玻璃钢延绳钓船主尺度均衡性探讨

刘和炜 王永生

（中国水产科学研究院 渔业机械仪器研究所 上海200092）

玻璃钢延绳钓船主尺度均衡性探讨

刘和炜 王永生

（中国水产科学研究院 渔业机械仪器研究所 上海200092）

为提高玻璃钢延绳钓船设计水平，基于农业部渔船标准化数据库中的钢质延绳钓船样本船，建立回归公式，推导出回归船型的主尺度，与对照组的玻璃钢延绳钓船进行比较，据此提出用于比较延绳钓船设计均衡性的公式。结果表明：在捕鱼工具一致的情况下，尺度较短的船更具有经济性。考虑到玻璃钢的弹性模量偏低，其长度不宜过长。

玻璃钢；延绳钓船；主尺度；均衡系数

引 言

玻璃钢以其轻质高强和抗生物附着的特性，在日本、韩国以及我国台湾地区的渔业界得到广泛运用。据统计，截止到2013年，日本有各类玻璃钢渔业船舶共计241 358艘，634 917.53总吨，16 705 305 ps（12 278 399.18 kW）［1］，船长不超过30 m，一般为26 m左右［2-13］。目前，大陆从台湾地区引进的玻璃钢延绳钓船总长甚至接近40 m。此外，在农业部渔检局渔船标准化研究中发现，国内玻璃钢延绳钓船的相关主尺度比与钢质延绳钓船主尺度比存在较大差异。这些差异会对延绳钓船的经济性产生影响，因此有必要就玻璃钢延绳钓船的主尺度及主尺度比对延绳钓船的影响进行研究，以期有助于以后玻璃钢延绳钓船的设计。

1 回归船型的建立

回归样本来自于农业部渔船标准化数据库中入库企业的13条钢质延绳钓船，回归公式如下：

式中：λ为垂线间长与设计吃水0.25次方的比值；φ为型宽B与设计吃水0.25次方的比值；LPP为垂线间长、B为型宽、D为型深、d为设计吃水，此四者单位均为m；VF和VO分别为鱼舱容积和燃油舱容积，m3；Δ为满载排水量，t；GT为总吨，t；V为满载状态下的设计航速，kn；PH为满载状态下按设计航速用于船舶航行的主机功率（即扣除主机所带额外负载功率），kW；PF为辅助功率（即运行的辅机功率和主机所带负载功率之和），kW。

本文目标船型为39 m玻璃钢延绳钓船和36.6 m玻璃钢延绳钓船，两目标船型的设计航速均为12 kn。为便于比较，回归船型的航速设定为与目标船型一致。

2 目标船型与回归船型的比较

2.1 航行能耗比较

由于延绳钓船的主机不带负载，故航行功率即为主机功率，辅机功率即为辅助功率。四型船的海军系数依据表1中次序分别为131.27、113.94、153.01和150.53。由海军系数定义可知，其值越大，则意味着单位功率的效率越高。可见，航行能耗依次为：回归船型1＜回归船型2＜目标船型1＜目标船型2。

2.2 捕捞能力比较

延绳钓船一般有两种作业方式：

（1）每年往返一次作业。其间在海上进行补给，并有运输船转载渔获，一年转载5～3次。

（2）每年3航次作业。每航次114天，其中放钓作业为100天，渔获自带回港［15］。

有资料表明，第一种方式，按一年转载5～3次计算，平均每次作业周期为51～85天［16］。

本例中，目标船型1原定容绳量为120 000 m，后拟改为180 000 m；目标船型2的容绳量为120 000 m。为便于比较，四型船的容绳量均取为120 000 m。以相邻支绳间的干绳长度为50 m计［15］，钩子数为2 400把。上钩率则取东印度洋、中大西洋和中东太平洋三处上钩率的平均值（为1.02%）［17-19］，每尾鱼均重以35 kg计［15］。因延绳钓船主要钓捕黄鳍金枪鱼、长鳍金枪鱼和肥壮金枪鱼［20］，故冷冻切片时，鱼的体重比例取三者的平均值（为0.686）［20］，鱼舱堆放鱼按0.5 t/m3计［20］。四型船在两种作业方式下的渔获量和对应的所需舱容以及所需舱容占鱼舱总舱容的比率（即鱼舱利用率η）见下页表2。

从上文可知，捕捞能力与钩数有关，而钩数与容绳量有关容绳量越大，则延绳钓船的捕捞能力越强。鱼舱利用率依次为：回归船型2 ＞回归船型1 ＞目标船型1 ＞目标船型2。

2.3 持续能力比较

由于目标船型的主机仅仅用于航行，故目标船型航行功率和辅助功率即为主机在各自航行状态下的主机功率和辅机功率。目标船型1的航行功率所对应的耗油率为212 g/kW·h，辅助功率所对应的耗油率为214 g/kW·h；目标船型2的航行功率所对应的耗油率为212 g/kW·h，辅助功率所对应的耗油率为207 g/kW·h。为便于比较，将回归船型的耗油率、船员人数，与对应目标船型1保持一致。

