長江34m全回轉引航交通船總體設計研究

陳 悅

(江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮江212003)

長江34m全回轉引航交通船總體設計研究

陳 悅

(江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮江212003)

在考慮長江引航船舶使用要求的基礎上，確定了滿足設計要求的總布置方案。從快速性、操縱性、耐波性、經濟性和布置方面，著重對34 m引航交通船主尺度和船體幾何形狀進行了研究。該船型的設計研究，將改變引航交通船抗風浪能力差和功能相對單一的現狀，從而為長江引航工作的安全、及時開展提供了保證。

引航交通艇;總體設計;產品開發

0 引言

隨著長江流域經濟的快速發展和長江深水航道建設的不斷推進，船舶進出量特別是外輪進出量不斷增長，且船舶呈現大型化、快速化的發展趨勢，長江水上引航需求迅猛增加。為了保證長江引航工作的安全、及時開展，對引航船的航行性能和抗風浪能力提出了越來越高的要求。

近幾年來，長江引航交通船得到了一定的發展。但由于其船長為20 m級，且功能較為單一，抗風浪能力較差，不能滿足長江大風浪時及時引航工作的需要，因此，為更好地履行職責，提高服務質量，提升長江引航形象，迫切需要開發功能相對齊全，抗風浪能力較強的30 m級引航交通船。

1 主要量度

船長

34.0 m

型寬

8.00 m

型深

4.00 m

設計吃水

2.80 m

主機功率

2×882 kW

設計航速

～13.5 kn

2 使用要求和總布置

2.1使用要求

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

為此，34 m引航交通船除滿足長江A級航區的設計要求外，還必須考慮到長江8級風以下航行和7級風以下作業的需要；航速不能小于13 kn；需具有靈活機動的靠離被引船舶方式和良好的微動操縱性能，以便于引航員安全登離被引領船。此外，34 m引航交通船還需設置一個舒適的引航員休息環境，以及相應的生活配套設施。

2.2總布置

該船屬布置地位型船，其總布置如圖1所示。根據本船的功能和使用要求，本船主船體主要設有舵槳艙、機艙、船員艙、儲物艙和艏尖艙，其中燃油艙布置在機艙前后兩端，清水艙布置在船員艙底部，調節水艙分布在船首儲物艙和船尾舵槳艙內。本船主甲板以上設置2層短甲板室(設有一定的甲板飛檐)，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、監控室、廚房和洗手間、機艙棚等。

3 主尺度選擇

3.1船長

該船船長主要從快速性、操縱性、耐波性和經濟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，一般隨船長增大而增加。對于中高速船舶(傅氏數Fn≥0.30)，其剩余阻力在總阻力中占有相當大的比重。根據相關資料，剩余阻力系數Cn與排水量長度系數C和傅氏數Fn關系非常密切,如圖2所示。在剩余阻力系數峰值前，傅氏數Fn小于0.39比較有利。本船航速初取13.5 kn，則其水線長應不小于32.3 m。從操縱回轉性和經濟性來看，船長短則較有利；從耐波性來看，船長應大于波長(A級航區波長約為30 m)較合適。

圖1 34 m全回轉引航交通船總布置圖

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

圖2 剩余阻力系數

3.2船寬

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

根據調研分析，采用全回轉推進操縱裝置的船舶，其長寬比約為3.5；而采用常規軸槳的船舶，其長寬比約為5.0。考慮34 m引航交通船有較高的航速和較大的抗風要求，其長寬比控制在4.2左右較為合適。結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方面，結合減小甲板上浪、增大儲備浮力等方面來考慮。在吃水和干舷要求一定的情況下，通常應適當加大型深來保證。

綜合以上幾方面，結合34 m引航交通船大風浪使用要求，船底有較大斜升且需設置一定量的壓載，所以其型深著重從主甲板下機艙和船員艙高度、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

本船用于長江下游，其吃水受航道水深條件影響較小。考慮到長江下游氣象和水文條件較為復雜，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效率，另一方面改善船舶的適航性和大風浪時的作業性能。

根據初步確定的船長和型深，經初步估算，A級航區最小干舷不小于0.8 m即可。考慮長江A級航區半波高為1.25 m，為了減小大風浪對甲板上浪的影響，34 m引航交通船的設計吃水取為2.8 m。

4 型線考慮和確定

4.1船體型線構思

根據34 m引航交通船需以多種方式停靠被引領船的功能和在大風浪情況下安全航行和作業的使用要求，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，適應引航船首頂靠作業，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，且設計水線以上橫剖線采用外飄的線型，改善大傾角穩性和耐波性。

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

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

(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

根據以上主尺度要素，用船舶設計軟件NAPA進行該船的型線建模。

船體型線設計主要是從船舶的快速性、穩性、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(傅氏數約0.39)，其興波阻力占總阻力的大部分，因此船型設計時應盡可能減小興波阻力。

甲板邊線的高度對船型的美觀有較大的影響，長江引航在實際使用中希望有較小的首舷弧，這些因素在船舶型線設計中也需要考慮。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計成較長且平坦的尾懸體，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增加船舶的動感，另一方面防止或減少甲板上浪現象。

與船相關的船型系數對船舶航行性能和總布置有直接影響。本船傅氏數約0.39，據此可估算出對阻力較有益的棱形系數，進而可推算出中橫剖面系數(或最大剖面系數)，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、舭部半徑和設計水線寬度等。

5 結語

引航交通船是進行引航服務必備的水上交通工具。34 m引航交通船功能相對齊全、抗風浪能力較強，其建成后，將能夠明顯加強長江引航中心引航交通的保障能力，進一步提高引航服務質量，提升長江引航形象，從而為實現長江航運“暢通、高效、平安、綠色”做出應有的貢獻。

[1]顧敏童.船舶設計原理[M]. 上海:上海交通大學出版社，2001.

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

[3]俞正惠，陸悅銘，梁銳.對引航員接送船艇的設計設想[J].航海技術，2014(3)：52-55.

2014-08-27

陳悅(1979-)，女，講師，從事船舶設計工作。

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