30 m 航政艇總體設(shè)計(jì)

毛紅華，李鎮(zhèn)宇

(1.江蘇省交通運(yùn)輸廳航道局，江蘇南京210004;2.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212003)

0 引言

灌河是蘇北唯一沒(méi)有閘壩礙航的天然入海河道，也是蘇北沿海唯一沒(méi)有建擋潮閘的河海聯(lián)運(yùn)通道，航道途徑連云港市、灌云縣、灌南縣、鹽城市響水縣，全長(zhǎng)77.5 km，響水境內(nèi)46.5 km。響水航道站承擔(dān)著灌河46.5 km(一帆河口至燕尾港)通航水域部分及鹽城市轄區(qū)陸域部分的航政管理任務(wù)，以及正在建設(shè)臨海高等級(jí)公路灌河大橋橋區(qū)助航標(biāo)志中8座水上側(cè)面浮標(biāo)的維護(hù)管理工作。目前負(fù)責(zé)灌河航道管理的響水航道站僅有1艘10.5 m玻璃鋼艇。該型艇體型小，抗風(fēng)能力低，抗浪能力弱，難以承擔(dān)灌河(潮汐)航道的航政航標(biāo)管理任務(wù)。由于灌河航標(biāo)的維護(hù)修理工作都是租用社會(huì)船只進(jìn)行，響應(yīng)速度慢，時(shí)間得不到保證，且每次費(fèi)用均在萬(wàn)元以上，因此，為切實(shí)履行好航政管理、航道養(yǎng)護(hù)職能，全面落實(shí)航道規(guī)劃、建設(shè)與管理并重、保障安全暢通的原則，保證灌河等高等級(jí)航道依法、科學(xué)管理與使用，提出研制30 m航政艇以滿足使用要求。

本文旨在通過(guò)30 m航政艇總體布置形式、型線設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減振降噪等方面的設(shè)計(jì)介紹，為今后同類型船舶的設(shè)計(jì)提供有益的參考和幫助。

1 總體設(shè)計(jì)思路

30 m航政艇是受江蘇省航道局委托設(shè)計(jì)的新一代航政艇。根據(jù)船舶自身的使用特點(diǎn)，在滿足《關(guān)于灌河航政管理艇配置需求情況報(bào)告》的主要框架下:即主要尺度、主要技術(shù)指標(biāo)、主要功能要求、船舶造價(jià)等需滿足使用單位的需求，最終確立了新型海事巡航救助指揮艇的總體設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下:

本船為圓舭排水量艇，上層建筑采用一層半鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)形式，外形美觀大方;采用棱角分明的折角形式，建造工藝簡(jiǎn)單，又能體現(xiàn)執(zhí)法艇莊嚴(yán)、威武的外形特點(diǎn)，外觀高低錯(cuò)落，層次分明。前傾的駕駛前擋和向下傾斜的船員艙頂板，使本艇具有較強(qiáng)的動(dòng)感。

布置上考慮功能艙室的指標(biāo)控制:將航政指揮室、船員休息艙室與機(jī)艙通過(guò)合理的物理分隔予以分開(kāi)，以降低艙室噪音，提高艇上人員的舒適度。

船員休息艙室采用半升高結(jié)構(gòu)，加大其使用面積，改善其通風(fēng)采光條件，體現(xiàn)“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。

本方案型深選擇2.6 m;在滿足所有艙室空間要求的前提下采用該型深的目的:主要是滿足使用單位干舷大于1 m的基本要求，同時(shí)考慮灌河的實(shí)際情況，適當(dāng)加大干舷減小船舶上浪。

2 主要參數(shù)及總體布置

2.1 船舶主要參數(shù)

總長(zhǎng) ～30.0 m

水線長(zhǎng) 27.5 m

型寬 5.6 m

型深 2.6 m

設(shè)計(jì)吃水 1.4 m

排水量 ～85 t

空載固定建筑物距水線高 ≤5.5 m

2.2 總體布置

30 m航政艇總布置圖如圖1所示。

2.2.1 主甲板下布置

主甲板以下的底艙布置:從尾至首依次為艉尖艙兼作舵機(jī)艙、機(jī)艙、空艙、休息艙、艏尖艙。

2.2.2 主甲板平面布置

主甲板首部從首至尾布置有:艏部舷墻、欄桿、首旗桿、1臺(tái)電動(dòng)起錨絞盤(pán)、掣鏈器、導(dǎo)鏈滾輪及通風(fēng)頭等設(shè)備，兩舷設(shè)獨(dú)樁1對(duì)、帶纜樁1對(duì)、導(dǎo)纜孔2對(duì)。中部為上層甲板室，主甲板上設(shè)有800 mm寬的外走道，側(cè)壁設(shè)有風(fēng)暴扶手;尾甲板布置有尾旗桿，機(jī)艙通風(fēng)帽及自然風(fēng)道和欄桿，尾部舷墻、欄桿考慮船舶的靠泊碰撞，適當(dāng)向船中內(nèi)傾設(shè)置。尾部設(shè)帶纜樁1對(duì)，兩舷設(shè)導(dǎo)纜孔2對(duì)，用于船舶帶纜作業(yè)。此外，尾部設(shè)置3 t拖樁1只，尾中部設(shè)一導(dǎo)纜孔，兩側(cè)走道設(shè)不銹鋼系泊羊角2對(duì)。

