郭宇平

(廈門(mén)港務(wù)集團(tuán)，福建 廈門(mén)361000)

0 引言

目前國(guó)內(nèi)小型高速執(zhí)法/救助艇一般采用玻璃鋼材質(zhì)居多[1]。由于玻璃鋼材料存在不耐火、不耐磨及無(wú)法降解回收利用的弱點(diǎn)，因而國(guó)際上執(zhí)法艇建造采用鋁鎂合金材料替代玻璃鋼已成行業(yè)趨勢(shì)。與此同時(shí)，剛性充氣艇技術(shù)(RIB)是剛性艇體與充氣護(hù)舷組合而成的新船型，以重量輕、儲(chǔ)備浮力大、抗撞擊、便于艦載收放、能耗低等優(yōu)越性能[1]，正逐步應(yīng)用于海洋行政執(zhí)法艇。

本文根據(jù)國(guó)內(nèi)海洋行政執(zhí)法機(jī)構(gòu)的需求，將鋁鎂合金材料與剛性充氣艇技術(shù)融合一體，用于新一代高速執(zhí)法艇的研發(fā)，使得新型執(zhí)法艇在裝備制造環(huán)節(jié)，就能體現(xiàn)綠色節(jié)能可持續(xù)發(fā)展理念，在港口巡邏、引航救助、漁業(yè)管理、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮更大作用。

1 船型方案

1.1 概述

12.7m高速艇為敞篷式鋁鎂合金底高速剛性充氣執(zhí)法艇,船體采用鋁鎂合金材料，船舷采用海帕龍(HYPALON)充氣護(hù)舷，屬于高速敞口船，具有重量輕、航速快、耐波性好、抗撞擊、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。該艇配備2臺(tái)221 kW柴油舷內(nèi)外機(jī),具備夜航能力，用于國(guó)內(nèi)海洋平靜水域營(yíng)運(yùn)限制區(qū)域的海上執(zhí)法巡邏和應(yīng)急救助搶險(xiǎn)。

1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

設(shè)計(jì)依據(jù)為國(guó)家海事局《沿海小型船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則2016》[2](簡(jiǎn)稱(chēng)《小船法規(guī)2016》)。

1.3 艇體結(jié)構(gòu)采用鋁鎂合金材料的優(yōu)勢(shì)

鋁鎂合金具有比重和彈性模量小、耐腐蝕、可焊接、易加工、無(wú)磁性和低溫性能好等特點(diǎn)，用于船體建造具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)比重小，可減輕空船重量，降低能耗。

(2)強(qiáng)度高耐摩擦，抗腐蝕性能好，能減少維護(hù)費(fèi)用，可延長(zhǎng)使用年限(通常在20 a以上)。

(3)加工成形和焊接性能好。

(4)彈性模量小，吸收沖擊應(yīng)力的能力大。

(5)鋁廢料可回收循環(huán)使用。

(6)無(wú)低溫脆性，最適合做低溫設(shè)備。

(7)非磁性，羅盤(pán)不受影響。

(8)沒(méi)有蟲(chóng)害和干燥變形。

(9)阻燃，遇火災(zāi)較安全。

鋁鎂合金材料解決了玻璃鋼材料不耐火、不耐磨及無(wú)法回收利用的弱點(diǎn)，加工制造環(huán)節(jié)減少了模具成本，大量節(jié)約了木材，因此無(wú)論從安全可靠性、維護(hù)便利性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保角度考慮，公務(wù)執(zhí)法艇的船體采用鋁鎂合金材料的優(yōu)勢(shì)更加明顯[3]。

1.4 型線(xiàn)及主尺度方案確定

本艇型線(xiàn)方案綜合考慮了穩(wěn)性、快速性、耐波性和總布置的要求。

1.4.1 折角線(xiàn)型

本艇長(zhǎng)度弗勞德數(shù)Fr約為1.71，屬于高速滑行艇。由于滑行狀態(tài)時(shí)僅艇底部與水面接觸，因此型線(xiàn)的主要特征尺度體現(xiàn)在折角線(xiàn)的尺度上[1]。參考優(yōu)秀母型船，本艇采用深V折角線(xiàn)型，型線(xiàn)中部底斜升角25°，設(shè)計(jì)水線(xiàn)首端進(jìn)水角20°。

