王貴彪，李國強(qiáng)，張海波，崔雪亮

(1 浙江省海洋水產(chǎn)研究所，浙江 舟山，316021；2 浙江海洋大學(xué)船舶與海運(yùn)學(xué)院，浙江 舟山，316022)

海洋捕撈業(yè)是海洋經(jīng)濟(jì)的重要組成部分[1-2]，漁船更是海洋捕撈業(yè)的最基本工具之一[3-4]，其發(fā)展情況對(duì)海洋捕撈業(yè)健康持續(xù)的發(fā)展和漁區(qū)社會(huì)的和諧穩(wěn)定有著重要的作用[5-6]。自海洋捕撈漁船更新改造工程實(shí)施以來，大批的木質(zhì)漁船、老舊漁船被淘汰[7-9]，一批現(xiàn)代化漁船船型已經(jīng)完工并進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，引導(dǎo)了國內(nèi)海洋捕撈漁船向“安全、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、舒適”方向發(fā)展，全面提升了國內(nèi)捕撈漁船船型和裝備的技術(shù)水平[10-11]。但是，目前針對(duì)漁船船型發(fā)展的評(píng)價(jià)大多停留在定性描述的階段，缺乏定量的表達(dá)[12]。

以浙江省近海航區(qū)的刺網(wǎng)和拖網(wǎng)船型為例，通過對(duì)1990—1999年、2000—2009年和2010—2019年3個(gè)年段主流船型的調(diào)研，采用漁船標(biāo)準(zhǔn)船型評(píng)價(jià)方法的量化指標(biāo)[13-14]，分析了船型主尺度及各性能參數(shù)在各方面的發(fā)展情況與趨勢，能夠?yàn)闈O船的研究方向以及漁船相關(guān)政策的制定提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)也為漁船建造規(guī)范和檢驗(yàn)規(guī)范的修改提供參考。

1 量化評(píng)價(jià)指標(biāo)及船型選取簡介

1.1 漁船標(biāo)準(zhǔn)船型量化評(píng)價(jià)指標(biāo)簡介

《漁船標(biāo)準(zhǔn)船型評(píng)價(jià)方法》[15]是由原農(nóng)業(yè)部漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局組織編制，其選取體現(xiàn)漁船共性和主要特征的海軍部系數(shù)C海軍、干舷系數(shù)α、固定壓載系數(shù)β、空船重量系數(shù)C空船、平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)C穩(wěn)性、魚/油艙容積系數(shù)C魚油、人均艙容系數(shù)C船員、拖力系數(shù)C拖力或螺旋槳敞水效率η0等8類系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)船型評(píng)價(jià)指標(biāo)，體現(xiàn)了漁船“安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、適居”方針，符合“簡單、適用、可量化”的原則。

1.2 調(diào)研船型選取簡介

為分析近30年來浙江省近海捕撈船型的發(fā)展趨勢，分別選取船型建造完工日期在1990—1999年，2000—2009年和2010—2019年3個(gè)年段的船型作為研究對(duì)象，同時(shí)為更好地體現(xiàn)漁船整體的發(fā)展情況，選取了刺網(wǎng)和拖網(wǎng)作業(yè)這兩類在浙江省漁船船型中占比較高的船型作為分析對(duì)象。每個(gè)年代的刺網(wǎng)和拖網(wǎng)主流船型各選取10艘，共計(jì)60艘漁船作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行主尺度以及各評(píng)價(jià)參數(shù)的量化研究。所選取船型的總長為30～50 m，船長為24～45 m，型寬為4.80～7.20 m，型深為2.20～4.00 m，船體材質(zhì)均為鋼質(zhì)，其作業(yè)航區(qū)均為近海航區(qū)。

2 漁船船型主尺度比發(fā)展分析

由于近海漁業(yè)資源減少[16]，船東越來越偏向于建造大船在更遠(yuǎn)海域作業(yè)獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益，近30年來的刺網(wǎng)和拖網(wǎng)主流船型均越造越大，自持力和續(xù)航力也不斷提升。為進(jìn)一步進(jìn)行船型主尺度變化的研究，將調(diào)研選取船型的主尺度比L/B和B/D的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體結(jié)果如圖1和圖2所示，其中L為船長，B為型寬，D為型深。

