艦船高海情適航性試驗分析

馮衛永

摘 要：在艦船基地定型試驗中，隨著基于艦艇能力考核試驗的不斷深化，艦船在高海情下的適航性試驗已被逐步接受并開展。由于以前考慮到安全因素，該項試驗一直處于比較尷尬的狀態，一方面是需求的牽引，艦員迫切希望掌握艦船實際的操縱能力，另一方面又是自然條件、人為約束等不利條件的限制。目前隨著海軍“走向深藍”，可能遭遇高海情的幾率逐步加大，所以需要對影響艦船高海情航行安全性的因素進行系統了解。文章主要分析艦艇在高海情航行時艦船的實際能力，為決策者提供處置依據，并為設計制造角度提出高海情下壓載、操縱等原則。

關鍵詞：艦船；高海情；安全

引言

對于高海情下艦船適航性試驗，涉及到多個方面的考核，如耐波性、結構強度、不沉性以及水密性等等，需要對多個方面進行分析。文從艦船設計和試驗角度出發，總結了在船舶浮態、機構強度、穩性及耐波性等方面，通過軍規和實際試驗情況，分析我國高海情下安全性艦船實際情況，為設計和使用提供參考。

1 重量及浮態分布

為確保艦船在高海情下的安全，首先要保證艦船浮態良好，這是其他各項性能的基礎，如穩性、不沉性和耐波性等。在設計層面，設計者一般從兩個方面去考慮：一是優化總布置，對重量重心位置進行控制；二是下水服役后通過壓載進行浮態調節，最終使得浮態能夠控制在《艦船通用規范》要求的尾傾小于0.4%、橫傾小于0.5°的設計水線長范圍。艦艇重量分布問題對艦船的局部強度、總縱強度影響比較大，主要裝備（如主副機、螺旋槳、空壓機）等工作頻率可能與艦船本身的震動頻率產生共振，破壞船舶結構。在設計中，應使艦船重量沿縱向呈正態分布，一般需統計20左右站的重量分布。在進行適航性試驗前，建議查看設計文件和完工文件，確定艦船重量的分布情況是否呈正態分布。

2 穩性

穩性主要表現在船舶的恢復力矩，當船舶受到外力作用發生傾斜，恢復力矩在外力消失后能夠使船舶恢復到平衡位置。在大風浪環境下，考慮風力直接作用的影響，需考慮兩個方面，一是要船舶要具有合理的初穩性高，適當控制船舶重量重心位置；二是要盡量減少船舶上層建筑的受風面積，以達到減少風阻的影響。

由于初穩性高與船舶回復能力和人員舒適度相關，鑒于船舶用途的差異，對初穩性高考慮的重點可能不同，如民用船舶對初穩性高的要求只有0.15米、穩性消失較大于55。可能傾向考慮人員的舒適度，而軍用船舶要遠遠大于這一值，2500噸標準排水量的船舶，初穩性高要大于0.75米，穩性消失較大于80。相比較而言，各國的規定不盡相同，美國軍用標準略低于國內標準。動穩性隨的外力矩隨橫傾角φ相關，多半是隨著φ的減小而增加，我國對于為計算方便，φ通常取定值。相比較而言，我國軍用船舶的穩性裕度較大，而民用船舶，尤其是游船，一般設計的初穩性高較小，易發生事故，如東方之子號。初穩性高和穩性消失角是適航性試驗理論評估的重要環節，建議試驗人員對其進行復核計算。

3 耐波性

相對于新船型的定型，一般船舶耐波性首先進行理論計算，之后還要由水池模型試驗來進行驗證。各參數的理論計算通常采取三維仿真計算，在規則波中驗證橫搖、縱搖、橫蕩、首搖和垂蕩5個自由度響應，求出流體動力剖面的附加質量和阻尼系數，求出不規則波中的運動響應統計值。在適航性試驗中，首先利用艦艇上的傳感器和運動參數儀器，測量橫搖、縱搖、首部垂向加速度、尾部垂向加速度、中心附近的垂向加速度等參數，軍船建議同時測量艦船的艏搖角、艏搖角速度、水平加速度、橫搖加速度和角加速度、艦船首底部出水頻率和抨擊頻率、軸功率和螺旋槳轉速、垂蕩、艦首相對波面的運動、抨擊時的沖蕩應力和首部抨擊應力等參數。在每個航向上，都應當待航向和航速穩定后再測量，以確保試驗數據的有效性。

4 不沉性

不沉性通常指艦船橫傾角允許的最大值和最大扶正力臂允許的最小值等，就是當船舶制定數目的任意相鄰隔艙對稱或不對稱進水后，艦船都能保持漂浮，不至傾覆沉沒。《艦船通用規范》對艦船的最小浸水隔艙書和最小干舷值都做了具體規定，一般設計中都會進行相對的考慮。鑒定試驗要對出現最差的裝載狀態進行校核計算，以驗證設計的合理性，還要考慮艦船隔艙浸水后，出現的縱傾是否影響推進系統和螺旋槳的連續運轉。相對于目前海軍艦船作戰和適航的海區逐步擴大，考慮到黃海北部、渤海等范圍冬季結冰的實際情況，在設計過程中還要計算結冰穩性對排水量和重心的變化，這也是鑒定試驗需要考慮的因素。

5 船體結構

船體機構從設計之初就應有結構強度和密性要求，鑒定中建議選取典型位置如主船體及上層建筑材料、結構形式、焊接材料的選型等進行驗證。適航性試驗中，需對總縱強度和局部強度進行校核。一是采用壓力拾微器對對試驗艦球鼻艏及1/4L區的地步抨擊壓力進行測試；二是在1/4L-3/4L區域內的上甲板邊板內表面，沿船長方向均勻進行壓力測試；三是進行局部應力測量，測量甲班、機艙等開口角出的應力，主機、主炮、長艏樓過渡區、以及防空反導裝備等上層建筑前、后、側壁的根部和彈性機頭處的應力。

6 結束語

文章分別從浮態和重量重心、穩性、耐波性、不沉性、船體強度和結構疲勞性幾個方面影響水面艦艇高海況航行安全性的方面進行系統的分析總結，通過與國外軍規或民船規范的比較，了解到我國水面艦艇安全性設計所處的水平，提高船員使用信心，為指揮者和艦員提供參考。同時為保障艦艇在高海況下具有良好的能力，從水面艦艇設計者的角度出發，提出了高海況下裝載及使用建議。通過與使用者交流，發現使用者較為關注水面艦艇在風浪流中實際的運動情況，而水面艦艇提供給部隊的完工文件主要是靜水力數據，基本沒有考慮風浪作用的水面艦艇運動，這方面的研究將是下一步研究的重點。

參考文獻

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