艦船高海情適航性試驗(yàn)分析

馮衛(wèi)永

摘 要：在艦船基地定型試驗(yàn)中，隨著基于艦艇能力考核試驗(yàn)的不斷深化，艦船在高海情下的適航性試驗(yàn)已被逐步接受并開展。由于以前考慮到安全因素，該項(xiàng)試驗(yàn)一直處于比較尷尬的狀態(tài)，一方面是需求的牽引，艦員迫切希望掌握艦船實(shí)際的操縱能力，另一方面又是自然條件、人為約束等不利條件的限制。目前隨著海軍“走向深藍(lán)”，可能遭遇高海情的幾率逐步加大，所以需要對(duì)影響艦船高海情航行安全性的因素進(jìn)行系統(tǒng)了解。文章主要分析艦艇在高海情航行時(shí)艦船的實(shí)際能力，為決策者提供處置依據(jù)，并為設(shè)計(jì)制造角度提出高海情下壓載、操縱等原則。

關(guān)鍵詞：艦船；高海情；安全

引言

對(duì)于高海情下艦船適航性試驗(yàn)，涉及到多個(gè)方面的考核，如耐波性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、不沉性以及水密性等等，需要對(duì)多個(gè)方面進(jìn)行分析。文從艦船設(shè)計(jì)和試驗(yàn)角度出發(fā)，總結(jié)了在船舶浮態(tài)、機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)性及耐波性等方面，通過軍規(guī)和實(shí)際試驗(yàn)情況，分析我國高海情下安全性艦船實(shí)際情況，為設(shè)計(jì)和使用提供參考。

1 重量及浮態(tài)分布

為確保艦船在高海情下的安全，首先要保證艦船浮態(tài)良好，這是其他各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)，如穩(wěn)性、不沉性和耐波性等。在設(shè)計(jì)層面，設(shè)計(jì)者一般從兩個(gè)方面去考慮：一是優(yōu)化總布置，對(duì)重量重心位置進(jìn)行控制；二是下水服役后通過壓載進(jìn)行浮態(tài)調(diào)節(jié)，最終使得浮態(tài)能夠控制在《艦船通用規(guī)范》要求的尾傾小于0.4%、橫傾小于0.5°的設(shè)計(jì)水線長范圍。艦艇重量分布問題對(duì)艦船的局部強(qiáng)度、總縱強(qiáng)度影響比較大，主要裝備（如主副機(jī)、螺旋槳、空壓機(jī)）等工作頻率可能與艦船本身的震動(dòng)頻率產(chǎn)生共振，破壞船舶結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)使艦船重量沿縱向呈正態(tài)分布，一般需統(tǒng)計(jì)20左右站的重量分布。在進(jìn)行適航性試驗(yàn)前，建議查看設(shè)計(jì)文件和完工文件，確定艦船重量的分布情況是否呈正態(tài)分布。

2 穩(wěn)性

穩(wěn)性主要表現(xiàn)在船舶的恢復(fù)力矩，當(dāng)船舶受到外力作用發(fā)生傾斜，恢復(fù)力矩在外力消失后能夠使船舶恢復(fù)到平衡位置。在大風(fēng)浪環(huán)境下，考慮風(fēng)力直接作用的影響，需考慮兩個(gè)方面，一是要船舶要具有合理的初穩(wěn)性高，適當(dāng)控制船舶重量重心位置；二是要盡量減少船舶上層建筑的受風(fēng)面積，以達(dá)到減少風(fēng)阻的影響。

由于初穩(wěn)性高與船舶回復(fù)能力和人員舒適度相關(guān)，鑒于船舶用途的差異，對(duì)初穩(wěn)性高考慮的重點(diǎn)可能不同，如民用船舶對(duì)初穩(wěn)性高的要求只有0.15米、穩(wěn)性消失較大于55?？赡軆A向考慮人員的舒適度，而軍用船舶要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這一值，2500噸標(biāo)準(zhǔn)排水量的船舶，初穩(wěn)性高要大于0.75米，穩(wěn)性消失較大于80。相比較而言，各國的規(guī)定不盡相同，美國軍用標(biāo)準(zhǔn)略低于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)穩(wěn)性隨的外力矩隨橫傾角φ相關(guān)，多半是隨著φ的減小而增加，我國對(duì)于為計(jì)算方便，φ通常取定值。相比較而言，我國軍用船舶的穩(wěn)性裕度較大，而民用船舶，尤其是游船，一般設(shè)計(jì)的初穩(wěn)性高較小，易發(fā)生事故，如東方之子號(hào)。初穩(wěn)性高和穩(wěn)性消失角是適航性試驗(yàn)理論評(píng)估的重要環(huán)節(jié)，建議試驗(yàn)人員對(duì)其進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

