一型沖灘式車客渡船的研發(fā)

黃孟光 李敏

摘? ? 要：本文簡要敘述了一型供機(jī)動(dòng)沖灘登陸的寬大淺吃水車客渡船的研發(fā)。

關(guān)鍵詞：車客渡船;沖灘登陸;寬大淺吃水

中圖分類號(hào)：U674.192 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper briefly introduces the development and design of a shallow-draft and large-breadth maneuvering landing car-passenger ferry.

Key words： Ferry; Maneuvering landing; Shallow-draft and large-breadth

1? ? 前言

渡船通常都需要有固定的碼頭，而且對(duì)碼頭的設(shè)施、水深等都有較嚴(yán)格的要求。然而在某些海域其海灘坡度適中，通過簡易的改造或者完全不必改造即可實(shí)現(xiàn)船舶的沖灘登陸。這不僅可大大減少碼頭的建造和維修費(fèi)用，而且對(duì)一些難以建造碼頭的地方也能實(shí)現(xiàn)渡船的使用，因此開發(fā)適合沖灘登陸的船型將具有一定的市場前景。

2? ?研發(fā)目的

（1） 適用性強(qiáng)：能在不具有或僅為初級(jí)碼頭條件的地區(qū)營運(yùn);

（2） 操作性好：能在狹窄的水道實(shí)現(xiàn)靈活操控;

（3） 經(jīng)濟(jì)性好：盡量加大車輛甲板面積，提高車輛甲板使用率;

（4） 營運(yùn)成本低：盡量優(yōu)化型線，提高船舶阻力性能，減少燃油消耗;

（5） 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)性需滿足單次航行（壓載工況）無限航區(qū)的要求。

3? ?船型與主要參數(shù)

本船為單體、雙頭式車客渡船，大致對(duì)稱布置，首尾部均設(shè)有供乘客及車輛上落的跳板。車輛甲板為全通開敞式甲板;中部連接橋上方設(shè)三層甲板室，分別為乘客艙室、船員居住生活艙室和駕駛室;主船體由6道橫艙壁分隔為7個(gè)水密艙室，分別為首尾尖艙、前后壓載艙、前后機(jī)艙及中部空艙;每個(gè)機(jī)艙內(nèi)各設(shè)2臺(tái)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)2個(gè)全回轉(zhuǎn)舵槳;主船體為鋼質(zhì)，上層建筑為鋁合金。船舶總體外形，見圖1。

4? ?研發(fā)重點(diǎn)

4.1? 型線設(shè)計(jì)

內(nèi)河、沿海港灣或島嶼之間運(yùn)營的車客渡船，通常都會(huì)受水深條件限制，這些船一般都為寬大淺吃水船型，其線型多采用隧道船型，但隧道船型操作性比較差。近幾年來，有國外設(shè)計(jì)公司參考隧道船型開發(fā)了一種新船型（如圖2）。該船型采用折角線型，設(shè)前后機(jī)艙，每個(gè)機(jī)艙內(nèi)設(shè)2臺(tái)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)2個(gè)全回轉(zhuǎn)舵槳，舵槳安裝在船底的一個(gè)折角型凹坑內(nèi)。相比于隧道船型，此種船型操作性能有了很大的改善，然而其阻力性能卻并不理想。

本研發(fā)船型線設(shè)計(jì)時(shí)借鑒了上述國外設(shè)計(jì)公司一些比較好的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)為了滿足沖灘登陸的功能需求，在型線設(shè)計(jì)方面采用了一些全新的設(shè)計(jì)：

（1）首尾均采用平底縱流船型，前后對(duì)稱，底部線型由基線向主甲板平緩提升，整個(gè)提升區(qū)域無任何附體突出在船體外;去除了常規(guī)船舶的球首、舵、螺旋槳、軸支架、拖沙等外突附體，使得船舶在沖灘登陸時(shí)可以大面積的平緩著陸，最大限度的減少?zèng)_灘登陸對(duì)船體造成的損傷;

（2）橫剖面線型采用圓舭加舷側(cè)外飄形式，即舭部為常規(guī)的圓舭線型，水線以上靠近主甲板區(qū)域設(shè)外飄舷伸甲板。設(shè)計(jì)外飄舷伸甲板的目的如下：第一，增加車輛甲板面積;第二，減少船體的水線面寬度，船中區(qū)域船體水線面寬度比型寬少了2 m多，使得船體水線以下變得更為細(xì)長些，以提高船體阻力性能;第三，減少船舶的有效寬度吃水比，從而加大船舶橫搖周期，提高乘客的舒適度;第四，方便推進(jìn)器的安裝;

