40 m巡航救助指揮艇總體設計

李鎮(zhèn)宇,張 林

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司,江蘇鎮(zhèn)江 212003; 2.總裝備部車船軍代表局駐哈爾濱地區(qū)軍代表室,黑龍江哈爾濱 150027)

0 引言

杭州灣水域內(nèi)沒有大的島嶼作為天然屏障,無合適的避風錨地。每年臺風季節(jié)來臨時,港內(nèi)船舶只能離港避風。從杭州港至乍浦的出海航道普遍存在水深較淺、航道隨季節(jié)性水流沖刷發(fā)生變遷的特點,對船舶進出杭州灣影響較大。

杭州灣水域是我國海上、海底重大建設項目較多的地區(qū)之一。目前,水域內(nèi)杭州灣跨海大橋、中石化海底輸油管道等均已建成;嘉紹通道跨江大橋也已進入開工建設階段。這些重大項目影響面廣,對杭州灣通航環(huán)境和秩序都構成了較大的影響,對于水域內(nèi)通航環(huán)境的安全提出了新的挑戰(zhàn)。杭州灣水域具有潮差大、漲落流急的特點,嘉興沿海最大潮差7m左右。大潮汛期間,平均流速達到 6 kn左右,局部流速最大能達到10 kn左右。對轄區(qū)在港船舶的錨泊和靠離泊影響較大,容易發(fā)生走錨和斷纜移位險情。

杭州灣沿海港口貨物吞吐量逐年攀升,進出港船舶數(shù)量逐年增加,同時伴隨轄區(qū)水域日益增多的水工項目,需要投入大量的施工及輔助船舶,這些都將給轄區(qū)水域通航管理帶來越來越大的壓力。

2006年 ～2010年,杭州灣水域在建的水上水下施工作業(yè)項目呈現(xiàn)迅速增長態(tài)勢,勢必造成有超航區(qū)船舶和存在嚴重缺陷的船舶參與施工的現(xiàn)象。

在對外公告的航路、錨地及其他專用水域內(nèi)有養(yǎng)殖、捕撈等影響和妨礙船舶航行安全的活動存在,航運水域與傳統(tǒng)養(yǎng)殖、捕撈水域的劃分未明確,存在各職能部門現(xiàn)場管理交叉現(xiàn)象。

綜上所述,目前杭州灣存在的通航環(huán)境問題,影響著轄區(qū)水上交通安全,需要相關的海事部門加大執(zhí)法力量,對轄區(qū)通航環(huán)境進行綜合整治。添置搜救指揮艇對保護和維護水上交通安全秩序將起到積極的作用。

受浙江省海事局委托,2008年底江蘇省船舶設計研究所有限公司開始進行 40 m巡航救助指揮艇的技術設計工作?，F(xiàn)已完成建造、試航,船舶各項性能指標均達到了設計要求。該艇已被命名為“海巡116”號,目前已交付使用。

本文旨在通過“海巡 116”號總體布置形式、型線設計、結構設計、減振降噪等方面的設計介紹,為今后同類型船舶的設計提供有益的參考和幫助。

1 總體設計思路

40 m巡航救助指揮艇是受浙江省海事局委托設計的新一代海事執(zhí)法及救援指揮艇。根據(jù)船舶自身的使用特點,并兼顧“規(guī)范”對高速船的要求,最終確立了新型海事巡航救助指揮艇的總體設計方案。該船的總體設計思想如下:

(1)體現(xiàn)以人為本的設計理念,為海事執(zhí)法人員創(chuàng)造方便、舒適、優(yōu)良的工作和生活環(huán)境。

(2)船舶外形彰顯公務執(zhí)法形象,內(nèi)部格局體現(xiàn)海事文化。

(3)船舶技術性能先進,具有良好的快速性和抗風浪能力。

(4)機電設備配套先進合理,主要機電設備選用當代國際先進水平的產(chǎn)品,為船舶本身具有良好的技術性能提供了基礎。

本船為圓舭排水型艇,按航速劃分處于高速船的下限。為控制整船重量提高航速,上層建筑采用2層鋁質(zhì)結構形式,外觀采用整體深色玻璃幕墻形式使本案具備美觀、大方的造型。較大的干舷使上層建筑與主船體之間更加協(xié)調(diào)勻稱,并體現(xiàn)了執(zhí)法艇的威嚴;本方案在振動、噪音的控制上具有獨到之處,布置上充分利用大廳對多功能室及貴賓室形成有效的空間隔斷,加之一系列的減振、降噪措施,使本案的振動、噪音降至最低,充分體現(xiàn)“以人為本”的設計理念。內(nèi)部裝飾高檔、典雅,設施齊全。同時本船還配備了較為先進的機電設備。

2 主要量度及總體布置

2.1 船舶主要量度

2.2 總體布置

40 m巡航救助艇總布置圖如圖 1所示。

2.2.1 主甲板下布置

主甲板以下從尾向首依次為尾尖艙兼作舵機艙、機艙、空艙、空艙兼作儲物艙、首尖艙。其中燃油箱的總型容積為7.68m3,裝載燃油～6.3 t(續(xù)航力～20 h);淡水艙可以裝載淡水～5.5 t。

