董志海，李鎮(zhèn)宇

(1.江蘇省交通運(yùn)輸廳航道局，江蘇 南京 210004；2.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

17 m航政艇優(yōu)化設(shè)計(jì)

董志海1，李鎮(zhèn)宇2

(1.江蘇省交通運(yùn)輸廳航道局，江蘇 南京 210004；2.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

針對(duì)原17 m航政艇使用過程中發(fā)現(xiàn)的不足，對(duì)其進(jìn)行改型優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過新老船型的分析對(duì)比，在主尺度、型線、布置、減振降噪等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使改型船總體性能、實(shí)用性較原型有較大提高，改進(jìn)效果理想，具有推廣價(jià)值。

公務(wù)船；航政艇；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

17 m航政艇是江蘇省航道系統(tǒng)航政執(zhí)法的主力船型，主要承擔(dān)著全省高等級(jí)航道的航政執(zhí)法工作。目前已投入使用的船型存在一些不足，如：機(jī)艙采用封閉形式，操作檢修困難；船舶型深較高，橫搖較大，適航性較差。針對(duì)現(xiàn)有航政艇存在的問題，結(jié)合航道用船部門使用需求，對(duì)現(xiàn)有17 m航政艇進(jìn)行改型優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為當(dāng)務(wù)之急。優(yōu)化后的17 m航政執(zhí)法艇應(yīng)具備良好的外觀造型和協(xié)調(diào)明快的色彩，具有較好的適航性能、舒適方便的工作環(huán)境和生活條件，機(jī)電設(shè)備先進(jìn)，船舶的技術(shù)性能良好。

1 總體優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有17 m航政艇的認(rèn)真調(diào)研，了解原型船使用的不足及改型需求，在滿足全省高等級(jí)航道的航政執(zhí)法工作的主要框架下進(jìn)行的，即在尺度、技術(shù)指標(biāo)、功能要求、船舶造價(jià)等基本保持原型船的規(guī)模和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確立改型17 m航政艇的總體設(shè)計(jì)方案。

1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

(1)突出以人為本的設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化機(jī)艙工作環(huán)境，為航政執(zhí)法人員提供方便、優(yōu)良的工作環(huán)境。

(2)優(yōu)化船型參數(shù)，進(jìn)一步改善船舶適航性能。

(3)通過對(duì)比分析，找出解決問題的關(guān)鍵，注重細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的安全可靠性。

1.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)船型優(yōu)化：上層建筑采用“中島式”構(gòu)造形式，外形采用棱角分明的折角形式，工藝簡(jiǎn)潔、外形威武。

(2)參數(shù)優(yōu)化：本案采用降低型深，適當(dāng)增加船長(zhǎng)的方案；在滿足所有艙室空間要求的前提下，進(jìn)一步減小全船阻力，降低優(yōu)化方案的重心，減小船舶橫搖，滿足船舶的適航性能。

(3)布置優(yōu)化：在不降低其他工作區(qū)域面積的基礎(chǔ)上，采用機(jī)艙半升高棚取代原船機(jī)艙“悶艙” 形式，大大改善了機(jī)艙人員通風(fēng)、采光及日常維護(hù)管理工作條件；同時(shí)利用艙室調(diào)整，進(jìn)一步降低功能艙室的噪聲指標(biāo)，為艇上人員提供舒適的工作環(huán)境。

2 船型優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

2.1 原型船現(xiàn)狀

目前航道部門使用的17 m航政艇采用機(jī)艙悶艙形式，型深1.8 m,機(jī)艙凈高1.1 m，機(jī)艙的日常維護(hù)和管理比較困難，船舶舒適度較差。

由于型深需滿足機(jī)艙需求導(dǎo)致干舷較高，噸位較小，因而風(fēng)浪里船舶搖擺較大，適航性較差。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

針對(duì)原船型的不足，設(shè)計(jì)方案主要從機(jī)艙悶艙形式、船舶阻力、型深、艙室噪聲等方面進(jìn)行優(yōu)化。船型主要性能參數(shù)對(duì)照見表1。

