浅淡船长12m以下渔船的设计

摘 要："船长12m以下国内海洋捕捞渔船标准化船型定型"是浙江省海洋与渔业局2016年计划任务"浙江省国内海洋捕捞渔船标准化船型定型"的一部分。为增长渔业经济、增加渔民就业岗位，积极配合政府相关政策，设计了一种安全、舒适、船长小于12m的小型钢质海洋渔船。

关键词：小型渔船；12m以下；舵叶结构；强度校核

“标准化船型定型”的开展不仅能为全省国内海洋捕捞渔船的更新改造提供技术支撑，同时也能促进我省海洋捕捞业健康持续的发展和渔区社会的和谐稳定。因此，设计出安全、实用的船型显得尤为重要，以下为简要介绍其船型概况、舵叶强度校核等。

一、总体概况

1.船型及用途

本船系沿海航区作业的钓具船，船体按《渔业船舶法定检验规则——内河、玻璃钢、海洋木质及小型钢质渔业船舶法定检验技术规则》（2002）[以下简称《法规》（2002）]和《渔业船舶法定检验规则─船长大于或等于7m但小于12m沿海渔船法定检验技术规则（2009）》[以下简称《法规》（2009）]的有关要求进行设计。本船为钢质、单甲板、单底、单机、单桨、单舵、横骨架结构的船舶，限白天航行于距岸或庇护地不超过20海里的沿海海域。

2.船舶主尺度及参数

总长LOA=13.00m 垂线间长LPP=10.50m 型宽B=2.30m 型深D=1.05m 设计吃水d=0.75m 肋骨间距S=0.50m 设计排水量△=11.50t 总吨位GT=8 船员定员：2P 设计航速 8kn

3.总体布置情况

全船共设有5水密横舱壁；舱底设有舵机舱、机舱、燃油舱、鱼舱、网具舱和艏尖舱；

主甲板设有甲板室、作业区、两个鱼舱舱口和一个网具舱舱口；艏升高甲板布置有锚泊和系泊设备等；驾驶顶甲板布置有信号杆、左右舷灯、中高频导航通讯设备天线，尾端布置尾灯一盏等。总布置见图1。

4.船体结构

本船结构根据《法规》（2002）的相关要求进行设计，船体为单甲板、单底、横骨架式全电焊结构；主船体结构材料采用CCSA级结构钢建造。在结构设计时，在构件及型材满足规范要求的前提下，取最合理的构件尺寸及板厚，以减轻船体构件的重量。

5.稳性

本船按《法规》（2002）及《法规》（2009）等相关修改通报按沿海航区作业的渔业船舶的要求进行校核并满足要求。

6.推进系统

主机选用ZS195GM型主机1台，额定功率8.8kW，额定转速2000r/min；16A型齿轮箱一台，减速比3：1；螺旋桨数量 1只、螺旋桨为3叶、直径为760mm、材料为不锈钢。

二、舵叶的强度校核

根据《法规》（2002）规定：单板舵的厚度应不小于5mm。水平加强筋的厚度不小于5mm，高度不小于40mm，间距不大于0.5m；在舵杆至舵叶后缘的1/2处，其高度不变，再向后缘可逐渐减小至消失。所以我们可以从规定中看出，舵叶的材料尺寸大小可以直接取值，但是往往在其他规范的舵叶强度计算中，舵叶的构件取值都是与舵叶面积和航速有关系，所以我们需要思考直接取值的材料大小，是否能满足强度要求。在此我们需要对比验证，先按规定确定舵叶的材料尺寸，然后再用直接计算进行校核强度。过程如下：

1.按《法规》（2002）规定的最低要求实取舵叶的材料尺寸：如图2所示。

2.单板舵舵叶厚度

舵叶强度计算，可将单板舵后缘视作完全自由，三边刚性固定的刚性板，并承受水流的均布载荷（摩擦阻力）。根据结构力学，在长边中点处为最大弯矩Mmax=KPS2，式中：k为力矩系数，查《船舶设计实用手册》，取K=0.0139；P为单位舵面积上水压力，kg/m2。

根据傅汝德公式计算摩擦阻力Rm为：Rm=fΩV1.825，其中f为摩擦阻力系数，按下式计算：f=γ[0.1392+0.258/（2.68+L）][1+0.0043（15-t）]=0.147，其中t为水温，单位舵面积水压力P=Rm/Ω=0.147V1.8252，取P=0.147V2按（σ）=6M/t2=165N/mm2，得舵板厚度t=1.39SV，式中：S为水平加强筋间距，m；V为船舶设计最大航速，kn。

3.舵叶水平加强筋

经分析，设单板舵水平加强筋间距为a，并设加强筋在舵中心处为刚性固定，如图2所示。

根据材料力学，固定端点的最大弯矩：Mmax=1/2Pnb，作用在舵叶的法向力Pn按原始乔赛尔公式计算：Pn=9.81×41.35sinα×abV2/（0.195+0.305sinα），

取α=35°，并将航速由m/s转换为kn，已知1kn = 0.5144m/s，

Pn=9.81×41.35sin35°×0.51442×abV2/（0.195+0.305sin35°）=166.4 abV2 N，M=1/2Pnb=8320ab2V2N.cm，根據W=M/[σ]，取[σ]=20000 N/cm2，W=0.416ab2V2 cm3，式中：a为水平加强筋间距，m；b为舵叶后缘至舵杆中心的距离，m；V为船舶设计最大航速，kn。

4.计算结果

（1）舵板厚度t=1.39SV=1.39×0.3×8=3.34mm

式中：S为水平加强筋间距，0.3m；V为船舶设计最大航速，8kn

实取t=5mm，满足要求。

（2）加强筋剖面模数W=0.224ab2V2=0.414×0.3×0.52×82=1.98cm3，

式中：a为水平加强筋间距，0.3m；b为舵叶后缘至舵杆中心的距离，0.5m；V为船舶设计最大航速，8kn；实取加强筋-5×40mm，各参数见图3所示，剖面模数计算按照材料力学知识，采用表格计算分析：W=[t1h3+t23（b-t1）]/6h=[0.5×8.53+0.53×（70-0.5）]/6×8.5=6.19cm3，满足要求。

三、结论

经过简单的力学分析和计算，我们可以看到规范的规定要求远远满足我们直接计算的结果。为区别于有限元法，文中用理论方法对小型渔船舵叶构件进行了求解，给出了强度校核的一般步骤，所以在简单的力学强度计算中，我们可以利用船舶结构力学的知识去解决一些力学问题，这样可以为今后设计出更安全更经济的渔船提供的帮助和保证。

参考文献：

[1] 盛振邦等.船舶原理（上册）.上海交通大学出版社.2003.

[2] 中国船舶工业集团公司等.船舶设计实用手册（第3版）（舾装分册）.国防工业出版社.2013.

[3] 刘晓艳等.浅谈32m钢质休闲渔船的设计.中国水运.2016.

[4] 陈敏英等.改进平板舵结构与性能分析.珠江水运.2009.

[5] 聂武等.船舶计算结构力学.哈尔滨工程大学出版社.2000.

[6] 中华人民共和国渔业船舶检验局. 《渔业船舶法定检验规则》（2002）.人民交通出版社.2002.

作者简介：

张挺（1990-），男，汉族，籍贯：浙江舟山，学历：本科，职称：助理工程师，单位：舟山市卓林船舶设计有限公司，研究方向：主要从事船体设计工作