艏側(cè)推孔放樣及建造裝配

晉曉嬋，屈鳳鳴

(廣州中船文沖船塢有限公司,廣東 廣州 511462)

某船為多用途工程船改裝成深潛器支持母船項目，其設計吃水5.5 m，設計最大航速12～13 kn，航區(qū)為無限航區(qū)(冰區(qū)除外)。該船在設計上滿足了多類水域及各航速情況下都具有良好的自主操縱能力和適航性，艏艉均設有側(cè)推裝置。本船改裝范圍為FR75往艏及艏部的生活區(qū)，半船加長新建。艉部的側(cè)推裝置仍然沿用原船的，艏部的側(cè)推裝置作新的設計，其設置在水線下較低的位置，它的放樣建造為本改裝項目的重點難點。

1 艏側(cè)推的應用及本船采用樣式

艏側(cè)推的設置使船舶在較低航速下仍然保持良好的橫向操縱性能，在受限的航區(qū)低速航行時可以協(xié)助避免“岸壁效應”和“船間效應”，同時在大風浪中低速航行可以輔助船舶保向[1]。但是因其破壞了船體線型的完整性，改變了水流的流向，在船舶中高速航行的情況下，側(cè)推裝置會使船舶航行阻力增加約7%[2]，因此在放樣建造過程中要確保外板連接線型的流暢性和協(xié)調(diào)性，這也是生產(chǎn)建造過程中的一個難點。

本船的艏側(cè)推裝置采用了雙孔一高一低的形式(見圖1)，從左舷上看，靠近船尾位置較低的是進水口(1#側(cè)推孔)，靠近船首位置較高的是出水口(2#側(cè)推孔)，整個結(jié)構(gòu)包含了艏側(cè)推筒身、導流板(喇叭口)、導流槽3部分，與外板相連左右舷貫通(見圖2)。為了減少紊流和空泡、噪聲，喇叭口的內(nèi)圈和外圈為雙曲線型，并且與艏側(cè)推筒身的夾角在不同徑向上有所不同，同時除開喇叭口進行導流以外，2個孔之間設有內(nèi)凹槽，1#艏側(cè)推孔后面順著水流方向上設有導流槽。

圖1 艏側(cè)推孔模型圖

圖2 艏側(cè)推孔結(jié)構(gòu)示意圖

2 艏側(cè)推孔數(shù)據(jù)放樣及生產(chǎn)建造流程

1#艏側(cè)推孔中心定位FR120+300，距基線1.60 m；2#艏側(cè)推孔中心定位FR125+300，距基線2.35 m；艏側(cè)推孔筒身內(nèi)徑2.25 m，水流流線(即兩側(cè)推孔中心連線)通過內(nèi)凹槽最深處和導流槽最深處與基線的夾角約為14.036°，筒身與喇叭口之間的夾角大小不固定，內(nèi)凹槽與喇叭口、導流槽與喇叭口之間有相切相交部分(見圖3)。

圖3 艏側(cè)推孔結(jié)構(gòu)正視圖

此形式的艏側(cè)推孔提升了線型的光順性與協(xié)調(diào)性，但是也加大了放樣施工的難度。詳設方面提供的艏側(cè)推輸入信息包含了定位布置圖及喇叭口和弧形導流槽的輪廓信息，但是數(shù)據(jù)還不能應用于生產(chǎn)設計中，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)整理，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)設計船體線型的相應數(shù)據(jù)，才能進行后續(xù)的建模放樣工序。

整個艏側(cè)推裝置結(jié)構(gòu)的建造過程根據(jù)加工條件和裝配順序分為了數(shù)據(jù)整理，艏側(cè)推筒身、喇叭口、導流槽和內(nèi)凹槽的建模放樣，加工樣箱提供，焊接工藝及余量確定，現(xiàn)場定位裝配建造幾個步驟，后面會對上述步驟的關鍵點進行詳細的描述。

3 數(shù)據(jù)整理

根據(jù)詳設方提供的艏側(cè)推喇叭口導流槽輪廓數(shù)據(jù)，在東欣建造系統(tǒng)中通過光順系統(tǒng)建立相應的結(jié)構(gòu)線，一個環(huán)形輪廓需要前后沿直徑分成2部分進行描述，喇叭口內(nèi)外輪廓需要建立8根結(jié)構(gòu)線；1#艏側(cè)推孔后方的導流槽與喇叭口相接，與外板相接需要建立2根結(jié)構(gòu)線；內(nèi)凹槽與外板相接上下設置2根結(jié)構(gòu)線，同時其中心沿水流線處需要1根結(jié)構(gòu)線，總計13根結(jié)構(gòu)線。然后進行數(shù)據(jù)三向調(diào)整光順線型，與外板相接的輪廓線(喇叭口外輪廓、導流槽外沿、內(nèi)凹槽外沿)要在船殼型線數(shù)據(jù)的基礎上通過樣條插值，獲取三向坐標值，使結(jié)構(gòu)線上的點都能落在船殼曲面上。

將整理好的結(jié)構(gòu)線進行劃分，喇叭口沿直徑劃出等分線，導流槽的2根結(jié)構(gòu)線按角度10等分，等分點需要一一對應，同樣的內(nèi)凹槽的3根結(jié)構(gòu)線作7等分，線上的等分點需要對應(見圖4)，然后將各線上的等分點的三向坐標分別整理成數(shù)據(jù)表格，這些數(shù)據(jù)就可以應用于后面的建模放樣了。

圖4 喇叭口、導流槽等分圖

4 放樣

放樣包括艏側(cè)推筒身、喇叭口、導流槽、內(nèi)凹槽幾個部分，其操作過程主要在東欣設計軟件中進行，運用整理好的艏側(cè)推孔結(jié)構(gòu)輪廓線數(shù)據(jù)，在軟件內(nèi)建出相應的曲面。