（3）上述外飄舷伸甲板區(qū)域的底部線型縱向呈W形分布，分別由船首和船尾向船中平緩下沉，然后再平緩上升過渡到船舶的中部區(qū)域，從而形成兩個(gè)下凹區(qū)域。此線型的設(shè)計(jì)是為了更好的配合推進(jìn)器的安裝，以達(dá)到船-機(jī)-槳的最佳匹配。推進(jìn)器安裝在W形外飄舷伸甲板下凹區(qū)域的最低點(diǎn)，該處線型最低點(diǎn)距基線高度約為螺旋槳直徑的1.2倍。船舶航行過程中，整個(gè)外飄舷伸甲板區(qū)域除推進(jìn)器安裝位置附近浸沒在水下以外，其余絕大部分都在水線以上，從而可以減少船舶的濕表面積，提高船舶阻力性能;

（4）出于沖灘的需要，本船型前后不裝設(shè)拖沙和舵，為改善船舶的航行穩(wěn)定性，專門在每個(gè)推進(jìn)器外側(cè)設(shè)置一個(gè)流線型導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板工作原理類似帆船的航行穩(wěn)定板，主要用于維持船舶的航行穩(wěn)定性，同時(shí)也可以在船舶坐底時(shí)起到保護(hù)螺旋槳的作用。另外，推進(jìn)器安裝區(qū)域與內(nèi)側(cè)主船體及外側(cè)導(dǎo)流板共同形成類似隧道形式，可避免螺旋槳出水，提高推進(jìn)效率。

本船型線光順平滑，除推進(jìn)器及其外側(cè)的流線型導(dǎo)流板外幾乎沒有多余的外突附體，低速航行阻力性能優(yōu)越。此型線設(shè)計(jì)已獲中國發(fā)明專利授權(quán)（專利號(hào)：ZL201610708279.8），而推進(jìn)器外側(cè)的流線型導(dǎo)流板也已申請(qǐng)了實(shí)用新型專利（申請(qǐng)?zhí)枺?018209915940）。實(shí)船試航結(jié)果表明，相比同類船型，本船阻力性能提高超過15%。表1為本船和參考船主要參數(shù)的對(duì)比。

4.2? 推進(jìn)器選型及布置

為了更好的滿足實(shí)際使用需要，本船在推進(jìn)器選型及布置上也作了下列特別考慮：

（1）推進(jìn)器選用全回轉(zhuǎn)舵槳，以期能對(duì)船舶進(jìn)行90o橫移、原地360o回轉(zhuǎn)等高難度操作，滿足渡船的作業(yè)需求。另一方面，相比傳統(tǒng)的通過軸系驅(qū)動(dòng)的螺旋槳，全回轉(zhuǎn)舵槳的安裝位置也更加靈活;

（2）全船共設(shè)4個(gè)全回轉(zhuǎn)舵槳，分別安裝在左右兩舷W形舷側(cè)外飄兩個(gè)下凹區(qū)域的最低點(diǎn)。沿船長方向，舵槳的安裝位置遠(yuǎn)離首尾端沖灘觸底區(qū)域，避免沖灘登陸時(shí)對(duì)螺旋槳造成損傷;在船寬方向，舵槳外掛安裝在舷邊位置，螺旋槳完全處于開敞水域，來流及去流非常順暢，能充分發(fā)揮螺旋槳的效率;

（3）本船舵槳安裝在舷側(cè)外飄區(qū)域，然而出于減少船體濕表面積、提高阻力性能的考慮，我們希望W形舷側(cè)外飄下凹區(qū)域浸沒在水中越少越好，故此本船的推進(jìn)柴油機(jī)及推進(jìn)軸系采用了橫向安裝。盡管通常船舶上柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)等均要求其軸線沿縱向布置，以減少因船舶橫搖對(duì)其造成不利影響，然而考慮到本船長寬比較小、橫搖角度不大，為更好的配合舵槳安裝，最后決定主機(jī)采用橫向安裝方式（見圖3、圖4）。當(dāng)然，為了盡可能減少橫搖對(duì)柴油機(jī)造成不利影響，我們也相應(yīng)的采取了一些措施，如柴油機(jī)選用深油底殼形式，以確保在較大角度橫搖工況下柴油機(jī)的自潤滑系統(tǒng)還能正常工作。實(shí)船試驗(yàn)表明，此橫向安裝的推進(jìn)系統(tǒng)在船舶航行中一切正常。

由于4臺(tái)全回轉(zhuǎn)舵槳的安裝位置相距非常遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)向力臂很長，因此本船操舵非常靈敏。舵槳控制方面也可采用多種選擇：第一，每臺(tái)舵槳可獨(dú)立操控;第二，可將船首的兩臺(tái)舵槳組合成一組，船尾的兩臺(tái)舵槳組合成另一組，然后對(duì)每組獨(dú)立操控;第三，可以采用自動(dòng)舵同時(shí)操控4臺(tái)舵槳。實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果表明，本船操縱性能極佳，船長對(duì)此贊不絕口。

4.3? 結(jié)構(gòu)及穩(wěn)性設(shè)計(jì)

