劉和煒 王永生

（中國水產科學研究院 漁業(yè)機械儀器研究所 上海200092）

玻璃鋼延繩釣船主尺度均衡性探討

劉和煒 王永生

（中國水產科學研究院 漁業(yè)機械儀器研究所 上海200092）

為提高玻璃鋼延繩釣船設計水平，基于農業(yè)部漁船標準化數據庫中的鋼質延繩釣船樣本船，建立回歸公式，推導出回歸船型的主尺度，與對照組的玻璃鋼延繩釣船進行比較，據此提出用于比較延繩釣船設計均衡性的公式。結果表明：在捕魚工具一致的情況下，尺度較短的船更具有經濟性?？紤]到玻璃鋼的彈性模量偏低，其長度不宜過長。

玻璃鋼；延繩釣船；主尺度；均衡系數

引 言

玻璃鋼以其輕質高強和抗生物附著的特性，在日本、韓國以及我國臺灣地區(qū)的漁業(yè)界得到廣泛運用。據統(tǒng)計，截止到2013年，日本有各類玻璃鋼漁業(yè)船舶共計241 358艘，634 917.53總噸，16 705 305 ps（12 278 399.18 kW）［1］，船長不超過30 m，一般為26 m左右［2-13］。目前，大陸從臺灣地區(qū)引進的玻璃鋼延繩釣船總長甚至接近40 m。此外，在農業(yè)部漁檢局漁船標準化研究中發(fā)現，國內玻璃鋼延繩釣船的相關主尺度比與鋼質延繩釣船主尺度比存在較大差異。這些差異會對延繩釣船的經濟性產生影響，因此有必要就玻璃鋼延繩釣船的主尺度及主尺度比對延繩釣船的影響進行研究，以期有助于以后玻璃鋼延繩釣船的設計。

1 回歸船型的建立

回歸樣本來自于農業(yè)部漁船標準化數據庫中入庫企業(yè)的13條鋼質延繩釣船，回歸公式如下：

式中：λ為垂線間長與設計吃水0.25次方的比值；φ為型寬B與設計吃水0.25次方的比值；LPP為垂線間長、B為型寬、D為型深、d為設計吃水，此四者單位均為m；VF和VO分別為魚艙容積和燃油艙容積，m3；Δ為滿載排水量，t；GT為總噸，t；V為滿載狀態(tài)下的設計航速，kn；PH為滿載狀態(tài)下按設計航速用于船舶航行的主機功率（即扣除主機所帶額外負載功率），kW；PF為輔助功率（即運行的輔機功率和主機所帶負載功率之和），kW。

本文目標船型為39 m玻璃鋼延繩釣船和36.6 m玻璃鋼延繩釣船，兩目標船型的設計航速均為12 kn。為便于比較，回歸船型的航速設定為與目標船型一致。

2 目標船型與回歸船型的比較

2.1 航行能耗比較

由于延繩釣船的主機不帶負載，故航行功率即為主機功率，輔機功率即為輔助功率。四型船的海軍系數依據表1中次序分別為131.27、113.94、153.01和150.53。由海軍系數定義可知，其值越大，則意味著單位功率的效率越高?？梢?，航行能耗依次為：回歸船型1＜回歸船型2＜目標船型1＜目標船型2。

2.2 捕撈能力比較

延繩釣船一般有兩種作業(yè)方式：

（1）每年往返一次作業(yè)。其間在海上進行補給，并有運輸船轉載漁獲，一年轉載5～3次。

（2）每年3航次作業(yè)。每航次114天，其中放釣作業(yè)為100天，漁獲自帶回港［15］。

有資料表明，第一種方式，按一年轉載5～3次計算，平均每次作業(yè)周期為51～85天［16］。

本例中，目標船型1原定容繩量為120 000 m，后擬改為180 000 m；目標船型2的容繩量為120 000 m。為便于比較，四型船的容繩量均取為120 000 m。以相鄰支繩間的干繩長度為50 m計［15］，鉤子數為2 400把。上鉤率則取東印度洋、中大西洋和中東太平洋三處上鉤率的平均值（為1.02%）［17-19］，每尾魚均重以35 kg計［15］。因延繩釣船主要釣捕黃鰭金槍魚、長鰭金槍魚和肥壯金槍魚［20］，故冷凍切片時，魚的體重比例取三者的平均值（為0.686）［20］，魚艙堆放魚按0.5 t/m3計［20］。四型船在兩種作業(yè)方式下的漁獲量和對應的所需艙容以及所需艙容占魚艙總艙容的比率（即魚艙利用率η）見下頁表2。

