沿海自吸自卸砂船主尺度參數(shù)及線型設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

■陳茂仙

（福建省港設(shè)船舶檢驗(yàn)有限公司，福州 350001）

隨著市場(chǎng)對(duì)砂子需求增加， 與之配套的運(yùn)砂船舶大批涌現(xiàn)，主要以自吸自卸砂船為主。2020 年初，《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2020）》[1]第11 篇第4 章，對(duì)自吸自卸砂船提出相關(guān)要求，以保證自吸自卸砂船在提高經(jīng)濟(jì)性、 時(shí)效性的同時(shí)又能保證安全性。

自吸自卸砂船作為運(yùn)輸貨物的一種特殊貨船，還具備工程船的功能，自帶吸砂管、砂泵、吸砂輔機(jī)、卸砂輔機(jī)和輸送砂帶等設(shè)備進(jìn)行自吸自卸砂子作業(yè)。 基于自吸自卸砂船的特點(diǎn)，從船舶的安全性、便捷的操作性及相關(guān)法規(guī)條款的要求綜合考慮，確定主要尺度和線型，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)良的線型，能降低耗油量，提升貨物裝載量。

1 船舶主尺度的相關(guān)概念介紹

船舶主尺度是反映船舶外型大小的尺度，單位用米（m）表示。 體現(xiàn)船舶長(zhǎng)度的船長(zhǎng)一般是總長(zhǎng)、滿載水線長(zhǎng)及垂線間長(zhǎng)（具體在相關(guān)技術(shù)規(guī)則中有相應(yīng)的定義）。 總長(zhǎng)指船體（包括首、尾升高甲板）及上層建筑的船首最前端到船尾最后端之間的水平距離（金屬材料外板的船舶計(jì)至內(nèi)表面，纖維增強(qiáng)塑料等非金屬材料外板的船舶計(jì)至外表面），不包括船首尾兩端的突出物（如舷伸甲板、護(hù)舷材、舷墻、頂推裝置、舷外掛機(jī)及其安裝支架、假首、假尾、活動(dòng)突出物等）[1]。 對(duì)自吸自卸砂船總長(zhǎng)，《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2020）》中有專指包含貨物的輸送裝置[1]。 下面分析船舶主尺度的定義包括，兩柱船長(zhǎng)：沿夏季載重水線，由首柱前緣量到舵柱后緣的長(zhǎng)度；對(duì)無(wú)舵柱的船舶， 由首柱前緣量到舵桿中心線的長(zhǎng)度。 船寬：在船舶的最寬處，由一舷的肋骨外緣量至另一舷的肋骨外緣之間的水平距離。型深:船長(zhǎng)中點(diǎn)處，沿船舷由平板龍骨上緣量至干舷甲板下表面的垂直距離[2]。

2 沿海自吸自卸砂船的主尺度參數(shù)分析

自吸自卸砂船作為貨船的一種， 提高載貨量、降低耗油量是投資者從提升經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的角度應(yīng)考慮的方向，在操作便捷方面還需具備進(jìn)行自吸自卸貨物等工程船的功能，因此在選擇主尺度時(shí)要綜合考慮各方面性能的需求。

從近兩年（2020-2021 年）某省主要投入運(yùn)營(yíng)的沿海自吸自卸砂船 （含自卸砂船改為自吸自卸砂船）的主尺度可知：兩柱間長(zhǎng)Lpp 為86～130 m，型寬B 為19～26 m，型深D 為5.8～8.8 m，設(shè)計(jì)吃水d為3.55～6.0 m，方型系數(shù)Cb 為0.865～0.93。 在相關(guān)的資料中顯示L/B 為4.39 ～5.00，B/D 為3.354 ～2.955，B/d 為5.4～4.4，干舷2.25～2.8。

從表1 及以上數(shù)據(jù)可知，自吸自卸砂船的設(shè)計(jì)與普通貨船的設(shè)計(jì)有較大區(qū)別：（1）船長(zhǎng)選擇范圍較大，主機(jī)總功率與船長(zhǎng)成正比關(guān)系，航速普遍在10～11 kn。 主要是自吸自卸砂船航區(qū)是沿海，航程都不遠(yuǎn)，船東從經(jīng)濟(jì)上考慮選取。 （2）從型深和吃水分析，干舷比普通貨船要大許多。 自吸自卸砂船一般不加設(shè)艙口蓋，考慮滿足穩(wěn)性要求，從而要提高干舷保證其安全性能。 （3）寬深比一般都超過(guò)3.0，目前達(dá)到3.35 的，規(guī)范規(guī)定可以達(dá)到3.5，還是有潛力可以考慮的。 （4）自吸自卸砂船方形系數(shù)比普通貨船更大些，浮心縱坐標(biāo)也是相對(duì)的船舯后，在裝貨過(guò)程中的不同裝載狀態(tài)下，發(fā)生變化，但在空載及滿載情況下基本變化不大， 更能保證船舶的安全性。

