陳 悅

(江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212003)

長(zhǎng)江34m全回轉(zhuǎn)引航交通船總體設(shè)計(jì)研究

陳 悅

(江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212003)

在考慮長(zhǎng)江引航船舶使用要求的基礎(chǔ)上，確定了滿足設(shè)計(jì)要求的總布置方案。從快速性、操縱性、耐波性、經(jīng)濟(jì)性和布置方面，著重對(duì)34 m引航交通船主尺度和船體幾何形狀進(jìn)行了研究。該船型的設(shè)計(jì)研究，將改變引航交通船抗風(fēng)浪能力差和功能相對(duì)單一的現(xiàn)狀，從而為長(zhǎng)江引航工作的安全、及時(shí)開展提供了保證。

引航交通艇;總體設(shè)計(jì);產(chǎn)品開發(fā)

0 引言

隨著長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和長(zhǎng)江深水航道建設(shè)的不斷推進(jìn)，船舶進(jìn)出量特別是外輪進(jìn)出量不斷增長(zhǎng)，且船舶呈現(xiàn)大型化、快速化的發(fā)展趨勢(shì)，長(zhǎng)江水上引航需求迅猛增加。為了保證長(zhǎng)江引航工作的安全、及時(shí)開展，對(duì)引航船的航行性能和抗風(fēng)浪能力提出了越來越高的要求。

近幾年來，長(zhǎng)江引航交通船得到了一定的發(fā)展。但由于其船長(zhǎng)為20 m級(jí)，且功能較為單一，抗風(fēng)浪能力較差，不能滿足長(zhǎng)江大風(fēng)浪時(shí)及時(shí)引航工作的需要，因此，為更好地履行職責(zé)，提高服務(wù)質(zhì)量，提升長(zhǎng)江引航形象，迫切需要開發(fā)功能相對(duì)齊全，抗風(fēng)浪能力較強(qiáng)的30 m級(jí)引航交通船。

1 主要量度

船長(zhǎng)

34.0 m

型寬

8.00 m

型深

4.00 m

設(shè)計(jì)吃水

2.80 m

主機(jī)功率

2×882 kW

設(shè)計(jì)航速

～13.5 kn

2 使用要求和總布置

2.1使用要求

船舶引航包括引領(lǐng)船舶航行、靠離、離泊和移泊等活動(dòng)。在保證安全的前提下，要求交接時(shí)間要短(即具備一定的航速)；引航交通船與被引領(lǐng)船靠離方式要求多樣化(即具備靈活的操縱能力)；在大風(fēng)浪條件下，引航交通船安全靠離被引領(lǐng)船(即具備良好的抗風(fēng)浪能力)；在大風(fēng)浪條件下，引航交通船穩(wěn)固抵靠被引領(lǐng)船，以便引航員安全上下(即具備一定的頂靠力)；具有較強(qiáng)的防撞能力。

為此，34 m引航交通船除滿足長(zhǎng)江A級(jí)航區(qū)的設(shè)計(jì)要求外，還必須考慮到長(zhǎng)江8級(jí)風(fēng)以下航行和7級(jí)風(fēng)以下作業(yè)的需要；航速不能小于13 kn；需具有靈活機(jī)動(dòng)的靠離被引船舶方式和良好的微動(dòng)操縱性能，以便于引航員安全登離被引領(lǐng)船。此外，34 m引航交通船還需設(shè)置一個(gè)舒適的引航員休息環(huán)境，以及相應(yīng)的生活配套設(shè)施。

2.2總布置

該船屬布置地位型船，其總布置如圖1所示。根據(jù)本船的功能和使用要求，本船主船體主要設(shè)有舵槳艙、機(jī)艙、船員艙、儲(chǔ)物艙和艏尖艙，其中燃油艙布置在機(jī)艙前后兩端，清水艙布置在船員艙底部，調(diào)節(jié)水艙分布在船首儲(chǔ)物艙和船尾舵槳艙內(nèi)。本船主甲板以上設(shè)置2層短甲板室(設(shè)有一定的甲板飛檐)，上層甲板用于船舶的駕駛處所，下層甲板則主要考慮布置引航員休息室、監(jiān)控室、廚房和洗手間、機(jī)艙棚等。

