远洋鱿鱼钓渔船主尺度分析及船型优化

2013-01-11，，

船海工程 2013年5期

，，

(1.大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连 116023；2.江苏省运河航运公司船厂,江苏淮安 223002)

随着我国保护近海渔业资源战略的实施，近年来，越来越多的渔船开始进行远洋捕捞作业，鱿鱼钓渔船就是其中的主力船型之一。鱿鱼钓渔船最早在日本发展，因其渔法简单、渔获质量好而得到推广。我国自上世纪末开始发展远洋鱿鱼钓渔船，初期的船型以旧的拖网渔船改装而成，随着作业规模的不断扩大和新渔场的开拓，有必要对其船型优化进行深入研究。

1 型船数据的收集

我国远洋鱿鱼钓渔船的主要作业渔场最初是日本海渔场，后逐渐开发了北太平洋渔场、新西兰渔场、阿根廷渔场等，并形成了相当规模的专业性生产队伍，远洋鱿鱼钓业已成为中国远洋渔业的一大支柱产业[1]。近年来设计的一批鱿鱼钓渔船，同最初的改装渔船相比，明显体现了对远洋捕捞作业的适应性，具体分析如下。

1)自持力明显增加，一般不小于50 d，更适应去远海资源较好的渔场进行渔捞作业，且补给次数明显减少，减轻了渔业辅助船的负担。

2)对于鱿鱼钓船来说，其渔捞甲板上的主要设备有钓机、海锚起放绞车等[2]。近年来，我国自行设计和建造的专业鱿鱼钓船，在船长上有不断增大的趋势[3]。船长增大，既满足了渔捞作业对甲板面积的需要，又满足了舱容的需要，且改善了船员的居住条件和渔船的性能，尤其是渔船的抗风能力，使渔船更能满足远洋作业的要求。

3)速冻加工能力明显增强，一般每船配备冷凝压缩机组三台，速冻加工能力为30 t/d以上，且速冻温度低，渔获品质好。同时，极大改善了鱼舱及船员生活区的卫生条件，从而提高了渔获的卫生标准，可以供应国际市场。

在研究分析时，搜集了100余艘近10年来建造的、具有代表性的鱿鱼钓渔船基本资料。

2 主要参数统计分析

2.1 鱼舱容积

远洋鱿鱼钓渔船属于布置地位型船，其舱容的大小是决定能否满足装载的关键。渔船在营运中主要装载的为燃油、淡水以及渔获物[4]，因此，渔船的舱容为燃油舱、淡水舱及鱼舱的舱容之和。

其中鱼舱不仅是储存渔获物的处所，还要维持舱内较低的温度以达到对渔获物进行保鲜的目的，这点对远洋鱿鱼钓渔船尤其重要，因此首先应该考虑满足鱼舱容积的需要。经统计分析，得到远洋鱿鱼钓渔船的鱼舱容积V与主尺度立方数之间的回归结果见图1，回归方程为

(1)

式中：LPP——船长，m；

B——型宽，m；

H——舱深，m。

2.2 船长(垂线间长LPP)

船长是渔船主尺度中一个极其重要的尺度，与快速性、稳性、耐波性、舱容以及渔捞作业要求的布置与性能、渔船造价等密切相关，因此格外重要。远洋鱿鱼钓渔船不仅要满足冷冻鱼舱舱容的需要，还要满足钓机布置的需要，船长的取值必然增大。船长增大，布置的钓机数量增加，日渔获量也相应增加，但同时渔船造价也上升，钓机数量增加也导致投入增加。因此，应进行必要的经济技术论证，确定最佳船长，以确保最佳经济效益。

图1 鱼舱容积与主尺度立方数的关系

根据收集的资料，先计算渔船的主尺度立方数，然后经统计分析，得到远洋鱿鱼钓渔船的船长与主尺度立方数之间的回归结果见图2，回归方程为

LPP=4.419 3(LPP·B·H)0.315 7

(2)

图2 船长与主尺度立方数的关系

2.3 型宽B

渔船的型宽，取值较普通船舶为大，这样有利于布置捕捞设备、提高初稳性。运用线性回归分析，得到远洋鱿鱼钓渔船的型宽与船长之间的回归结果，见图3，回归方程为

B=2.282 7+0.132 0LPP

(3)

图3 型宽与船长的关系

2.4 吃水d

从耐波性考虑，“平均吃水”要小些，这会使得渔船的纵摇周期减小，并有利于缓和纵摇与起伏运动。但应注意不要过多减小真正的吃水值，吃水值过小，容易引起渔船前踵出水而产生拍击现象，对渔船强度不利。

从稳性考虑，吃水减小，大的横倾角时船舭部出水较早，稳性降低。因此，应根据其他参数，综合考虑。运用线性回归分析，得到远洋鱿鱼钓渔船的吃水d与船长Lpp之间的回归结果,见图4，回归方程为

d=1.131 3+0.046 1LPP

(4)

图4 吃水与船长的关系

2.5 型深D

在选取渔船型深时，除了要考虑重心高度外，还要考虑甲板下容积的需要，远洋鱿鱼钓渔船尤其要保证足够大的鱼舱容积。从经济性角度考虑，为避免造价过高，尽量不增加船长；从稳性角度考虑，为避免大倾角稳性不佳，不宜过多增加型宽。因此，增加型深是增加甲板下容积的惟一有效办法，所以远洋鱿鱼钓渔船型深的取值也较一般船舶为大。运用线性回归分析，得到远洋鱿鱼钓渔船的型深与船长之间的回归结果，见图5，回归方程为

