船舶模拟下水装置设计与应用

李洁

（渤海船舶职业学院，辽宁兴城125105）



船舶模拟下水装置设计与应用

李洁

（渤海船舶职业学院，辽宁兴城125105）

摘要：船舶下水是整个船舶建造工艺的一个重要阶段和组成部分，也是船舶建造工艺教学的一个重要组成部分。因此，依据船舶下水方式的特点和重要性，确定了开发设计船舶模拟下水装置的思路，即以重力式下水和漂浮式下水方式进行模拟装置设计，并详尽阐述了船舶模拟下水装置的用途、原理、使用方法、特色及应用前景。

关键词：船舶下水；模拟装置；开发利用

船舶下水是整个船舶建造工艺的一个重要阶段和组成部分，也是船舶建造工艺教学的一个重要组成部分。对船舶实际下水过程进行观察、记录、分析，是一种最有效的研究和教学方法。但是实际教学中受到的限制因素比较多，例如学生观看船舶下水机会少、船舶下水现场观测条件通常不够理想、真实船舶下水过程无法重复等等，总之仅仅借助实船下水进行船舶下水的教学和研究，受到很大限制，应该寻找其他有效途径，弥补这方面的不足。开发和利用船舶模拟下水装置，不失为一种进行船舶下水教学和研究的有效途径。

1　开发和设计思路

船舶下水是在船舶主体基本建造完成后，从建造区域移向正常漂浮水域的工艺过程。目前，多数大中型造船厂主要采用两种造船方式，

1.1模拟纵向倾斜船台和重力式下水

纵向倾斜船台是目前普遍使用的一种船舶建造和下水的形式。纵向倾斜船台具有的突出优点是，船舶在船台上建造，下水时不需要另外移动，只要通过降低沙箱高度，使船舶坐落到滑道上即可使船舶下滑入水。因而船舶建造和下水使用的场地比较紧凑，由于一般情况下不需要移船，所以也不需要专用的移船装置。纵向倾斜船台通常使用纵向涂油滑道、钢珠滑道，目前这两种滑道应用最为广泛。纵向涂油滑道是船台和滑道合一的船舶下水形式，在船舶建造史上拥有较长历史，具有简便可靠等优点。这种船舶下水设施一般是使用木材制作滑道，船体和滑道之间涂敷俗称“牛油”的油脂，起润滑作用，以克服摩擦阻力。船舶纵向下水时，尾部先入水，使船舶获得比较大的浮力。

通过上述分析，根据常用和便于实现模拟的原则，开发的装置模拟纵向倾斜船台下水方式，并模拟纵向涂油滑道下水。

1.2模拟造船坞和漂浮式下水

造船坞是低于水面，端部设有闸门，在闸门关闭后能将水排干以从事船舶修造的水工建筑物。它是一种既可以造船，也可以修船；既可以船舶下水出坞，也可以船舶进坞修理的设施。船坞通常由混凝土构成的坞墙、坞底和由钢结构构成的坞门及注排水系统等组成，具有水平船台的一些优点，船舶也是呈水平状态建造。采用船坞下水能大大地减化船舶下水工艺，适合建造大型船舶，目前已有可造40万吨级船舶的大型造船坞。

将水注入建造船舶的场所，依靠浮力使船舶自然浮起的下水方法，叫做漂浮式下水。现代漂浮式下水的主要设施是船坞，利用船坞的门把船坞内和船坞外水域分隔开，船坞的门本身具有蓄水舱和注排水系统，它们可以把水注入坞门蓄水舱里，这时船坞的门就会在水的重力作用下下沉，同时在船坞外的水压力作用下牢牢的贴在船坞门框上，起到隔绝船坞内外的作用。在船坞门关闭的情况下，随着船坞内的水逐渐被抽干，船坞内原来漂浮在水面上的船舶随之坐落在船坞的坞墩上，这时便可在船坞内造船或修船。船舶建造完成后，通过注排水系统将船坞外的水注入坞内，船舶在浮力作用下逐渐浮起，待船坞内的水面高度与船坞外的水面高度一致时，船坞门所受到的坞内外压力相等，这时抽出坞门内的水，坞门重量减少，浮力大于重力，坞门就会逐渐浮起，漂浮在水面，再通过推或拖的方式打开坞门，敞开船舶出坞通道，再把船舶拖出船坞，或把其他船舶推入船坞，完成船舶进出坞过程。然后，通过推或拖的方式使坞门回到关闭的位置，重复上述过程，进行下一个修船或造船周期。