1)曲面定義。喇叭口、導流槽、內(nèi)凹槽的曲面是在曲面板架功能下的直紋面定義，運用對應的等分點做出曲面；而艏側(cè)推孔筒身直接用柱面定義做出相應的圓柱面。

需要注意的是喇叭口為環(huán)形結(jié)構(gòu)，需要按前后定義成2部分曲面，內(nèi)凹槽需要沿水流線分開定義成上下2部分曲面;同時通過兩邊界定義描述的曲面，邊界上的點要根據(jù)等分點一一對應，不要亂序，不然曲面會產(chǎn)生扭曲;艏側(cè)推筒身的柱面要延長出來，使其和喇叭口曲面能夠交出相切線。

2)板縫定義。定義好曲面以后，通過兩曲面相切的曲線定義出板縫、喇叭口內(nèi)外輪廓以防止環(huán)形數(shù)據(jù)出錯，需要分上下前后定義4根板縫，同樣艏側(cè)推筒身上的環(huán)切縫需要上下分成2部分定義。

3)曲面板定義。前面的步驟完成以后，就可以設置板厚、材質(zhì)做出曲面板材。建立模型，檢查模型與外板模型的相接情況，同時檢查各曲面的相接情況，是否有縫隙或相交過多。

4)曲面板展開。模型做好以后，就可以展開板材，提取數(shù)據(jù)，完成放樣。因為艏側(cè)推孔結(jié)構(gòu)為復雜的曲面結(jié)構(gòu)，特別是喇叭口是曲面環(huán)形結(jié)構(gòu)，東欣軟件處理環(huán)形板厚的時候會存在朝向差異現(xiàn)象(比如在上半環(huán)定義的板厚是朝外的，但是同一件板在過渡到下半環(huán)的時候就自主回轉(zhuǎn)變成朝內(nèi)了)，無法展開曲面板，這個時候就要調(diào)節(jié)板縫，使模型的板厚保持統(tǒng)一的朝向。一個喇叭口的環(huán)形曲面分為8塊板去建造。

5 生產(chǎn)建造

完成建模和曲面板的展開，得到零件放樣圖，接下來還要考慮生產(chǎn)建造過程的加工定位問題，一方面是工藝加工數(shù)據(jù)的輸出，主要包括了余量的考慮、曲面板加工、焊接工藝，另一方面在建造過程中還需要考慮板材的安裝定位、精度控制，詳細描述如下。

1)余量的添加布置。放樣展開的曲面板零件運用到生產(chǎn)建造中還應該考慮余量的添加。首先艏側(cè)推筒身，因其直接在單曲的圓柱面上分3段建造拼接，只在中間圓柱段添加了20 mm的加工余量，對接裝配前去掉；喇叭口的板材，因其雙曲度較大，但是零件較小，所以每件板沿順時針的端口添加20 mm余量，沿外輪廓添加50 mm的余量；導流槽、內(nèi)凹槽的板架雖然弧度不大，但是與外板相接的地方需要添加50 mm的余量。

2)曲面板加工。結(jié)合現(xiàn)場考慮，艏側(cè)推筒身直接卷板處理，喇叭口、導流槽的板材制作樣箱來比樣壓制，內(nèi)凹槽不用加工，直接定位裝配。這里樣箱的制作需要在模型中實際建出各自的樣板、底板并導出剖面，喇叭口沿直徑方向約15°的間隔做一個樣板，樣板的鈍角表達了艏側(cè)推筒身與喇叭口的夾角，并在其底板和側(cè)板上標出零件上下口的朝向，導流槽的樣箱根據(jù)前面的等分線同樣需要建出模型，導出剖面，自主定義出一個描述導流槽曲面的樣箱。

3)焊接工藝。艏側(cè)推筒身板厚25 mm，喇叭口、導流槽、內(nèi)凹槽板厚13 mm，相鄰區(qū)域的外板板厚12 mm，筒身與喇叭口、喇叭口與導流槽或外板均采用對接形式相連，因筒身板與喇叭口存在12 mm的板厚差，需要按4倍差值削斜過渡，對接坡口均需全熔透焊接，此處艙室空間狹小，為了方便施工，坡口均開在艙外(見圖5)。

圖5 艏側(cè)推孔結(jié)構(gòu)焊接示意圖

4)安裝定位及進度控制。喇叭口、導流槽、內(nèi)凹槽板材都是現(xiàn)場散裝的，特別是內(nèi)凹槽與喇叭口、導流槽與喇叭口之間存在相交部分，需要進行部分切除，切除量可以從模型中量出，現(xiàn)場先裝配好喇叭口，然后根據(jù)數(shù)據(jù)描出相切量的跡線進行切割，再裝配導流槽和內(nèi)凹槽。建造過程中，利用全站儀激光定點控制艏側(cè)推孔的中心與理論中心保持一致，不能有偏移，同時艏側(cè)推孔區(qū)域外板的開口也是通過全站儀大致預留出來。最后艏側(cè)推孔結(jié)構(gòu)部分順利完成，等待后續(xù)側(cè)推器的安裝，其他舾裝部分制作安裝后，裝上柵板。

6 結(jié)束語

該船的艏側(cè)推孔結(jié)構(gòu)具有典型性，其生產(chǎn)建造不但為以后側(cè)推孔的建造打下了應用案例的基礎，同時改進了手工放樣的復雜性，新的建造工藝流程方式在生產(chǎn)設計階段就可以提供零件放樣、加工樣箱以及裝配定位數(shù)據(jù)，從而提高了施工效率和施工精度。