從上文可知，捕撈能力與鉤數有關，而鉤數與容繩量有關容繩量越大，則延繩釣船的捕撈能力越強。魚艙利用率依次為：回歸船型2 ＞回歸船型1 ＞目標船型1 ＞目標船型2。

2.3 持續(xù)能力比較

由于目標船型的主機僅僅用于航行，故目標船型航行功率和輔助功率即為主機在各自航行狀態(tài)下的主機功率和輔機功率。目標船型1的航行功率所對應的耗油率為212 g/kW·h，輔助功率所對應的耗油率為214 g/kW·h；目標船型2的航行功率所對應的耗油率為212 g/kW·h，輔助功率所對應的耗油率為207 g/kW·h。為便于比較，將回歸船型的耗油率、船員人數，與對應目標船型1保持一致。

延繩釣船自由航行時間取為4 h，航速12 kn；投繩航行時間為6 h，投繩航速11 kn；起繩航行時間14 h，起繩航速為5 kn［21］。據海軍系數定義知，投繩狀態(tài)時的主機功率為自由航行狀態(tài)下主機功率的（11/12）3倍，起繩狀態(tài)時的主機功率為自由航行狀態(tài)下主機功率的（5/12）3倍。輔助設備按每天運行24 h考慮，燃油密度按0.85 t/m3、裝油量按油艙艙容的97%計，則依據上述作業(yè)時間，在各自持久時間下的魚艙利用率見表3。

該表中：持久系數s=燃油質量MO/（每天航行功率對應的油耗+輔助功率對應的油耗），其體現一次裝油料出航持續(xù)捕魚的能力。s越大，意味著補油所占用的時間越少（燃油質量MO的單位為t）。

魚艙利用率η為依據持久系數s得出的漁獲所需容積與魚艙艙容的比值。該比值越大，說明魚艙艙容和漁具、油艙艙容的匹配越合理。所需容積為上鉤率、鉤子數、魚重和魚體重比這四者的乘積除以魚艙堆放質量。

從表3可知，持久性依次為：回歸船型1 ＞回歸船型2 ＞目標船型2 ＞目標船型1。較高的持久性意味著補油耗時較少。

2.4 作業(yè)能耗比較

從表2、表3可知，四型船的魚艙容積均遠大于所需容積。對于冷凍（藏）漁船而言，過大的艙容意味著過大的制冷能源消耗。

表2 兩種作業(yè)方式下的魚艙利用率對照表

表3 各持久時間下的魚艙利用率對照表

3 船舶均衡系數與人均船舶均衡系數

3.1 定 義

根據前一章所述，可知各船的單項優(yōu)劣次序并不一致，因此有必要建立一個能綜合評價延繩釣船的公式。

漁船具備四個功能，即航行、生活、捕魚和儲魚，故從船舶硬件衡量漁船均衡性公式應包含上述四方面的數據。因此，可以依據乘法原理提出船舶均衡系數。為表達簡潔計，船舶均衡系數

人均船舶均衡系數

式（11）和式（12）中各參數簡述如下：

c為航行能耗系數，即海軍系數。c越大，則意味著承載Δ2/3V3所需能耗越小，其中采用的功率為PH。

作業(yè)系數z為GT與PF的比值。z越大則意味著船舶在生活、捕魚、冷凍（藏）等方面所需能耗越小。該系數體現了作業(yè)的經濟性。

漁具系數j體現漁船捕獲魚的能力。下鉤數量有兩部分組成：第一部分由航速、漁區(qū)、魚類等因素決定，第二部分與船舶長度構成線型函數［15］。實際作業(yè)中，當第一部分決定的放繩長度大于容繩量時，則容繩量決定下鉤數目；當第一部分決定的放繩長度小于容繩量時，第二部分放繩量與鉤子數由作業(yè)人員的主觀意愿決定，一般是盡可能多放。因此，延繩釣船的漁具系數j可用容繩量衡量。

船員人數p體現船舶自動化程度和人力成本。

3.2 e式在設計中的運用

上述四型船的e及e′見表4，其中回歸船型的設備油耗率以及船員人數取值與目標船型1一致。

表4 e值對照表

由表4可知，四型船均衡的系數依次為：回歸船型2 ＞回歸船型1 ＞目標船型2 ＞目標船型1。四型船e及e′所體現的船舶均衡性趨勢與c、z、j、s、η各單項所體現的趨勢并不完全一致，這正是e式存在的意義。在一般漁船設計中，船東往往希望漁船長度盡量大一些，以便多載漁獲；希望速度快一些，能較其他船舶早些到漁場。然而船體增大以及速度的提高意味著建造成本和運行成本會增加。運用e式有助于避免在設計中因過分強調單項優(yōu)勢而導致設計失衡。e式中的漁獲由j體現，能耗由c、z體現，作業(yè)額外成本由s、η體現。

