玻璃鋼延繩釣船主尺度均衡性探討

劉和煒 王永生

（中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院 漁業(yè)機(jī)械儀器研究所 上海200092）

玻璃鋼延繩釣船主尺度均衡性探討

劉和煒 王永生

（中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院 漁業(yè)機(jī)械儀器研究所 上海200092）

為提高玻璃鋼延繩釣船設(shè)計(jì)水平，基于農(nóng)業(yè)部漁船標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)中的鋼質(zhì)延繩釣船樣本船，建立回歸公式，推導(dǎo)出回歸船型的主尺度，與對(duì)照組的玻璃鋼延繩釣船進(jìn)行比較，據(jù)此提出用于比較延繩釣船設(shè)計(jì)均衡性的公式。結(jié)果表明：在捕魚(yú)工具一致的情況下，尺度較短的船更具有經(jīng)濟(jì)性。考慮到玻璃鋼的彈性模量偏低，其長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。

玻璃鋼；延繩釣船；主尺度；均衡系數(shù)

引 言

玻璃鋼以其輕質(zhì)高強(qiáng)和抗生物附著的特性，在日本、韓國(guó)以及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的漁業(yè)界得到廣泛運(yùn)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2013年，日本有各類(lèi)玻璃鋼漁業(yè)船舶共計(jì)241 358艘，634 917.53總噸，16 705 305 ps（12 278 399.18 kW）［1］，船長(zhǎng)不超過(guò)30 m，一般為26 m左右［2-13］。目前，大陸從臺(tái)灣地區(qū)引進(jìn)的玻璃鋼延繩釣船總長(zhǎng)甚至接近40 m。此外，在農(nóng)業(yè)部漁檢局漁船標(biāo)準(zhǔn)化研究中發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)玻璃鋼延繩釣船的相關(guān)主尺度比與鋼質(zhì)延繩釣船主尺度比存在較大差異。這些差異會(huì)對(duì)延繩釣船的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響，因此有必要就玻璃鋼延繩釣船的主尺度及主尺度比對(duì)延繩釣船的影響進(jìn)行研究，以期有助于以后玻璃鋼延繩釣船的設(shè)計(jì)。

1 回歸船型的建立

回歸樣本來(lái)自于農(nóng)業(yè)部漁船標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)中入庫(kù)企業(yè)的13條鋼質(zhì)延繩釣船，回歸公式如下：

式中：λ為垂線間長(zhǎng)與設(shè)計(jì)吃水0.25次方的比值；φ為型寬B與設(shè)計(jì)吃水0.25次方的比值；LPP為垂線間長(zhǎng)、B為型寬、D為型深、d為設(shè)計(jì)吃水，此四者單位均為m；VF和VO分別為魚(yú)艙容積和燃油艙容積，m3；Δ為滿(mǎn)載排水量，t；GT為總噸，t；V為滿(mǎn)載狀態(tài)下的設(shè)計(jì)航速，kn；PH為滿(mǎn)載狀態(tài)下按設(shè)計(jì)航速用于船舶航行的主機(jī)功率（即扣除主機(jī)所帶額外負(fù)載功率），kW；PF為輔助功率（即運(yùn)行的輔機(jī)功率和主機(jī)所帶負(fù)載功率之和），kW。

本文目標(biāo)船型為39 m玻璃鋼延繩釣船和36.6 m玻璃鋼延繩釣船，兩目標(biāo)船型的設(shè)計(jì)航速均為12 kn。為便于比較，回歸船型的航速設(shè)定為與目標(biāo)船型一致。

2 目標(biāo)船型與回歸船型的比較

2.1 航行能耗比較

由于延繩釣船的主機(jī)不帶負(fù)載，故航行功率即為主機(jī)功率，輔機(jī)功率即為輔助功率。四型船的海軍系數(shù)依據(jù)表1中次序分別為131.27、113.94、153.01和150.53。由海軍系數(shù)定義可知，其值越大，則意味著單位功率的效率越高。可見(jiàn)，航行能耗依次為：回歸船型1＜回歸船型2＜目標(biāo)船型1＜目標(biāo)船型2。

