淺淡船長12m以下漁船的設計

摘 要："船長12m以下國內海洋捕撈漁船標準化船型定型"是浙江省海洋與漁業局2016年計劃任務"浙江省國內海洋捕撈漁船標準化船型定型"的一部分。為增長漁業經濟、增加漁民就業崗位，積極配合政府相關政策，設計了一種安全、舒適、船長小于12m的小型鋼質海洋漁船。

關鍵詞：小型漁船；12m以下；舵葉結構；強度校核

“標準化船型定型”的開展不僅能為全省國內海洋捕撈漁船的更新改造提供技術支撐，同時也能促進我省海洋捕撈業健康持續的發展和漁區社會的和諧穩定。因此，設計出安全、實用的船型顯得尤為重要，以下為簡要介紹其船型概況、舵葉強度校核等。

一、總體概況

1.船型及用途

本船系沿海航區作業的釣具船，船體按《漁業船舶法定檢驗規則——內河、玻璃鋼、海洋木質及小型鋼質漁業船舶法定檢驗技術規則》（2002）[以下簡稱《法規》（2002）]和《漁業船舶法定檢驗規則─船長大于或等于7m但小于12m沿海漁船法定檢驗技術規則（2009）》[以下簡稱《法規》（2009）]的有關要求進行設計。本船為鋼質、單甲板、單底、單機、單槳、單舵、橫骨架結構的船舶，限白天航行于距岸或庇護地不超過20海里的沿海海域。

2.船舶主尺度及參數

總長LOA=13.00m 垂線間長LPP=10.50m 型寬B=2.30m 型深D=1.05m 設計吃水d=0.75m 肋骨間距S=0.50m 設計排水量△=11.50t 總噸位GT=8 船員定員：2P 設計航速 8kn

3.總體布置情況

全船共設有5水密橫艙壁；艙底設有舵機艙、機艙、燃油艙、魚艙、網具艙和艏尖艙；

主甲板設有甲板室、作業區、兩個魚艙艙口和一個網具艙艙口；艏升高甲板布置有錨泊和系泊設備等；駕駛頂甲板布置有信號桿、左右舷燈、中高頻導航通訊設備天線，尾端布置尾燈一盞等。總布置見圖1。

4.船體結構

本船結構根據《法規》（2002）的相關要求進行設計，船體為單甲板、單底、橫骨架式全電焊結構；主船體結構材料采用CCSA級結構鋼建造。在結構設計時，在構件及型材滿足規范要求的前提下，取最合理的構件尺寸及板厚，以減輕船體構件的重量。

5.穩性

本船按《法規》（2002）及《法規》（2009）等相關修改通報按沿海航區作業的漁業船舶的要求進行校核并滿足要求。

6.推進系統

主機選用ZS195GM型主機1臺，額定功率8.8kW，額定轉速2000r/min；16A型齒輪箱一臺，減速比3：1；螺旋槳數量 1只、螺旋槳為3葉、直徑為760mm、材料為不銹鋼。

二、舵葉的強度校核

根據《法規》（2002）規定：單板舵的厚度應不小于5mm。水平加強筋的厚度不小于5mm，高度不小于40mm，間距不大于0.5m；在舵桿至舵葉后緣的1/2處，其高度不變，再向后緣可逐漸減小至消失。所以我們可以從規定中看出，舵葉的材料尺寸大小可以直接取值，但是往往在其他規范的舵葉強度計算中，舵葉的構件取值都是與舵葉面積和航速有關系，所以我們需要思考直接取值的材料大小，是否能滿足強度要求。在此我們需要對比驗證，先按規定確定舵葉的材料尺寸，然后再用直接計算進行校核強度。過程如下：

1.按《法規》（2002）規定的最低要求實取舵葉的材料尺寸：如圖2所示。

2.單板舵舵葉厚度

舵葉強度計算，可將單板舵后緣視作完全自由，三邊剛性固定的剛性板，并承受水流的均布載荷（摩擦阻力）。根據結構力學，在長邊中點處為最大彎矩Mmax=KPS2，式中：k為力矩系數，查《船舶設計實用手冊》，取K=0.0139；P為單位舵面積上水壓力，kg/m2。

根據傅汝德公式計算摩擦阻力Rm為：Rm=fΩV1.825，其中f為摩擦阻力系數，按下式計算：f=γ[0.1392+0.258/（2.68+L）][1+0.0043（15-t）]=0.147，其中t為水溫，單位舵面積水壓力P=Rm/Ω=0.147V1.8252，取P=0.147V2按（σ）=6M/t2=165N/mm2，得舵板厚度t=1.39SV，式中：S為水平加強筋間距，m；V為船舶設計最大航速，kn。

3.舵葉水平加強筋

經分析，設單板舵水平加強筋間距為a，并設加強筋在舵中心處為剛性固定，如圖2所示。

根據材料力學，固定端點的最大彎矩：Mmax=1/2Pnb，作用在舵葉的法向力Pn按原始喬賽爾公式計算：Pn=9.81×41.35sinα×abV2/（0.195+0.305sinα），

取α=35°，并將航速由m/s轉換為kn，已知1kn = 0.5144m/s，

Pn=9.81×41.35sin35°×0.51442×abV2/（0.195+0.305sin35°）=166.4 abV2 N，M=1/2Pnb=8320ab2V2N.cm，根據W=M/[σ]，取[σ]=20000 N/cm2，W=0.416ab2V2 cm3，式中：a為水平加強筋間距，m；b為舵葉后緣至舵桿中心的距離，m；V為船舶設計最大航速，kn。

4.計算結果

（1）舵板厚度t=1.39SV=1.39×0.3×8=3.34mm

式中：S為水平加強筋間距，0.3m；V為船舶設計最大航速，8kn

實取t=5mm，滿足要求。

（2）加強筋剖面模數W=0.224ab2V2=0.414×0.3×0.52×82=1.98cm3，

式中：a為水平加強筋間距，0.3m；b為舵葉后緣至舵桿中心的距離，0.5m；V為船舶設計最大航速，8kn；實取加強筋-5×40mm，各參數見圖3所示，剖面模數計算按照材料力學知識，采用表格計算分析：W=[t1h3+t23（b-t1）]/6h=[0.5×8.53+0.53×（70-0.5）]/6×8.5=6.19cm3，滿足要求。

三、結論

經過簡單的力學分析和計算，我們可以看到規范的規定要求遠遠滿足我們直接計算的結果。為區別于有限元法，文中用理論方法對小型漁船舵葉構件進行了求解，給出了強度校核的一般步驟，所以在簡單的力學強度計算中，我們可以利用船舶結構力學的知識去解決一些力學問題，這樣可以為今后設計出更安全更經濟的漁船提供的幫助和保證。

參考文獻：

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[6] 中華人民共和國漁業船舶檢驗局. 《漁業船舶法定檢驗規則》（2002）.人民交通出版社.2002.

作者簡介：

張挺（1990-），男，漢族，籍貫：浙江舟山，學歷：本科，職稱：助理工程師，單位：舟山市卓林船舶設計有限公司，研究方向：主要從事船體設計工作