船用下水氣囊在航海領(lǐng)域中的新應(yīng)用

江福才　王晨　汪德峰　王中強(qiáng)　張帆　馬全黨

摘 要：氣囊裝置是我國(guó)首創(chuàng)的船舶下水載具，但其在海事領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎處于空白狀態(tài)。通過(guò)分析和探討氣囊裝置在輔助船舶航行和海難事故救助方面的應(yīng)用和挑戰(zhàn)，以期為船舶航行和海事救助中有關(guān)問(wèn)題的解決提供思路和建議，節(jié)省所需人力物力，減少財(cái)產(chǎn)損失和人命傷亡。

關(guān)鍵詞：氣囊裝置；船舶航行；海難救助

中圖分類(lèi)號(hào)：U665 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）04-0033-02

氣囊是一種在柔性的橡膠膠囊中充入壓縮空氣或水介質(zhì)，利用空氣的可壓縮性和水的流動(dòng)性來(lái)實(shí)現(xiàn)彈性作用的一種裝置。氣囊裝置在航海領(lǐng)域的應(yīng)用主要為輔助船舶下水，是我國(guó)首創(chuàng)的一種船舶下水載具。

我國(guó)的專(zhuān)家學(xué)者及企業(yè)在氣囊上下水工藝方面進(jìn)行了多年的研究，豐富并完善了相關(guān)技術(shù)和理論，提出并制定了船用下水氣囊的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如朱珉虎介紹了氣囊作為船舶下水載具的構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)和力學(xué)性能，包括氣囊的尺度、囊壁的構(gòu)造和受壓性能的計(jì)算公式等；孫菊香對(duì)船舶氣囊下水技術(shù)的發(fā)展歷程和安全問(wèn)題進(jìn)行了介紹和探討；劉志毅利用有限元數(shù)值方法，分析了船舶下水過(guò)程中氣囊裝置各有關(guān)因素對(duì)其力學(xué)性能的影響，并通過(guò)建模得出了氣囊各組成部分應(yīng)力分布及氣囊剛度和內(nèi)壓與工作高度的關(guān)系；聶曉玲對(duì)船舶下水時(shí)氣囊裝置的布置方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化等。

目前氣囊裝置在船舶下水工藝方面的理論與技術(shù)應(yīng)用已日趨成熟，但對(duì)其在船舶航行和海事救助等方面的研究幾乎處于空白狀態(tài)。本文主要對(duì)氣囊裝置在海事領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討，為輔助船舶航行和海難事故救助提供新的思路與建議。

1 氣囊裝置簡(jiǎn)介

船用下水氣囊由以橡膠為主體的復(fù)合材料構(gòu)成，囊壁主要承受外界壓力，分為橡膠密封層、簾線加強(qiáng)線和外層橡膠三部分。橡膠密封層用于密封內(nèi)部的壓縮空氣，維持氣囊壓力；簾線加強(qiáng)線主要用于承擔(dān)氣囊的內(nèi)部壓力，所需的簾線材料和增強(qiáng)層數(shù)量視氣囊受壓強(qiáng)度而定；外層橡膠由抗老化和抗磨損的材料組成，以保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受外界環(huán)境損傷。

氣囊一般中間為圓筒狀，兩邊為圓錐狀，端部由錐形鐵件將囊壁的三層結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)在一起，以保證氣囊的氣密性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。兩端的錐形鐵件具有不同的構(gòu)件，一端為鐵環(huán)，用于固定和拖曳氣囊；一端為壓力表和閥門(mén)等，用于指示氣囊充氣。

2 氣囊裝置在船舶航行中的應(yīng)用

船舶在大風(fēng)浪中航行，尤其是大型郵輪和滾裝船，一旦失事，造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響不可估量。大型郵輪和滾裝船具有高大的上層建筑，船體受風(fēng)面積較大，會(huì)增加風(fēng)壓傾側(cè)力矩；且由于船舶攜帶有大量人員或車(chē)輛，很難控制船舶的穩(wěn)性高度，使其穩(wěn)性相對(duì)于一般貨船較差，在航行過(guò)程中有很大局限性。

而當(dāng)船舶在大風(fēng)浪中航行，劇烈的縱搖和垂蕩會(huì)產(chǎn)生波浪拍底現(xiàn)象，損害船體結(jié)構(gòu)；橫搖會(huì)減小船舶穩(wěn)性，使船上的人員無(wú)法正常工作。大風(fēng)浪會(huì)導(dǎo)致船舶操縱困難，保向性和回轉(zhuǎn)性均會(huì)變差。

為了減少大風(fēng)浪中的劇烈搖晃，一些船舶通過(guò)加裝可收放減搖鰭來(lái)輔助航行，但是加裝減搖鰭不僅費(fèi)用高昂，而且會(huì)對(duì)船體結(jié)構(gòu)造成不可逆的改變，影響船舶航行性能。氣囊裝置攜帶方便，成本低廉，不僅能起到減搖鰭的作用，還能為船舶提供浮力，從而增加船舶穩(wěn)性，輔助船舶航行。

船舶在淺水中航行會(huì)產(chǎn)生淺水效應(yīng)，阻力增加，造成船體下沉，興波加劇，小型船舶甚至?xí)虼藗?cè)翻傾覆。有些深吃水船舶在滿(mǎn)載狀態(tài)下吃水受限且無(wú)法乘潮時(shí)，可以考慮用氣囊裝置使船舶上浮，通過(guò)水深不夠的航道。

在長(zhǎng)江下游江蘇段，有許多上下水的沙船和駁船干舷很低，若江面上稍有風(fēng)浪，船舶就會(huì)有沉沒(méi)的危險(xiǎn)。氣囊裝置可為駁船提供儲(chǔ)備浮力，在航行環(huán)境較為惡劣時(shí)釋放下水，增加船舶浮力和穩(wěn)性，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