圖1 刺網(wǎng)船型主尺度比

圖2 拖網(wǎng)船型主尺度比

兩種船型L/B的比值逐漸增大并接近6.0，而B/D的比值則由2不斷減小至1.85，這表明在同等型寬下，船型的船長逐漸增長而型深逐漸變深。在同等型寬條件下，2010—2019年段船型的船長比2000—2009年代船型的船長增加了6%左右，更是比1990—1999年段的船型增加了16%左右。

同時(shí)，拖網(wǎng)漁船的L/B值一般較刺網(wǎng)漁船大，而B/D值較刺網(wǎng)漁船小，尤其是2000年以后的船型更是明顯。一方面，這是由于早期漁船船型的相關(guān)科研能力較弱，1990—1999年段建造的拖網(wǎng)和刺網(wǎng)的船型基本一致，只是漁撈設(shè)備和攜帶的網(wǎng)具有所區(qū)別。而另一方面，拖網(wǎng)漁船需要安裝大直徑螺旋槳來增加拖力，導(dǎo)致型深逐漸增大，同時(shí)桁拖漁船攜帶的桁桿決定了其掃海面積，而桁桿的長度又受船長制約[17]，使得同型寬拖網(wǎng)船型的船長較刺網(wǎng)長。

3 漁船各評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)展分析

3.1 各年代船型系數(shù)對(duì)比

為分析船型在“安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、適居”方面的發(fā)展情況，分別對(duì)每個(gè)年段各個(gè)船型的海軍部系數(shù)、人均艙容系數(shù)、干舷系數(shù)等8類系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并取每個(gè)年段船型系數(shù)計(jì)算結(jié)果的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與對(duì)比，其結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 刺網(wǎng)船型各系數(shù)比

圖4 拖網(wǎng)船型各系數(shù)比

3.2 海軍部系數(shù)大幅提高

海軍部系數(shù)C海軍體現(xiàn)了船舶設(shè)計(jì)航速、設(shè)計(jì)排水量與推進(jìn)功率之間的關(guān)系。其表達(dá)式如式(1)所示：

(1)

式中：Δ—設(shè)計(jì)排水量，t；V—設(shè)計(jì)航速，kn；P—推進(jìn)功率，kW。

近年來，刺網(wǎng)和拖網(wǎng)船型的海軍部系數(shù)有著大幅度的提高，這是由于漁船用主機(jī)的改進(jìn)、機(jī)槳匹配度的提高、螺旋槳設(shè)計(jì)安裝的規(guī)范化[18-19]，CFD數(shù)值模擬技術(shù)和船模試驗(yàn)在漁船船型線型優(yōu)化上的大量應(yīng)用[20-22]，使得漁船有效功率的提升和船型阻力的下降，海軍部系數(shù)逐漸提高。

3.3 干舷系數(shù)略有下降

干舷系數(shù)α表征了船舶儲(chǔ)備浮力的大小，其表達(dá)式如下：

加強(qiáng)森林防火值班調(diào)度。防火期內(nèi)，各級(jí)森林防火組織執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)帶班和四個(gè)“24小時(shí)”制度，確保信息暢通。全市各級(jí)1540名森林消防專業(yè)隊(duì)員，集中住宿，靠前駐防，做到火情早發(fā)現(xiàn)，早報(bào)告，早處置。各級(jí)各單位要及時(shí)修訂完善森林火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案，一旦出現(xiàn)火情，迅速啟動(dòng)撲火預(yù)案，立即調(diào)集力量全力撲救，及時(shí)處置初發(fā)火情，確保林區(qū)群眾和撲火人員安全。

(2)

式中：F—干舷，m；B—型寬，m。

由計(jì)算結(jié)果可知，近30年來干舷系數(shù)略有下降但基本處于0.11與0.12之間，且刺網(wǎng)和拖網(wǎng)船型兩者的區(qū)別不大。對(duì)近海漁船而言，其干舷區(qū)間值一般在0.65～0.80 m。