2.2.1 改變?cè)蜋C(jī)艙悶艙形式

改型方案增加1個(gè)4 m長(zhǎng)、0.9 m高的機(jī)艙矮棚，使得機(jī)艙的凈高從原型船的1.1 m增加至1.85 m, 徹底改善了機(jī)艙通風(fēng)、采光及工作人員的工作條件，體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計(jì)理念；同時(shí)總長(zhǎng)只增加約1.27 m，通過減小艉甲板面積，保證全船主要功能艙室大小與原型船一致。

表1 船型主要性能參數(shù)對(duì)照表

2.2.2 減少船舶阻力

改型方案在滿足布置的前提下，增加船舶水線和船艉部壓浪板長(zhǎng)度，達(dá)到加大長(zhǎng)寬比，減小方形系數(shù)，降低船舶阻力的目的；同時(shí)對(duì)艉部型線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，取消原船型艉部隧道，改善由于型深降低帶來舵機(jī)艙高度不足的問題，并改變艉部縱流線曲率，減小航行縱傾角，進(jìn)一步降低航行阻力。

2.2.3 減小型深

為進(jìn)一步降低船舶重心，優(yōu)化改型方案將原船1.8 m型深降至1.7 m；增設(shè)舭龍骨，以便減小橫搖，改善船舶的適航性能。

2.2.4 利用物理分隔降低艙室噪音

布置上將航政工作室、前客艙與機(jī)艙之間通過設(shè)置空艙予以物理分隔，進(jìn)一步降低艙室噪聲，提高艇上人員的舒適度。

3 主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)

總長(zhǎng)

19.10 m

水線長(zhǎng)

17.50 m

型寬

4.2 m

型深

1.7 m

設(shè)計(jì)吃水

1.0 m

排水量

～26.5 t

航速

19.3 km/h

續(xù)航力

50 h

主機(jī)型號(hào)

VOLVO PENTA D7A T

主機(jī)功率×轉(zhuǎn)速

126 kW×1 900 r/min

乘員

12人

航區(qū)

B級(jí)

噪聲

駕駛室和客艙區(qū)域

≤72 dB

機(jī)艙區(qū)域任何一測(cè)試點(diǎn)處

≤110 dB

4 總體布置

17 m航政艇優(yōu)化設(shè)計(jì)后的總布置圖見圖1。

本船船型為單甲板、中駕駛形式。主甲板下從艏至艉分別為艏尖艙、客艙、空艙、機(jī)艙及舵機(jī)艙，主甲板上設(shè)有一層半甲板室；艉部Fr4～Fr12為機(jī)艙升高棚；中部Fr12～Fr23為駕駛室兼工作艙室；前部為客艙。各艙室布置如下：

(1)Fr30～艏為艏尖艙，用于存放纜繩等水手物件、備件。該艙甲板上設(shè)有1只500 mm×500 mm的鋁質(zhì)水密艙口蓋，從該處進(jìn)出艏尖艙。

(2)Fr21～Fr30為客艙，其艙頂高出甲板面約1.0 m。前壁設(shè)3扇固定玻璃窗，兩側(cè)設(shè)鋁質(zhì)移窗，提高艙內(nèi)采光、通風(fēng)效果。客艙主要用作休息室，其面積約12 m2，凈空平均高度1.85 m。

(3)Fr14～Fr21為空艙。后壁設(shè)1個(gè)燃油箱，容積為2.15 m3；前壁設(shè)置1只不銹鋼清水箱，容積為1.0 m3。該空艙在機(jī)艙與前客艙之間形成物理分隔，有利于降低客艙的振動(dòng)、噪聲。

(4)Fr4～Fr14為帶升高棚的機(jī)艙，升高棚高出主甲板0.9 m,保證機(jī)艙內(nèi)部?jī)舾咴?.85 m。升高棚尾部右舷設(shè)置機(jī)艙出入口，用于機(jī)艙內(nèi)設(shè)備維護(hù)、檢修時(shí)出入。在升高棚上方設(shè)置自然通風(fēng)頭和風(fēng)機(jī)通風(fēng)。

