穿梭油輪直升機平臺結構設計

王進鋒，張琴濤，顧 藝

（中遠船務工程集團有限公司技術中心，遼寧大連 116000）

0 引言

152000 DWT穿梭油輪是中遠船務船舶設計中心為挪威船東庫納森公司設計的海洋工程船。所謂穿梭油輪是指專門用于海上油田向陸地運輸石油的海洋工程船。與常規船舶相比，由于海洋工程船舶所處的海洋環境十分復雜和惡劣，風、浪、海流和潮汐及其他不確定載荷等往往對船舶結構的安全構成極大的威脅。為了滿足上、下人員及救生、逃生的需要，穿梭油輪通常設有直升機平臺，可供直升機進行起飛、降落和短暫的停留[4]。由于該船計劃運營于巴西海域，因此需要滿足巴西海軍規定的Normam 27規則的相關要求，本文重點介紹了挪威船級社和 Normam 27對直升機平臺設計載荷的影響，并最終對設計進行了驗證。

1 直升機平臺布置及結構形式

根據建造規格書要求，本船直升機采用的型號為SIKORSKY S92，最大起飛重量為12.8t，總長為20.88m?？紤]到直升機平臺要避開危險區域及起飛著陸時的障礙區域，本船的直升機平臺布置于該船船中附近主甲板上方（見圖1），并由鋼管支撐。平臺主體結構采用正八角形鋼結構形式，按照Normam 27規則要求平臺對邊距離定為26.65m，甲板板材采用高強度鋼，采用T型材作為甲板強梁，以保證有效的支撐，采用角鋼作為縱向加強筋，甲板面結構圖如圖2所示。

2 直升機平臺結構計算載荷分析

該項目入級DNV船級社并運營于巴西海域，因此對直升機平臺的強度分析需參考DNV規范和巴西海軍 Normam 27規則，設計中不僅需要考慮DNV規范要求的載荷和工況，同時需要考慮Normam 27要求的載荷和工況，而且還需要將不同的工況和載荷進行組合，分別對正常降落、應急降落和直升機存放三種工況進行分析。

圖1 直升機平臺布置圖

圖2 直升機平臺平面圖

2.1 設計載荷

綜合考慮DNV規范和Normam 27要求共有14種載荷情況存在，在這里把它們以L100-L113來表示，具體載荷情況分析如下：

1）L100為最大起飛重量，其值為12.8噸；

2）L101為正常著陸沖擊載荷，按照Normam 27要求其值為最大起飛重量的1.5倍；

3）L102為應急著落沖擊載荷，按照normam 27要求需為最大起飛重量的2.5倍；

4）L103為側向載荷，按照規范要求為最大起飛重量的0.5倍；

5）L104為直升機平臺自身重量，該載荷由計算軟件自動生成；

6）L105為正常著陸過程中承受的風載，風載方向應與L103同向，風載大小按照DNV規范取為0.75kN/m2；

7）L106為風暴情況下著落所承受的風載，風載方向也與 L103同向，不同的是風載大小為2.5kN/m2；

8）L107為附加載荷，主要是冰雪載荷，按照DNV規范要求為0.5kN/m2；

9）L108為X方向慣性載荷，按照DNV規范計算為0.18g；

10）L109為Y方向慣性載荷，按照DNV規范計算為0.33g；

11）L110為Z方向慣性載荷，按照DNV規范計算為0.30g；

12）L111為最大集貨載荷，此載荷主要指貨物平鋪在直升機平臺上等待搬運，按照規范取甲板均布載荷為2010N/m2；

13）L112為DNV規范要求的正常著陸沖擊載荷，區別于L101，取值為最大起飛重量的2倍；

14）L113為DNV規范要求的甲板上浪的海水壓力，取值為2.5kN/m2。

2.2 工況組合

飛機所處環境受力復雜，不可能僅存一種受力情況，因此需要把所有載荷進行組合考慮，選取時既要考慮周全，不能影響計算結果，又要使工況從簡便于計算，經過選取考慮，最終歸結了23種工況進行計算，主要包括自存工況、正常降落工況和應急降落工況三大類[5]，工況組合情況見表1。

2.3 結構強度校核

根據上述確定的載荷和組合工況，對直升機平臺及其支撐結構進行有限元建模計算，然后進行結構分析，把分析結果按照不同工況來選取對應的評估標準（見表2），以確定強度是否能滿足相應的規范要求。根據最終計算結果如表3所示，該結構設計同時可以滿足DNV規范要求及Normam 27規則要求。

表1 直升機平臺計算工況組合表

表2 評估標準

表3 強度計算結果

表3 強度計算結果（續）

3 結束語

直升機平臺結構作為船舶與海洋工程中關鍵的附屬結構，其任何問題都會造成嚴重的損失，因此越來越多的組織、當局都對它的布置及安全提出了嚴格的要求，在進行設計中應嚴格按照相應的規范、規則的要求，選取準確的基本載荷進行合理的工況組合，進行嚴格的應力評估，以保證其性能的可靠。

[1]DNV rules for Newbuildings Special Equipment and Systems Additional Class Miscellaneous Notations.2013

[2]DNV Offshore Standard DNV-OS-E401 Helicopter decks.

[3]Brazilian Maritime Regulation Normam 27 / DPC/ 2011 Offshore Helidecks.

[4]吳楠周炳某自升式平臺直升機甲板結構評估[J].科技創新與應用,2013(26):116.

[5]朱娜娜李亮居住鋪管船直升機平臺結構強度的有限元分析[J].2014(13):39-44.