2.2.2 一層甲板室的布置

主甲板上設有750mm寬的外走道,通往首、尾甲板區(qū)域。甲板外邊緣設舷墻和欄桿,以方便人員安全通過。首、尾甲板主要為工作區(qū)域。

一層甲板室從首向尾依次為多功能室、大廳區(qū)域、衛(wèi)生間、配餐間、值班室、工作室和機艙棚。

2.2.3 二層甲板室的布置

二層甲板外走道約 0.72m。甲板室從首向尾依次為駕駛室、貴賓室、大廳區(qū)域。

3 船舶性能

3.1 靜力學性能

本船滿載出航狀態(tài),船舶基本平浮,略帶尾傾,平均吃水約為1.45m,排水量為～145 t。

本船穩(wěn)性按《內(nèi)河船舶法定檢驗技術規(guī)則》(2004年)和 2007年、2008年修改通報對 A級航區(qū)客船的要求核算滿載出港、滿載到港、空載到港 3個狀態(tài),經(jīng)核算各狀態(tài)均滿足“規(guī)范”要求。

本船破艙穩(wěn)性滿足《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》(2002)對A級航區(qū)高速船的要求。

3.2 快速性

本船為雙機、雙槳、雙舵。

本船主機為 2臺康明斯船用柴油機,額定功率為477 kW,額定轉速為1 800 r/min,設計滿載航速≥31.5 km/h;配備2只高效率TS螺旋槳,槳直徑1.04m,盤面比0.80。

3.3 操縱性

本船設置2只NACA 0015流線型平衡舵,舵面積為2×1.224 m2,舵面積比為 4.54%,平衡比為0.235,展弦比為 1.176。船舶的操縱性能良好。

4 船體結構設計和用材

本船主體結構為鋼質(zhì),按 CCS《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》(2002)對 A級航區(qū)要求進行設計;上層甲板室結構為鋁質(zhì),參照 CCS《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》(2002)進行設計。

4.1 上層建筑有限元計算

運用MSCPatran、MSCNastran程序,用有限元法進行計算。上甲板合成應力圖如圖 2所示。

圖2 上甲板合成應力云圖

甲板板、甲板縱骨、甲板橫梁、甲板縱桁、強橫梁、側壁豎桁的計算應力見表 1。

表1 上層甲板室應力計算表 MP a

由上表可知,甲板橫梁、甲板縱骨、甲板縱桁、強橫梁、側壁豎桁的最大應力值σ=23.4 MPa,小于許用應力[σ];甲板板的最大應力為σ=23.4 MPa,小于許用應力[σ],所以上甲板強構件尺寸滿足局部強度的要求。

4.2 結構形式及材料

本船為單底、單甲板、縱骨架式鋼結構,肋距為0.5m。上層建筑為無立柱鋁合金框架結構。全船在Fr8、Fr29、Fr52、Fr67設4道水密橫艙壁。船底在Fr8～Fr29區(qū)域內(nèi)每個肋位上均設置實肋板,其余部位隔檔設置實肋板。

鋁合金是目前快速船舶常用的材料,其優(yōu)點是:①重量輕并能降低重心高度從而改善船舶的穩(wěn)性,而且在相同的主機功率時對速度有利;②具有較好的耐腐蝕性,在使用過程中可以減少保養(yǎng)費用。

主船體結構材料均采用CCSA,屈服應力σS= 235 MPa,其他材料選用 Q235A。上層建筑鋁材選用CCS認可的鋁合金。其鋼質(zhì)主船體與鋁質(zhì)上層建筑間,采用經(jīng)過CCS認可的鋁-鈦-鋼復合材料作過渡接頭形成焊接結構。本船選用的鋁-鈦-鋼復合材料的材料組合為3A21+TA2+CCSB,厚度組合為(8+2+14)mm,條形寬度為20mm。

5 舾裝設備及內(nèi)裝飾

5.1 錨泊及系泊設施

本船錨泊及系泊設施按《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》(2002)第3章第2節(jié)的要求,配80 kg的快艇錨 1只,電動立式錨絞盤 1臺。另外,參照《鋼質(zhì)內(nèi)河建造規(guī)范》(2009年)配82.5 m長的AM2級Φ12.5 mm的有檔焊接錨鏈。錨鏈存放于首尖艙內(nèi)。

本船配2根Φ24mm、2根Φ22 mm長度均為50m的錦綸繩作系船索。錦綸繩索是各種化纖繩索中最為堅實的一種繩索,抗拉強度最佳,柔軟易用,不腐蝕。

全船配4只C125不銹鋼帶纜樁,8只D260mm ×170mm導纜孔。所配的帶纜樁均經(jīng)過拋光處理,既經(jīng)久耐用又外形美觀。

5.2 門、窗及欄桿、扶手

本海事執(zhí)法艇所有的門均選用或設計成既符合船用標準又能達到外形美觀的船用鋁合金門,保證門的風雨密性能;全船上層建筑采用大面積的深色玻璃幕墻形式,以達到整體美觀的效果。前方和轉圓處采用弧形大面積固定玻璃窗,整體美觀、適用,因而機艙、接待室、會議室及駕駛室透光面積較大,視野比較開闊。全船側面所有上層玻璃幕墻玻璃均采用(6+6)mm鋼化夾膠玻璃。

