舰船高海情适航性试验分析

冯卫永

摘 要：在舰船基地定型试验中，随着基于舰艇能力考核试验的不断深化，舰船在高海情下的适航性试验已被逐步接受并开展。由于以前考虑到安全因素，该项试验一直处于比较尴尬的状态，一方面是需求的牵引，舰员迫切希望掌握舰船实际的操纵能力，另一方面又是自然条件、人为约束等不利条件的限制。目前随着海军“走向深蓝”，可能遭遇高海情的几率逐步加大，所以需要对影响舰船高海情航行安全性的因素进行系统了解。文章主要分析舰艇在高海情航行时舰船的实际能力，为决策者提供处置依据，并为设计制造角度提出高海情下压载、操纵等原则。

关键词：舰船；高海情；安全

引言

对于高海情下舰船适航性试验，涉及到多个方面的考核，如耐波性、结构强度、不沉性以及水密性等等，需要对多个方面进行分析。文从舰船设计和试验角度出发，总结了在船舶浮态、机构强度、稳性及耐波性等方面，通过军规和实际试验情况，分析我国高海情下安全性舰船实际情况，为设计和使用提供参考。

1 重量及浮态分布

为确保舰船在高海情下的安全，首先要保证舰船浮态良好，这是其他各项性能的基础，如稳性、不沉性和耐波性等。在设计层面，设计者一般从两个方面去考虑：一是优化总布置，对重量重心位置进行控制；二是下水服役后通过压载进行浮态调节，最终使得浮态能够控制在《舰船通用规范》要求的尾倾小于0.4%、横倾小于0.5°的设计水线长范围。舰艇重量分布问题对舰船的局部强度、总纵强度影响比较大，主要装备（如主副机、螺旋桨、空压机）等工作频率可能与舰船本身的震动频率产生共振，破坏船舶结构。在设计中，应使舰船重量沿纵向呈正态分布，一般需统计20左右站的重量分布。在进行适航性试验前，建议查看设计文件和完工文件，确定舰船重量的分布情况是否呈正态分布。

2 稳性

稳性主要表现在船舶的恢复力矩，当船舶受到外力作用发生倾斜，恢复力矩在外力消失后能够使船舶恢复到平衡位置。在大风浪环境下，考虑风力直接作用的影响，需考虑两个方面，一是要船舶要具有合理的初稳性高，适当控制船舶重量重心位置；二是要尽量减少船舶上层建筑的受风面积，以达到减少风阻的影响。

由于初稳性高与船舶回复能力和人员舒适度相关，鉴于船舶用途的差异，对初稳性高考虑的重点可能不同，如民用船舶对初稳性高的要求只有0.15米、稳性消失较大于55。可能倾向考虑人员的舒适度，而军用船舶要远远大于这一值，2500吨标准排水量的船舶，初稳性高要大于0.75米，稳性消失较大于80。相比较而言，各国的规定不尽相同，美国军用标准略低于国内标准。动稳性随的外力矩随横倾角φ相关，多半是随着φ的减小而增加，我国对于为计算方便，φ通常取定值。相比较而言，我国军用船舶的稳性裕度较大，而民用船舶，尤其是游船，一般设计的初稳性高较小，易发生事故，如东方之子号。初稳性高和稳性消失角是适航性试验理论评估的重要环节，建议试验人员对其进行复核计算。

3 耐波性

相对于新船型的定型，一般船舶耐波性首先进行理论计算，之后还要由水池模型试验来进行验证。各参数的理论计算通常采取三维仿真计算，在规则波中验证横摇、纵摇、横荡、首摇和垂荡5个自由度响应，求出流体动力剖面的附加质量和阻尼系数，求出不规则波中的运动响应统计值。在适航性试验中，首先利用舰艇上的传感器和运动参数仪器，测量横摇、纵摇、首部垂向加速度、尾部垂向加速度、中心附近的垂向加速度等参数，军船建议同时测量舰船的艏摇角、艏摇角速度、水平加速度、横摇加速度和角加速度、舰船首底部出水频率和抨击频率、轴功率和螺旋桨转速、垂荡、舰首相对波面的运动、抨击时的冲荡应力和首部抨击应力等参数。在每个航向上，都应当待航向和航速稳定后再测量，以确保试验数据的有效性。

4 不沉性

不沉性通常指舰船横倾角允许的最大值和最大扶正力臂允许的最小值等，就是当船舶制定数目的任意相邻隔舱对称或不对称进水后，舰船都能保持漂浮，不至倾覆沉没。《舰船通用规范》对舰船的最小浸水隔舱书和最小干舷值都做了具体规定，一般设计中都会进行相对的考虑。鉴定试验要对出现最差的装载状态进行校核计算，以验证设计的合理性，还要考虑舰船隔舱浸水后，出现的纵倾是否影响推进系统和螺旋桨的连续运转。相对于目前海军舰船作战和适航的海区逐步扩大，考虑到黄海北部、渤海等范围冬季结冰的实际情况，在设计过程中还要计算结冰稳性对排水量和重心的变化，这也是鉴定试验需要考虑的因素。

5 船体结构

船体机构从设计之初就应有结构强度和密性要求，鉴定中建议选取典型位置如主船体及上层建筑材料、结构形式、焊接材料的选型等进行验证。适航性试验中，需对总纵强度和局部强度进行校核。一是采用压力拾微器对对试验舰球鼻艏及1/4L区的地步抨击压力进行测试；二是在1/4L-3/4L区域内的上甲板边板内表面，沿船长方向均匀进行压力测试；三是进行局部应力测量，测量甲班、机舱等开口角出的应力，主机、主炮、长艏楼过渡区、以及防空反导装备等上层建筑前、后、侧壁的根部和弹性机头处的应力。

6 结束语

文章分别从浮态和重量重心、稳性、耐波性、不沉性、船体强度和结构疲劳性几个方面影响水面舰艇高海况航行安全性的方面进行系统的分析总结，通过与国外军规或民船规范的比较，了解到我国水面舰艇安全性设计所处的水平，提高船员使用信心，为指挥者和舰员提供参考。同时为保障舰艇在高海况下具有良好的能力，从水面舰艇设计者的角度出发，提出了高海况下装载及使用建议。通过与使用者交流，发现使用者较为关注水面舰艇在风浪流中实际的运动情况，而水面舰艇提供给部队的完工文件主要是静水力数据，基本没有考虑风浪作用的水面舰艇运动，这方面的研究将是下一步研究的重点。

参考文献

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