3.4 空船質(zhì)量系數(shù)和固定壓載系數(shù)不斷增大

空船質(zhì)量系數(shù)C空船和固定壓載系數(shù)β表征了船舶的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性，其表達(dá)式如式(3)和式(4)：

(3)

(4)

式中：W空船—空船質(zhì)量，t；L—公約船長，m；B—型寬，m；D—型深，m；W壓—固定壓載，t。

隨著近年來漁船船型船艏外飄、舷墻肘板采用球扁鋼制作、甲板室加長增高等現(xiàn)象常見使得漁船空船質(zhì)量尤其是主船體以上部分的質(zhì)量不斷提高，造成了漁船空船質(zhì)量系數(shù)的不斷增大。這些現(xiàn)象同時(shí)也間接地造成了船型需要增加更多的壓載質(zhì)量以保證穩(wěn)性安全，從而使得船型固定壓載系數(shù)隨之增大，在一定程度上降低了漁船的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性。2010—2019年段建造完工的漁船空船質(zhì)量系數(shù)比2000—2009、1990—1999年段的船型分別增大了20%和25%，而其固定壓載系數(shù)更是增大了約30%和100%。

3.5 平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)逐漸降低

平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)C穩(wěn)性是船舶所核算的各種裝載情況下穩(wěn)性狀況的反映，是表征船舶穩(wěn)性安全的重要參數(shù)[23]。

(5)

式中：Ki—滿載出港、滿載離漁場、空載到港3種裝載狀態(tài)下的穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)；n—3，裝載狀態(tài)數(shù)。

3.6 魚/油艙容積系數(shù)穩(wěn)步提高

魚/油艙容積系數(shù)C魚油表征了船型的裝載能力，反映了漁船的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于鋼質(zhì)漁船，其表達(dá)式如下所示：

(6)

式中：V魚—魚艙容積，m3；V油—油艙容積，m3；L—公約船長，m；B—型寬，m；D—型深，m。

由對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)魚/油艙容積系數(shù)逐年穩(wěn)步提高。這是由于一方面船型作業(yè)海域的越來越遠(yuǎn)，對(duì)船型的自持力和續(xù)航力提出了更高的要求，另一方面船型方形系數(shù)也由1990—1999年段的0.6左右發(fā)展為2010—2019年段的0.7左右，使得主船體的容積有了增加，魚、燃油的裝載能力有了大幅的提高，致使拖網(wǎng)和刺網(wǎng)的魚/油艙容積系數(shù)分別提高了約50%和30%。

3.7 人均艙容系數(shù)大幅提高

人均艙容系數(shù)C船員表征了船舶的適居性，也可在一定程度上反應(yīng)船型的自動(dòng)化水平，對(duì)于船長大于24 m的船型，其人均艙容系數(shù)計(jì)算如式(7)所示：

(7)

式中：G—總噸位；G凈—凈噸位；N—船員人數(shù)。

由圖3及圖4可知，船型的人均艙容系數(shù)不斷提高，且2010—2020年代船型更是有了極大的提高。這是由于船體方形系數(shù)的不斷增大，上層建筑、甲板室的空間不斷提升，造成了漁船船型總噸位的大幅提高，同時(shí)船型自動(dòng)化程度的提高，使得1990—1999年段刺網(wǎng)、拖網(wǎng)船型9～10人的船員配備發(fā)展成了2010—2019年段7～8人的船員配備情況，這些變化均使得新船型的人均艙容系數(shù)較1990—1999年段提升了約60%。

3.8 拖力系數(shù)和螺旋槳敞水效率逐年提高

拖力系數(shù)C拖力和螺旋槳敞水效率η0分別表征了拖網(wǎng)船型的系柱拖力和其他漁船機(jī)槳配合的優(yōu)良性，體現(xiàn)了船型的經(jīng)濟(jì)和節(jié)能性。其表達(dá)式如下：

(8)

(9)

