新型高速海事巡邏艇的設計開發

陳海軍

(無錫市地方海事局，江蘇無錫214043)

0 引言

在國內港口迅猛發展的同時，海上交通事故頻頻發生，對海上搜巡救助能力提出了更高要求，而國內很多港口現有搜巡救助力量僅能維持初級水平。在良好天氣、適宜的海上溫度情況下，依靠現有的有生搜救資源，對于搜救半徑小于50 n mile的近距離海域，海上人命搜救供給是十分有效的。但遇到遠距離、惡劣天氣的海況下，搜救資源已明顯不足。因此，有必要建造一批反應靈活、操縱方便、性能較好的抗風能力強的小型巡邏船，配置于事故多發水域。新型巡邏艇能在最短時間內到達事故現場，從而減少事故損失;確保巡航水域水上交通安全，營造良好通航環境;以最短時間實現在海面監管并向遇險人員、遇險船舶和財物實施救助的需要，能夠大大提高工作效率和搜救成功率。

1 設計開發概況

1．1 主要用途

本船主要用于海事巡邏及綜合執法。

1．2 船型選擇

目前小型高速海事巡邏艇多為單體船型，其抗風浪能力差、波浪中失速高、有效利用面積低，已不太滿足綜合執法需求。

槽道滑行艇是20世紀70年代由英國cougar公司研制出的一型高性能船，它將底部滑行面分成左右片體，中間為凹型槽道。采用槽道滑行艇可以解決單體船抗風浪能力差、失速高、有效利用面積低的缺點。

槽道式滑行艇兩側細長片體滑行時不易引起不穩定的海豚運動，具有良好的橫穩性。同時寬大的艇體加大了兩推進器的間距，因此具有良好的操縱性。

槽道式滑行艇最大的優點是良好的耐波性。單體常規滑行艇波浪中沖擊大，人員和裝備難以承受。槽道式滑行艇由于滑行面細長，鍥型片體及槽道緩沖作用，其波浪中的縱向運動和沖擊力明顯降低，失速也小于常規艇，因此其耐波性有較大改善。

本項目針對用戶的特殊需求，采用了槽道艇型，以滿足耐波和有效面積的需求，同時兼顧快速性。該艇型具有以下特點:

(1)穩性好、抗風能力強，橫搖角顯著小于單體滑行艇，約為單體船的35%。同時橫搖周期較單體船長，也即橫搖加速度較單體船小。

(2)航向穩定性好，駕駛員不用頻繁操舵。

(3)能高速回轉，回轉時橫傾角和回轉半徑小，且在波浪中不易翻傾。

(4)波浪中艇體加速度小，乘員不易暈船，同時甲板很少上浪。

(5)波浪中失速小，相同靜水航速，雙體船實際航速高。

(6)甲板面積大，較易滿足多種用途需求。

(7)超載能力強，航速下降較單體船小。

以上特點均在模型試驗及母船上得到驗證。母船在3級海況下失速僅15%，無一人暈船、無甲板淹濕情況，全速回航時最大動橫傾角為7°，回轉直徑為船長的3倍。

雙體滑行艇與單體船相比存在結構重量和排水量稍大，結構設計和施工難度較大，靜水中阻力性能稍差、但好于深V型艇等不足之處。

在型線設計時，根據用戶的任務書，對母型進行了局部調整，一是加大長寬比，二是增加船首斜升角。模型線形圖如圖1所示。

1．3 試驗情況

本船模在702所01水池進行了阻力試驗，共9個狀態。

設計點狀態1～狀態3試驗情況見表1，其中V為速度，m/s;R為阻力，kg(模型試驗中默認單位)。

表1 設計狀態1～狀態3試驗情況

加大長寬比后，從低速到高速整個航行段不同重心位置時縱傾均較小，約為母船的1/2。高速時維持在2．5°左右，且航行穩定，無海豚運動;同時低速段阻力下降明顯。

為了得到高速時的阻力特性，本船在船底加裝ARA-D翼型水翼進行了阻力試驗，并就負荷比、重心相對位置、折角線長寬比均相等的情況對62系列進行了比較。低速段時，62系列最大約低24%;高速段時，復合型阻力約低11%。此外加水翼后，高速段槽道船自身阻力平均降低約25%。阻力比較圖見圖2。圖中，Δ為排水量，F▽為體積傅汝德數。