2.2 捕撈能力比較

延繩釣船一般有兩種作業(yè)方式：

（1）每年往返一次作業(yè)。其間在海上進(jìn)行補(bǔ)給，并有運(yùn)輸船轉(zhuǎn)載漁獲，一年轉(zhuǎn)載5～3次。

（2）每年3航次作業(yè)。每航次114天，其中放釣作業(yè)為100天，漁獲自帶回港［15］。

有資料表明，第一種方式，按一年轉(zhuǎn)載5～3次計(jì)算，平均每次作業(yè)周期為51～85天［16］。

本例中，目標(biāo)船型1原定容繩量為120 000 m，后擬改為180 000 m；目標(biāo)船型2的容繩量為120 000 m。為便于比較，四型船的容繩量均取為120 000 m。以相鄰支繩間的干繩長(zhǎng)度為50 m計(jì)［15］，鉤子數(shù)為2 400把。上鉤率則取東印度洋、中大西洋和中東太平洋三處上鉤率的平均值（為1.02%）［17-19］，每尾魚(yú)均重以35 kg計(jì)［15］。因延繩釣船主要釣捕黃鰭金槍魚(yú)、長(zhǎng)鰭金槍魚(yú)和肥壯金槍魚(yú)［20］，故冷凍切片時(shí)，魚(yú)的體重比例取三者的平均值（為0.686）［20］，魚(yú)艙堆放魚(yú)按0.5 t/m3計(jì)［20］。四型船在兩種作業(yè)方式下的漁獲量和對(duì)應(yīng)的所需艙容以及所需艙容占魚(yú)艙總艙容的比率（即魚(yú)艙利用率η）見(jiàn)下頁(yè)表2。

從上文可知，捕撈能力與鉤數(shù)有關(guān)，而鉤數(shù)與容繩量有關(guān)容繩量越大，則延繩釣船的捕撈能力越強(qiáng)。魚(yú)艙利用率依次為：回歸船型2 ＞回歸船型1 ＞目標(biāo)船型1 ＞目標(biāo)船型2。

2.3 持續(xù)能力比較

由于目標(biāo)船型的主機(jī)僅僅用于航行，故目標(biāo)船型航行功率和輔助功率即為主機(jī)在各自航行狀態(tài)下的主機(jī)功率和輔機(jī)功率。目標(biāo)船型1的航行功率所對(duì)應(yīng)的耗油率為212 g/kW·h，輔助功率所對(duì)應(yīng)的耗油率為214 g/kW·h；目標(biāo)船型2的航行功率所對(duì)應(yīng)的耗油率為212 g/kW·h，輔助功率所對(duì)應(yīng)的耗油率為207 g/kW·h。為便于比較，將回歸船型的耗油率、船員人數(shù)，與對(duì)應(yīng)目標(biāo)船型1保持一致。

延繩釣船自由航行時(shí)間取為4 h，航速12 kn；投繩航行時(shí)間為6 h，投繩航速11 kn；起繩航行時(shí)間14 h，起繩航速為5 kn［21］。據(jù)海軍系數(shù)定義知，投繩狀態(tài)時(shí)的主機(jī)功率為自由航行狀態(tài)下主機(jī)功率的（11/12）3倍，起繩狀態(tài)時(shí)的主機(jī)功率為自由航行狀態(tài)下主機(jī)功率的（5/12）3倍。輔助設(shè)備按每天運(yùn)行24 h考慮，燃油密度按0.85 t/m3、裝油量按油艙艙容的97%計(jì)，則依據(jù)上述作業(yè)時(shí)間，在各自持久時(shí)間下的魚(yú)艙利用率見(jiàn)表3。

該表中：持久系數(shù)s=燃油質(zhì)量MO/（每天航行功率對(duì)應(yīng)的油耗+輔助功率對(duì)應(yīng)的油耗），其體現(xiàn)一次裝油料出航持續(xù)捕魚(yú)的能力。s越大，意味著補(bǔ)油所占用的時(shí)間越少（燃油質(zhì)量MO的單位為t）。

魚(yú)艙利用率η為依據(jù)持久系數(shù)s得出的漁獲所需容積與魚(yú)艙艙容的比值。該比值越大，說(shuō)明魚(yú)艙艙容和漁具、油艙艙容的匹配越合理。所需容積為上鉤率、鉤子數(shù)、魚(yú)重和魚(yú)體重比這四者的乘積除以魚(yú)艙堆放質(zhì)量。

從表3可知，持久性依次為：回歸船型1 ＞回歸船型2 ＞目標(biāo)船型2 ＞目標(biāo)船型1。較高的持久性意味著補(bǔ)油耗時(shí)較少。

2.4 作業(yè)能耗比較

從表2、表3可知，四型船的魚(yú)艙容積均遠(yuǎn)大于所需容積。對(duì)于冷凍（藏）漁船而言，過(guò)大的艙容意味著過(guò)大的制冷能源消耗。

