漁船刀型龍骨的應(yīng)用分析

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(1.大連海洋大學(xué) 航海與船舶工程學(xué)院 ,大連 116023；2.遼寧漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局,大連 116013)

近幾年來，刀型龍骨結(jié)構(gòu)被越來越廣泛地應(yīng)用于漁船和其他中小型船舶的底部結(jié)構(gòu)上，并且在應(yīng)用上有取代傳統(tǒng)的箱型龍骨的趨勢。但是船舶的設(shè)計(jì)者、建造者、使用者和維護(hù)者對這種結(jié)構(gòu)褒貶不一。為此，基于實(shí)際設(shè)計(jì)和建造實(shí)踐，對這種龍骨結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 傳統(tǒng)龍骨結(jié)構(gòu)及其特征

龍骨結(jié)構(gòu)是船體最主要的結(jié)構(gòu)之一，在船體艏部與艏柱結(jié)構(gòu)相連接，在艉部與艉柱結(jié)構(gòu)相連接，共同構(gòu)成船體的“脊梁”[1]?，F(xiàn)代造船中，大多數(shù)船體采用平板龍骨的結(jié)構(gòu)形式，其與中底桁或中內(nèi)龍骨共同構(gòu)成底部縱向強(qiáng)結(jié)構(gòu)，它是船體抵抗總縱彎曲的主要結(jié)構(gòu)部件之一。一般來說，平板龍骨比其鄰近的船底板厚1～2 mm，其寬度需滿足規(guī)范規(guī)定的最小值[2～3]。

對于漁船，出于實(shí)際需要一般在平板龍骨板外側(cè)還設(shè)置箱型龍骨，或稱作方龍骨。箱型龍骨位于船底中央，沿船長方向布置，由鋼板焊接構(gòu)成，其橫剖面呈矩形。一般是在艉部艉柱之前的位置，箱型龍骨高度最高，向艏部逐漸減小，并終止于艏部某強(qiáng)肋位或艙壁結(jié)構(gòu)位置之處。圖1、圖2為漁船常用的箱型龍骨結(jié)構(gòu)形式。

箱型龍骨的主要功能包括以下幾個方面。

1)箱型龍骨內(nèi)部要設(shè)置固定壓載，壓載材料一般采用水泥，用于降低漁船重心，保證漁船對穩(wěn)性的特殊要求，調(diào)節(jié)船舶縱傾姿態(tài)等[4～5]。

圖1 箱型龍骨舯縱剖面示意

圖2 箱型龍骨橫剖面示意

2)當(dāng)漁船發(fā)生坐灘、擱淺、觸礁等事故，以及需要進(jìn)塢維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，箱型龍骨起到保護(hù)主船體的作用。

3)由于漁船經(jīng)常在惡劣天氣或海況條件下航行或作業(yè)，箱型龍骨還能與舭龍骨一起，起到減小橫搖幅度，改善船舶耐波性的作用。由于箱型龍骨的艉部高度較大，從而提供了較大的艉部側(cè)面積，對改善航行穩(wěn)定性和增大艉框高度有利。

但是在漁船使用和維護(hù)中，箱型龍骨的一些不足之處比較突出，主要包括以下幾個方面。

1)龍骨內(nèi)部的壓載水泥隨著使用時(shí)間的增加，以及船體出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，容易出現(xiàn)壓載塊脫落。

2)在建造和使用過程中，箱龍骨內(nèi)部容易出現(xiàn)海水滲漏，且不易處理，海水積存加劇了船體腐蝕，有可能導(dǎo)致龍骨處船體漏水，從而縮短使用壽命。從船主和維修廠反饋的意見來看，此類問題比較嚴(yán)重，值得認(rèn)真思考并采取改進(jìn)措施。

3)箱型龍骨寬度厚，體積大，使上塢坐墩受到影響，造成諸多不便。

2 刀形龍骨結(jié)構(gòu)及其特征

針對箱型龍骨的不足之處，一些現(xiàn)代遠(yuǎn)洋漁船轉(zhuǎn)而采用刀型龍骨的結(jié)構(gòu)形式。刀型龍骨早在20世紀(jì)50年代在我國就有應(yīng)用。而在七八十年代，我國陸續(xù)從國外買入一些二手漁船，包括日本、韓國等國家，其中很多采用刀型龍骨，說明在國外應(yīng)用也較為普遍。近幾年以來，這種龍骨結(jié)構(gòu)形式逐漸再獲新生，并被賦予一些新穎的特征，在我國北方地區(qū)的遠(yuǎn)洋漁船設(shè)計(jì)中經(jīng)常被采用。

現(xiàn)代漁船的刀型龍骨和箱型龍骨一樣，也是沿船長方向布置在船底中線處，它突出于平板龍骨之外，一般由兩塊厚扁鋼并排焊接構(gòu)成。圖3是一艘新設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)洋漁船所采用的刀型龍骨結(jié)構(gòu)的示意圖，從圖中可以看到，刀形龍骨由兩塊厚鋼板組成，每塊鋼板厚度約為25～40 mm，刀形龍骨總厚度在50～80 mm之間，高度與箱型龍骨高度略同。刀形龍骨的厚鋼板之間的并排焊接處，以及鋼板與船體之間，均采用連續(xù)焊接方式，焊接前開V形坡口。

