投影面积axc；

logaxc＝0.484+0.612log(dw)

s24：根据s11、s12和s13的计算结果计算水流力的船首横向分力fxbc和船尾横向分力fxqc；

s25：根据表5提供的数据采用插值法确定水的运动粘性系数μ；

表5水的运动粘性系数表

s26：根据流速v、船舶吃水线长度l1和水的运动粘性系数μ计算雷诺数re；

s27：根据s26的计算结果计算船舶水流力纵向分力系数cyc；

cyc＝0.046re^-0.134+0.006

s28：根据船长l、船舶吃水d、船舶方形系数cb和船宽bm计算船舶吃水线以下的表面积ac；

ac＝1.7ld+cblbm

s29：根据s21、s27和s28的计算结果计算船舶所受水流力的纵向分力fyc。

s3中具体采用如下方式：

s31：根据船舶所受风压力的横向分力fxw、船舶所受水流力的船首横向分力fxbc和船尾横向分力fxqc计算船舶所受风流外力的横向分力fx；

fx＝fxw+fxbc+fxqc

s32：根据船舶所受风压力的横向分力fyw和船舶所受水流力的纵向分力fyc计算船舶所受风流外力的纵向分力fy；

f＝f+f

yywyc

s33：根据s31和s32的计算结果计算船舶所受风流外力t0(即锚链张力的水平分力f1)；

s4中具体采用如下方式：

s41：根据船舶锚链孔至海底的垂直距离h0、单位链长在水中的重量ωc(约为0.87倍单位链长在空气中的重量)和船舶所受风流外力t0计算抛出锚链的悬链长度s；

s42：根据船舶锚链孔至海底的垂直距离h0和抛出锚链的悬链长度s计算锚链的出链角度α：

s5中具体采用如下方式：

s51：根据锚链张力的水平分力f1和抛出锚链的出链角度α计算得出锚链张力的垂直分力f2；

f2＝f1tanα

s52：重复s11-s52，计算装(卸)货后锚链的垂直分力f2'；

s53：计算锚链张力致水尺计重误差的修正值δ。

δ＝|f2-f2'|

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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