22 m航标船改进设计

李书丰，程献兵，纪 伟，李云芸

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003；2.扬州金海洋船舶设备有限公司，江苏 扬州 225000)



22 m航标船改进设计

李书丰1，程献兵2，纪 伟2，李云芸1

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江 212003；2.扬州金海洋船舶设备有限公司，江苏 扬州 225000)

为适应新的航道条件，22 m航标船进行改进设计。首先适当增加船长，合理优化舱室布置；其次分析浅水阻力，减小干舷船侧受风面积，以提高船舶稳性和抗风能力,然后合理匹配螺旋桨，使其适用于浅水水域航行；最后选用性能优越的主机，并采用高弹联轴器加隔振垫的连接方式等，以降低舱室噪音。该船目前已投入使用，达到设计要求，得到用户好评。

航标船；浅水效应；减振降噪；改进设计；

0 引言

22 m航标艇改进型是新一代内河航标艇，主要用于苏北洪泽湖水域的航政执法、航政设施维护、会务接待等。

据了解，洪泽湖正常水位常年保持在13 m左右，正常通航水位为12.5 m，最大水深约为5 m。因自然、人为的原因，洪泽湖水位有所降低，特别是高温干旱时节，同时受上游无水、农业灌溉的共同影响，水深在3.3 m左右，水位已低于正常通航水位，使得500总吨以上的船舶航行非常困难，船舶极易搁浅，载重较大的船舶不得不限制通航[1]。原先在洪泽湖航行的22 m航标船在目前水域情况下，由于浅水效应，使航行阻力增加，为避免船舶主机超负荷运行，只能降速航行，因此有必要对22 m航标船进行改型设计，以改进舱室的布局，提高船员及执法人员舒适方便的工作环境和生活条件，且能适用于浅水水域航行，保证航道运行的正常管理。

1 特点和主要参数

1.1 特点

22 m航标船为单底、单甲板、横骨架结构形式，主船体、甲板室均为钢质全焊接结构，采用双机、双桨推进。本船具有以下技术特点：

(1)采用带短折角线CSSRC高速圆舭艇线型，可提高快速性、改善适航性。

(2)艏部采用压浪条，以减少甲板上浪。

(3)采用5叶高速螺旋桨，达到提高推进效率、减小船体艉部振动和降低舱室噪声的目的。

(4)采用综合减振降噪措施，使舱室噪声达到70 dB(A)左右。

1.2 主要技术参数及性能指标

总长LOA

26.7 m

最大船长LE

～27.6 m

水线长L

25.0 m

船宽B

5.40 m

型深D

2.35 m

设计吃水d

1.25 m

排水量Δ

～71 t

航速V

20 km/h

主机型号

沃尔沃D7A T

主机功率×转速×台数

126 kW×1 900 r/min×2

续航力

150 km

船员

6人

乘员

10人

2 总体布置

为提高船上人员的工作环境和生活条件，本船船长较原船增加了4 m,因而需要重新布置舱室,并对其合理优化。

2.1 主甲板以下的底舱布置

本船主甲板以下共设4道水密横舱壁，将主船体从艉至艏依次分隔为舵机舱、机舱、空舱、休息舱、艏尖舱。

(1)从艉至Fr5为艉尖舱兼作舵机舱。甲板上设1只铝质舱口盖。舵机舱内设有1台电动液压舵机，左右舵柄通过连接杆连接实现双舵同步。

(2)机舱位于Fr5至Fr20，总长7.5 m。机舱内设有机械通风，并在两侧机舱升高棚设有舷窗，供机舱采光通风。舱内安装2台D7A T船用高速柴油机和2台120C齿轮箱。

(3)空舱位于Fr19至Fr30。其中，设1个独立燃油箱(与船底结构分隔)，装载燃油～3.5 t；1个约5 m3压载水舱、1只约2 m3清水箱。

(4)Fr30至Fr44基线以上950 mm处设置休息舱，主要用于随船人员休息使用。内部设置8张单人沙发和1只茶几、1只电视柜，另放置2套带监控设备的工作桌椅。机舱和船员舱室之间采用空舱进行物理分隔以减少噪音。在两侧甲板以上设有矩形窗，供舱室采光。

(5)艏尖舱位于Fr44至艏。舱内设有锚链箱，并可用于储存缆绳等物件，通过设在甲板上的钢质风雨密舱口盖进入。

2.2 上层甲板室布置

22 m航标船上层建筑位于主甲板上中部，两侧设700 mm宽外走道，侧壁采用2%内倾，外走道仅设置风暴扶手，不设栏杆，以减少船舶靠泊横摇时对上层建筑的影响。上层建筑采用一层半的布置形式。驾驶室升高800 mm，下方设置随船人员休息舱室。主通道及航政指挥室(兼会议室)、配餐间、卫生间设于驾驶室之后，层高均为2 300 mm。这样可以尽量减小船侧受风面积，降低上层建筑的高度，从而降低重心，提高船舶的抗风能力及适航性能。

