摘 要："船長12m以下國內(nèi)海洋捕撈漁船標(biāo)準(zhǔn)化船型定型"是浙江省海洋與漁業(yè)局2016年計劃任務(wù)"浙江省國內(nèi)海洋捕撈漁船標(biāo)準(zhǔn)化船型定型"的一部分。為增長漁業(yè)經(jīng)濟(jì)、增加漁民就業(yè)崗位，積極配合政府相關(guān)政策，設(shè)計了一種安全、舒適、船長小于12m的小型鋼質(zhì)海洋漁船。

關(guān)鍵詞：小型漁船；12m以下；舵葉結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度校核

“標(biāo)準(zhǔn)化船型定型”的開展不僅能為全省國內(nèi)海洋捕撈漁船的更新改造提供技術(shù)支撐，同時也能促進(jìn)我省海洋捕撈業(yè)健康持續(xù)的發(fā)展和漁區(qū)社會的和諧穩(wěn)定。因此，設(shè)計出安全、實用的船型顯得尤為重要，以下為簡要介紹其船型概況、舵葉強(qiáng)度校核等。

一、總體概況

1.船型及用途

本船系沿海航區(qū)作業(yè)的釣具船，船體按《漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則——內(nèi)河、玻璃鋼、海洋木質(zhì)及小型鋼質(zhì)漁業(yè)船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》（2002）[以下簡稱《法規(guī)》（2002）]和《漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則─船長大于或等于7m但小于12m沿海漁船法定檢驗技術(shù)規(guī)則（2009）》[以下簡稱《法規(guī)》（2009）]的有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計。本船為鋼質(zhì)、單甲板、單底、單機(jī)、單槳、單舵、橫骨架結(jié)構(gòu)的船舶，限白天航行于距岸或庇護(hù)地不超過20海里的沿海海域。

2.船舶主尺度及參數(shù)

總長LOA=13.00m 垂線間長LPP=10.50m 型寬B=2.30m 型深D=1.05m 設(shè)計吃水d=0.75m 肋骨間距S=0.50m 設(shè)計排水量△=11.50t 總噸位GT=8 船員定員：2P 設(shè)計航速 8kn

3.總體布置情況

全船共設(shè)有5水密橫艙壁；艙底設(shè)有舵機(jī)艙、機(jī)艙、燃油艙、魚艙、網(wǎng)具艙和艏尖艙；

主甲板設(shè)有甲板室、作業(yè)區(qū)、兩個魚艙艙口和一個網(wǎng)具艙艙口；艏升高甲板布置有錨泊和系泊設(shè)備等；駕駛頂甲板布置有信號桿、左右舷燈、中高頻導(dǎo)航通訊設(shè)備天線，尾端布置尾燈一盞等?？偛贾靡妶D1。

4.船體結(jié)構(gòu)

本船結(jié)構(gòu)根據(jù)《法規(guī)》（2002）的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計，船體為單甲板、單底、橫骨架式全電焊結(jié)構(gòu)；主船體結(jié)構(gòu)材料采用CCSA級結(jié)構(gòu)鋼建造。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在構(gòu)件及型材滿足規(guī)范要求的前提下，取最合理的構(gòu)件尺寸及板厚，以減輕船體構(gòu)件的重量。

5.穩(wěn)性

本船按《法規(guī)》（2002）及《法規(guī)》（2009）等相關(guān)修改通報按沿海航區(qū)作業(yè)的漁業(yè)船舶的要求進(jìn)行校核并滿足要求。

6.推進(jìn)系統(tǒng)

主機(jī)選用ZS195GM型主機(jī)1臺，額定功率8.8kW，額定轉(zhuǎn)速2000r/min；16A型齒輪箱一臺，減速比3：1；螺旋槳數(shù)量 1只、螺旋槳為3葉、直徑為760mm、材料為不銹鋼。

二、舵葉的強(qiáng)度校核

根據(jù)《法規(guī)》（2002）規(guī)定：單板舵的厚度應(yīng)不小于5mm。水平加強(qiáng)筋的厚度不小于5mm，高度不小于40mm，間距不大于0.5m；在舵桿至舵葉后緣的1/2處，其高度不變，再向后緣可逐漸減小至消失。所以我們可以從規(guī)定中看出，舵葉的材料尺寸大小可以直接取值，但是往往在其他規(guī)范的舵葉強(qiáng)度計算中，舵葉的構(gòu)件取值都是與舵葉面積和航速有關(guān)系，所以我們需要思考直接取值的材料大小，是否能滿足強(qiáng)度要求。在此我們需要對比驗證，先按規(guī)定確定舵葉的材料尺寸，然后再用直接計算進(jìn)行校核強(qiáng)度。過程如下：

