40 m巡航救助指挥艇总体设计

李镇宇,张 林

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司,江苏镇江 212003; 2.总装备部车船军代表局驻哈尔滨地区军代表室,黑龙江哈尔滨 150027)

0 引言

杭州湾水域内没有大的岛屿作为天然屏障,无合适的避风锚地。每年台风季节来临时,港内船舶只能离港避风。从杭州港至乍浦的出海航道普遍存在水深较浅、航道随季节性水流冲刷发生变迁的特点,对船舶进出杭州湾影响较大。

杭州湾水域是我国海上、海底重大建设项目较多的地区之一。目前,水域内杭州湾跨海大桥、中石化海底输油管道等均已建成;嘉绍通道跨江大桥也已进入开工建设阶段。这些重大项目影响面广,对杭州湾通航环境和秩序都构成了较大的影响,对于水域内通航环境的安全提出了新的挑战。杭州湾水域具有潮差大、涨落流急的特点,嘉兴沿海最大潮差7m左右。大潮汛期间,平均流速达到 6 kn左右,局部流速最大能达到10 kn左右。对辖区在港船舶的锚泊和靠离泊影响较大,容易发生走锚和断缆移位险情。

杭州湾沿海港口货物吞吐量逐年攀升,进出港船舶数量逐年增加,同时伴随辖区水域日益增多的水工项目,需要投入大量的施工及辅助船舶,这些都将给辖区水域通航管理带来越来越大的压力。

2006年 ～2010年,杭州湾水域在建的水上水下施工作业项目呈现迅速增长态势,势必造成有超航区船舶和存在严重缺陷的船舶参与施工的现象。

在对外公告的航路、锚地及其他专用水域内有养殖、捕捞等影响和妨碍船舶航行安全的活动存在,航运水域与传统养殖、捕捞水域的划分未明确,存在各职能部门现场管理交叉现象。

综上所述,目前杭州湾存在的通航环境问题,影响着辖区水上交通安全,需要相关的海事部门加大执法力量,对辖区通航环境进行综合整治。添置搜救指挥艇对保护和维护水上交通安全秩序将起到积极的作用。

受浙江省海事局委托,2008年底江苏省船舶设计研究所有限公司开始进行 40 m巡航救助指挥艇的技术设计工作。现已完成建造、试航,船舶各项性能指标均达到了设计要求。该艇已被命名为“海巡116”号,目前已交付使用。

本文旨在通过“海巡 116”号总体布置形式、型线设计、结构设计、减振降噪等方面的设计介绍,为今后同类型船舶的设计提供有益的参考和帮助。

1 总体设计思路

40 m巡航救助指挥艇是受浙江省海事局委托设计的新一代海事执法及救援指挥艇。根据船舶自身的使用特点,并兼顾“规范”对高速船的要求,最终确立了新型海事巡航救助指挥艇的总体设计方案。该船的总体设计思想如下:

(1)体现以人为本的设计理念,为海事执法人员创造方便、舒适、优良的工作和生活环境。

(2)船舶外形彰显公务执法形象,内部格局体现海事文化。

(3)船舶技术性能先进,具有良好的快速性和抗风浪能力。

(4)机电设备配套先进合理,主要机电设备选用当代国际先进水平的产品,为船舶本身具有良好的技术性能提供了基础。

本船为圆舭排水型艇,按航速划分处于高速船的下限。为控制整船重量提高航速,上层建筑采用2层铝质结构形式,外观采用整体深色玻璃幕墙形式使本案具备美观、大方的造型。较大的干舷使上层建筑与主船体之间更加协调匀称,并体现了执法艇的威严;本方案在振动、噪音的控制上具有独到之处,布置上充分利用大厅对多功能室及贵宾室形成有效的空间隔断,加之一系列的减振、降噪措施,使本案的振动、噪音降至最低,充分体现“以人为本”的设计理念。内部装饰高档、典雅,设施齐全。同时本船还配备了较为先进的机电设备。

2 主要量度及总体布置

2.1 船舶主要量度

2.2 总体布置

40 m巡航救助艇总布置图如图 1所示。

2.2.1 主甲板下布置

主甲板以下从尾向首依次为尾尖舱兼作舵机舱、机舱、空舱、空舱兼作储物舱、首尖舱。其中燃油箱的总型容积为7.68m3,装载燃油～6.3 t(续航力～20 h);淡水舱可以装载淡水～5.5 t。