通过以上分析可以发现，模拟造船坞和漂浮式下水是有一定技术难度的，关键在于坞门的注水、排水及关闭和开启，但是进行模拟是可行的、能够实现的。

1.3技术路线

综上所述，船舶模拟下水装置的开发应主要针对重力式下水和漂浮式下水方式进行，而针对重力式下水方式模拟的开发，应重点针对纵向倾斜船台下水方式的模拟开发。

目前国内外院校和科研单位对船舶下水的教学和研究，主要围绕理论计算进行，即流体力学、弹性力学、静力学等方面的计算和分析。因此开发船舶模拟下水装置只能在借鉴相关力学原理上进行创新。开发和设计思路是，针对目前多数大中型造船厂主要采用船台类型及常见下水方式，找出需要进行模拟和演示的关键地方，再设计开发实现这些目的的模拟装置。

模拟装置应适合高等职业教育的教学和研究特点，即在结构紧凑、直观实用、便于使用和维护的基础上，有一定技术含量，能够真正起到为教学和科研服务的作用。

2　模拟装置用途及原理

2.1船舶模拟下水装置用途

模拟装置使用目的是进行船舶下水原理的教学演示，使学生通过直观理解船舶下水装置的工作原理，从而进一步理解和掌握船舶实际下水过程，为研究和解决船舶下水遇到的实际问题、改进船舶下水工艺、创新船舶下水方法打下坚实基础。

由于船舶下水是个非常复杂的动态过程，为确保船舶和移船机械设备的安全可靠、生产的顺利进行，下水前应对其进行安全生产评估。分析船架在船舶将浮未浮之时是否出现侧倾或倾覆的可能性，船舶能否安全的平移漂浮下水或出现破坏甚至倾覆是必须考虑的一项问题。

影响船舶实际下水的因素很多，虽然通过理论分析和计算进行船舶下水研究是一种有效方法，但是也有一些局限，因为船舶实际下水过程中的受力非常复杂，很多影响因素还无法抽象为可以进行分析计算的数学模型，不能进行理论分析计算。但通过模型模拟船舶主要下水方式的下水过程，可以和其他研究方法取长补短，进一步推动教学和研究工作的开展。

2.2船舶模拟下水装置基本原理

模拟装置是将倾斜滑道和漂浮式下水集成在一起，使整个装置结构紧凑，便于操作。当坞门打开，水面升至倾斜船台底部时，解开船舶固定装置，使船舶沿纵向倾斜涂油滑道滑入水中，实现下水，即通过纵向倾斜滑道模拟纵向重力式下水。同时通过坞门的关闭、开启及坞内注水、抽水，实现船舶坐墩和漂浮，从而模拟船舶漂浮下水方式及原理。装置的主尺度为2 500×1 100×530 m，其船坞坞门内尺寸为1 250×1 100×350 m，坞门外尺寸为1 250×1 100× 530 m。

总体布置分为水坝、坞门、坞内、坞外、船台等几部分，如图1至图3所示。

图1　船舶模拟下水装备三维示意图

图2　坞门绕坞门轴的转动过程

图3　坞门进排水原理图

3　模拟装置使用方法

3.1倾斜滑道下水使用方法

将起始状态定置为坞门打开，即坞门内注满水，卧于水下。通过水泵向船坞内注水至淹没坞门50 mm，这样不影响船舶沿倾斜滑道下滑和进入正常漂浮状态。

完成上述工作后，打开船舶模型的固定装置，船舶在重力作用下沿倾斜滑道徐徐下滑并逐渐进入正常漂浮状态，即完成整个倾斜滑道下水过程。

学生应注意观察船舶在下水过程中速度、状态、浮态的变化，并认真做好记录，以便分析、研究。

3.2漂浮式下水使用方法

起始状态定置为坞门内注满水，卧于水下，船坞内也注满水，在这种状态下开启水泵将坞门内水通过坞门轴内的联通装置抽出，坞门浮力增加绕门轴浮起，逐渐关闭，完成坞门关门过程。

