一型沖灘式車客渡船的研發

黃孟光 李敏

摘? ? 要：本文簡要敘述了一型供機動沖灘登陸的寬大淺吃水車客渡船的研發。

關鍵詞：車客渡船;沖灘登陸;寬大淺吃水

中圖分類號：U674.192 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： This paper briefly introduces the development and design of a shallow-draft and large-breadth maneuvering landing car-passenger ferry.

Key words： Ferry; Maneuvering landing; Shallow-draft and large-breadth

1? ? 前言

渡船通常都需要有固定的碼頭，而且對碼頭的設施、水深等都有較嚴格的要求。然而在某些海域其海灘坡度適中，通過簡易的改造或者完全不必改造即可實現船舶的沖灘登陸。這不僅可大大減少碼頭的建造和維修費用，而且對一些難以建造碼頭的地方也能實現渡船的使用，因此開發適合沖灘登陸的船型將具有一定的市場前景。

2? ?研發目的

（1） 適用性強：能在不具有或僅為初級碼頭條件的地區營運;

（2） 操作性好：能在狹窄的水道實現靈活操控;

（3） 經濟性好：盡量加大車輛甲板面積，提高車輛甲板使用率;

（4） 營運成本低：盡量優化型線，提高船舶阻力性能，減少燃油消耗;

（5） 結構強度及穩性需滿足單次航行（壓載工況）無限航區的要求。

3? ?船型與主要參數

本船為單體、雙頭式車客渡船，大致對稱布置，首尾部均設有供乘客及車輛上落的跳板。車輛甲板為全通開敞式甲板;中部連接橋上方設三層甲板室，分別為乘客艙室、船員居住生活艙室和駕駛室;主船體由6道橫艙壁分隔為7個水密艙室，分別為首尾尖艙、前后壓載艙、前后機艙及中部空艙;每個機艙內各設2臺柴油機驅動2個全回轉舵槳;主船體為鋼質，上層建筑為鋁合金。船舶總體外形，見圖1。

4? ?研發重點

4.1? 型線設計

內河、沿海港灣或島嶼之間運營的車客渡船，通常都會受水深條件限制，這些船一般都為寬大淺吃水船型，其線型多采用隧道船型，但隧道船型操作性比較差。近幾年來，有國外設計公司參考隧道船型開發了一種新船型（如圖2）。該船型采用折角線型，設前后機艙，每個機艙內設2臺柴油機驅動2個全回轉舵槳，舵槳安裝在船底的一個折角型凹坑內。相比于隧道船型，此種船型操作性能有了很大的改善，然而其阻力性能卻并不理想。

本研發船型線設計時借鑒了上述國外設計公司一些比較好的設計理念，同時為了滿足沖灘登陸的功能需求，在型線設計方面采用了一些全新的設計：

（1）首尾均采用平底縱流船型，前后對稱，底部線型由基線向主甲板平緩提升，整個提升區域無任何附體突出在船體外;去除了常規船舶的球首、舵、螺旋槳、軸支架、拖沙等外突附體，使得船舶在沖灘登陸時可以大面積的平緩著陸，最大限度的減少沖灘登陸對船體造成的損傷;

（2）橫剖面線型采用圓舭加舷側外飄形式，即舭部為常規的圓舭線型，水線以上靠近主甲板區域設外飄舷伸甲板。設計外飄舷伸甲板的目的如下：第一，增加車輛甲板面積;第二，減少船體的水線面寬度，船中區域船體水線面寬度比型寬少了2 m多，使得船體水線以下變得更為細長些，以提高船體阻力性能;第三，減少船舶的有效寬度吃水比，從而加大船舶橫搖周期，提高乘客的舒適度;第四，方便推進器的安裝;

（3）上述外飄舷伸甲板區域的底部線型縱向呈W形分布，分別由船首和船尾向船中平緩下沉，然后再平緩上升過渡到船舶的中部區域，從而形成兩個下凹區域。此線型的設計是為了更好的配合推進器的安裝，以達到船-機-槳的最佳匹配。推進器安裝在W形外飄舷伸甲板下凹區域的最低點，該處線型最低點距基線高度約為螺旋槳直徑的1.2倍。船舶航行過程中，整個外飄舷伸甲板區域除推進器安裝位置附近浸沒在水下以外，其余絕大部分都在水線以上，從而可以減少船舶的濕表面積，提高船舶阻力性能;

（4）出于沖灘的需要，本船型前后不裝設拖沙和舵，為改善船舶的航行穩定性，專門在每個推進器外側設置一個流線型導流板，該導流板工作原理類似帆船的航行穩定板，主要用于維持船舶的航行穩定性，同時也可以在船舶坐底時起到保護螺旋槳的作用。另外，推進器安裝區域與內側主船體及外側導流板共同形成類似隧道形式，可避免螺旋槳出水，提高推進效率。

本船型線光順平滑，除推進器及其外側的流線型導流板外幾乎沒有多余的外突附體，低速航行阻力性能優越。此型線設計已獲中國發明專利授權（專利號：ZL201610708279.8），而推進器外側的流線型導流板也已申請了實用新型專利（申請號：2018209915940）。實船試航結果表明，相比同類船型，本船阻力性能提高超過15%。表1為本船和參考船主要參數的對比。

4.2? 推進器選型及布置

為了更好的滿足實際使用需要，本船在推進器選型及布置上也作了下列特別考慮：

（1）推進器選用全回轉舵槳，以期能對船舶進行90o橫移、原地360o回轉等高難度操作，滿足渡船的作業需求。另一方面，相比傳統的通過軸系驅動的螺旋槳，全回轉舵槳的安裝位置也更加靈活;

