王進(jìn)鋒，張琴濤，顧 藝

（中遠(yuǎn)船務(wù)工程集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，遼寧大連 116000）

0 引言

152000 DWT穿梭油輪是中遠(yuǎn)船務(wù)船舶設(shè)計(jì)中心為挪威船東庫(kù)納森公司設(shè)計(jì)的海洋工程船。所謂穿梭油輪是指專門用于海上油田向陸地運(yùn)輸石油的海洋工程船。與常規(guī)船舶相比，由于海洋工程船舶所處的海洋環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣，風(fēng)、浪、海流和潮汐及其他不確定載荷等往往對(duì)船舶結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成極大的威脅。為了滿足上、下人員及救生、逃生的需要，穿梭油輪通常設(shè)有直升機(jī)平臺(tái)，可供直升機(jī)進(jìn)行起飛、降落和短暫的停留[4]。由于該船計(jì)劃運(yùn)營(yíng)于巴西海域，因此需要滿足巴西海軍規(guī)定的Normam 27規(guī)則的相關(guān)要求，本文重點(diǎn)介紹了挪威船級(jí)社和 Normam 27對(duì)直升機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)載荷的影響，并最終對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 直升機(jī)平臺(tái)布置及結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)建造規(guī)格書要求，本船直升機(jī)采用的型號(hào)為SIKORSKY S92，最大起飛重量為12.8t，總長(zhǎng)為20.88m?？紤]到直升機(jī)平臺(tái)要避開危險(xiǎn)區(qū)域及起飛著陸時(shí)的障礙區(qū)域，本船的直升機(jī)平臺(tái)布置于該船船中附近主甲板上方（見圖1），并由鋼管支撐。平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)采用正八角形鋼結(jié)構(gòu)形式，按照Normam 27規(guī)則要求平臺(tái)對(duì)邊距離定為26.65m，甲板板材采用高強(qiáng)度鋼，采用T型材作為甲板強(qiáng)梁，以保證有效的支撐，采用角鋼作為縱向加強(qiáng)筋，甲板面結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2 直升機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算載荷分析

該項(xiàng)目入級(jí)DNV船級(jí)社并運(yùn)營(yíng)于巴西海域，因此對(duì)直升機(jī)平臺(tái)的強(qiáng)度分析需參考DNV規(guī)范和巴西海軍 Normam 27規(guī)則，設(shè)計(jì)中不僅需要考慮DNV規(guī)范要求的載荷和工況，同時(shí)需要考慮Normam 27要求的載荷和工況，而且還需要將不同的工況和載荷進(jìn)行組合，分別對(duì)正常降落、應(yīng)急降落和直升機(jī)存放三種工況進(jìn)行分析。

圖1 直升機(jī)平臺(tái)布置圖

圖2 直升機(jī)平臺(tái)平面圖

2.1 設(shè)計(jì)載荷

綜合考慮DNV規(guī)范和Normam 27要求共有14種載荷情況存在，在這里把它們以L100-L113來表示，具體載荷情況分析如下：

1）L100為最大起飛重量，其值為12.8噸；

2）L101為正常著陸沖擊載荷，按照Normam 27要求其值為最大起飛重量的1.5倍；

3）L102為應(yīng)急著落沖擊載荷，按照normam 27要求需為最大起飛重量的2.5倍；

4）L103為側(cè)向載荷，按照規(guī)范要求為最大起飛重量的0.5倍；

5）L104為直升機(jī)平臺(tái)自身重量，該載荷由計(jì)算軟件自動(dòng)生成；

6）L105為正常著陸過程中承受的風(fēng)載，風(fēng)載方向應(yīng)與L103同向，風(fēng)載大小按照DNV規(guī)范取為0.75kN/m2；

7）L106為風(fēng)暴情況下著落所承受的風(fēng)載，風(fēng)載方向也與 L103同向，不同的是風(fēng)載大小為2.5kN/m2；

8）L107為附加載荷，主要是冰雪載荷，按照DNV規(guī)范要求為0.5kN/m2；

9）L108為X方向慣性載荷，按照DNV規(guī)范計(jì)算為0.18g；

10）L109為Y方向慣性載荷，按照DNV規(guī)范計(jì)算為0.33g；

11）L110為Z方向慣性載荷，按照DNV規(guī)范計(jì)算為0.30g；

12）L111為最大集貨載荷，此載荷主要指貨物平鋪在直升機(jī)平臺(tái)上等待搬運(yùn)，按照規(guī)范取甲板均布載荷為2010N/m2；

13）L112為DNV規(guī)范要求的正常著陸沖擊載荷，區(qū)別于L101，取值為最大起飛重量的2倍；

14）L113為DNV規(guī)范要求的甲板上浪的海水壓力，取值為2.5kN/m2。

2.2 工況組合

飛機(jī)所處環(huán)境受力復(fù)雜，不可能僅存一種受力情況，因此需要把所有載荷進(jìn)行組合考慮，選取時(shí)既要考慮周全，不能影響計(jì)算結(jié)果，又要使工況從簡(jiǎn)便于計(jì)算，經(jīng)過選取考慮，最終歸結(jié)了23種工況進(jìn)行計(jì)算，主要包括自存工況、正常降落工況和應(yīng)急降落工況三大類[5]，工況組合情況見表1。

2.3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

根據(jù)上述確定的載荷和組合工況，對(duì)直升機(jī)平臺(tái)及其支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模計(jì)算，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，把分析結(jié)果按照不同工況來選取對(duì)應(yīng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（見表2），以確定強(qiáng)度是否能滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。根據(jù)最終計(jì)算結(jié)果如表3所示，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)可以滿足DNV規(guī)范要求及Normam 27規(guī)則要求。

表1 直升機(jī)平臺(tái)計(jì)算工況組合表

表2 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

表3 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

表3 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果（續(xù)）

3 結(jié)束語(yǔ)

直升機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)作為船舶與海洋工程中關(guān)鍵的附屬結(jié)構(gòu)，其任何問題都會(huì)造成嚴(yán)重的損失，因此越來越多的組織、當(dāng)局都對(duì)它的布置及安全提出了嚴(yán)格的要求，在進(jìn)行設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)則的要求，選取準(zhǔn)確的基本載荷進(jìn)行合理的工況組合，進(jìn)行嚴(yán)格的應(yīng)力評(píng)估，以保證其性能的可靠。

[1]DNV rules for Newbuildings Special Equipment and Systems Additional Class Miscellaneous Notations.2013

[2]DNV Offshore Standard DNV-OS-E401 Helicopter decks.

[3]Brazilian Maritime Regulation Normam 27 / DPC/ 2011 Offshore Helidecks.

[4]吳楠周炳某自升式平臺(tái)直升機(jī)甲板結(jié)構(gòu)評(píng)估[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(26):116.

[5]朱娜娜李亮居住鋪管船直升機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元分析[J].2014(13):39-44.