對于一艘漁船，可通過調整e公式中的諸參數來增大e值，使船舶具有良好的均衡性，從而進一步提高漁船的經濟性：

（1）提高參數c的措施——降低PH

采用較小的Cb以降低興波阻力［22］；在興波阻力系數相同的情況下，降低濕表面積有助于降低興波阻力［22］；加大吃水，以增加螺旋槳浸深，提高推進效率。

（2）提高作業(yè)系數z的措施——降低PF

滿足預期漁獲量的魚艙空間是合適的，過大的魚艙會導致制冷功率增加。

（3）提高魚艙利用率η的措施

在主尺度和漁撈設備確定時，可適當減小魚艙，增大燃油艙；主尺度可微調時，采用較小的Cb或適當縮短船長；在主尺度允許的情況下，可通過加大j的方式來提高η。

提高持久系數s的措施：前述提高c、z、η（提高j的措施除外），均能提高s。

3.3 e式在經濟性比較中的運用

用e值判定船舶經濟性的優(yōu)劣具有階梯分布性。目標船型總長為39.00 m，安裝容繩量為180 000 m的投繩機［23］，其c、z、s值均不變，j由120 000 m增至180 000 m，η由0.14增至0.21，e由89增至199。此時，目標船型1的e值雖然低于回歸船型1的e值，但由于漁獲的價格遠遠高于船舶造價及燃油價格，其經濟性仍高于回歸船型1。因此，欲用e值比較船舶的經濟性，前提必須是兩者的漁具性能具有等同性。

由于實際漁具是船長的階梯函數［23］，因此從前文分析可知，位于同一階梯并且Cb較小、主尺度較短、濕表面積較小、魚艙和油艙容積較均衡的延繩釣船e值更高，經濟性更佳。

3.4 對于玻璃鋼延繩釣船的論述

玻璃鋼因輕質高強獲得青睞，但其彈性模量偏低。若玻璃鋼船長度過長，則船體梁會出現剛性不足的問題。解決此問題的措施一般可通過加大船體構件或提高船舶的深寬比以提高船體梁的慣性矩；也可減小船舶的長度，以降低船體梁所承受的彎矩；還可以提高船體材料的彈性模量。加大構件尺寸，會增加船體質量；增加高彈性模量纖維（如碳纖維），則會提高制造工藝上的難度。因此，加大深寬比或合理降低船舶長度是最為有效的措施。從回歸船型與目標船型比較可知，目標船型采用較低的Cb和較短的船長更具合理性。

3.5 實例驗證

以實船來驗證，對照船型1與對照船型2均為鋼質船舶，其數據皆來自于農業(yè)部漁船標準化數據庫。為增強對比性，故依據海軍系數，將對照船型1和對照船型2分別對應變換為對照船型11和對照船型22。表6為實例對照表，其中航速時段的分配、上鉤率、每尾魚均重、冷凍切片時魚的體重比例以及魚艙堆放質量等均與前文相同。

從表5 和表6數據可見，目標船型若采用對照船型的主尺度，其制造和運行成本都會降低，這也證明了本文3.2中所述的結論，e式具有合理性和可用性。

表5 實船主尺度對照表

表6 實船e值對照表

3.6 e公式的拓展

由于圍網漁船和拖網漁船同樣存在c、z、j、s、η、p等因素，因此圍網漁船和拖網漁船也可借鑒e公式，但圍網漁船的j為圍網漁船跑綱張力公式定義中的縮結長度乘以縮結高度衡量［20］，拖網漁船的j可為拖網漁船拖力公式定義中的網口周長乘以網具總長度衡量［24］，其他各參數意義同前。

4 結 論

綜上所述，可得出以下結論：

（1）鑒于玻璃鋼低彈性強度的特點，在滿足延繩釣船各項性能的前提下，應縮短船長、提高深寬比、取較小的Cb并且依據漁撈設備的工作能力，合理配置燃油艙與魚艙的容積，從而提高船舶均衡系數。

（2）船舶均衡系數公式可用判定延伸繩釣船的均衡性，用以指導延繩釣船設計。

（3）延繩釣船的經濟性呈階梯型特征。在每一個階梯上，Cb較小、主尺度較短、濕表面積較小、魚艙和油艙容積較均衡的延繩釣船經濟性更佳。

（4）本文雖提出將船舶均衡系數公式應用于拖網漁船和圍網漁船，但鑒于數據的缺乏，尚需日后予以例證。

［1］海洋水產システム協(xié)會. 水產廳漁船統(tǒng)計抄錄［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，121：99-111.