延绳钓船自由航行时间取为4 h，航速12 kn；投绳航行时间为6 h，投绳航速11 kn；起绳航行时间14 h，起绳航速为5 kn［21］。据海军系数定义知，投绳状态时的主机功率为自由航行状态下主机功率的（11/12）3倍，起绳状态时的主机功率为自由航行状态下主机功率的（5/12）3倍。辅助设备按每天运行24 h考虑，燃油密度按0.85 t/m3、装油量按油舱舱容的97%计，则依据上述作业时间，在各自持久时间下的鱼舱利用率见表3。

该表中：持久系数s=燃油质量MO/（每天航行功率对应的油耗+辅助功率对应的油耗），其体现一次装油料出航持续捕鱼的能力。s越大，意味着补油所占用的时间越少（燃油质量MO的单位为t）。

鱼舱利用率η为依据持久系数s得出的渔获所需容积与鱼舱舱容的比值。该比值越大，说明鱼舱舱容和渔具、油舱舱容的匹配越合理。所需容积为上钩率、钩子数、鱼重和鱼体重比这四者的乘积除以鱼舱堆放质量。

从表3可知，持久性依次为：回归船型1 ＞回归船型2 ＞目标船型2 ＞目标船型1。较高的持久性意味着补油耗时较少。

2.4 作业能耗比较

从表2、表3可知，四型船的鱼舱容积均远大于所需容积。对于冷冻（藏）渔船而言，过大的舱容意味着过大的制冷能源消耗。

表2 两种作业方式下的鱼舱利用率对照表

表3 各持久时间下的鱼舱利用率对照表

3 船舶均衡系数与人均船舶均衡系数

3.1 定 义

根据前一章所述，可知各船的单项优劣次序并不一致，因此有必要建立一个能综合评价延绳钓船的公式。

渔船具备四个功能，即航行、生活、捕鱼和储鱼，故从船舶硬件衡量渔船均衡性公式应包含上述四方面的数据。因此，可以依据乘法原理提出船舶均衡系数。为表达简洁计，船舶均衡系数

人均船舶均衡系数

式（11）和式（12）中各参数简述如下：

c为航行能耗系数，即海军系数。c越大，则意味着承载Δ2/3V3所需能耗越小，其中采用的功率为PH。

作业系数z为GT与PF的比值。z越大则意味着船舶在生活、捕鱼、冷冻（藏）等方面所需能耗越小。该系数体现了作业的经济性。

渔具系数j体现渔船捕获鱼的能力。下钩数量有两部分组成：第一部分由航速、渔区、鱼类等因素决定，第二部分与船舶长度构成线型函数［15］。实际作业中，当第一部分决定的放绳长度大于容绳量时，则容绳量决定下钩数目；当第一部分决定的放绳长度小于容绳量时，第二部分放绳量与钩子数由作业人员的主观意愿决定，一般是尽可能多放。因此，延绳钓船的渔具系数j可用容绳量衡量。

船员人数p体现船舶自动化程度和人力成本。

3.2 e式在设计中的运用

上述四型船的e及e′见表4，其中回归船型的设备油耗率以及船员人数取值与目标船型1一致。

表4 e值对照表

由表4可知，四型船均衡的系数依次为：回归船型2 ＞回归船型1 ＞目标船型2 ＞目标船型1。四型船e及e′所体现的船舶均衡性趋势与c、z、j、s、η各单项所体现的趋势并不完全一致，这正是e式存在的意义。在一般渔船设计中，船东往往希望渔船长度尽量大一些，以便多载渔获；希望速度快一些，能较其他船舶早些到渔场。然而船体增大以及速度的提高意味着建造成本和运行成本会增加。运用e式有助于避免在设计中因过分强调单项优势而导致设计失衡。e式中的渔获由j体现，能耗由c、z体现，作业额外成本由s、η体现。

对于一艘渔船，可通过调整e公式中的诸参数来增大e值，使船舶具有良好的均衡性，从而进一步提高渔船的经济性：

（1）提高参数c的措施——降低PH

采用较小的Cb以降低兴波阻力［22］；在兴波阻力系数相同的情况下，降低湿表面积有助于降低兴波阻力［22］；加大吃水，以增加螺旋桨浸深，提高推进效率。

（2）提高作业系数z的措施——降低PF

满足预期渔获量的鱼舱空间是合适的，过大的鱼舱会导致制冷功率增加。

（3）提高鱼舱利用率η的措施

在主尺度和渔捞设备确定时，可适当减小鱼舱，增大燃油舱；主尺度可微调时，采用较小的Cb或适当缩短船长；在主尺度允许的情况下，可通过加大j的方式来提高η。

提高持久系数s的措施：前述提高c、z、η（提高j的措施除外），均能提高s。

3.3 e式在经济性比较中的运用

用e值判定船舶经济性的优劣具有阶梯分布性。目标船型总长为39.00 m，安装容绳量为180 000 m的投绳机［23］，其c、z、s值均不变，j由120 000 m增至180 000 m，η由0.14增至0.21，e由89增至199。此时，目标船型1的e值虽然低于回归船型1的e值，但由于渔获的价格远远高于船舶造价及燃油价格，其经济性仍高于回归船型1。因此，欲用e值比较船舶的经济性，前提必须是两者的渔具性能具有等同性。

