13 m铝合金高速快艇的设计与研究

张 文

(江苏海艺船舶科技有限公司，江苏镇江 212009)

13 m铝合金高速快艇的设计与研究

张 文

(江苏海艺船舶科技有限公司，江苏镇江 212009)

针对13 m铝合金高速快艇特殊的作业特点及其复杂的作业水域条件，除了从控制重量即全船采用铝合金结构外，推进方式的选择也是本船着重考虑的环节。介绍了该铝合金快艇的船长、船宽、吃水等主要技术参数确定的思路以及总体布置情况，为提高船舶性能对船舶推进方式、线型、快速性等进行了分析，按照规范要求对船舶材料、船舶结构进行了选取，对舾装设备进行了配备，并进行了船模试验。经试航，实船技术指标达到设计要求。

铝合金艇;高速船;喷水推进;船舶设计

0 引言

13 m铝合金高速快艇作业于长江上游宜宾合江门至湖北鳊鱼溪河段，作业水域具有航道水浅、水流湍急等特点，本船的设计原则是如何使该船合理有效地完成航道测量作业任务。因此，如何优化船舶主尺度满足服务水域全河道测量的要求，提高船舶性能和设备配置满足急流航段的特殊要求，以及满足船舶作业性能等各项要求成为本船的设计核心。围绕上述要求进行了大量的分析和研究，最终确定本船为全铝合金结构、双台柴油机喷水推进的高速快艇。

1 主要技术参数及选取

1.1 主要技术参数

总长 13.06 m

水线长 11.0 m

型宽 3.60 m

型深 1.60 m

设计吃水 0.75 m

主机型号 VOLVO D7C TA

主机功率×台数 1 66 kW×2台

主机转速 2 300 r/min

喷泵DOEN DJ110

设计航速 33.0 km/h

航区 B级

1.2主要参数的选择

1.2.1 船长L的选择

(1)船舶使用要求角度:本船用于长江上游航道受限水域的航道测量，根据分析结果，船长应不大于14.8 m，并且船长越小越好，能在受限水域灵活掉头，提高测量效率和船舶安全。

(2)船舶布置角度:为了保护船尾喷水推进装置，假尾最小长度0.9 m，满足布置的机舱最小长度4.05 m、工作间长度5.4 m要求;同时考虑船舶外观造型的美观及规范要求等因素，实际选取船舶总长为13.06 m，水线长为11.0 m。

(3)快速性角度:影响船舶快速性最重要的2个参数是体积长度比C∇和长度傅氏数Fn。根据荷兰水池试验快艇的结果显示，剩余阻力系数CR随C∇增加而急剧增大，因此设计时应特别注意减轻艇体的重量。傅氏数Fn=0.5附近会出现剩余阻力峰，设计时应尽量避免在此傅氏数附近。

本船水线长为11.0 m，航速在30 km/h时的长度傅氏数Fn=0.802，阻力处于“谷”区，避免了阻力“峰”值。

1.2.2 船宽B的选择

本船的船宽主要根据舱室布置、稳性以及风浪中的适航性能要求选择确定。船宽过大会导致宽度吃水比很大，湿表面积增加而引起阻力增加;船宽过大还会引起初稳性值过大而横摇周期减小，船舶舒适度降低。设计时选择B=3.6 m，既满足布置要求，稳性也满足法规要求。

1.2.3 吃水d的选择

由分析可知，本船用于长江上游航道受限水域的航道测量，吃水受到限制，不大于0.8 m。在排水量、船长、船宽已确定的情况下，吃水取0.75 m，满足限制吃水的要求。此类快艇的方形系数大多在0.40～0.45 范围内，本船为 0.439，在正常范围内。

综上分析可知，本船选择总长13.06 m，水线长11.0 m，船宽3.6 m，吃水0.75 m。

2 总体布置

本船主甲板以上设单层甲板室，可以减小上层建筑侧投影面积，提高船舶在风浪环境下的适航性能，改善船舶的稳性，提高船舶的安全性能。具体布置如图1所示。

3 船舶性能

3.1 推进方式

由于本船航速要求大于30 km/h，主机功率较大，如果选用常规螺旋桨推进，吃水较小限制了螺旋桨直径，推进效率较低;另外，船舶尺度较小，线型很难处理，机舱和轴系布置困难，故采用了喷水推进方式。喷水推进特别适用于浅吃水，操纵极为灵活，调整倒车斗和喷嘴角度，可原地调头、侧移等。