圖3 刀型龍骨橫剖面示意

沿船長方向，刀形龍骨的布置與箱型龍骨基本相似。但應(yīng)注意，它與艉框架的連接應(yīng)采用光順的過渡的形式，見圖4。這樣不僅能有效地發(fā)揮主要功能，而且可以起到增加總縱強(qiáng)度，改善艉部伴流場從而提高推進(jìn)效率，增大橫搖阻尼等作用。

圖4 刀型龍骨艉部過渡結(jié)構(gòu)示意

3 刀形龍骨的主要優(yōu)勢分析

采用刀型龍骨結(jié)構(gòu)，主要是為了克服箱型龍骨的不足之處，即防止海水滲透到龍骨結(jié)構(gòu)內(nèi)部，保護(hù)主船體不發(fā)生腐爛現(xiàn)象，并從而延長維修周期和使用壽命等。根據(jù)對大連地區(qū)幾個主要漁船修造廠的訪問表明，采用刀形龍骨結(jié)構(gòu)的漁船，幾乎沒有針對龍骨結(jié)構(gòu)維護(hù)的記錄，除清除污底，重新噴涂表面防污漆外，無需考慮對結(jié)構(gòu)部件的更換和修補(bǔ)，使總體維修保養(yǎng)費(fèi)用和時(shí)間大大減少。大連灣船廠內(nèi)幾艘報(bào)廢的漁船，箱型龍骨結(jié)構(gòu)銹蝕腐爛都很嚴(yán)重，而一艘較小的采用刀龍骨的漁船，龍骨結(jié)構(gòu)幾乎完好無損。充分證實(shí)了刀形龍骨結(jié)構(gòu)的這一主要優(yōu)勢。

刀形龍骨與箱型龍骨相比，結(jié)構(gòu)高度增加，使船體側(cè)投影面積增大，有利于增加橫搖阻尼，使風(fēng)浪中橫搖幅值減小。37.98 m艉滑道拖網(wǎng)漁船模型的橫搖試驗(yàn)記錄表明，在波長為2～12 m的規(guī)則波中，刀形龍骨與箱型龍骨相比，橫搖幅值均有所下降，下降數(shù)值為0.5°～1.2°。此外，刀形龍骨結(jié)構(gòu)狹窄，對船體艉部流場影響較小，使船后伴流場趨于均勻，有利于提高推進(jìn)效率。針對上述模型標(biāo)稱伴流試驗(yàn)結(jié)果分析可知，伴流場的不均勻性趨于改善。強(qiáng)度計(jì)算分析還表明，采用刀形龍骨對總縱強(qiáng)度影響不大，不會造成強(qiáng)度損失。顯然，刀形龍骨具有箱型龍骨的主要優(yōu)點(diǎn)，諸如降低重心保證穩(wěn)性，保護(hù)主船體，增加橫搖阻尼改善耐波性能等。另一個較突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造難度較低，節(jié)省工時(shí)，縮短建造時(shí)間，并且在漁船使用過程中可維護(hù)性好。

刀型龍骨結(jié)構(gòu)的最主要不利因素是，用鋼材代替水泥作為固定壓載材料，造成鋼材使用量增大，使建造成本有所提高。例如，對于40 m級的遠(yuǎn)洋漁船，刀型龍骨鋼材使用量是采用箱型龍骨時(shí)的2.0～2.5倍，大約需多用6.5 t鋼材。若鋼材價(jià)格按4 000元/t計(jì)算，可能增加2.6萬元左右的材料成本。許多漁船業(yè)主，尤其是小型漁船業(yè)主，從經(jīng)濟(jì)角度考慮不太愿意接受。

4 結(jié)論和建議

基于上述討論，出于對漁船使用壽命期間的綜合考慮，筆者認(rèn)為，隨著人力成本在漁船建造過程中比例的逐漸加大，材料成本的相對下降，以及出于日后便于維護(hù)和保養(yǎng)的角度考慮，建議在今后的漁船設(shè)計(jì)和建造，尤其是中小型漁船，采用刀型龍骨結(jié)構(gòu)為宜。當(dāng)然，從一些設(shè)計(jì)

者、建造者、檢驗(yàn)者甚至還包括使用者的觀點(diǎn)來看，雖然持正面意見者居多數(shù)，持反對觀點(diǎn)的也不少。因此，漁船是否采用刀龍骨結(jié)構(gòu)，還有待實(shí)踐進(jìn)一步檢驗(yàn)。

[1] 賈 復(fù).漁船設(shè)計(jì)[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1990.

[2] 中華人民共和國漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局.鋼質(zhì)海洋漁船建造規(guī)范[S].北京：國防工業(yè)出版社，1998.

[3] 中華人民共和國漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局.漁業(yè)船舶法定檢驗(yàn)規(guī)則[S].北京：人民交通出版社，2000.

[4] 林杰人.船舶設(shè)計(jì)原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，1989.

[5] 吳仁元.船體結(jié)構(gòu)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1993.