張艷輝

(海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

某水面艦艇的設(shè)計(jì)與入級規(guī)范應(yīng)用探究

張艷輝

(海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

通過對某水面艦艇設(shè)計(jì)工作的歸納和總結(jié)，結(jié)合入級規(guī)范的應(yīng)用，從船舶安全角度，給出了艦艇設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的重點(diǎn)。

水面艦艇；商船；設(shè)計(jì)規(guī)范

0 引言

水面艦艇是指在水面航行，能獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)或作為特遣部隊(duì)的一部分執(zhí)行任務(wù)的艦艇。隨著世界各地海軍和船級社之間不斷溝通和了解，艦艇入級日益受到青睞，不僅僅是在審圖、建造檢驗(yàn)期間，甚至在其整個生命周期內(nèi)都由船級社提供支持性服務(wù)。隨著中國船級社CCS船舶檢驗(yàn)?zāi)芰Φ牟粩嗵嵘?，也開展了相關(guān)船型的檢驗(yàn)業(yè)務(wù)。本文研究的某水面艦艇，按CCS船級社最新編制的《水面艦艇入級規(guī)范》(2011)[1](以下簡稱“規(guī)范”)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，是首次完全按照CCS船級社規(guī)范設(shè)計(jì)、審圖和建造檢驗(yàn)的入級項(xiàng)目。

1 總體布置

該艇主艇體內(nèi)布置了機(jī)艙、儲藏艙、冷藏艙、艇員住艙和燃油艙等，住艙布置在燃油艙上面。

對于住艙布置在燃油艙上面，在商船中，CCS《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》(2009)[2]第6篇第1章第1.1.7.5條規(guī)定：“如有必要在燃油艙柜上方布置起居處所，則應(yīng)有適當(dāng)?shù)目臻g使起居處所與燃油艙柜隔開”或《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》[3]規(guī)定：“裝有燃油和其他易燃液體的油艙柜應(yīng)與乘客起居處所、船員起居處所和行李艙室以氣密環(huán)圍或有適當(dāng)通風(fēng)和排水的隔離空艙分隔”，但“規(guī)范”對艦艇并未有這方面的要求。根據(jù)GJB 4000-2000艦船通用規(guī)范[4]，并考慮到這是同型水面艦艇的常規(guī)布置，且住艙內(nèi)設(shè)有機(jī)械通風(fēng)，作者認(rèn)為住艙和燃油艙之間可不設(shè)隔離艙，但必須保證燃油艙氣密。

水面艦艇的上層建筑/甲板室與主船體一般采用一體化設(shè)計(jì)。通過大面積壁板結(jié)構(gòu)，外壁板盡量避免采用垂直面，帶有明顯的內(nèi)傾；桅桿及露天設(shè)備采用整形、收藏等隱身措施，減小雷達(dá)波反射面積，達(dá)到隱身的效果，故其露天主甲板上設(shè)置舷墻對艇員進(jìn)行保護(hù)，不使用欄桿。而“規(guī)范”只涉及欄桿。作者認(rèn)為需進(jìn)一步補(bǔ)充舷墻的相關(guān)技術(shù)要求。

“規(guī)范”的編制考慮到水面艦艇的特殊性，許多原來商船需要必須滿足的要求，如救生設(shè)備、信號設(shè)備、通信設(shè)備、航行設(shè)備和艙室設(shè)備布置，在這里均采用了附加標(biāo)志的方式，變?yōu)榉菑?qiáng)制性要求，供船東按需選擇和使用，這也是與商船的重要區(qū)別所在。附加標(biāo)志是入級水面艦艇設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)的重要依據(jù)和根本，本文中的某艇所申請的附加標(biāo)志為：有限航區(qū)-1, 防污染(Ⅰ)，防污染(Ⅳ)，防污底系統(tǒng)，救生設(shè)備(Limited Area-1, MARPOL(Ⅰ), MARPOL(Ⅳ), AFS ,*LSA)。

2 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

某艇的最大航速為30 kn，主艇體為單底、單甲板、縱骨架式鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu),甲板室為縱骨架式鋁合金焊接結(jié)構(gòu)(6082-T6擠壓鋁合金帶筋板和5083-H116/H321耐腐蝕鋁合金)，甲板室與主艇體之間的連接采用鋁-鋁-鋼過渡接頭。

該艇的船底強(qiáng)構(gòu)件形式大部分采用⊥6 mm×400 mm/8 mm×100 mm，而按“規(guī)范”第2篇第2章第2.5.3.3條的要求，當(dāng)承受彎曲和剪切載荷時，主要支撐構(gòu)件腹板的厚度應(yīng)不小于腹板高度的1/K1，其中K1為系數(shù)。構(gòu)件材料屈服強(qiáng)度越大，K1取值越小。本艇主體結(jié)構(gòu)采用907A低合金高強(qiáng)度鋼，其屈服強(qiáng)度σs≥390 MPa，故K1取47。船底強(qiáng)構(gòu)件的腹板厚度與高度比值約為1/67，顯然不滿足要求。作者認(rèn)為“規(guī)范”這一要求主要針對構(gòu)件的穩(wěn)定性，而許多營運(yùn)的水面艦艇是通過采用構(gòu)件腹板增設(shè)水平筋來增加穩(wěn)定性，這種減小板隔面積的方式比單純增加腹板厚度更為適合空船重量比較敏感的高速艇，故該艇采用在強(qiáng)構(gòu)件腹板上增設(shè)水平筋的加強(qiáng)方式，同時向該規(guī)范的編制人員進(jìn)行了咨詢，并得到了認(rèn)可。