本船入級(jí)美國ABS船級(jí)社，掛圣文森特方便旗，實(shí)際營運(yùn)為智利沿海50海里以內(nèi)水域。由于本船建造完工后，需由廣州自行航渡到智利，因此本船穩(wěn)性按無限航區(qū)航行船舶的要求設(shè)計(jì)。而實(shí)船除最小船首高度需要船旗國豁免外，完整穩(wěn)性及破艙穩(wěn)性在所有工況均滿足SOLAS對(duì)無限航區(qū)航行船舶的要求。

由于本船寬深比B/D=5.1，遠(yuǎn)超規(guī)范對(duì)寬深比的要求，因此結(jié)構(gòu)計(jì)算采用全船有限元結(jié)構(gòu)分析。將全船劃分為若干個(gè)子結(jié)構(gòu)，首先對(duì)于各主要構(gòu)件按其受力狀況分別建立膜、殼、梁、桁條等的有限元模型;然后利用統(tǒng)計(jì)的方法求出波浪長期預(yù)報(bào)值，確定反映長期極值概率特性的設(shè)計(jì)波;最后求出設(shè)計(jì)波的波浪載荷，并施加到全船有限元模型上，通過有限元分析求解，得出各主要構(gòu)件的實(shí)際變形與應(yīng)力。為增加船體縱向強(qiáng)度，在前后機(jī)艙之間設(shè)雙層底結(jié)構(gòu)，并加設(shè)了兩道縱向艙壁。

為減輕船舶自身重量、降低船舶重心高度，本船采用鋼鋁混合結(jié)構(gòu)，主船體采用鋼質(zhì)材料，而上層建筑則采用鋁合金材料制作。

4.4? 車輛甲板布置

本船主甲板（即車輛甲板）為全通開敞甲板，甲板載荷按12 t/m2設(shè)計(jì);車輛甲板前后設(shè)有液壓控制的跳板，跳板的設(shè)計(jì)載荷為15 t/m2;本船除前述舷側(cè)采用外飄結(jié)構(gòu)以加大車輛甲板面積外，首尾端的錨泊系泊平臺(tái)設(shè)置在船舶的首尾傾斜外延部分的上方，基本上不占用主甲板面積;而上層建筑設(shè)置在連接橋上方，僅由舷側(cè)結(jié)構(gòu)支撐，也不影響主甲板裝載車輛，從而使得整個(gè)主甲板由船首至船尾、左舷到右舷，均可作為車輛裝載處所，甲板車輛裝載容積率非常高;車輛甲板上設(shè)4條重型卡車車道，每條車道寬3.25 m，合計(jì)總長約240 m;車輛甲板至連接橋底部的最小凈空高度為5 m，能滿足大型客車、重型集裝箱拖帶卡車等的通行高度要求;車輛甲板若用于載運(yùn)小型車，則可并排停放5排，裝載約60輛小型車。

4.5? 測(cè)深儀、計(jì)程儀探頭安裝

本船為寬大淺吃水的平底縱流船型，這種船型的底部水流比較紊亂，而且首部線型肥大、干舷低，航行過程中跳板底部鉸接區(qū)域容易浸沒在水中激起大量氣泡，從而在船底部產(chǎn)生氣泡集聚，影響測(cè)深儀、計(jì)程儀探頭正常工作。為此，我們對(duì)測(cè)深儀、計(jì)程儀探頭安裝位置及安裝方式做了專題研究，將探頭安裝在船體中部盡量遠(yuǎn)離推進(jìn)器及首浪影響區(qū)，并將探頭安裝在一個(gè)稍微突出船殼外的流線型導(dǎo)流板上，避免氣泡對(duì)探頭的干擾。實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果表明，這樣處理是非常必要的，也是正確有效的。

5? ?結(jié)語

本文介紹的沖灘式車客渡船不僅可在內(nèi)河、港灣或島嶼之間的車客渡船運(yùn)營水域使用，還可以用于碼頭設(shè)施不完善的島嶼和航道，尤其是不 （下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）適宜建造固定式碼頭或建造碼頭投資過高的水域使用，克服了現(xiàn)有車渡船對(duì)停靠港口硬件設(shè)施的過度依賴，拓寬了車渡船的應(yīng)用領(lǐng)域。

本船型采用了兩項(xiàng)創(chuàng)新的專利技術(shù)，使得其阻力性能較同類船型有較大的提升;車輛甲板采用雙向通道的設(shè)計(jì)，使得車輛上下更方便快捷;首尾各配置兩套全回轉(zhuǎn)舵槳，配合駕駛室前后兩套操控系統(tǒng)，使本船具有優(yōu)異的操縱性能。是一型值得借鑒和推廣的新船型。

在目前全球船舶市場的寒冬期，廣東新船重工有限公司堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，以新穎獨(dú)特的船型及性能優(yōu)良的技術(shù)方案，贏得了難得可貴的國外訂單，并為公司開拓車客渡船市場提供了新的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 李孔光，萊長01沿海汽車渡船設(shè)計(jì)[J]，廣東造船， 2007.98（3）.