由于实际渔具是船长的阶梯函数［23］，因此从前文分析可知，位于同一阶梯并且Cb较小、主尺度较短、湿表面积较小、鱼舱和油舱容积较均衡的延绳钓船e值更高，经济性更佳。

3.4 对于玻璃钢延绳钓船的论述

玻璃钢因轻质高强获得青睐，但其弹性模量偏低。若玻璃钢船长度过长，则船体梁会出现刚性不足的问题。解决此问题的措施一般可通过加大船体构件或提高船舶的深宽比以提高船体梁的惯性矩；也可减小船舶的长度，以降低船体梁所承受的弯矩；还可以提高船体材料的弹性模量。加大构件尺寸，会增加船体质量；增加高弹性模量纤维（如碳纤维），则会提高制造工艺上的难度。因此，加大深宽比或合理降低船舶长度是最为有效的措施。从回归船型与目标船型比较可知，目标船型采用较低的Cb和较短的船长更具合理性。

3.5 实例验证

以实船来验证，对照船型1与对照船型2均为钢质船舶，其数据皆来自于农业部渔船标准化数据库。为增强对比性，故依据海军系数，将对照船型1和对照船型2分别对应变换为对照船型11和对照船型22。表6为实例对照表，其中航速时段的分配、上钩率、每尾鱼均重、冷冻切片时鱼的体重比例以及鱼舱堆放质量等均与前文相同。

从表5 和表6数据可见，目标船型若采用对照船型的主尺度，其制造和运行成本都会降低，这也证明了本文3.2中所述的结论，e式具有合理性和可用性。

表5 实船主尺度对照表

表6 实船e值对照表

3.6 e公式的拓展

由于围网渔船和拖网渔船同样存在c、z、j、s、η、p等因素，因此围网渔船和拖网渔船也可借鉴e公式，但围网渔船的j为围网渔船跑纲张力公式定义中的缩结长度乘以缩结高度衡量［20］，拖网渔船的j可为拖网渔船拖力公式定义中的网口周长乘以网具总长度衡量［24］，其他各参数意义同前。

4 结 论

综上所述，可得出以下结论：

（1）鉴于玻璃钢低弹性强度的特点，在满足延绳钓船各项性能的前提下，应缩短船长、提高深宽比、取较小的Cb并且依据渔捞设备的工作能力，合理配置燃油舱与鱼舱的容积，从而提高船舶均衡系数。

（2）船舶均衡系数公式可用判定延伸绳钓船的均衡性，用以指导延绳钓船设计。

（3）延绳钓船的经济性呈阶梯型特征。在每一个阶梯上，Cb较小、主尺度较短、湿表面积较小、鱼舱和油舱容积较均衡的延绳钓船经济性更佳。

（4）本文虽提出将船舶均衡系数公式应用于拖网渔船和围网渔船，但鉴于数据的缺乏，尚需日后予以例证。

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［6］海洋水产システム协会. 渔船建造许可一览表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，119：111.

［7］海洋水产システム协会. 渔船建造许可一览表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，120：108-109.

［8］海洋水产システム协会. 渔船建造许可一览表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，121：112.

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On balance of main dimension of GFRP longliner

LIU He-wei WANG Yong-sheng
(Fishery Machinery And Instrument Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200092 China)

This paper has built a mathematical regression formula according to the sample steel longliner from Ministry of Agriculture Standardization Database, and derives the main dimensions of the regression ship type. In comparison with the GFRP longliners in the control group, the equations for the comparison of the design balance of longliners are proposed to improve the design level of the GFRP longliners. The results show that the shorter longliners are more economic based on the same fi shing tools, especially for GFRP longliners with allowance for the lower elastic modulus of GFRP.

glass fi ber reinforced plastics(GFRP); longliner; main dimension; balance coeffi cient

U674.4+2

A

1001-9855（2017）01-0029-06

渔业船舶技术法规体系研究（编号2016YJS013）；该文受“中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所基本科研业务费”资助。

2016-09-18；

2016-09-29

刘和炜（1973-），男，高级工程师。研究方向：渔船审图。王永生（1981-），男，工程师。研究方向：船舶设计。

10.19423/j.cnki.31-1561/u.2017.01.029