方 晟，鄭達(dá)華，鮑 健，李廣年

浙江海洋學(xué)院船舶與海洋工程學(xué)院，浙江舟山 316022

非對(duì)稱雙體救助船方案設(shè)計(jì)

方 晟，鄭達(dá)華，鮑 健，李廣年

浙江海洋學(xué)院船舶與海洋工程學(xué)院，浙江舟山 316022

為應(yīng)對(duì)全球不斷發(fā)生的海難事故，對(duì)新型的非對(duì)稱雙體救助船的主要設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了介紹，并進(jìn)行了模型試驗(yàn)驗(yàn)證，最后對(duì)該船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。著重介紹了非對(duì)稱雙體救助船的設(shè)計(jì)依據(jù)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，表明了該船擁有優(yōu)良的性能，可以勝任絕大多數(shù)的海難事故。

非對(duì)稱雙體船；多體船；救助船

我們致力于研究一艘非對(duì)稱雙體救助船，本救援船航行速度快，穩(wěn)定性良好，有更大的甲板面積，能更好地搭載救援直升機(jī)和快速救援小艇，可旋轉(zhuǎn)式伸縮梯以及消防模塊，以適應(yīng)包括江河湖海船舶發(fā)生的起火、翻沉?xí)r間以及海洋平臺(tái)的救援維護(hù)等各種水上事故救援。

1設(shè)計(jì)方案研究

1.1 設(shè)計(jì)原理

水上的救援工作大多都是由船舶或者飛機(jī)來(lái)完成的。參加救援的船舶應(yīng)該能夠快速地到達(dá)需要實(shí)施救援的地點(diǎn)，并且能夠擁有在該水域獨(dú)立地展開(kāi)施救工作的能力。

具體來(lái)說(shuō)，參與救助的船舶應(yīng)具備如下特征:快速性、良好的適航性、穩(wěn)性、耐波性和操縱性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)壓載等。

相對(duì)于一般普通的雙體船，本非對(duì)稱雙體救援船不僅具備了以上的特征還具有以下優(yōu)勢(shì)。

1）它具有獨(dú)特的藝術(shù)外觀。

2）不僅和一般雙體船一樣具備更大的甲板面積，更好的穩(wěn)性，同時(shí)又比一般雙體船擁有更好的耐波性能。這不僅能夠提供更大的工作空間，搭載消防設(shè)施、直升機(jī)等各種救助設(shè)施，并且提供了良好的穩(wěn)性，使救助工作順利的開(kāi)展。

3）主體與片體之間縱橫位置可變，有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)非對(duì)稱雙體船主片體間布局做出了優(yōu)化，設(shè)計(jì)組根據(jù)其優(yōu)化結(jié)果設(shè)計(jì)參數(shù)。該船型能夠非常有效地減少船舶航行時(shí),所產(chǎn)生的興波阻力，能夠有效地減少諧振，從而避免出現(xiàn)艏沉及“螺旋狀”搖擺現(xiàn)象從而減少了不必要的阻力，大大提高船舶的快速性，能迅速趕到救援現(xiàn)場(chǎng)。

4）側(cè)體與主體相比相對(duì)較小，大噸位在高海況下，不易斷裂，增加了船舶的安全性能。

5）配備了一種新型全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，能夠充當(dāng)舵的作用，任意改變推力的方向，從而及時(shí)調(diào)整船的行駛方向，甚至實(shí)現(xiàn)船的原地回轉(zhuǎn)，是該船可以進(jìn)退自如，方便快捷。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本救助船采用一種新型的非對(duì)稱雙體船型。這種船型除了具有與常規(guī)雙體船相同的穩(wěn)性優(yōu)越的特點(diǎn)之外，更重要的是可以通過(guò)調(diào)整主體與側(cè)體在船體縱向的位置來(lái)減小船體在航行時(shí)所產(chǎn)生的興波阻力，而且主體長(zhǎng)度的增大以及主、側(cè)體的不對(duì)稱，使該非對(duì)稱雙體救助船可以避免像常規(guī)的雙體船那樣在波浪中發(fā)生“螺旋”搖蕩。船的主體和側(cè)體細(xì)而長(zhǎng)，在保證吃水的情況下增加船舶的快速性。本救助船甲板面積大，適合搭載各種救生模塊，分別為消防系統(tǒng)、雷達(dá)掃描設(shè)備、可旋轉(zhuǎn)式救援伸縮梯、救生艇與救援直升機(jī)。各個(gè)系統(tǒng)之間相互配合，達(dá)到救援的最大效率。船上還設(shè)有醫(yī)療機(jī)構(gòu)，及時(shí)救助傷病人員。

