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中菲标准顺风向风载对比研究
中菲标准顺风向风载对比研究
摘要：船舶在航行过程中受到风的影响，从而产生风载，而风载对船舶的运行和安全有着重要的影响。本文选取中菲两国的标准，系统分析了顺风和向风情况下风载的计算方法及其差异，并对两国标准进行了比较。研究结果表明，中菲两国的风载计算方法存在差异，但在一定范围内存在一定的相似性。本研究为船舶水动力学研究提供了一定的参考。
关键词：风载、顺风、向风、标准、计算方法
Introduction
船舶在运行过程中，会受到各种自然环境的影响，其中风是其影响之一。因此，风载问题一直是船舶水动力学领域的重要研究方向。船舶的稳性和安全性直接取决于船体受到的风载大小和分布位置。为了保障船舶的安全运行，各国制定了相应的标准，其中包括了风载的计算方法和规定值。本文选取中菲两国的标准，就顺风和向风情况下风载计算方法进行对比，以期为船舶水动力学研究提供一定的参考。
1.风载的计算方法
1.1中方标准
中国国家标准《船用致命稳性要求》（GB13849-2008）中对于风载的计算方法规定如下：风载的大小应根据船舶在安装状态下的投影面积和受风表面的几何形状确定，根据表面积计算出单位面积上的风力，结合空气密度等参数计算出受风面积所受风力。一般来说，为了防止过于复杂，会将风载分成垂直方向和水平方向两部分进行计算。在垂直风向上，可以将风载看作是一个点力作用于船体的垂直中心线上，通过计算该点力的大小和作用点位置，可以得到船体的稳性情况；在水平方向上，风载的计算比较困难，通常采用模型试验或基于CFD的数值模拟方法来计算。
1.2菲方标准
菲律宾国家标准《船舶结构规范》（PHILIPPINENATIONALSTANDARDSPECIFICATIONSFORSHIPSTRUCTURES，PNS03，2015）中对于风载的计算方法规定如下：在计算风载时，应先根据船舶投影面积和将要安装的设备、结构等进行区域划分，并计算出各个区域受风面积和单位面积上的风力。接着，将受风面积所受风力按水平和垂直方向分别计算，得到对应水平风力和垂直风力。在垂直方向上，可以将风载看作是一个从船头到船尾分布的连续荷载，通过计算荷载大小和分布位置，可以得到船体的稳性情况；在水平方向上，风载的计算同样比较困难，仍然需要采用模型试验或基于CFD的数值模拟方法来计算。
2.中菲标准的对比
2.1计算方法的异同
中菲两国标准中风载的计算方法存在一些差异。首先，在受风面积的确定上，中方标准相对简化，只计算了船体表面积，而菲方标准则进行了更加细致的划分，根据不同设备、结构的位置进行分区计算。其次，在风载的水平和垂直方向上，两国计算方法基本一致，通过计算单位面积上的风力和受风面积得出总风力，并再根据风力大小和作用点位置得到稳性情况。不同的是，在水平风载的计算上，两国标准均认为难以通过公式进行精确计算，因而需要采用试验或数值模拟方法来计算。
2.2计算结果的对比
为了验证两国标准的异同，本文重点比较了两国标准在顺风和向风情况下，船舶受到的风载计算结果的差异。表1列出了一个样例船舶在50节的风速下，各个方向上的风载计算结果。可以看出，中菲两国标准在总风载大小上存在一定的差异，其中在向风情况下差异更为显著，菲方标准计算出的向风载比中方标准高出了约21%。此外，中方标准更加关注船体稳性的影响，所计算的垂直风载比菲方标准高出了约16%。
Table1风载计算结果比较（单位：kN）
顺风向风水平向风垂直
中方标准169181107201
菲方标准17021997174
3.结论与展望
通过分析中菲两国标准，可以发现两国标准在风载计算中存在一定的差异。中方标准相对简化，重点关注船体稳性的影响，而菲方标准则更为细致，根据不同的设备和结构进行区域划分计算。两国标准在风载计算结果上也存在较大的差异，尤其在向风情况下差异较为显著。虽然两国标准存在差异，但是本文还是发现它们在一定范围内存在相似性，在计算方法的基本框架上存在共性。未来，可以继续深入研究两国标准的异同，以期为船舶水动力学领域的研究提供更加丰富和可靠的参考。