D=1.323 6+0.124 6LPP

(5)

图5 型深与船长的关系

2.6 干舷F

干舷值决定储备浮力的大小。储备浮力通常以满载排水量的百分比表示，渔船约为50%左右[5]，对于远洋鱿鱼钓渔船这样类型的船舶，从安全性的角度考虑，其储备浮力至少要达到排水量的50%。因此，远洋鱿鱼钓渔船的干舷值也较其他类型的船舶为大。运用线性回归分析，得到远洋鱿鱼钓渔船的干舷与船长之间的回归结果，见图6，回归方程为

F=0.078 6LPP-2.454 9

(6)

图6 干舷与船长的关系

2.7 主机功率

远洋鱿鱼钓渔船的主机功率都有所增加，提高了航速，更能适应远洋作业的需要，但也有不利的一面，增加了造价和油耗。怎样使增大的这部分投入能带来有效的收益，是个值得研究的问题。运用线性回归分析，得到远洋鱿鱼钓渔船的主机功率与船长之间的回归结果,见图7，回归方程为

P=15.631 0LPP-80.001 7

(7)

图7 主机功率与船长的关系

2.8 尺度比

除了主尺度外，还经常采用船舶主要尺度间的比值表示船舶几何特性。远洋鱿鱼钓渔船的只要尺度比值见表1。

表1 远洋鱿鱼钓渔船的尺度比

3 船型优化

船型优化的目的是为了追求最佳经济效益。对于鱿鱼钓这样的捕捞渔船而言，影响其经济性的指标有：渔场资源丰饶程度K、鱼价FP、燃油价格OP、渔港到渔场的距离S、停港天数d，及船员工资等，这些因素通常称为外界环境因素。

渔场资源丰饶程度K，可归结为单网产量Q及主机功率P的函数，即K=f(Q,P)，可依据实船资料经统计分析算得。

因为外界环境主要表示渔场特征以及一些与之相关的渔港与渔业市场因素，故把外界环境因素称为渔场因素，可用式(8)来表示，即[6]

X=(X1,X2,X3,…,Xn)

(8)

式中：X——这个渔场的因素矩阵，

其中：X1，X2，X3，…，Xn——渔场资源丰饶程度K、资源质量的鱼价FP、油价OP、渔港到渔场的距离S、停港天数d,及船员工资等。

渔场因素决定了船型，即：B=f(X)。对每一个渔场而言，要找出适应这个渔场条件并获得最佳效益的船型，需要从众多的主机功率与自持力的船型中搜索得到。对于每个渔场因素，有且仅有一种能取得最佳经济效益的船型与之对应，这就是遥求得的“最优船型”，寻求最优船型的过程就是船型优化的过程。这种船型可用式(9)来表示，即

B=(b1，b2，b3，…，bn)

(9)

式中：B——适应渔场因素X的船型矩阵；

b1，b2，b3，…，bn——船型的主机功率、自持力、鱼舱容积、航速等。

选择了主机与自持力，可根据渔场资源情况求出舱容，然后可求出主尺度、排水量、航速等，然后以逐步近似的方法得到准确可行的方案，并计算经济性指标。关于渔船经济性评价的指标，应选取能全面代表渔船在其整个生命周期内的经济效果的指标来作为依据，这样才具有说服力。因此，选取净现值NPV。针对一系列的的主机功率与自持力分别进行计算，最终比较经济性，确定最优船型。

现代渔业提出了更高的要求，在渔船的生命周期内(一般取15年)，由于资源状况的变化和新渔场的不断开发，捕捞渔船在其生命周期内不可能始终在一个渔场作业[7]。也就是说，为了追求最佳经济效益，捕捞渔船需要去不同的渔场进行渔捞作业，因此，要求渔船的船型优化需针对多个渔场进行。

要找出最优船型，需经过二次搜索。即第一次搜索是对应于m个渔场的m个最佳船型，第二次要从这m个最佳船型的最大与最小主机功率中，搜索出通过m个渔场作业后获得最佳经济效益的船型。

如果有m个渔场，则渔场因素矩阵X可用下式表示，即

(10)

相应于渔场因素矩阵X，则与之对应的船型矩阵B可用下式表示，即

(11)

寻求最优船型的过程可以通过计算机编程来实现。目前计算机技术已普遍应用于渔船及相关领域，寻优的方法及编程语言有很多，可根据具体情况确定。但要注意，在寻优过程中，有时与初始值步长的选取有关，也有可能只得到局部最优解而找不到全局的最优解，所以，在这些方法搜索终止处要再次扩展寻优，也可以用搜索终止处的主机功率为初始点采用某些直接搜索法进一步搜索[8]。

由于渔船面临的上述复杂情况，真正搜索到适合多渔场作业的最优船型非常困难。如渔场资源丰饶程度K发生变化，其它条件也相应变化，以前求得的最佳船型已不能成为最佳船型，其它条件变化也是如此。因此，远洋鱿鱼钓渔船船型优化的最终目的是搜索到“满意船型”。“令人满意准则”由诺贝尔奖获得者Simon提出。他认为在某些情况下，应当用“令人满意解”来代替传统意义的最优解[9]。这种“令人满意准则”同样适用于渔船，在船型优化过程中，搜索出一个在大多数阶段或主要阶段其经济性是“满意”的，所以这个船型可以称为“满意船型”[10]，寻找“满意船型”的观点，已越来越为广大实践工作者所接受。