在核算該艇總縱強(qiáng)度時，按“規(guī)范”第2篇第2章第2.3.3.1(4)條的要求：艦艇在設(shè)計(jì)有義波高的海浪中航行時能達(dá)到的最大航速VH可參考母型艦艇取值，如無參考值，則取VH=0.7V，V為實(shí)際航行時的最大速度。若按在確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷的垂向加速度設(shè)計(jì)值acg時所采用的最大航速VH為21 kn，則其正應(yīng)力過大且屈曲強(qiáng)度亦不滿足規(guī)范要求。作者借鑒了《海上高速船入級與建造規(guī)范》(2005)[5]第4章第4.4.1.7條的規(guī)定，在取得船東認(rèn)可的前提下，在駕駛室內(nèi)張貼經(jīng)審批的“船舶在波浪中航行時的限速曲線圖”，以控制營運(yùn)時的航速，這樣即可參考母型艦船將該艇的最大航速VH取15 kn。

為此作者向規(guī)范編制人員進(jìn)行了反饋，故在“規(guī)范”后續(xù)版本中上述第2.3.3.1(4)條款增加了“最終取定的該艦艇在設(shè)計(jì)有義波高海浪中航行時的最大航速值VH應(yīng)取得船東同意，并在入級證書中予以明示”。

3 防火結(jié)構(gòu)

該艇類似商船中的高速船，空船重量的富裕度比較小。按“規(guī)范”第6篇第3章第3.3.1.2條的要求，艦艇“限制火災(zāi)的措施應(yīng)符合《2000年國際高速船安全規(guī)則》[6]第7章的相關(guān)要求”，這就要求：

①設(shè)有鋪位的起居處所和服務(wù)處所的艙壁和甲板應(yīng)至少能通過30 min的標(biāo)準(zhǔn)耐火完整性；

②彈藥艙、機(jī)艙及其進(jìn)風(fēng)道的艙壁和甲板應(yīng)至少能通過60 min的標(biāo)準(zhǔn)耐火完整性。

本艇結(jié)構(gòu)防火的設(shè)計(jì)與上述要求相差甚遠(yuǎn)，如果完全滿足要求，艦艇的正常排水量將增加大約20 t(約為正常排水量的3%)，直接導(dǎo)致艦艇的設(shè)計(jì)航速無法達(dá)到要求，而這正是考核艦艇性能的重要指標(biāo)。

該艇的所有艙室均設(shè)有火災(zāi)報(bào)警探測器，可在發(fā)生火災(zāi)時做到即時發(fā)現(xiàn)、即時報(bào)警；機(jī)艙設(shè)有CO2滅火裝置；彈藥艙設(shè)有固定式壓力噴水滅火系統(tǒng)；艇員住艙和服務(wù)處所等設(shè)有干粉/泡沫滅火器或消防栓等滅火設(shè)備；工作生活艙室內(nèi)的設(shè)施均為金屬或不易燃物品，沒有火源，不易發(fā)生火災(zāi)；本艇艇員訓(xùn)練有素，能及時撲滅火情，亦能有序撤離?？紤]到以上因素，經(jīng)與船東、規(guī)范編制人員及各相關(guān)方協(xié)商，進(jìn)行了相應(yīng)等效處理，僅在機(jī)艙、彈藥艙、應(yīng)急發(fā)電機(jī)室、作戰(zhàn)指揮室、廚房、配餐間等較大失火危險(xiǎn)處所敷設(shè)30 min耐火分隔材料。

該艇主甲板室的后端壁位于后機(jī)艙露天甲板上，后端壁設(shè)有甲板室的出入口，且后機(jī)艙的露天甲板也是艇員安全逃生的必經(jīng)之路。為了保證消防安全，后機(jī)艙失火時艇員能安全撤離，同時也防止甲板室受熱坍塌，雖然“規(guī)范”中未涉及相關(guān)要求，但還是在該區(qū)域露天甲板敷設(shè)了能保證30 min耐火分隔材料。

4 結(jié)語

水面艦艇與商船的區(qū)別在于使命不同，其設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，設(shè)備繁多、布置(特別是機(jī)艙)更為緊湊，設(shè)計(jì)時更多考慮船東的需求，而這往往會無法滿足入級規(guī)范的要求。因此在概念設(shè)計(jì)階段就要與船級社溝通，共同研究，針對特定船舶的船級標(biāo)志和符號，打造出特點(diǎn)鮮明、安全可靠的產(chǎn)品。

[1]中國船級社.水面艦艇入級規(guī)范(2011)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范(2009)[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3]中國海事局.國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則(2011)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]GJB 4000-2000，艦船通用規(guī)范[S].

[5]中國船級社.海上高速船入級與建造規(guī)范(2005)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[6] IMO.2000年國際高速船安全規(guī)則[M].北京：人民交通出版社，2000.

2014-03-16

張艷輝(1970-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榇肮こ獭?/p>

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