2.2.2 一层甲板室的布置

主甲板上设有750mm宽的外走道,通往首、尾甲板区域。甲板外边缘设舷墙和栏杆,以方便人员安全通过。首、尾甲板主要为工作区域。

一层甲板室从首向尾依次为多功能室、大厅区域、卫生间、配餐间、值班室、工作室和机舱棚。

2.2.3 二层甲板室的布置

二层甲板外走道约 0.72m。甲板室从首向尾依次为驾驶室、贵宾室、大厅区域。

3 船舶性能

3.1 静力学性能

本船满载出航状态,船舶基本平浮,略带尾倾,平均吃水约为1.45m,排水量为～145 t。

本船稳性按《内河船舶法定检验技术规则》(2004年)和 2007年、2008年修改通报对 A级航区客船的要求核算满载出港、满载到港、空载到港 3个状态,经核算各状态均满足“规范”要求。

本船破舱稳性满足《内河高速船入级与建造规范》(2002)对A级航区高速船的要求。

3.2 快速性

本船为双机、双桨、双舵。

本船主机为 2台康明斯船用柴油机,额定功率为477 kW,额定转速为1 800 r/min,设计满载航速≥31.5 km/h;配备2只高效率TS螺旋桨,桨直径1.04m,盘面比0.80。

3.3 操纵性

本船设置2只NACA 0015流线型平衡舵,舵面积为2×1.224 m2,舵面积比为 4.54%,平衡比为0.235,展弦比为 1.176。船舶的操纵性能良好。

4 船体结构设计和用材

本船主体结构为钢质,按 CCS《内河高速船入级与建造规范》(2002)对 A级航区要求进行设计;上层甲板室结构为铝质,参照 CCS《内河高速船入级与建造规范》(2002)进行设计。

4.1 上层建筑有限元计算

运用MSCPatran、MSCNastran程序,用有限元法进行计算。上甲板合成应力图如图 2所示。

图2 上甲板合成应力云图

甲板板、甲板纵骨、甲板横梁、甲板纵桁、强横梁、侧壁竖桁的计算应力见表 1。

表1 上层甲板室应力计算表 MP a

由上表可知,甲板横梁、甲板纵骨、甲板纵桁、强横梁、侧壁竖桁的最大应力值σ=23.4 MPa,小于许用应力[σ];甲板板的最大应力为σ=23.4 MPa,小于许用应力[σ],所以上甲板强构件尺寸满足局部强度的要求。

4.2 结构形式及材料

本船为单底、单甲板、纵骨架式钢结构,肋距为0.5m。上层建筑为无立柱铝合金框架结构。全船在Fr8、Fr29、Fr52、Fr67设4道水密横舱壁。船底在Fr8～Fr29区域内每个肋位上均设置实肋板,其余部位隔档设置实肋板。

铝合金是目前快速船舶常用的材料,其优点是:①重量轻并能降低重心高度从而改善船舶的稳性,而且在相同的主机功率时对速度有利;②具有较好的耐腐蚀性,在使用过程中可以减少保养费用。

主船体结构材料均采用CCSA,屈服应力σS= 235 MPa,其他材料选用 Q235A。上层建筑铝材选用CCS认可的铝合金。其钢质主船体与铝质上层建筑间,采用经过CCS认可的铝-钛-钢复合材料作过渡接头形成焊接结构。本船选用的铝-钛-钢复合材料的材料组合为3A21+TA2+CCSB,厚度组合为(8+2+14)mm,条形宽度为20mm。

5 舾装设备及内装饰

5.1 锚泊及系泊设施

本船锚泊及系泊设施按《内河高速船入级与建造规范》(2002)第3章第2节的要求,配80 kg的快艇锚 1只,电动立式锚绞盘 1台。另外,参照《钢质内河建造规范》(2009年)配82.5 m长的AM2级Φ12.5 mm的有档焊接锚链。锚链存放于首尖舱内。

本船配2根Φ24mm、2根Φ22 mm长度均为50m的锦纶绳作系船索。锦纶绳索是各种化纤绳索中最为坚实的一种绳索,抗拉强度最佳,柔软易用,不腐蚀。

全船配4只C125不锈钢带缆桩,8只D260mm ×170mm导缆孔。所配的带缆桩均经过抛光处理,既经久耐用又外形美观。

5.2 门、窗及栏杆、扶手

本海事执法艇所有的门均选用或设计成既符合船用标准又能达到外形美观的船用铝合金门,保证门的风雨密性能;全船上层建筑采用大面积的深色玻璃幕墙形式,以达到整体美观的效果。前方和转圆处采用弧形大面积固定玻璃窗,整体美观、适用,因而机舱、接待室、会议室及驾驶室透光面积较大,视野比较开阔。全船侧面所有上层玻璃幕墙玻璃均采用(6+6)mm钢化夹胶玻璃。