［2］海洋水產システム協(xié)會. 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2014，114：117.

［3］海洋水產システム協(xié)會. 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2014，115：87.

［4］海洋水產システム協(xié)會. 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2014，116：134.

［5］海洋水產システム協(xié)會. 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2014，118：112.

［6］海洋水產システム協(xié)會. 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，119：111.

［7］海洋水產システム協(xié)會. 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，120：108-109.

［8］海洋水產システム協(xié)會. 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，121：112.

［9］海洋水產システム協(xié)會. 漁船建造許可一覽表［J］.海洋水産ェンジニァリング，2015，124：113.

［10］海洋水產システム協(xié)會. 新造漁船竣工狀況一覽表［J］. 海洋水産ェンジニァリング，2014，114：118.

［11］海洋水產システム協(xié)會. 新造漁船竣工狀況一覽表［J］. 海洋水産ェンジニァリング，2014，116：135.

［12］海洋水產システム協(xié)會. 新造漁船竣工狀況一覽表［J］. 海洋水産ェンジニァリング，2015，121：113.

［13］海洋水產システム協(xié)會. 新造漁船竣工狀況一覽表［J］. 海洋水産ェンジニァリング，2015，124：113.

［14］七○八研究所《船舶科技簡明手冊編寫組》.船舶科技簡明手冊.［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1977：229.

［15］陳慶義.金槍魚延繩釣船的技術經濟分析［D］.大連：大連水產學院，2002：20-27

［16］劉秋狄.西印度洋金槍魚延繩釣作業(yè)漁場與漁具性能的研究［D］.青島：中國海洋大學，2006（1）.

［17］葉振江，邢智良，高志軍.金槍魚（Thunnus）延繩釣作業(yè)研究——以印度洋東部中國船隊為例［J］.青島海洋大學學報，2001（1）：34-38.

［18］李靈智，黃洪亮，劉健，等.大西洋中部金槍魚延繩釣性能評估初步研究［J］.漁業(yè)信息與戰(zhàn)略，2012（4）：310-314.

［19］李顯森，孫珊，戴芳群，等.中東太平洋金槍魚延繩釣漁獲量及其分布［J］.海洋水產研究，2005（1）：48-54.

［20］苗振清，黃錫昌.遠洋金槍魚漁業(yè)［M］.上海：上?？茖W技術文獻出版社，2003：165-264.

［21］賈復.延繩釣漁船的設計特點［J］.船舶工程，1996（2）：24-27.

［22］盛振邦，劉應中.船舶原理［M］.上海：上海交通大學出版社，2003：199-252.

［23］寧波捷勝海洋開發(fā)有限公司.滾筒釣機使用說明書［EB/OL］. 2016-09-01. http：//www.jessn.com/cn/productsd.php?tid =6&proid=1&ref =/cn/products. php?tid=6

［24］陳興崇.雙拖網漁船主機額定馬力與網具大小關系的初步研究［J］.湛江水產學院學報，1980（1）：55-70.

On balance of main dimension of GFRP longliner

LIU He-wei WANG Yong-sheng
(Fishery Machinery And Instrument Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200092 China)

This paper has built a mathematical regression formula according to the sample steel longliner from Ministry of Agriculture Standardization Database, and derives the main dimensions of the regression ship type. In comparison with the GFRP longliners in the control group, the equations for the comparison of the design balance of longliners are proposed to improve the design level of the GFRP longliners. The results show that the shorter longliners are more economic based on the same fi shing tools, especially for GFRP longliners with allowance for the lower elastic modulus of GFRP.

glass fi ber reinforced plastics(GFRP); longliner; main dimension; balance coeffi cient

U674.4+2

A

1001-9855（2017）01-0029-06

漁業(yè)船舶技術法規(guī)體系研究（編號2016YJS013）；該文受“中國水產科學研究院漁業(yè)機械儀器研究所基本科研業(yè)務費”資助。

2016-09-18；

2016-09-29

劉和煒（1973-），男，高級工程師。研究方向：漁船審圖。王永生（1981-），男，工程師。研究方向：船舶設計。

10.19423/j.cnki.31-1561/u.2017.01.029