該船主要通過(guò)主片體間的相互作用，以減少航行時(shí)產(chǎn)生的興波阻力。如果非對(duì)稱雙體船的主片體間距過(guò)小將會(huì)使摩擦阻力變大，而主片體間距過(guò)大則會(huì)降低橫向強(qiáng)度。針對(duì)海上復(fù)雜的環(huán)境，綜合考慮整體布置上的局限以及主片體布局不同情況，根據(jù)文獻(xiàn)[2]得出中速狀態(tài)下航行時(shí)，應(yīng)用時(shí)域面元法求解非對(duì)稱雙體船的興波問(wèn)題[3]，為獲得最小興波阻力，取d/L=0.4，b/B=1.5，L、B為主船體長(zhǎng)、寬，d為主片體中站面縱向間距，b為兩片體中線面橫向間距。以下圖1為主片體相對(duì)位置圖，在中速階段（Fr=0.4-0.6）的興波阻力最小。

圖1 主片體相對(duì)位置

圖2 整體布局圖

由上主片體優(yōu)化布局以及不同狀況下的興波阻力綜合考慮，利用3D繪圖軟件繪制出船體，其中主體：88*11m，浮體：42*5.5m，總寬：24m，主體型深：8m，吃水：4m；兩片體中縱剖面橫向間距：16.2m；兩片體中站面縱向間距：35.2m。主機(jī)功率：2500kW。服務(wù)航速：17kn。甲板裝載量：2500t；自持力：20天，船員：24人，可搭載人員：70人（駕駛組成員、醫(yī)療消防人員以及傷員等）。艏部為救援直升機(jī)升降區(qū)和消防作業(yè)區(qū)；舯部為駕駛艙和救援小艇升降平臺(tái)，駕駛艙樓頂設(shè)有雷達(dá)及定位系統(tǒng)；艉部為醫(yī)療區(qū)和基本生活區(qū)。整體布局如圖2所示。

1.3 模塊設(shè)計(jì)

接下去對(duì)本船的一些主要救援功能模塊做一個(gè)簡(jiǎn)介：1）可旋轉(zhuǎn)式救援維護(hù)用伸縮梯：位于舯部，船的右舷處，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)、伸縮，使救助船與被救船或事故平臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速對(duì)接，進(jìn)行傷員轉(zhuǎn)移、物資運(yùn)送等工作。2）消防裝置：作品加設(shè)消防裝置，位于船首。設(shè)有兩個(gè)噴射口，分別用于噴水和噴泡沫，可適用于不同火災(zāi)情形。另外，噴頭還可以實(shí)現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)。3）救生艇模塊：通過(guò)升降平臺(tái)將救援艇降放到水中，從大船離開(kāi)，實(shí)行下水救援，最后同樣通過(guò)升降平臺(tái)返回母船。升降平臺(tái)的方向控制利用舵機(jī)云臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)左右旋轉(zhuǎn)以及上升下降的控制。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證本船的實(shí)際應(yīng)用效果，實(shí)驗(yàn)組制作了該船1:100的模型在拖曳水池進(jìn)行試航實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括該船的快速性、操縱性、橫搖及耐波性能，并對(duì)消防裝置、救援梯、救援小艇進(jìn)行原理性測(cè)試。試驗(yàn)證明，該船相比較于同級(jí)船，擁有更快的速度，更好的穩(wěn)性和耐波性，回轉(zhuǎn)性能良好，可實(shí)現(xiàn)原地回轉(zhuǎn)。并且，消防裝置和救援梯可正常工作，救援小艇下放和回收也很成功。圖3為非對(duì)稱雙體救助船的模型實(shí)物圖，圖4為該模型在拖曳水池中試航。

圖3 非對(duì)稱雙體救助船模型

圖4 模型在拖曳水池試航

3 結(jié)論

海上事故無(wú)法避免，因此如何有效地減少由于海上事故帶來(lái)的傷亡就顯得十分重要。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的實(shí)現(xiàn)和海洋工程平臺(tái)的廣泛建造，海上救援力量迫切地需要得到提高。綜上所述，本船擁有救援船所需的各項(xiàng)特點(diǎn)，并且在一般救援船的基礎(chǔ)上提出創(chuàng)新，提高了整體的救援效率，這對(duì)海上救援行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

[1]鄒偉紅，唐議，劉金紅.我國(guó)海洋漁業(yè)安全生產(chǎn)狀況分析[J].上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（11）.

U6

A

1674-6708（2015）150-0163-02

2015年浙江海洋學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：xj201516）