夹胶玻璃是由2层钢化玻璃之间夹PVB胶片(聚乙烯醇缩丁醛薄膜),经高温、高压粘接而成。其具有很高的机械强度以及防碰撞性能,即使因外力作用破碎时其玻璃碎片也不会散落,是理想的安全玻璃。其透光率大于80%。

全船主甲板外走道栏杆、扶手均为工业用厚壁不锈钢管并经抛光处理,既考虑到其美观性,又要求有一定的强度,以防止日常使用过程中因船舶的碰撞或受力过大而造成的变形。游步甲板栏杆及扶手采用普通的抛光不锈钢管,在人员经常活动的区域其高度为0.9m。

5.3 舱室内装饰及设施的选择

船舶装潢的总体原则是环保、淡雅、美观,同时又要具有防火、保温、降低噪音的功能。装潢材料一定要采用轻型材料,尽量降低其重量。

5.3.1 机舱

顶篷及围壁内衬铝质轻钢龙骨、吸音岩棉,外表面贴多孔吸音板,机舱地面为花纹铝板。

5.3.2 卫生间

卫生间地面要求铺设防滑地砖,内衬钢架和钢板。四周墙面和顶篷内装衬料用铝质轻钢龙骨、玻璃棉和铝箔,表面贴塑铝板,内装饰色彩清新、淡雅。

5.3.3 厨房

厨房地面铺设PVC塑料地板。四周墙面和顶篷内装衬料用铝质轻钢龙骨、玻璃棉和铝箔,表面贴塑铝板。

5.3.4 多功能室、贵宾室和大厅

地面铺设高档木地板;舱室四周围壁与顶篷内装衬料用铝质轻钢龙骨、衬玻璃棉和铝箔,外表面贴装饰板或塑铝板。内装饰色彩淡雅,光线柔和。地面应铺设高档印花地毯。

5.3.5 驾驶室及舱室内走道

驾驶室及舱室内走道地面铺设高档地板;围壁与顶篷内装衬料用铝质轻钢龙骨、衬玻璃棉和铝箔,外表面贴装饰板或塑铝板。

5.3.6 游步甲板、首尾甲板及外走道

游步甲板、首尾甲板及外走道的地面铺设户外柚木地板。柚木地板具有耐水、耐磨、富有弹性、不易灼烧、不怕霉烂、耐酸碱、易洗涤、防滑等优点,适合作为船舶露天甲板及外走道的地面铺设材料。

舱室内家具、座椅均选用专业厂家生产的产品,或由专业生产厂家定做。

此种装潢方案仅供船东参考,船东可根据自身的意图选定装潢色调和风格。但本方案中的内衬材料及卫生间的装潢原则不可变动,以便控制总体装潢材料的重量。

6 舱室的隔音、隔热及减振降噪

为了改善船上的工作和生活条件,本艇在舱室的隔音、隔热及减振降噪方面,除了从机电设备的选型和主辅机的安装等声、振源方面控制外,在舱内装饰和螺旋桨的选取方面采取以下措施:

(1)舱室围壁、天花板内采用50 mm的玻璃棉隔热。

(2)机舱四周及顶棚内衬吸音岩棉,外覆铝质多孔吸音板。

(3)采用了适当的桨叶叶梢安装间隙及艉部流线形状,以减少螺旋桨处水流在尾部引起的振动。

(4)在机舱前壁、机舱顶部、主机座下及螺旋桨上方船壳板上贴一层阻尼涂料,使振动及噪声衰减加快,达到减振、降噪效果。

本船试航实测各舱室噪音控制指标见表 2。

表2 试航实测各舱室噪音控制指标

实船测试证明,本船在振动、噪音方面控制的结果满足总体设计的理念,满负荷运转时船体各部位振动小、噪音低。实测结果已达到国内同类型船舶的先进水平。

7 实船应用情况

本船于2010年6月 1日顺利下水,2010年 7月20日进行系泊试验,8月 25日在杭州钱塘江进行了航行试验,各项试验情况正常,总体性能优良,各项性能指标均达到了设计要求。