图1 13 m铝合金高速快艇总布置图

3.2 线型

为提高和改善高速航行状态的适航性，本船中前部采用圆舭线型，后部采用折角线型，能有效增大横摇阻尼，减小横摇角度。

3.3 快速性

本船在满载设计吃水，风力不超过蒲氏2级，主机功率为100%M.C.R，船壳清洁，静深水水域状态下，单船自由试航速度为33.0 km/h。

4 船舶材料及结构

4.1 船舶材料的选择

如前所述，体积长度比C∇对阻力影响很大，因此减轻重量对排水量快艇特别重要。选用轻型设备，采用铝合金或玻璃钢作为船体和甲板室材料都是改善排水量艇快速性的有效措施。玻璃钢船舶具有制造工艺简单、成形好、造价低等优点，但其缺点是易老化，耐磨性、抗撞击性能较差。玻璃钢船的缺点恰好是铝合金船的优点，并且铝合金船成形工艺、焊接技术也很成熟。由于本船在受限水域进行航道测量作业时碰撞、擦底是不可避免的，船体材料耐磨性、抗撞击性能要好，因此全船选用铝合金材料。

4.2 船体结构

本船结构按《内河高速船入级与建造规范》(2012)对B级航区、J2级航段船舶要求进行设计。主船体结构形式为纵骨架式，主船体及甲板室板材采用5083-H321铝合金，型材采用6082-T6铝合金。

5 舾装及其他

5.1 锚泊设备

本船根据舾装数选配1只25 kg不锈钢快艇锚和长度30 m直径Φ16 mm的锦纶绳作锚索。

5.2 舱室的隔音隔热及减振降噪

本船舱室围壁、顶棚内采用陶瓷棉隔热;主机座部位及机舱前壁敷设T60型舰船用阻尼涂料，以减轻振动。

5.3 护舷

根据本船工作环境，本船沿主甲板边线设1道聚氨酯护舷以缓冲碰撞。

5.4 安全措施

本船设计除了满足法规对高速船稳性的要求外，还在工作间地板下填充发泡剂，减少破舱时的浸水深度，提高船舶的抗沉性。

6 船模试验

为准确预报实船阻力，检验设计航速等指标，委托武汉理工大学根据船型及该船的性能资料等技术文件，制作了船模，进行了阻力试验。试验结果及航速预估如下:

(1)测试数据分析表明，测试结果的规律性较好。

(2)分析数据及实验现象可得如下几点结论:

①船舶光体时，尾倾严重，首部喷溅较大，阻力较大;

②安装垂直尾板后，尾倾得到较大改善，首部喷溅减小，船舶总阻力大为减小，垂直尾板效果非常明显，故实艇尾部垂直板底线下垂15 mm。

(3)航速预估:主机功率为2台×166 kW，在满载(尾封板下垂15 mm)时，额定转速下，航速可达33.0 km，达到设计预期效果。

7 结语

该型高速艇已进行了批量建造，船舶完工后先后进行了倾斜试验、系泊试验、航行试验，船舶浮态良好，实船技术性能指标达到或超过最初的设计要求，船体制作、内部装饰、机电设备的安装等均达到预期效果，得到了船东的充分肯定。

［1］ 林明锦.高速圆舭快艇-20 m级巡逻艇总体设计［J］.船海工程，1993，32(5):33-41.

［2］ 仇道良.高速圆舭排水艇的线型设计和阻力试验研究［J］.中国造船，1987，32(1):26-37.

［3］ 董亮，杨松林，王义，陈淑玲.高速船推进性能优化设计［J］.中国造船，2008，49(3):127-135.

［4］ 刘永涛，赵永生.200 t高速穿浪双体渡船喷水推进器设计［J］.江苏船舶，2006，32(5):4-9.

U662.2

A

2014-12-20

张文(1979—)，男，工程师，从事船舶设计研究工作。