表2 兩種作業(yè)方式下的魚(yú)艙利用率對(duì)照表

表3 各持久時(shí)間下的魚(yú)艙利用率對(duì)照表

3 船舶均衡系數(shù)與人均船舶均衡系數(shù)

3.1 定 義

根據(jù)前一章所述，可知各船的單項(xiàng)優(yōu)劣次序并不一致，因此有必要建立一個(gè)能綜合評(píng)價(jià)延繩釣船的公式。

漁船具備四個(gè)功能，即航行、生活、捕魚(yú)和儲(chǔ)魚(yú)，故從船舶硬件衡量漁船均衡性公式應(yīng)包含上述四方面的數(shù)據(jù)。因此，可以依據(jù)乘法原理提出船舶均衡系數(shù)。為表達(dá)簡(jiǎn)潔計(jì)，船舶均衡系數(shù)

人均船舶均衡系數(shù)

式（11）和式（12）中各參數(shù)簡(jiǎn)述如下：

c為航行能耗系數(shù)，即海軍系數(shù)。c越大，則意味著承載Δ2/3V3所需能耗越小，其中采用的功率為PH。

作業(yè)系數(shù)z為GT與PF的比值。z越大則意味著船舶在生活、捕魚(yú)、冷凍（藏）等方面所需能耗越小。該系數(shù)體現(xiàn)了作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。

漁具系數(shù)j體現(xiàn)漁船捕獲魚(yú)的能力。下鉤數(shù)量有兩部分組成：第一部分由航速、漁區(qū)、魚(yú)類(lèi)等因素決定，第二部分與船舶長(zhǎng)度構(gòu)成線型函數(shù)［15］。實(shí)際作業(yè)中，當(dāng)?shù)谝徊糠譀Q定的放繩長(zhǎng)度大于容繩量時(shí)，則容繩量決定下鉤數(shù)目；當(dāng)?shù)谝徊糠譀Q定的放繩長(zhǎng)度小于容繩量時(shí)，第二部分放繩量與鉤子數(shù)由作業(yè)人員的主觀意愿決定，一般是盡可能多放。因此，延繩釣船的漁具系數(shù)j可用容繩量衡量。

船員人數(shù)p體現(xiàn)船舶自動(dòng)化程度和人力成本。

3.2 e式在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

上述四型船的e及e′見(jiàn)表4，其中回歸船型的設(shè)備油耗率以及船員人數(shù)取值與目標(biāo)船型1一致。

表4 e值對(duì)照表

由表4可知，四型船均衡的系數(shù)依次為：回歸船型2 ＞回歸船型1 ＞目標(biāo)船型2 ＞目標(biāo)船型1。四型船e及e′所體現(xiàn)的船舶均衡性趨勢(shì)與c、z、j、s、η各單項(xiàng)所體現(xiàn)的趨勢(shì)并不完全一致，這正是e式存在的意義。在一般漁船設(shè)計(jì)中，船東往往希望漁船長(zhǎng)度盡量大一些，以便多載漁獲；希望速度快一些，能較其他船舶早些到漁場(chǎng)。然而船體增大以及速度的提高意味著建造成本和運(yùn)行成本會(huì)增加。運(yùn)用e式有助于避免在設(shè)計(jì)中因過(guò)分強(qiáng)調(diào)單項(xiàng)優(yōu)勢(shì)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)失衡。e式中的漁獲由j體現(xiàn)，能耗由c、z體現(xiàn)，作業(yè)額外成本由s、η體現(xiàn)。

對(duì)于一艘漁船，可通過(guò)調(diào)整e公式中的諸參數(shù)來(lái)增大e值，使船舶具有良好的均衡性，從而進(jìn)一步提高漁船的經(jīng)濟(jì)性：

（1）提高參數(shù)c的措施——降低PH

采用較小的Cb以降低興波阻力［22］；在興波阻力系數(shù)相同的情況下，降低濕表面積有助于降低興波阻力［22］；加大吃水，以增加螺旋槳浸深，提高推進(jìn)效率。

（2）提高作業(yè)系數(shù)z的措施——降低PF

滿(mǎn)足預(yù)期漁獲量的魚(yú)艙空間是合適的，過(guò)大的魚(yú)艙會(huì)導(dǎo)致制冷功率增加。

（3）提高魚(yú)艙利用率η的措施

在主尺度和漁撈設(shè)備確定時(shí)，可適當(dāng)減小魚(yú)艙，增大燃油艙；主尺度可微調(diào)時(shí)，采用較小的Cb或適當(dāng)縮短船長(zhǎng)；在主尺度允許的情況下，可通過(guò)加大j的方式來(lái)提高η。