Fr27至Fr30为舱室主通道。通道向艏设置上驾驶室的梯道，以及下船员舱室的梯道。舱室通道与驾驶室连为一体，驾驶室后部采用不锈钢栏杆加以保护。Fr18至Fr27为会议室，设有2只3人高级真皮沙发、2只单人高级真皮沙发、2只木质茶几，前部配茶具柜、液晶电视等，为船上主要工作场所，满足本船航政执法及会议使用。会议室往后右舷设置卫生间，左舷设置配餐间。在配餐间后壁设1扇铝质风雨密门通向机舱升高棚甲板。

22 m航标船总布置如图1所示。

图1 22 m航标船总布置图

3 快速性

本船为傅氏数0.36的圆舭艇，阻力估算按圆舭艇船模阻力实验图谱近似计算而得。首先根据图谱估算深水剩余阻力CR，然后用平板公式计算摩擦阻力CF，从而得出总阻力RT。通常阻力估算是假定船在无限宽广深水中运动的状态下，实际船舶航行时受水深和航道的限制，其所受的阻力将不同于在深水水域中航行时的情况。

12届国际船模试验水池会议(ITTC)推荐的实船试验不计浅水影响的最小水深h公式为：

(2)h>2.75 V2/g

式中：B为船宽，B=5.4m；d为吃水，d=1.25m；V为航速，V=20km/h=5.56m/s；g为重力加速度，g=9.81m/s2。

经计算,式(1)h>7.8m，式(2)h> 8.7m。

本船航行于洪泽湖水域，水深约5m，小于规范最小水深h的要求，受浅水阻力影响。

文献[2]提供一个不考虑L/d影响时的通用浅水阻力修正图谱。其中，横坐标为傅氏数Fr，纵坐标为浅水阻力修正系数η，水深船长比h/L作为参数。η为浅水剩余阻力CRH与深水剩余阻力CR系数之比，η=CRH/CR。图2为h/L=0.2时修正系数η的示意图。假定不同航速下的傅氏数由图中可查得相应的η值，换算出浅水剩余阻力，继而得到总阻力曲线。阻力估算结果见表1。

图2 浅水阻力修正系数η示意图

表1 阻力估算结果

本船在此确定的浅水阻力基础上，匹配1对B型5叶螺旋桨，直径为0.86 m，螺距比为0.9，盘面比为0.605。在水深5 m，船体水下部分无污底，船舶满载，风力小于蒲氏3级，水面波浪小于2级，潮流平稳，主机处于100%最大持续功率(MCR)状态下，选用此螺旋桨可以使设计航速达到20 km/h。

4 舱室的隔音隔热及减振降噪措施

为了减少振动降低舱室噪音，提高船上人员的舒适度，本船选用了性能优越额定转速较低的沃尔沃主机，并采用高弹联轴器加隔振垫的连接方式。除此之外，在舱内装饰和螺旋桨的选取方面采取以下措施：

(1)在舱室布置上，将机舱与航政指挥室(兼会议室)、船员生活舱室采用隔离空舱进行物理分隔，以降低工作、生活舱室的振动、噪音。

(2)机舱前壁及与上层舱室相邻部分均内衬陶瓷棉防火材料，外设微孔吸音板，既满足防火分隔要求又能隔音降噪。所有甲板室的顶板、侧壁板内采用50 mm的玻璃棉隔热、吸音，外设铝扣板或铝塑板，达到减少船舶自重和吸音降噪目的。

(3)采用5叶螺旋桨，适当增加桨叶叶梢与船壳板的间隙，以减少由螺旋桨自身及水流引起的艉部振动。

(4)在振动噪音来源处，如主机座下、螺旋桨上方的船壳板上，并在机舱前壁及与生活舱室相邻部分涂一层阻尼涂料，可有效控制声音传播，起到隔音降噪的作用。

5 结语

与原22 m航标船相比，本船做了以下几个方面的改进：

(1)适当增加船体尺度，优化舱室布局，并采取有效的舱室隔音、隔热及减振降噪措施，从而改善了船上人员的工作环境和生活条件。

(2)减小干舷、船侧受风面积，降低船体重心，以提高船舶的稳性和抗风能力。

(3)合理匹配螺旋桨，以适应浅水水域航行。

该船于2016年11月底交付使用，在洪泽湖水域航行最大航速为20 km/h，达到了设计要求。

[1] 汤苗苗，杨海飞，张军.江苏洪泽湖水位降至12.1 m低于正常通航水位[EB/OL].(2011-05-26)[2016-08-30].http://roll.sohu.com/20110526/n308653551.shtml.

[2] 邵世明,赵连恩,朱念昌.船舶阻力[M].北京:国防工业出版社，1995.

2016-09-05

李书丰(1981—)，男，工程师，主要从事船舶设计工作；程献兵(1978—)，男，工程师，从事船舶与海洋工程建造工作；纪伟(1982—)，男，工程师，从事船舶与海洋工程建造工作。

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