1.按《法規(guī)》（2002）規(guī)定的最低要求實取舵葉的材料尺寸：如圖2所示。

2.單板舵舵葉厚度

舵葉強(qiáng)度計算，可將單板舵后緣視作完全自由，三邊剛性固定的剛性板，并承受水流的均布載荷（摩擦阻力）。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)，在長邊中點處為最大彎矩Mmax=KPS2，式中：k為力矩系數(shù)，查《船舶設(shè)計實用手冊》，取K=0.0139；P為單位舵面積上水壓力，kg/m2。

根據(jù)傅汝德公式計算摩擦阻力Rm為：Rm=fΩV1.825，其中f為摩擦阻力系數(shù)，按下式計算：f=γ[0.1392+0.258/（2.68+L）][1+0.0043（15-t）]=0.147，其中t為水溫，單位舵面積水壓力P=Rm/Ω=0.147V1.8252，取P=0.147V2按（σ）=6M/t2=165N/mm2，得舵板厚度t=1.39SV，式中：S為水平加強(qiáng)筋間距，m；V為船舶設(shè)計最大航速，kn。

3.舵葉水平加強(qiáng)筋

經(jīng)分析，設(shè)單板舵水平加強(qiáng)筋間距為a，并設(shè)加強(qiáng)筋在舵中心處為剛性固定，如圖2所示。

根據(jù)材料力學(xué)，固定端點的最大彎矩：Mmax=1/2Pnb，作用在舵葉的法向力Pn按原始喬賽爾公式計算：Pn=9.81×41.35sinα×abV2/（0.195+0.305sinα），

取α=35°，并將航速由m/s轉(zhuǎn)換為kn，已知1kn = 0.5144m/s，

Pn=9.81×41.35sin35°×0.51442×abV2/（0.195+0.305sin35°）=166.4 abV2 N，M=1/2Pnb=8320ab2V2N.cm，根據(jù)W=M/[σ]，取[σ]=20000 N/cm2，W=0.416ab2V2 cm3，式中：a為水平加強(qiáng)筋間距，m；b為舵葉后緣至舵桿中心的距離，m；V為船舶設(shè)計最大航速，kn。

4.計算結(jié)果

（1）舵板厚度t=1.39SV=1.39×0.3×8=3.34mm

式中：S為水平加強(qiáng)筋間距，0.3m；V為船舶設(shè)計最大航速，8kn

實取t=5mm，滿足要求。

（2）加強(qiáng)筋剖面模數(shù)W=0.224ab2V2=0.414×0.3×0.52×82=1.98cm3，

式中：a為水平加強(qiáng)筋間距，0.3m；b為舵葉后緣至舵桿中心的距離，0.5m；V為船舶設(shè)計最大航速，8kn；實取加強(qiáng)筋-5×40mm，各參數(shù)見圖3所示，剖面模數(shù)計算按照材料力學(xué)知識，采用表格計算分析：W=[t1h3+t23（b-t1）]/6h=[0.5×8.53+0.53×（70-0.5）]/6×8.5=6.19cm3，滿足要求。

三、結(jié)論

經(jīng)過簡單的力學(xué)分析和計算，我們可以看到規(guī)范的規(guī)定要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足我們直接計算的結(jié)果。為區(qū)別于有限元法，文中用理論方法對小型漁船舵葉構(gòu)件進(jìn)行了求解，給出了強(qiáng)度校核的一般步驟，所以在簡單的力學(xué)強(qiáng)度計算中，我們可以利用船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識去解決一些力學(xué)問題，這樣可以為今后設(shè)計出更安全更經(jīng)濟(jì)的漁船提供的幫助和保證。

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作者簡介：

張挺（1990-），男，漢族，籍貫：浙江舟山，學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師，單位：舟山市卓林船舶設(shè)計有限公司，研究方向：主要從事船體設(shè)計工作