提高持久系數(shù)s的措施：前述提高c、z、η（提高j的措施除外），均能提高s。

3.3 e式在經(jīng)濟(jì)性比較中的運(yùn)用

用e值判定船舶經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣具有階梯分布性。目標(biāo)船型總長(zhǎng)為39.00 m，安裝容繩量為180 000 m的投繩機(jī)［23］，其c、z、s值均不變，j由120 000 m增至180 000 m，η由0.14增至0.21，e由89增至199。此時(shí)，目標(biāo)船型1的e值雖然低于回歸船型1的e值，但由于漁獲的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于船舶造價(jià)及燃油價(jià)格，其經(jīng)濟(jì)性仍高于回歸船型1。因此，欲用e值比較船舶的經(jīng)濟(jì)性，前提必須是兩者的漁具性能具有等同性。

由于實(shí)際漁具是船長(zhǎng)的階梯函數(shù)［23］，因此從前文分析可知，位于同一階梯并且Cb較小、主尺度較短、濕表面積較小、魚(yú)艙和油艙容積較均衡的延繩釣船e值更高，經(jīng)濟(jì)性更佳。

3.4 對(duì)于玻璃鋼延繩釣船的論述

玻璃鋼因輕質(zhì)高強(qiáng)獲得青睞，但其彈性模量偏低。若玻璃鋼船長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則船體梁會(huì)出現(xiàn)剛性不足的問(wèn)題。解決此問(wèn)題的措施一般可通過(guò)加大船體構(gòu)件或提高船舶的深寬比以提高船體梁的慣性矩；也可減小船舶的長(zhǎng)度，以降低船體梁所承受的彎矩；還可以提高船體材料的彈性模量。加大構(gòu)件尺寸，會(huì)增加船體質(zhì)量；增加高彈性模量纖維（如碳纖維），則會(huì)提高制造工藝上的難度。因此，加大深寬比或合理降低船舶長(zhǎng)度是最為有效的措施。從回歸船型與目標(biāo)船型比較可知，目標(biāo)船型采用較低的Cb和較短的船長(zhǎng)更具合理性。

3.5 實(shí)例驗(yàn)證

以實(shí)船來(lái)驗(yàn)證，對(duì)照船型1與對(duì)照船型2均為鋼質(zhì)船舶，其數(shù)據(jù)皆來(lái)自于農(nóng)業(yè)部漁船標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)。為增強(qiáng)對(duì)比性，故依據(jù)海軍系數(shù)，將對(duì)照船型1和對(duì)照船型2分別對(duì)應(yīng)變換為對(duì)照船型11和對(duì)照船型22。表6為實(shí)例對(duì)照表，其中航速時(shí)段的分配、上鉤率、每尾魚(yú)均重、冷凍切片時(shí)魚(yú)的體重比例以及魚(yú)艙堆放質(zhì)量等均與前文相同。

從表5 和表6數(shù)據(jù)可見(jiàn)，目標(biāo)船型若采用對(duì)照船型的主尺度，其制造和運(yùn)行成本都會(huì)降低，這也證明了本文3.2中所述的結(jié)論，e式具有合理性和可用性。

表5 實(shí)船主尺度對(duì)照表

表6 實(shí)船e值對(duì)照表

3.6 e公式的拓展

由于圍網(wǎng)漁船和拖網(wǎng)漁船同樣存在c、z、j、s、η、p等因素，因此圍網(wǎng)漁船和拖網(wǎng)漁船也可借鑒e公式，但圍網(wǎng)漁船的j為圍網(wǎng)漁船跑綱張力公式定義中的縮結(jié)長(zhǎng)度乘以縮結(jié)高度衡量［20］，拖網(wǎng)漁船的j可為拖網(wǎng)漁船拖力公式定義中的網(wǎng)口周長(zhǎng)乘以網(wǎng)具總長(zhǎng)度衡量［24］，其他各參數(shù)意義同前。

4 結(jié) 論

綜上所述，可得出以下結(jié)論：

（1）鑒于玻璃鋼低彈性強(qiáng)度的特點(diǎn)，在滿(mǎn)足延繩釣船各項(xiàng)性能的前提下，應(yīng)縮短船長(zhǎng)、提高深寬比、取較小的Cb并且依據(jù)漁撈設(shè)備的工作能力，合理配置燃油艙與魚(yú)艙的容積，從而提高船舶均衡系數(shù)。