1.4.2 船中折角線(xiàn)寬

為獲得有利攻角，滑行艇存在理論上的最佳折角線(xiàn)寬度，但綜合考慮布置、結(jié)構(gòu)重量及造價(jià)因素，12.7 m高速艇以機(jī)艙布置雙主機(jī)的需求來(lái)確定船中折角線(xiàn)寬度b(取b=2.37 m)。由于雙機(jī)動(dòng)力布置在艉部，艉部寬度太小將導(dǎo)致艉傾增大，增大艇首的抨擊和噴濺，對(duì)快速性不利，因此艉部寬度與中部基本一致。

1.4.3 艇長(zhǎng)度

根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料，剛性充氣艇折角線(xiàn)長(zhǎng)度與寬度比值約為4～6[1]，艇長(zhǎng)度的確定主要考慮船舶布置、結(jié)構(gòu)重量控制需求。本艇水線(xiàn)長(zhǎng)度取Lwl=11.30 m,Lwl/b=4.76。

1.4.4 重心縱向位置

滑行艇重心縱向位置對(duì)航行性能影響較大。為有效控制海豚運(yùn)動(dòng)及艇首的波浪抨擊，必須對(duì)全船結(jié)構(gòu)重量、舾裝重量、油水備品裝載重量進(jìn)行精確分析計(jì)算[1]。

1.5 主要技術(shù)參數(shù)

總長(zhǎng)12.70 m，含首尾附體總長(zhǎng)13.80 m，船長(zhǎng)11.25 m，最大船寬(含護(hù)舷)3.334 m，型寬2.85 m，型深1.37 m，設(shè)計(jì)吃水0.60 m， 滿(mǎn)載排水量7.20 t，設(shè)計(jì)載重量2.00 t，護(hù)舷氣囊直徑0.5 m，氣室數(shù)7個(gè)，續(xù)航力300 n mile，乘員定額10人。

1.6 艇體的布置

全船總布置圖見(jiàn)圖1。艙室布置具體如下：

圖1 12.7 m高速艇總布置圖

(1)艉～Fr3為機(jī)艙，內(nèi)設(shè)2臺(tái)221 kW柴油舷內(nèi)外機(jī)。

(2)Fr3～Fr6為后油箱艙，內(nèi)設(shè)1個(gè)600 L鋁合金柴油燃料箱。

(3)主甲板以下Fr6～Fr13為前油箱艙，內(nèi)設(shè)1個(gè)900 L鋁合金柴油燃料箱，油箱兩側(cè)為浮力空艙；主甲板以下Fr13～Fr15為浮力空艙。主甲板以上為開(kāi)敞駕駛艙，配鋁質(zhì)駕駛臺(tái)1套，駕駛座位2個(gè)，騎乘式乘員座位8個(gè)，駕駛艙上方配1座鋁合金天棚；天棚上布置航行燈架1座、旗桿插座、雷達(dá)天線(xiàn)等。該處下凹甲板區(qū)域配備自動(dòng)排水系統(tǒng)。

(4)Fr15～Fr20為前封閉艙室，用于存放備品備件。

(5)Fr20～艏為艏尖艙室，內(nèi)設(shè)錨鏈(索)及錨。

1.7 抗沉性

本艇具有良好的抗沉性能。其充氣護(hù)舷分隔為7個(gè)主氣囊室，且浮力空艙中填充阻燃EVA泡沫，全艇艙室在完全充滿(mǎn)水或傾覆狀態(tài)下不會(huì)沉沒(méi)。

1.8 燃油和淡水儲(chǔ)量

本艇燃油儲(chǔ)備1 500 L，淡水儲(chǔ)備110 L。

1.9 主機(jī)及設(shè)計(jì)航速

本艇安裝2臺(tái)D4-300-DP柴油舷內(nèi)外機(jī)。單機(jī)額定功率221 kW，額定轉(zhuǎn)速3 500 r/min，油耗57.5 L/h,排放標(biāo)準(zhǔn)US EPA Tier 3。

本艇滿(mǎn)載且在風(fēng)力不超過(guò)蒲氏二級(jí)的靜水試航，2臺(tái)221 kW舷內(nèi)外機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷的工況下，航速不少于35 kn。

1.10 艇體的結(jié)構(gòu)

艇體采用中國(guó)船級(jí)社認(rèn)可的船用5083H116鋁鎂合金材料制造，其結(jié)構(gòu)為縱骨架式結(jié)構(gòu)，其中：船底外板6 mm，舷側(cè)板4 mm，主甲板4 mm，艙壁板4 mm，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均滿(mǎn)足《小船法規(guī)2016》對(duì)鋁合金高速船的要求。