3 氣囊裝置在海事救助中的應(yīng)用

3.1 船舶擱淺或破艙

船舶擱淺是指船舶擱置在礙航物上無(wú)法航行，是船舶航行、錨泊、靠港之外的一種狀態(tài)，礙航物包括礁石、淺灘、沉船等有礙船舶航行的水下物體。

船舶擱淺后無(wú)法自力離淺，可在其周?chē)卜艢饽?，給氣囊充氣提供浮力，減少船舶吃水，使其在氣囊裝置的協(xié)助下脫離擱置部位；當(dāng)船舶擱置在淺灘或礁石上時(shí)，船用氣囊裝置可以為船舶提供浮力和支撐，防止船舶傾斜對(duì)船體造成二次損傷，協(xié)助船舶離淺。

同時(shí)，在海上或港口水域，若兩船相撞或因其他原因造成船舶破損進(jìn)水，無(wú)法保持穩(wěn)性和正浮時(shí)，氣囊裝置可有效彌補(bǔ)船舶破艙所損失的浮力，使船舶在外力援助較少的情況下，盡可能快速地自救離開(kāi)事故水域，避免造成水域交通擁堵。

3.2 沉船打撈及拖航

浮筒打撈法是打撈大型沉船的常用做法，一般浮筒為鋼制浮筒，鋼制浮筒雖然起浮力大，但體積和自重也比較大，攜帶不便。在沉船打撈過(guò)程中，受水下特殊環(huán)境影響，船舶與浮筒的系綁連接會(huì)耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間。如果沉船傾覆嚴(yán)重，在扶正前，鋼制浮筒很難系綁于沉船傾斜一側(cè)。

除鋼制浮筒外，還有軟式浮筒，軟式浮筒可卷成圓筒狀儲(chǔ)運(yùn)或下潛，自重較小，運(yùn)輸方便，但軟式浮筒起浮力較小，無(wú)法滿(mǎn)足大型沉船打撈的要求。我國(guó)在大型氣囊制造和應(yīng)用方面的理論技術(shù)都已日趨成熟，可用氣囊裝置代替軟式浮筒，發(fā)揮其在沉船打撈方面的作用。

在沉船打撈過(guò)程中，氣囊可系放于沉船兩側(cè)，外罩棕繩或尼龍繩網(wǎng)罩，罩下連接鋼纜圈，纜圈再連接船底千斤，然后充氣上??；此外，氣囊還可在充氣前放置于內(nèi)部艙室，根據(jù)需要給氣囊充氣，矯正船舶浮態(tài)，將沉船扶正，再通過(guò)鋼制浮筒或其他方式進(jìn)行沉船打撈。

大型沉船打撈在浮力和穩(wěn)性控制方面具有更高的要求，控制沉船上浮速度和姿態(tài)尤為重要。有的氣囊裝置在端部鐵件處裝有壓力遙測(cè)儀表，可檢測(cè)氣囊內(nèi)部壓力和外部水壓，為保證沉船安全上浮提供了思路。

當(dāng)沉船被打撈出水面，由拖輪拖帶駛離事故水域時(shí)，可在事故船舶兩側(cè)系放氣囊裝置增加船舶浮力，并根據(jù)穩(wěn)性損失情況調(diào)整船舶浮態(tài)，減輕事故處理所需的人力物力。

4 氣囊裝置在海事領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)及挑戰(zhàn)

氣囊裝置應(yīng)用于輔助船舶航行和海難事故救助方面，具有很多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

（1）氣囊裝置是我國(guó)首創(chuàng)的船舶下水載具，我國(guó)的學(xué)者和專(zhuān)家對(duì)于氣囊裝置的制造和應(yīng)用進(jìn)行了多年的研究，在新建船舶下水工藝的理論技術(shù)，可成功移植到輔助船舶航行和沉船打撈等方面。

（2）氣囊裝置安裝在商船或工程船上，可增加其在大風(fēng)浪中航行的穩(wěn)性，減小航行風(fēng)險(xiǎn)，為乘客和船員提供更舒適的航行環(huán)境。

（3）氣囊裝置可增加深吃水船舶的浮力，減小其吃水，使其安全通過(guò)吃水受限的航道。對(duì)于擱淺和破艙進(jìn)水的船舶，氣囊裝置可提供儲(chǔ)備浮力，維持船舶穩(wěn)定，使船舶自力脫險(xiǎn)，節(jié)省所需的人力物力。

（4）在沉船打撈方面，氣囊裝置可有效彌補(bǔ)鋼制浮筒和軟式浮筒的缺陷，作為鋼制浮筒的替代品或輔助用于沉船浮態(tài)的矯正；同時(shí)，氣囊裝置為控制沉船上浮速度，保證船舶上浮安全提供了解決思路。

氣囊裝置在海事領(lǐng)域的應(yīng)用同樣面臨著諸多問(wèn)題。其中之一便是加裝氣囊裝置會(huì)對(duì)船舶的航行性能和操縱性能產(chǎn)生影響，氣囊裝置產(chǎn)生的阻力會(huì)導(dǎo)致興波加劇并會(huì)影響船舶正常航行，需要對(duì)氣囊的形狀和安裝方式進(jìn)行思考；氣囊裝置下水后船舶寬度增加，會(huì)阻礙其他船舶正常航行，會(huì)對(duì)船舶間的會(huì)遇和追越帶來(lái)新的挑戰(zhàn)；另外，在沉船打撈過(guò)程中，如何控制氣囊裝置的充放氣速度以保持沉船上浮姿態(tài)，使其安全上浮也是一個(gè)需要深入研究和探討的問(wèn)題。

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