（2）全船共設4個全回轉舵槳，分別安裝在左右兩舷W形舷側外飄兩個下凹區域的最低點。沿船長方向，舵槳的安裝位置遠離首尾端沖灘觸底區域，避免沖灘登陸時對螺旋槳造成損傷;在船寬方向，舵槳外掛安裝在舷邊位置，螺旋槳完全處于開敞水域，來流及去流非常順暢，能充分發揮螺旋槳的效率;

（3）本船舵槳安裝在舷側外飄區域，然而出于減少船體濕表面積、提高阻力性能的考慮，我們希望W形舷側外飄下凹區域浸沒在水中越少越好，故此本船的推進柴油機及推進軸系采用了橫向安裝。盡管通常船舶上柴油機、電動機等均要求其軸線沿縱向布置，以減少因船舶橫搖對其造成不利影響，然而考慮到本船長寬比較小、橫搖角度不大，為更好的配合舵槳安裝，最后決定主機采用橫向安裝方式（見圖3、圖4）。當然，為了盡可能減少橫搖對柴油機造成不利影響，我們也相應的采取了一些措施，如柴油機選用深油底殼形式，以確保在較大角度橫搖工況下柴油機的自潤滑系統還能正常工作。實船試驗表明，此橫向安裝的推進系統在船舶航行中一切正常。

由于4臺全回轉舵槳的安裝位置相距非常遠，轉向力臂很長，因此本船操舵非常靈敏。舵槳控制方面也可采用多種選擇：第一，每臺舵槳可獨立操控;第二，可將船首的兩臺舵槳組合成一組，船尾的兩臺舵槳組合成另一組，然后對每組獨立操控;第三，可以采用自動舵同時操控4臺舵槳。實船試驗結果表明，本船操縱性能極佳，船長對此贊不絕口。

4.3? 結構及穩性設計

本船入級美國ABS船級社，掛圣文森特方便旗，實際營運為智利沿海50海里以內水域。由于本船建造完工后，需由廣州自行航渡到智利，因此本船穩性按無限航區航行船舶的要求設計。而實船除最小船首高度需要船旗國豁免外，完整穩性及破艙穩性在所有工況均滿足SOLAS對無限航區航行船舶的要求。

由于本船寬深比B/D=5.1，遠超規范對寬深比的要求，因此結構計算采用全船有限元結構分析。將全船劃分為若干個子結構，首先對于各主要構件按其受力狀況分別建立膜、殼、梁、桁條等的有限元模型;然后利用統計的方法求出波浪長期預報值，確定反映長期極值概率特性的設計波;最后求出設計波的波浪載荷，并施加到全船有限元模型上，通過有限元分析求解，得出各主要構件的實際變形與應力。為增加船體縱向強度，在前后機艙之間設雙層底結構，并加設了兩道縱向艙壁。

為減輕船舶自身重量、降低船舶重心高度，本船采用鋼鋁混合結構，主船體采用鋼質材料，而上層建筑則采用鋁合金材料制作。

4.4? 車輛甲板布置

本船主甲板（即車輛甲板）為全通開敞甲板，甲板載荷按12 t/m2設計;車輛甲板前后設有液壓控制的跳板，跳板的設計載荷為15 t/m2;本船除前述舷側采用外飄結構以加大車輛甲板面積外，首尾端的錨泊系泊平臺設置在船舶的首尾傾斜外延部分的上方，基本上不占用主甲板面積;而上層建筑設置在連接橋上方，僅由舷側結構支撐，也不影響主甲板裝載車輛，從而使得整個主甲板由船首至船尾、左舷到右舷，均可作為車輛裝載處所，甲板車輛裝載容積率非常高;車輛甲板上設4條重型卡車車道，每條車道寬3.25 m，合計總長約240 m;車輛甲板至連接橋底部的最小凈空高度為5 m，能滿足大型客車、重型集裝箱拖帶卡車等的通行高度要求;車輛甲板若用于載運小型車，則可并排停放5排，裝載約60輛小型車。

4.5? 測深儀、計程儀探頭安裝

本船為寬大淺吃水的平底縱流船型，這種船型的底部水流比較紊亂，而且首部線型肥大、干舷低，航行過程中跳板底部鉸接區域容易浸沒在水中激起大量氣泡，從而在船底部產生氣泡集聚，影響測深儀、計程儀探頭正常工作。為此，我們對測深儀、計程儀探頭安裝位置及安裝方式做了專題研究，將探頭安裝在船體中部盡量遠離推進器及首浪影響區，并將探頭安裝在一個稍微突出船殼外的流線型導流板上，避免氣泡對探頭的干擾。實船試驗結果表明，這樣處理是非常必要的，也是正確有效的。

5? ?結語

本文介紹的沖灘式車客渡船不僅可在內河、港灣或島嶼之間的車客渡船運營水域使用，還可以用于碼頭設施不完善的島嶼和航道，尤其是不 （下轉第頁）（上接第頁）適宜建造固定式碼頭或建造碼頭投資過高的水域使用，克服了現有車渡船對停靠港口硬件設施的過度依賴，拓寬了車渡船的應用領域。

本船型采用了兩項創新的專利技術，使得其阻力性能較同類船型有較大的提升;車輛甲板采用雙向通道的設計，使得車輛上下更方便快捷;首尾各配置兩套全回轉舵槳，配合駕駛室前后兩套操控系統，使本船具有優異的操縱性能。是一型值得借鑒和推廣的新船型。

在目前全球船舶市場的寒冬期，廣東新船重工有限公司堅持技術創新，以新穎獨特的船型及性能優良的技術方案，贏得了難得可貴的國外訂單，并為公司開拓車客渡船市場提供了新的技術支撐。

參考文獻

[1] 李孔光，萊長01沿海汽車渡船設計[J]，廣東造船， 2007.98（3）.