1.11 結(jié)構(gòu)防火

本艇機(jī)艙整體四周采用不燃材料(船用鋁鎂合金5083H116)圍閉。

機(jī)艙與后油箱艙的相鄰限界面設(shè)25 mm厚度A30巖棉隔熱材料，其表面應(yīng)防止油類(lèi)吸附。

機(jī)艙后壁與救生筏存放處所相鄰的限界面，設(shè)25 mm厚度A30巖棉隔熱材料，其表面應(yīng)防止油類(lèi)吸附。

機(jī)艙設(shè)有風(fēng)油應(yīng)急切斷開(kāi)關(guān)，能在機(jī)艙外的駕駛臺(tái)遙控。

2 充氣護(hù)舷技術(shù)特點(diǎn)

剛性充氣艇的典型特征就是設(shè)置較大的充氣護(hù)舷，護(hù)舷的直徑一般取500 mm至600 mm[1]，本艇取500 mm。大尺寸的護(hù)舷耐撞擊、易維護(hù)，采用膠粘方式固定在船舷兩側(cè)舷頂位置。與艇體結(jié)構(gòu)比，其重量較輕，有利于控制艇體重心高度，在船舶橫傾時(shí)護(hù)舷提供了較大的浮力和復(fù)原力矩，以確保惡劣海況下航行安全[1]。

本艇充氣護(hù)舷采用海帕龍(HYPALON)材料制造，氣囊采用1.1 mm PU(聚氨脂)無(wú)臺(tái)階焊接成型，設(shè)有7個(gè)獨(dú)立氣密室，任一氣室破損時(shí)不會(huì)導(dǎo)致整艇功能喪失。艇艏部分加裝防護(hù)罩1件以保護(hù)充氣護(hù)舷。舷側(cè)設(shè)拉手和救生繩。

3 剛性充氣艇的穩(wěn)性

根據(jù)《小船法規(guī)2016》，本艇的完整穩(wěn)性應(yīng)滿(mǎn)足對(duì)平靜水域營(yíng)運(yùn)限制區(qū)域高速船舶的要求，且必須通過(guò)實(shí)船試驗(yàn)檢驗(yàn)回航時(shí)的穩(wěn)性。由于本艇屬于敞口船，首制船還應(yīng)通過(guò)灌水試驗(yàn)驗(yàn)證破損穩(wěn)性[2]。

對(duì)于剛性充氣艇新船型，審圖機(jī)構(gòu)在審核圖紙過(guò)程中，要求計(jì)算完整穩(wěn)性時(shí)護(hù)舷體積不得計(jì)入，做實(shí)船灌水試驗(yàn)時(shí)護(hù)舷必須處于未充氣狀態(tài)，理由是護(hù)舷材料的強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到船體結(jié)構(gòu)件同等要求。此項(xiàng)要求導(dǎo)致“剛性充氣艇”這一新船型的優(yōu)越性無(wú)法在送審圖紙中體現(xiàn)，扣除護(hù)舷體積的貢獻(xiàn)后船型性能大打折扣，有些船型可能不得不增加船寬以滿(mǎn)足審圖要求。隨著國(guó)內(nèi)外剛性充氣艇船型數(shù)量增加，有足夠工程數(shù)據(jù)積累基礎(chǔ)后，法規(guī)應(yīng)針對(duì)護(hù)舷參與穩(wěn)性計(jì)算給出具體條件,允許滿(mǎn)足條件的護(hù)舷體積計(jì)入穩(wěn)性。

4 無(wú)人化發(fā)展趨勢(shì)

將鋁鎂合金船體與剛性充氣護(hù)舷組合而成的新一代執(zhí)法艇船型，其重量輕、航速快、耐波性好、抗撞擊、機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn)，特別適合無(wú)人化發(fā)展。以本艇為例，未來(lái)可以根據(jù)不同的任務(wù)需求，進(jìn)行控制系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，改裝成無(wú)人環(huán)保監(jiān)測(cè)艇、無(wú)人引航艇、無(wú)人搜救艇、無(wú)人海警巡邏艇等[1]。

5 結(jié)語(yǔ)

本船型首制船于2019年底下水后，輕載試航航速達(dá)到40 kn，顯示出卓越的快速性和安全性。研究及實(shí)踐結(jié)果表明：采用鋁鎂合金艇體與充氣護(hù)舷組合而成的新船型，總體性能優(yōu)良，綠色節(jié)能效益顯著，未來(lái)該類(lèi)新船型必將在公務(wù)及商用領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。