2.2.3 上層甲板室布置

本船上層建筑設(shè)計(jì)原則:在滿足使用功能的前提下，盡量減小船側(cè)受風(fēng)面積，降低上層建筑的高度，從而降低重心，提高船舶的抗風(fēng)能力及適航性能。因此，本船上層建筑采用一層半的布置形式，駕駛室及勤務(wù)指揮室升高800 mm，下方設(shè)置隨船人員休息艙室，主通道及航政指揮室(兼會(huì)議室)、配餐間、衛(wèi)生間設(shè)置在主甲板上，層高均為2 300 mm。本船設(shè)置800 mm寬外走道?？紤]船舶靠泊時(shí)橫搖對(duì)上層建筑的影響，本船側(cè)壁采用2%內(nèi)傾，外走道僅設(shè)置風(fēng)暴扶手，不設(shè)欄桿，以減少靠船時(shí)對(duì)本船的影響。

圖1 30 m航政艇總布置圖

3 船舶性能

3.1 靜力學(xué)性能

本船滿載出航狀態(tài)，船舶基本平浮，略帶尾傾，平均吃水約為1.40 m，排水量為～85 t。

本船在各種裝載情況下的穩(wěn)性滿足中華人民共和國(guó)海事局《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》(2011)對(duì)內(nèi)河A級(jí)航區(qū)船舶的要求。

3.2 型線設(shè)計(jì)

本船由于航速V≥22 km/h，屬于常規(guī)船型，因此型線設(shè)計(jì)是否適合本船顯得尤為重要。本船傅氏數(shù)Fn=0.372＜1，屬常規(guī)中低速排水艇型。根據(jù)系列試驗(yàn)資料和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，圓舭型艇在此范圍內(nèi)有更好的阻力性能，相同排水量比折角線型阻力降低～3.5%，因此本方案采用阻力性能更佳的圓舭型線。其設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)如下:

(1)采用較小的設(shè)計(jì)水線寬，加大長(zhǎng)寬比，減小方形系數(shù)，從而減小本艇在設(shè)計(jì)航速下的剩余阻力。

(2)采用首部瘦削的線型，進(jìn)流段水線呈直線，水線半進(jìn)角小于15°，以減小興波阻力。

(3)中部采用U型剖面，橫向舭部斜升角向尾部逐漸減小，以改善尾部水流的去流方向，減少水流紊亂造成的阻力增加。

(4)尾部采用較為平直的縱剖線型，配以方尾船型，采用0.8 m的尾壓浪板并保證一定的尾板浸水深度，主要是抑制本艇全速航行時(shí)的尾部下沉而造成的水流彎曲，使尾部產(chǎn)生“雞尾流”波浪情況得到改善，增加“虛長(zhǎng)度”和壓浪效果，減少能量損失，改善阻力性能。同時(shí)防止惡劣風(fēng)浪條件下槳葉吸入空氣，降低推進(jìn)效率。

(5)艏部采用防濺條，抑制艏波和飛濺，減少縱搖起伏值。舭部按流線設(shè)置舭龍骨，提高船舶抗橫搖能力。艉部考慮船舶的直航穩(wěn)定性，設(shè)置分水踵。

(6)軸系間距為2.1 m，以保證船舶良好的回轉(zhuǎn)性能。

3.3 快速性

本船為雙機(jī)、雙槳、雙舵。主機(jī)為2臺(tái)沃爾沃D7A T船用高速柴油機(jī)，額定功率為126 kW，額定轉(zhuǎn)速為1 900 r/min，設(shè)計(jì)滿載航速≥22 km/h。

本船配備2只MAU型螺旋槳，槳直徑0.77 m，盤(pán)面比0.63。

3.4 操縱性

本船設(shè)置2只NACA0015流線型平衡舵，舵面積為2×0.81 m2，舵面積比為4.36%，平衡比為0.25，展弦比為1.0。

4 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和用材

4.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

設(shè)計(jì)依據(jù)為中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》(2009)及《修改通報(bào)》(2012)，《材料與焊接規(guī)范》(2006)及最新的修改通報(bào)。

4.2 結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)形式

本船主船體、甲板室為鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)。

鋼質(zhì)材料:全船外露部分板材均采用CCSB級(jí)船用鋼，其余板材和型材均采用CCSA級(jí)船用鋼，焊接材料級(jí)別為2級(jí)。

本船為單底、單甲板，橫骨架結(jié)構(gòu)形式。

5 艙室的隔音和隔熱及減振降噪

為了改善船上的工作和生活條件，本船在艙室的隔音、隔熱及減振降噪方面，除了從機(jī)電設(shè)備的選型和主輔機(jī)的安裝方面考慮外，在艙內(nèi)裝飾和螺旋槳的選取方面采取以下措施:

在艙室布局上采用物理分隔，將機(jī)艙設(shè)置在尾部，機(jī)艙與航政指揮室、船員生活艙室采用隔離空艙進(jìn)行分隔，上層建筑在機(jī)艙上部設(shè)置衛(wèi)生間與配餐間，以降低工作、生活艙室的振動(dòng)、噪音。

本船試航實(shí)測(cè)各艙室噪音控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各艙室噪音控制指標(biāo)

實(shí)踐證明，本船在振動(dòng)、噪音方面控制的結(jié)果滿足總體設(shè)計(jì)的理念，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)船體各部位振動(dòng)小、噪音低。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，已達(dá)到同類型船舶的較好水平。

6 實(shí)船應(yīng)用情況

本船在三級(jí)航道進(jìn)行了航行試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)情況正常，總體性能優(yōu)良，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。目前該船已投入使用，深受用戶好評(píng)。

［1］ 李鎮(zhèn)宇，陳松濤.新型60 m全回轉(zhuǎn)車客渡船總體設(shè)計(jì)［J］.江蘇船舶，2014，27(5):5-8.

［2］ 李鎮(zhèn)宇，周烈，范慶，雷鴻.2 m3抓斗挖泥船改型設(shè)計(jì)［J］.江蘇船舶，2014，27(6):5-9.