夾膠玻璃是由2層鋼化玻璃之間夾PVB膠片(聚乙烯醇縮丁醛薄膜),經(jīng)高溫、高壓粘接而成。其具有很高的機械強度以及防碰撞性能,即使因外力作用破碎時其玻璃碎片也不會散落,是理想的安全玻璃。其透光率大于80%。

全船主甲板外走道欄桿、扶手均為工業(yè)用厚壁不銹鋼管并經(jīng)拋光處理,既考慮到其美觀性,又要求有一定的強度,以防止日常使用過程中因船舶的碰撞或受力過大而造成的變形。游步甲板欄桿及扶手采用普通的拋光不銹鋼管,在人員經(jīng)?；顒拥膮^(qū)域其高度為0.9m。

5.3 艙室內(nèi)裝飾及設施的選擇

船舶裝潢的總體原則是環(huán)保、淡雅、美觀,同時又要具有防火、保溫、降低噪音的功能。裝潢材料一定要采用輕型材料,盡量降低其重量。

5.3.1 機艙

頂篷及圍壁內(nèi)襯鋁質(zhì)輕鋼龍骨、吸音巖棉,外表面貼多孔吸音板,機艙地面為花紋鋁板。

5.3.2 衛(wèi)生間

衛(wèi)生間地面要求鋪設防滑地磚,內(nèi)襯鋼架和鋼板。四周墻面和頂篷內(nèi)裝襯料用鋁質(zhì)輕鋼龍骨、玻璃棉和鋁箔,表面貼塑鋁板,內(nèi)裝飾色彩清新、淡雅。

5.3.3 廚房

廚房地面鋪設PVC塑料地板。四周墻面和頂篷內(nèi)裝襯料用鋁質(zhì)輕鋼龍骨、玻璃棉和鋁箔,表面貼塑鋁板。

5.3.4 多功能室、貴賓室和大廳

地面鋪設高檔木地板;艙室四周圍壁與頂篷內(nèi)裝襯料用鋁質(zhì)輕鋼龍骨、襯玻璃棉和鋁箔,外表面貼裝飾板或塑鋁板。內(nèi)裝飾色彩淡雅,光線柔和。地面應鋪設高檔印花地毯。

5.3.5 駕駛室及艙室內(nèi)走道

駕駛室及艙室內(nèi)走道地面鋪設高檔地板;圍壁與頂篷內(nèi)裝襯料用鋁質(zhì)輕鋼龍骨、襯玻璃棉和鋁箔,外表面貼裝飾板或塑鋁板。

5.3.6 游步甲板、首尾甲板及外走道

游步甲板、首尾甲板及外走道的地面鋪設戶外柚木地板。柚木地板具有耐水、耐磨、富有彈性、不易灼燒、不怕霉爛、耐酸堿、易洗滌、防滑等優(yōu)點,適合作為船舶露天甲板及外走道的地面鋪設材料。

艙室內(nèi)家具、座椅均選用專業(yè)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品,或由專業(yè)生產(chǎn)廠家定做。

此種裝潢方案僅供船東參考,船東可根據(jù)自身的意圖選定裝潢色調(diào)和風格。但本方案中的內(nèi)襯材料及衛(wèi)生間的裝潢原則不可變動,以便控制總體裝潢材料的重量。

6 艙室的隔音、隔熱及減振降噪

為了改善船上的工作和生活條件,本艇在艙室的隔音、隔熱及減振降噪方面,除了從機電設備的選型和主輔機的安裝等聲、振源方面控制外,在艙內(nèi)裝飾和螺旋槳的選取方面采取以下措施:

(1)艙室圍壁、天花板內(nèi)采用50 mm的玻璃棉隔熱。

(2)機艙四周及頂棚內(nèi)襯吸音巖棉,外覆鋁質(zhì)多孔吸音板。

(3)采用了適當?shù)臉~葉梢安裝間隙及艉部流線形狀,以減少螺旋槳處水流在尾部引起的振動。

(4)在機艙前壁、機艙頂部、主機座下及螺旋槳上方船殼板上貼一層阻尼涂料,使振動及噪聲衰減加快,達到減振、降噪效果。

本船試航實測各艙室噪音控制指標見表 2。

表2 試航實測各艙室噪音控制指標

實船測試證明,本船在振動、噪音方面控制的結果滿足總體設計的理念,滿負荷運轉時船體各部位振動小、噪音低。實測結果已達到國內(nèi)同類型船舶的先進水平。

7 實船應用情況

本船于2010年6月 1日順利下水,2010年 7月20日進行系泊試驗,8月 25日在杭州錢塘江進行了航行試驗,各項試驗情況正常,總體性能優(yōu)良,各項性能指標均達到了設計要求。