表1 某省自吸自卸砂船船長(zhǎng)、占比及設(shè)計(jì)參數(shù)

3 沿海自吸自卸砂船線型設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析

3.1 橫剖面線型

當(dāng)船舶主尺度如船長(zhǎng)×型寬×型深×吃水×方型系數(shù)等相關(guān)要素確定之后，就可以設(shè)計(jì)出滿足這些要素的船體型線。 船舶性能良好、線型光順是船舶設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)，船型阻力的降低，安全性系數(shù)提高是自吸自卸砂船的集中要求和要素優(yōu)化的重點(diǎn)。 船型一般有U 型、V 型及介于兩者之間的中U型，對(duì)船型的選擇，自吸自卸砂船選用U 型，在同等吃水的情況下U 型船的排水量比其他兩種 （V 型/中U 型）大，排水量增大，裝貨量就提升，U 型這類船型也是貨船的較多選擇。 首先自吸自卸砂船基本上都在平靜的海上行駛 （蒲氏風(fēng)級(jí)不超過(guò)6 級(jí)、有義波高不超過(guò)2 m），遇到大風(fēng)大浪氣象惡劣的情況下，必須避港停止作業(yè)，受由風(fēng)浪、波浪造成失速、耐波性能降低的因素影響變化較??；其次，從經(jīng)濟(jì)性上分析，U 型比中V 型船型更用利于載貨量提升，船中線型豐滿提高裝貨空間。 因?yàn)檫@些特點(diǎn)，自吸自卸砂船的船型全部都選取U 型，舭部圓弧半徑比較小。 圖1 是選用典型主尺度的一種自吸自卸砂船的橫剖面、線、點(diǎn)[3]。

圖1 自吸自卸砂船的橫剖面、線、點(diǎn)

3.2 艏部線型

船舶在海上行駛根據(jù)不同類型船舶的特點(diǎn)需要采取多種多樣的措施防止海水沖擊，考慮到自吸自卸砂船艏部設(shè)有輸送帶出口，為了防止海水從船首濺入，除國(guó)家法規(guī)的相關(guān)要求外，需要將甲板的船艏線型抬高， 見(jiàn)圖2 （典型砂船）， 計(jì)算吃水為5.15 m， 基線到艏樓甲板邊線高點(diǎn)處為11.559 m，比計(jì)算要求的最小船艏高度要高許多，相比其他貨船預(yù)留量比較大；艏部基本采用球鼻來(lái)減少興波阻力，但常規(guī)球鼻艏會(huì)導(dǎo)致濕面積增大，自吸自卸砂船由于比其他貨船（主尺度相近的）干舷取值較大，首部吃水小，球鼻艏的線型緊湊顯得嬌小，從而減少濕面積，克服了常規(guī)球鼻艏的缺點(diǎn)。

圖2 自吸自卸砂船的艏部剖線型

3.3 艉部線型

艉部的線型設(shè)計(jì)對(duì)船舶推進(jìn)、 阻力大小有較大影響。 雙機(jī)雙槳船常規(guī)艉線型去流段比較短，收縮比較緊驟很容易引起水流分開(kāi)， 螺旋槳伴流出現(xiàn)空洞增大旋渦阻力，同時(shí)使槳轉(zhuǎn)矩過(guò)大，加劇艉部振動(dòng)[4]。

由于自吸自卸砂船的B/d 比較大，因此水流方向更接近于沿縱剖線方向，對(duì)此應(yīng)重視縱剖線水平面的夾角。 圖3 為自吸自卸砂船的尾部線型，該船船員艙室、駕駛室均集中設(shè)置在船艉，尾部線型變化較小，有足夠的寬度和吃水，達(dá)到螺旋槳的來(lái)流充分，提高螺旋槳在各種裝載下的敞水效率。 自吸自卸砂船一般運(yùn)程較短， 砂子運(yùn)輸?shù)絼e的貨船，在與其他船過(guò)駁的過(guò)程中需要不?；剞D(zhuǎn)、橫移或倒車等操作， 而雙機(jī)雙槳雙舵具備良好的操縱性能，能在短時(shí)間內(nèi)快速倒車、橫移或回轉(zhuǎn)。 因此，自吸自卸砂船選取雙機(jī)雙槳船型能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。

圖3 自吸自卸砂船的尾部線型

4 結(jié)論

隨著砂子需求的增加，沿海省份涌現(xiàn)大批自吸自卸砂船，從內(nèi)河到沿海出現(xiàn)航區(qū)上的變更，對(duì)沿海自吸自卸砂船的操縱性、快速性能等相關(guān)的航行性能是重要的研究對(duì)象，與其息息相關(guān)的船舶主尺度和線型是研究的重中之重。 在未來(lái)的使用中將不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，同時(shí)不斷地進(jìn)行更深入的分析研究，選取適合船型，來(lái)保證船舶的安全性和經(jīng)濟(jì)性。