圖2 阻力比較

1．4 推進器選型

目前高速船常用的推進裝置有斜軸系、噴水推進、半浸槳、舷內外機、掛機和推進器等。其中舷內外機、掛機和推進器由于其功率較小，無法滿足本船要求。

斜軸系主要由主機、高彈、齒輪箱、軸系及螺旋槳組成，中低速船使用較普遍，技術成熟，其成本較低，但振動、噪音及吃水較大。此外附件阻力大，安裝工藝要求嚴格。

半浸槳效率高，一般多用于高速滑行艇，航速35 kn以上才推薦使用。此外由于其懸掛在尾封板上，不利于救助落水人員。

噴水推進裝置主要用于高速船，其重量輕、效率比半浸槳稍差，但振動、噪音小，尤其操縱靈活，雙機使用在較高速情況下基本可以實現原地回轉。

考慮到本船具有執法及救助功能，要頻繁靠離大小船只，必要時還得救助落水人員，因此特別要求其操縱靈活，同時在救助時不能對落水人員造成二次傷害。

綜合考慮，最終確定選用Hamilton HJ364噴射推進裝置，最大功率為670 kW，最大轉速為2 300～2 500 r/min，配電子控制系統，通過操縱手柄系統操縱，具有自動控制功能，可實現原地回轉。

此外考慮使用安全性及維護方便性，在主機和噴水推進器之間加配離合器。

1．5

設計主要量度

總長 19．80 m

型寬 5．800 m

型深 1．800 m

設計吃水 0．830 m

載員 12人

船員 6人

航區 沿海

航速 ～25 kn

新型高速海事巡邏艇總布置圖如圖3所示。

圖3 新型高速海事巡邏艇總布置圖

2 審圖及檢驗難點

2．1 連接橋強度校核

由于本船船型特殊，采用的是槽道雙體船型，與常規雙體船型相比，有明顯不同。槽道雙體船型相比常規雙體船有以下不同點:

(1)片體較寬，海船占船寬的約40%，內河型的片體更寬，而常規雙體船約為船寬的30%。

(2)尾部內側壁距主甲板距離較大，尤其是內河船型，其距離大于50%型深。

槽道船型型線圖、常規雙體船型線圖分別如圖4、圖5所示。

圖4 槽道船型(海船)型線圖

圖5 常規雙體船型線圖

目前該類船舶海船類接觸較少，故對其連接橋強度校核，就現有規范而言涉及不多，因此給審圖工作提出了較高要求。大型常規雙體船主要通過上層建筑首尾抗扭箱結構來承受橫向彎矩和扭矩，小型雙體船則通過甲板來承載。最后經與設計部門商討，其載荷按《海上高速船入級與建造規范》(2005)計算，連接橋強度直接按照史葛特法校核，同時按照DNV規范復核。另外要求設計方對結構形式進行調整，使本船在首尾端槽道頂板與主甲板或內底板形成封閉箱型結構。

2．2 甲板室橫梁強度校核

由于該船型寬達5．8 m，內部艙室不設計支柱，故相對于該船主尺度而言，駕駛甲板梁跨度較大。經復核其跨度達到5．2 m寬，就玻璃鋼結構而言，要求其甲板梁尺寸較大，影響內部空間。在審圖階段，根據設計方提供的有限元板架計算，復核其變形量及應力情況，其載荷按規范計算。同時在施工過程中要求對試樣力學性能進行復試，以復核其強度。

2．3 尾部噴泵底座及主機基座加強問題

由于該型船推進系統采用噴水推進，在尾部船底板及尾封板上開設大開口，在國內采用噴水推進該尺度的玻璃鋼船型較少，規范未明確該設備安裝如何加強，因此在審圖過程中，經過和設計方溝通及供應商溝通交流，明確在尾部開孔處船板內部預埋8 mm鋁合金板加強，同時便于施工連接。此外要求甲板、舷側縱骨和尾部扶強材及底板縱骨形成有效框架。

主機基座同意按照《鋼質內河船舶建造規范》(2009)有關要求設計。

3 結語

該型船圖紙2009年由我局審查完畢，現已生產2艘實船，其中首制艇上海海事局世博號在世博期間發揮了重要作用。后續艇寧波海事海巡1116號已于2012年1月底順利交付，并受到一致好評。

［1］ 李百齊．二十一世紀海洋高性能船［M］．北京:國防工業出版社，2001．