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(zhèn)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(zhèn)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(jīng)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(xiàn)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(chǎn)品開發(fā)

0 引言

隨著長江流域經(jīng)濟的快速發(fā)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(xiàn)大型化、快速化的發(fā)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(fā)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(fā)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(wěn)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(qū)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(yè)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(huán)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(jù)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(jié)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(jiān)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(jīng)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(shù)Fn≥0.30)，其剩余阻力在總阻力中占有相當大的比重。根據(jù)相關資料，剩余阻力系數(shù)Cn與排水量長度系數(shù)C和傅氏數(shù)Fn關系非常密切,如圖2所示。在剩余阻力系數(shù)峰值前，傅氏數(shù)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(jīng)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(qū)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(shù)

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(wěn)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(jù)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(guī)軸槳的船舶，其長寬比約為5.0?？紤]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?？紤]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(yè)性能。

根據(jù)初步確定的船長和型深，經(jīng)初步估算，A級航區(qū)最小干舷不小于0.8 m即可。考慮長江A級航區(qū)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(jù)34 m引航交通船需以多種方式?？勘灰I船的功能和在大風浪情況下安全航行和作業(yè)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(yè)，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(wěn)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(yè)，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(guī)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(jù)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(wěn)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(shù)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(xiàn)象。

與船相關的船型系數(shù)對船舶航行性能和總布置有直接影響。本船傅氏數(shù)約0.39，據(jù)此可估算出對阻力較有益的棱形系數(shù)，進而可推算出中橫剖面系數(shù)(或最大剖面系數(shù))，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(xiàn)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(xiàn)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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