3 耐波性

相對(duì)于新船型的定型，一般船舶耐波性首先進(jìn)行理論計(jì)算，之后還要由水池模型試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。各參數(shù)的理論計(jì)算通常采取三維仿真計(jì)算，在規(guī)則波中驗(yàn)證橫搖、縱搖、橫蕩、首搖和垂蕩5個(gè)自由度響應(yīng)，求出流體動(dòng)力剖面的附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)，求出不規(guī)則波中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)統(tǒng)計(jì)值。在適航性試驗(yàn)中，首先利用艦艇上的傳感器和運(yùn)動(dòng)參數(shù)儀器，測量橫搖、縱搖、首部垂向加速度、尾部垂向加速度、中心附近的垂向加速度等參數(shù)，軍船建議同時(shí)測量艦船的艏搖角、艏搖角速度、水平加速度、橫搖加速度和角加速度、艦船首底部出水頻率和抨擊頻率、軸功率和螺旋槳轉(zhuǎn)速、垂蕩、艦首相對(duì)波面的運(yùn)動(dòng)、抨擊時(shí)的沖蕩應(yīng)力和首部抨擊應(yīng)力等參數(shù)。在每個(gè)航向上，都應(yīng)當(dāng)待航向和航速穩(wěn)定后再測量，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。

4 不沉性

不沉性通常指艦船橫傾角允許的最大值和最大扶正力臂允許的最小值等，就是當(dāng)船舶制定數(shù)目的任意相鄰隔艙對(duì)稱或不對(duì)稱進(jìn)水后，艦船都能保持漂浮，不至傾覆沉沒?！杜灤ㄓ靡?guī)范》對(duì)艦船的最小浸水隔艙書和最小干舷值都做了具體規(guī)定，一般設(shè)計(jì)中都會(huì)進(jìn)行相對(duì)的考慮。鑒定試驗(yàn)要對(duì)出現(xiàn)最差的裝載狀態(tài)進(jìn)行校核計(jì)算，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，還要考慮艦船隔艙浸水后，出現(xiàn)的縱傾是否影響推進(jìn)系統(tǒng)和螺旋槳的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。相對(duì)于目前海軍艦船作戰(zhàn)和適航的海區(qū)逐步擴(kuò)大，考慮到黃海北部、渤海等范圍冬季結(jié)冰的實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)過程中還要計(jì)算結(jié)冰穩(wěn)性對(duì)排水量和重心的變化，這也是鑒定試驗(yàn)需要考慮的因素。

5 船體結(jié)構(gòu)

船體機(jī)構(gòu)從設(shè)計(jì)之初就應(yīng)有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和密性要求，鑒定中建議選取典型位置如主船體及上層建筑材料、結(jié)構(gòu)形式、焊接材料的選型等進(jìn)行驗(yàn)證。適航性試驗(yàn)中，需對(duì)總縱強(qiáng)度和局部強(qiáng)度進(jìn)行校核。一是采用壓力拾微器對(duì)對(duì)試驗(yàn)艦球鼻艏及1/4L區(qū)的地步抨擊壓力進(jìn)行測試；二是在1/4L-3/4L區(qū)域內(nèi)的上甲板邊板內(nèi)表面，沿船長方向均勻進(jìn)行壓力測試；三是進(jìn)行局部應(yīng)力測量，測量甲班、機(jī)艙等開口角出的應(yīng)力，主機(jī)、主炮、長艏樓過渡區(qū)、以及防空反導(dǎo)裝備等上層建筑前、后、側(cè)壁的根部和彈性機(jī)頭處的應(yīng)力。

6 結(jié)束語

文章分別從浮態(tài)和重量重心、穩(wěn)性、耐波性、不沉性、船體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)疲勞性幾個(gè)方面影響水面艦艇高海況航行安全性的方面進(jìn)行系統(tǒng)的分析總結(jié)，通過與國外軍規(guī)或民船規(guī)范的比較，了解到我國水面艦艇安全性設(shè)計(jì)所處的水平，提高船員使用信心，為指揮者和艦員提供參考。同時(shí)為保障艦艇在高海況下具有良好的能力，從水面艦艇設(shè)計(jì)者的角度出發(fā)，提出了高海況下裝載及使用建議。通過與使用者交流，發(fā)現(xiàn)使用者較為關(guān)注水面艦艇在風(fēng)浪流中實(shí)際的運(yùn)動(dòng)情況，而水面艦艇提供給部隊(duì)的完工文件主要是靜水力數(shù)據(jù)，基本沒有考慮風(fēng)浪作用的水面艦艇運(yùn)動(dòng)，這方面的研究將是下一步研究的重點(diǎn)。

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