(5)Fr0～Fr4為舵機(jī)艙。舵機(jī)艙內(nèi)設(shè)有1臺(tái)450 kg·m的電動(dòng)液壓舵機(jī)。甲板上設(shè)艙口蓋，用于設(shè)備維護(hù)、檢修時(shí)人員出入。

(6)主甲板上Fr12～Fr23為駕駛室兼工作艙室。駕駛室前壁為3扇固定玻璃窗，中間窗設(shè)置旋轉(zhuǎn)視窗，側(cè)壁為鋁質(zhì)移窗，左、右各設(shè)外開門通舷外。駕駛室面積約12.5 m2，凈空高度2.0 m。駕駛室前沿設(shè)操縱舒適方便的機(jī)駕集中控制臺(tái)。

(7)主甲板上甲板室兩側(cè)設(shè)0.5 m寬的外走道通往艏、艉甲板區(qū)。甲板室外側(cè)壁設(shè)不銹鋼風(fēng)暴扶手，以方便工作人員安全通過。艏、艉甲板區(qū)面積分別為7.5 m2和8.0 m2。

5 船舶主要性能

5.1 快速性

本船采用單機(jī)、單槳推進(jìn)形式，設(shè)計(jì)滿載深水航速為19.3 km/h?？紤]到本船的工作范圍主要為淺水區(qū)域，以淺水(最小水深2 m)為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，設(shè)計(jì)航速為17.5 km/h。

5.2 操縱性

為保證船舶良好的操縱性能，本船設(shè)置1只流線型平衡舵，配置1臺(tái)450 kg·m的電動(dòng)液壓舵機(jī)。

6 船體結(jié)構(gòu)和材料

本船結(jié)構(gòu)按中國(guó)船級(jí)社(CCS)《內(nèi)河小型船舶建造規(guī)范》(2006)對(duì)B級(jí)航區(qū)船舶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

船舶主體鋼材選用CCS-B級(jí)船用鋼材，上層建筑鋁材選用LF5鋁合金材料，兩者采用鋁-鈦-鋼復(fù)合過渡接頭進(jìn)行連接。

7 艙室的隔音和隔熱及減振降噪

為了改善船舶的工作和生活條件，本船在艙室布置及其他方面采取以下措施：

(1)機(jī)艙前部Fr14～Fr21設(shè)置空艙。該空艙在機(jī)艙與前工作艙室及客艙之間形成物理分隔，有利于降低客艙的振動(dòng)、噪聲。

(2)在機(jī)艙部位相應(yīng)船殼板上均涂一層阻尼涂料，使振動(dòng)及噪聲衰減加快，達(dá)到減振、降噪效果。

(3)機(jī)艙四周及頂棚采用吸音巖棉，外覆多孔吸音鋁板。

8 結(jié)語

本船建造完畢后進(jìn)行了航行試驗(yàn)，操舵、回轉(zhuǎn)、慣性、航速等試驗(yàn)情況正常，技術(shù)性能優(yōu)越，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過了設(shè)計(jì)要求；淺水試航航速(3 m水深)達(dá)到19.3 km/h，超過了原船型(3 m水深)17.8 km/h的試航航速；操縱性能優(yōu)良，船舶重心，低橫搖幅度小，噪音低，機(jī)艙通風(fēng)、采光條件優(yōu)良，船舶舒適度較高。目前該船已順利通過航道系統(tǒng)竣工驗(yàn)收，得到專家和使用部門的一致好評(píng)。首制艇即將投入使用。

[1] 李鎮(zhèn)宇，張林. 40 m巡航救助指揮艇[J]. 江蘇船舶，2011，28(2)：1-4.

[2] 毛紅華，李鎮(zhèn)宇.30 m航政艇總體設(shè)計(jì)[J].江蘇船舶，2015，32(2)：5-7.

2017-04-26

董志海(1966—)，男，高級(jí)工程師，從事海事、航道等技術(shù)管理工作；李鎮(zhèn)宇(1967—)，男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事船舶科研設(shè)計(jì)工作。

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