3 主尺度選擇

3.1船長(zhǎng)

該船船長(zhǎng)主要從快速性、操縱性、耐波性和經(jīng)濟(jì)性等方面來綜合考慮。船舶阻力包含摩擦阻力和剩余阻力2大部分。摩擦阻力與濕面積有關(guān)，一般隨船長(zhǎng)增大而增加。對(duì)于中高速船舶(傅氏數(shù)Fn≥0.30)，其剩余阻力在總阻力中占有相當(dāng)大的比重。根據(jù)相關(guān)資料，剩余阻力系數(shù)Cn與排水量長(zhǎng)度系數(shù)C和傅氏數(shù)Fn關(guān)系非常密切,如圖2所示。在剩余阻力系數(shù)峰值前，傅氏數(shù)Fn小于0.39比較有利。本船航速初取13.5 kn，則其水線長(zhǎng)應(yīng)不小于32.3 m。從操縱回轉(zhuǎn)性和經(jīng)濟(jì)性來看，船長(zhǎng)短則較有利；從耐波性來看，船長(zhǎng)應(yīng)大于波長(zhǎng)(A級(jí)航區(qū)波長(zhǎng)約為30 m)較合適。

圖1 34 m全回轉(zhuǎn)引航交通船總布置圖

綜合考慮，引航交通船船長(zhǎng)最終控制在34 m，此時(shí)總阻力大小適當(dāng)，且基本滿足舵槳艙、機(jī)艙、船員艙及主甲板艙室布置的需要。

圖2 剩余阻力系數(shù)

3.2船寬

該船船寬主要從布置要求、快速性和大風(fēng)浪惡劣條件下橫穩(wěn)性和橫搖性能來考慮。此外，考慮到34 m引航交通船對(duì)抗風(fēng)等級(jí)有非常高的要求，其船寬不宜過小。

根據(jù)調(diào)研分析，采用全回轉(zhuǎn)推進(jìn)操縱裝置的船舶，其長(zhǎng)寬比約為3.5；而采用常規(guī)軸槳的船舶，其長(zhǎng)寬比約為5.0?？紤]34 m引航交通船有較高的航速和較大的抗風(fēng)要求，其長(zhǎng)寬比控制在4.2左右較為合適。結(jié)合初步的艙室和舵槳布置情況，本船船寬取8 m較為理想。

3.3型深

該船型深主要從艙室布置和受風(fēng)方面，結(jié)合減小甲板上浪、增大儲(chǔ)備浮力等方面來考慮。在吃水和干舷要求一定的情況下，通常應(yīng)適當(dāng)加大型深來保證。

綜合以上幾方面，結(jié)合34 m引航交通船大風(fēng)浪使用要求，船底有較大斜升且需設(shè)置一定量的壓載，所以其型深著重從主甲板下機(jī)艙和船員艙高度、壓載量要求考慮。參考相近船舶的型深，34 m引航船型深取為4 m。

3.4吃水

本船用于長(zhǎng)江下游，其吃水受航道水深條件影響較小?？紤]到長(zhǎng)江下游氣象和水文條件較為復(fù)雜，該船采用較大的吃水，一方面使舵槳有一定的浸深以提高引航船舶的推進(jìn)效率，另一方面改善船舶的適航性和大風(fēng)浪時(shí)的作業(yè)性能。

根據(jù)初步確定的船長(zhǎng)和型深，經(jīng)初步估算，A級(jí)航區(qū)最小干舷不小于0.8 m即可?？紤]長(zhǎng)江A級(jí)航區(qū)半波高為1.25 m，為了減小大風(fēng)浪對(duì)甲板上浪的影響，34 m引航交通船的設(shè)計(jì)吃水取為2.8 m。

