130客位內河高速客船過浪砰擊探討

摘要：本文詳述了內河130客位玻璃鋼高速客船因過浪砰擊過大而進行型線改造的過程，包括對各種因素的分析，船模試驗的取向，試驗過程的改進，實船改造，試驗驗證等過程，為同類型船舶設計提供可信的參考。

關鍵詞：玻璃鋼；高速船；過浪砰擊；型線改進

1 概述

130客位內河高速客船是我公司為重慶長江水運股份公司設計并建造的玻璃鋼高速客船，主要參數如下：

該船為雙機雙槳內河半滑行艇，其舯部的斜升角為15°，艉封板為0°，舭部為反斜壓浪防濺條，平甲板，無舷弧。由于本船的長寬比達7.14，考慮其縱向強度，因此在建造時將上層建筑的側壁與船體做成整體，頂蓋與側壁在轉圓處連接，以增加該船的縱向強度和抗扭強度。該船實船的最大航速達65公里每小時，與設計初估相吻合。

該船航行于長江三峽與重慶之間的客運航線，在使用過程中，船體出現一些不良的現象，盡管處于長江上游的J級航段，但由于航道內船只較多，經常穿越其它船的興波中，在過浪時對首部區域產生較大的砰擊，一方面使船體形成縱向的彎曲和扭曲，另一方面在前客艙產生很大的砰擊噪音，這時該船不得不減速航行，但仍然有相當的砰擊。造成乘船的舒適度下降，如果長期如此會對船體結構造成潛在的危害。

2 原因分析

（1）由于按內河滑行艇設計，全船的斜升角相對比較小，船舯為15°，艉封板處為0°，艏部船底相應比較平，因此在過浪時，浪對船底砰擊力較大；

（2）由于長寬比較大，雖然在建造工藝上采取了一些措施，但仍然不足以保證其有足夠的剛度。

3 解決方案

根據這些現象和原因分析，解決問題的方向如下：一是加強船體的強度；二是修改船體型線，以減小砰擊力；三是過浪時減速到30公里以下。第一種方案對本船影響較大，結構的加強意味著全船大面積返工，重量會大量增加，并且會影響到快速性。因此只有采用第二種方案，修改船體型線，并進行船模試驗來驗證。

因此，在確定方案之前必須了解以下參數：

（1）原船重心縱向位置：Xg=-3.4 m。

（2）原船在滑行時的航態：滑行縱傾角約為3°。

（3）受過浪砰擊的船底區域：大約在7#站與9.5#站之間。

（4）船舶興波時的浪高和最大波長：浪高在1 m以內，其最大波長約為L/3.

3.1 方案一

艏部采用M型隧道。M型隧道是為了避開浪的砰擊，初步考慮隧道寬度為1000 mm，隧道高度考慮通常內河船興波的高度，使其避開主要砰擊區。如圖1所示：

3.2 方案二

艏部采用V型。即采用劈浪的方式，減輕砰擊。我們選用了兩種V型的艏部型線：

V1型（圖2）。該型是將艏部砰擊區域的型線的斜升角加大，受砰擊的中心區斜升角8#為29°（原為26°），9#為39°（原為29°），并將前部的防濺條改小，原船底線為水平。

V2型（圖3）。主要考慮三個方面：一是讓此處的型線斜升角足夠大，能在船過浪時將浪劈開，升角8#為34°，9#為44°；二是讓V型部分的深度適當，在正?；袝r，這部分深V型線應在水面上，以確保不增加船的濕表面積，從而減小對航速的影響；三是由于砰擊區的防濺條仍然較寬，承受砰擊力較大，因此適當的將此處的防濺條寬度改小。

另外，應當使修改型線盡可能在原型線之外，以便在修改施工中不傷及原船體。

4 船模試驗

做船模試驗的目的有兩個：一是將這二個方案的阻力和砰擊加速度與原船型相比較；二是根據試驗情況對型線進行適當的修改。

影響船模試驗準確性的因素很多，但最主要是船模與實船的比例，應盡可能取更大尺度的船模，但船模的大小又受到水池及拖車速度的限制，因此首先根據拖車及實船速度確定最小船模比例，并考慮試驗的經濟性，實際船模取1：10。

該試驗在華中科技大學進行，試驗結果如下：

（1）模型阻力試驗及結果

試驗航速區間相當于實船35—66 km/h。試驗結果表明，該區間的有效馬力從小到大依次大約為：原船型、 V-1船型（LCG=-3.4 m）和V-2船型（LCG=-3.2 m）、M船型。

（2）砰擊試驗及結果

試驗航速相當于實船58 km/h和64 km/h；試驗波相當于實際波高0.6 m；試驗波長相當于實際波長10-35 m。

試驗表明，在高速64km/h 時，V1型船型略好于原船型和M船型，但效果不明顯，原因大抵是高速時首部已抬出水面，砰擊區域后移，使首部比較尖削部分沒有參與抗砰擊。為此，采用了V2船型，該船型有如下特點：

首部龍骨線低于基線，目的是高速時使首部大斜升角區域接觸波浪，使砰擊區不向后移；同時由于龍骨的降低可以進一步加大首部區域的斜升角。原船型首部防濺條比較寬，這對減少拍擊是不利的，V2船型從第7站開始，首部防濺條向首部逐漸變窄為零，比較有效的減少了防濺條對砰擊的不利影響。

試驗表明，在本船實際“會船”波長和速度時，V2船型比V1船型有較大的改進，如圖5所示。

因此，綜合比較各船型的阻力性能和砰擊加速度指標，我們認為V2船型最優。

5 實船改造

根據試驗結果我公司對實船的艏部型線進行了改造，具體辦法是在該區域底板表面打磨、加骨架、用泡沫填實、修光順、再蒙板，在板的接頭區打坡口敷玻璃鋼、批灰、打磨、上膠衣、做油漆。

完工后試航中驗證：該船在半滑行的正常航行狀態時，深V部分正好露出水面，航速沒有明顯降低，仍能達到65 km/h； 在“會船”過浪時速度在35到40公里范圍內，砰擊明顯減小，乘坐舒適性明顯改善；船體在波浪中的縱彎和扭轉也明顯減小，加強部位對船體的縱向強度起了一定的加強作用。

6 結論

試驗證明，對影響該船的強度、航速、耐波性的因素分析正確，從而使試驗情況與事先的預計也相吻合，并在實船上得到驗證。

通過分析航行中的具體問題，采用科學的試驗方法，使該船設計得到進一步的完善，為以后同類型船舶的設計提供可信的參考。

參考文獻

[1] 趙連恩、謝永和， 高性能船舶原理與設計， 哈爾濱工程大學出版社，

2007.10

[2] 劉衛斌， 寶達高速客船型線優選船模試驗報告， 2002. 6