（2）船舶均衡系數(shù)公式可用判定延伸繩釣船的均衡性，用以指導(dǎo)延繩釣船設(shè)計(jì)。

（3）延繩釣船的經(jīng)濟(jì)性呈階梯型特征。在每一個(gè)階梯上，Cb較小、主尺度較短、濕表面積較小、魚(yú)艙和油艙容積較均衡的延繩釣船經(jīng)濟(jì)性更佳。

（4）本文雖提出將船舶均衡系數(shù)公式應(yīng)用于拖網(wǎng)漁船和圍網(wǎng)漁船，但鑒于數(shù)據(jù)的缺乏，尚需日后予以例證。

［1］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 水產(chǎn)廳漁船統(tǒng)計(jì)抄錄［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，121：99-111.

［2］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2014，114：117.

［3］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2014，115：87.

［4］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2014，116：134.

［5］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2014，118：112.

［6］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，119：111.

［7］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，120：108-109.

［8］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，121：112.

［9］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，124：113.

［10］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 新造漁船竣工狀況一覽表［J］. 海洋水産ェンジニァリング，2014，114：118.

［11］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 新造漁船竣工狀況一覽表［J］. 海洋水産ェンジニァリング，2014，116：135.

［12］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 新造漁船竣工狀況一覽表［J］. 海洋水産ェンジニァリング，2015，121：113.

［13］海洋水產(chǎn)システム協(xié)會(huì). 新造漁船竣工狀況一覽表［J］. 海洋水産ェンジニァリング，2015，124：113.

［14］七○八研究所《船舶科技簡(jiǎn)明手冊(cè)編寫(xiě)組》.船舶科技簡(jiǎn)明手冊(cè).［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1977：229.

［15］陳慶義.金槍魚(yú)延繩釣船的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析［D］.大連：大連水產(chǎn)學(xué)院，2002：20-27

［16］劉秋狄.西印度洋金槍魚(yú)延繩釣作業(yè)漁場(chǎng)與漁具性能的研究［D］.青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2006（1）.

［17］葉振江，邢智良，高志軍.金槍魚(yú)（Thunnus）延繩釣作業(yè)研究——以印度洋東部中國(guó)船隊(duì)為例［J］.青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（1）：34-38.

［18］李靈智，黃洪亮，劉健，等.大西洋中部金槍魚(yú)延繩釣性能評(píng)估初步研究［J］.漁業(yè)信息與戰(zhàn)略，2012（4）：310-314.

［19］李顯森，孫珊，戴芳群，等.中東太平洋金槍魚(yú)延繩釣漁獲量及其分布［J］.海洋水產(chǎn)研究，2005（1）：48-54.

［20］苗振清，黃錫昌.遠(yuǎn)洋金槍魚(yú)漁業(yè)［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2003：165-264.

［21］賈復(fù).延繩釣漁船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)［J］.船舶工程，1996（2）：24-27.

［22］盛振邦，劉應(yīng)中.船舶原理［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2003：199-252.

［23］寧波捷勝海洋開(kāi)發(fā)有限公司.滾筒釣機(jī)使用說(shuō)明書(shū)［EB/OL］. 2016-09-01. http：//www.jessn.com/cn/productsd.php?tid =6&proid=1&ref =/cn/products. php?tid=6

［24］陳興崇.雙拖網(wǎng)漁船主機(jī)額定馬力與網(wǎng)具大小關(guān)系的初步研究［J］.湛江水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào)，1980（1）：55-70.

On balance of main dimension of GFRP longliner

LIU He-wei WANG Yong-sheng
(Fishery Machinery And Instrument Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200092 China)

This paper has built a mathematical regression formula according to the sample steel longliner from Ministry of Agriculture Standardization Database, and derives the main dimensions of the regression ship type. In comparison with the GFRP longliners in the control group, the equations for the comparison of the design balance of longliners are proposed to improve the design level of the GFRP longliners. The results show that the shorter longliners are more economic based on the same fi shing tools, especially for GFRP longliners with allowance for the lower elastic modulus of GFRP.

glass fi ber reinforced plastics(GFRP); longliner; main dimension; balance coeffi cient

U674.4+2

A

1001-9855（2017）01-0029-06

漁業(yè)船舶技術(shù)法規(guī)體系研究（編號(hào)2016YJS013）；該文受“中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)”資助。

2016-09-18；

2016-09-29

劉和煒（1973-），男，高級(jí)工程師。研究方向：漁船審圖。王永生（1981-），男，工程師。研究方向：船舶設(shè)計(jì)。

10.19423/j.cnki.31-1561/u.2017.01.029