4 型線考慮和確定

4.1船體型線構(gòu)思

根據(jù)34 m引航交通船需以多種方式停靠被引領(lǐng)船的功能和在大風(fēng)浪情況下安全航行和作業(yè)的使用要求，其主船體幾何形狀考慮如下：

(1)采用較寬的首甲板線，增加首甲板面積，適應(yīng)引航船首頂靠作業(yè)，提高和改善引航員登離的安全性。

(2)船型方案船首均采用前傾式，且設(shè)計(jì)水線以上橫剖線采用外飄的線型，改善大傾角穩(wěn)性和耐波性。

(3)采用較寬的尾甲板線和一定的平尾，除增加尾甲板面積，適應(yīng)引航船尾頂靠作業(yè)，提高和改善引航員登離的安全性外，還應(yīng)有效地保證全回轉(zhuǎn)舵槳的布置和保護(hù)。

(4)與常規(guī)雙槳船不同，為了安置舵槳，船型方案尾部均采用較長(zhǎng)尾懸體，且與船中部線型有較好的過渡，以保證舵槳360°的回轉(zhuǎn)。

(5)兩舷采用平直的甲板邊線，便于防撞裝置和登離輔助裝置的可靠、有效布置。

4.2船體型線確定

根據(jù)以上主尺度要素，用船舶設(shè)計(jì)軟件NAPA進(jìn)行該船的型線建模。

船體型線設(shè)計(jì)主要是從船舶的快速性、穩(wěn)性、耐波性等方面來考慮，且通常將快速性(阻力)放在首位。本船屬中高速船(傅氏數(shù)約0.39)，其興波阻力占總阻力的大部分，因此船型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能減小興波阻力。

甲板邊線的高度對(duì)船型的美觀有較大的影響，長(zhǎng)江引航在實(shí)際使用中希望有較小的首舷弧，這些因素在船舶型線設(shè)計(jì)中也需要考慮。這就要求主甲板尾部采用升高甲板，且采用舵槳裝置，也就決定了船尾部需設(shè)計(jì)成較長(zhǎng)且平坦的尾懸體，見圖3。

圖3 船體模型

考慮本船所航行水域風(fēng)浪較大，往往首柱前傾較大，首部甲板線宜采用較大的外飄，一方面有利于破浪同時(shí)增加船舶的動(dòng)感，另一方面防止或減少甲板上浪現(xiàn)象。

與船相關(guān)的船型系數(shù)對(duì)船舶航行性能和總布置有直接影響。本船傅氏數(shù)約0.39，據(jù)此可估算出對(duì)阻力較有益的棱形系數(shù)，進(jìn)而可推算出中橫剖面系數(shù)(或最大剖面系數(shù))，從而來確定中橫剖線(或最大剖面線)位置，包括龍骨墩寬度、舭升高、舭部半徑和設(shè)計(jì)水線寬度等。

5 結(jié)語

引航交通船是進(jìn)行引航服務(wù)必備的水上交通工具。34 m引航交通船功能相對(duì)齊全、抗風(fēng)浪能力較強(qiáng)，其建成后，將能夠明顯加強(qiáng)長(zhǎng)江引航中心引航交通的保障能力，進(jìn)一步提高引航服務(wù)質(zhì)量，提升長(zhǎng)江引航形象，從而為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江航運(yùn)“暢通、高效、平安、綠色”做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]顧敏童.船舶設(shè)計(jì)原理[M]. 上海:上海交通大學(xué)出版社，2001.

[2]李國(guó).現(xiàn)代引航中的引航船[J].天津航海，2005(4)：33-34.

[3]俞正惠，陸悅銘，梁銳.對(duì)引航員接送船艇的設(shè)計(jì)設(shè)想[J].航海技術(shù)，2014(3)：52-55.

2014-08-27

陳悅(1979-)，女，講師，從事船舶設(shè)計(jì)工作。

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