开启排水阀将船坞内水排出，坞内成为无水状态，模拟实际中可进行船舶建造或修理的状态。

打开进水阀向船坞内注水至与坞外水平面高度一致，因吃水增加，船舶渐渐浮起，最终达到完全浮起状态。此时，再向坞门内注水，坞门重力增加到一定程度就会绕坞门轴下沉，使坞门逐渐打开，完成坞门开门过程，最后船舶出坞。

学生应注意观察坞门在抽水和注水过程中状态、浮态的变化，并认真做好记录，以便分析、研究。

4　模拟装置特色及应用前景

现多数坞门门底装有绞链，排气和进水不通过绞链这个连接部位，装置较为复杂，同时工作可靠性较低。本产品与现技术相比，有实质性技术改进：首先，装置采用门轴式坞门原理，进排水均通过坞门轴内的连通装置实现，没有其他任何与坞门缠绕的装置，从而将整个装置简化；同时坞门的中心线与坞门重心在坞门厚度方向不重合，利用它与门的重心、浮心之间的距离作为力臂，通过坞门内进排水的控制，改变浮力矩与重力矩平衡关系，完成开门、关门动作。该装置能够使学生直观地了解坞门的工作原理，同时可为专业设计单位改进设计提供思路。

目前在全国船舶制造与修理及海洋工程类院校中，尚未开发出这种简便、直观的教具，所以投入教学中一定会受到广大相关院校教师和学生的欢迎，并能获得广泛需求，产生良好社会经济效益。同时，对于专业的船舶工业基础设施设计单位，受本产品启发，可以对坞门进排水通道进行改进，使装置简化，工作可靠。

参考文献：

［1］咸屹.中小型船舶滑道下水实例分析［J］.船海工程，2010 （5）:58-60.

［2］段文洋，王治安.半潜式船台船舶下水的动力学分析［J］.哈尔滨工程大学学报，2005（3）:285-287+306.

［3］李辉，于辉，李学菊，等.限制水域船舶纵向下水的动力学分析［J］.中国造船，2009（4）:61-66.

［4］高岚虹，叶家玮.船舶纵向重力式下水的预测模型［J］.船舶，2000（2）:19-22.

［责任编辑：刘月］

中图分类号：U671.5

文献标识码：A

文章编号：2095-5928（2016）03-35-04

DOI:10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2016.03.011

收稿日期：2016-03-20

作者简介：李洁（1980-），男，山东临沂人，实验师，学士，研究方向：船舶与海洋工程。即在船台上造船和船坞中造船，这两种造船方式对应的船舶下水工艺分别是滑道下水和船坞下水，其相应的船舶下水原理分别为重力式下水和漂浮式下水。对于在船台上建造的船只，我国所有大中型船舶均采用纵向下水方式，对于船坞中建造的船只，我国所有大中型船舶均采用漂浮式下水方式。

The Design and Application of Ship Simulation Launching Device

LI Jie
（Bohai Shipbuilding Vocational College，Xingcheng 125105，China）

Abstract:Ship launching is an important stage and component part of the whole shipbuilding process，and it is also the important part of shipbuilding process teaching.Therefore，according to the characteristic and importance of ship launching method，the researcher determines the design and development ideas of shipbuilding simulation launching device，ie the gravity launching mode and the floating launching mode.The application，principle，application method，characteristic and application prospect of the ship simulation launching device are also described in detail.

Key words:ship launching；simulation device；exploitation and utilization