式中：Fpo—系柱拖力，kN；P—推進(jìn)功率，kW；PT—推力功率，kW；PD—收到功率，kW；T—螺旋槳推力，N；VA—進(jìn)速，取設(shè)計(jì)航速，m/s；n—螺旋槳轉(zhuǎn)速，r/min；Q—螺旋槳轉(zhuǎn)矩，N·m。

近年來，由于導(dǎo)管槳在拖網(wǎng)漁船上的推廣應(yīng)用[24-25]、漁船機(jī)槳匹配的研究[26-30]、漁船用主機(jī)改進(jìn)[31-33]以及船型在設(shè)計(jì)與建造中更加注重機(jī)槳的匹配度等原因，使得拖網(wǎng)漁船的拖力系數(shù)和刺網(wǎng)船型的螺旋槳敞水效率隨著年代逐步提高，2010—2009年段拖網(wǎng)船型的拖力系數(shù)較1990—1999年段提高了約16%，而刺網(wǎng)船型螺旋槳敞水效率也提高了近10%。

4 討論

在調(diào)研船型地區(qū)分布上，主要以舟山和寧波地區(qū)的主流船型為主，但浙江省漁船船型的主尺度、線型及布置由于各地區(qū)漁船作業(yè)習(xí)慣及水深環(huán)境的不同而導(dǎo)致差異性較大[34]，如同等型寬的船型舟山地區(qū)的船長比寧波、臺(tái)州等地的要超過5%以上，而同等型寬的船型，寧波地區(qū)的型深比舟山等其他地區(qū)深10%左右，溫州地區(qū)船型的船長普遍短于省內(nèi)其他地區(qū)等。因此，各地區(qū)調(diào)研船型的數(shù)量將不可避免地對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生誤差，使得研究存在一定的局限性。

調(diào)研的船型，尤其是1990—1999年段船型，由于圖紙資料缺失、船圖不符等原因，其主要參數(shù)值主要由人工測繪并計(jì)算[35]，與實(shí)際船型參數(shù)如方形系數(shù)、排水量等存在一定的誤差。同時(shí)螺旋槳僅有直徑、葉數(shù)能獲取準(zhǔn)確值，而盤面比、螺距等參數(shù)均是估計(jì)值，這些都會(huì)對(duì)部分量化參數(shù)的計(jì)算產(chǎn)生影響[36-37]，致使結(jié)果存在一定的誤差。

此外，部分評(píng)價(jià)指標(biāo)并不能全面地反映船型的狀態(tài)也是研究存在局限性的一個(gè)原因。如干舷系數(shù)雖略有下降但由于近幾年船型艏艉舷弧的大幅提高反而使得船型儲(chǔ)備浮力有所提高[38-39]；而除穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)外，初重穩(wěn)距、橫傾30°時(shí)的復(fù)原力臂和最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)的橫傾角等都是衡量船型穩(wěn)性安全的重要指標(biāo)[40-41]，平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)下降并不能認(rèn)為船型的穩(wěn)性安全性降低。

5 結(jié)論

漁船船型L/B的比值逐漸增大，而B/D的比值則不斷減小。這表明了同等型寬下，船型的船長逐漸增長，型深逐漸變深，漁船船型大型化趨勢十分明顯；同時(shí)，除空船質(zhì)量系數(shù)、固定壓載系數(shù)、平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)等參數(shù)對(duì)應(yīng)的性能略有下降外，其余如海軍部系數(shù)、魚/油艙容積系數(shù)、拖力系數(shù)等參數(shù)均呈現(xiàn)了良好的態(tài)勢，總體上船型發(fā)展趨勢較好。在漁船設(shè)計(jì)、建造和檢驗(yàn)過程中，應(yīng)該嚴(yán)格把控船型的質(zhì)量尤其是主船體以上部分的重量，限制船型船艏外飄、甲板室的長度及高度以及主船體以上部分鋼板的用料等，降低船型的空船重量系數(shù)和固定壓載系數(shù)，進(jìn)而提高船型的穩(wěn)性安全和造船的經(jīng)濟(jì)性。

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