长江34m全回转引航交通船总体设计研究

陈 悦

(江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏 镇江212003)

长江34m全回转引航交通船总体设计研究

陈 悦

(江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏 镇江212003)

在考虑长江引航船舶使用要求的基础上，确定了满足设计要求的总布置方案。从快速性、操纵性、耐波性、经济性和布置方面，着重对34 m引航交通船主尺度和船体几何形状进行了研究。该船型的设计研究，将改变引航交通船抗风浪能力差和功能相对单一的现状，从而为长江引航工作的安全、及时开展提供了保证。

引航交通艇;总体设计;产品开发

0 引言

随着长江流域经济的快速发展和长江深水航道建设的不断推进，船舶进出量特别是外轮进出量不断增长，且船舶呈现大型化、快速化的发展趋势，长江水上引航需求迅猛增加。为了保证长江引航工作的安全、及时开展，对引航船的航行性能和抗风浪能力提出了越来越高的要求。

近几年来，长江引航交通船得到了一定的发展。但由于其船长为20 m级，且功能较为单一，抗风浪能力较差，不能满足长江大风浪时及时引航工作的需要，因此，为更好地履行职责，提高服务质量，提升长江引航形象，迫切需要开发功能相对齐全，抗风浪能力较强的30 m级引航交通船。

1 主要量度

船长

34.0 m

型宽

8.00 m

型深

4.00 m

设计吃水

2.80 m

主机功率

2×882 kW

设计航速

～13.5 kn

2 使用要求和总布置

2.1使用要求

船舶引航包括引领船舶航行、靠离、离泊和移泊等活动。在保证安全的前提下，要求交接时间要短(即具备一定的航速)；引航交通船与被引领船靠离方式要求多样化(即具备灵活的操纵能力)；在大风浪条件下，引航交通船安全靠离被引领船(即具备良好的抗风浪能力)；在大风浪条件下，引航交通船稳固抵靠被引领船，以便引航员安全上下(即具备一定的顶靠力)；具有较强的防撞能力。

为此，34 m引航交通船除满足长江A级航区的设计要求外，还必须考虑到长江8级风以下航行和7级风以下作业的需要；航速不能小于13 kn；需具有灵活机动的靠离被引船舶方式和良好的微动操纵性能，以便于引航员安全登离被引领船。此外，34 m引航交通船还需设置一个舒适的引航员休息环境，以及相应的生活配套设施。

2.2总布置

该船属布置地位型船，其总布置如图1所示。根据本船的功能和使用要求，本船主船体主要设有舵桨舱、机舱、船员舱、储物舱和艏尖舱，其中燃油舱布置在机舱前后两端，清水舱布置在船员舱底部，调节水舱分布在船首储物舱和船尾舵桨舱内。本船主甲板以上设置2层短甲板室(设有一定的甲板飞檐)，上层甲板用于船舶的驾驶处所，下层甲板则主要考虑布置引航员休息室、监控室、厨房和洗手间、机舱棚等。

3 主尺度选择

3.1船长

该船船长主要从快速性、操纵性、耐波性和经济性等方面来综合考虑。船舶阻力包含摩擦阻力和剩余阻力2大部分。摩擦阻力与湿面积有关，一般随船长增大而增加。对于中高速船舶(傅氏数Fn≥0.30)，其剩余阻力在总阻力中占有相当大的比重。根据相关资料，剩余阻力系数Cn与排水量长度系数C和傅氏数Fn关系非常密切,如图2所示。在剩余阻力系数峰值前，傅氏数Fn小于0.39比较有利。本船航速初取13.5 kn，则其水线长应不小于32.3 m。从操纵回转性和经济性来看，船长短则较有利；从耐波性来看，船长应大于波长(A级航区波长约为30 m)较合适。

图1 34 m全回转引航交通船总布置图

综合考虑，引航交通船船长最终控制在34 m，此时总阻力大小适当，且基本满足舵桨舱、机舱、船员舱及主甲板舱室布置的需要。

图2 剩余阻力系数

3.2船宽

该船船宽主要从布置要求、快速性和大风浪恶劣条件下横稳性和横摇性能来考虑。此外，考虑到34 m引航交通船对抗风等级有非常高的要求，其船宽不宜过小。

根据调研分析，采用全回转推进操纵装置的船舶，其长宽比约为3.5；而采用常规轴桨的船舶，其长宽比约为5.0。考虑34 m引航交通船有较高的航速和较大的抗风要求，其长宽比控制在4.2左右较为合适。结合初步的舱室和舵桨布置情况，本船船宽取8 m较为理想。

3.3型深

该船型深主要从舱室布置和受风方面，结合减小甲板上浪、增大储备浮力等方面来考虑。在吃水和干舷要求一定的情况下，通常应适当加大型深来保证。

综合以上几方面，结合34 m引航交通船大风浪使用要求，船底有较大斜升且需设置一定量的压载，所以其型深着重从主甲板下机舱和船员舱高度、压载量要求考虑。参考相近船舶的型深，34 m引航船型深取为4 m。

3.4吃水

本船用于长江下游，其吃水受航道水深条件影响较小。考虑到长江下游气象和水文条件较为复杂，该船采用较大的吃水，一方面使舵桨有一定的浸深以提高引航船舶的推进效率，另一方面改善船舶的适航性和大风浪时的作业性能。

根据初步确定的船长和型深，经初步估算，A级航区最小干舷不小于0.8 m即可。考虑长江A级航区半波高为1.25 m，为了减小大风浪对甲板上浪的影响，34 m引航交通船的设计吃水取为2.8 m。

4 型线考虑和确定

4.1船体型线构思

根据34 m引航交通船需以多种方式停靠被引领船的功能和在大风浪情况下安全航行和作业的使用要求，其主船体几何形状考虑如下：

(1)采用较宽的首甲板线，增加首甲板面积，适应引航船首顶靠作业，提高和改善引航员登离的安全性。

(2)船型方案船首均采用前倾式，且设计水线以上横剖线采用外飘的线型，改善大倾角稳性和耐波性。

(3)采用较宽的尾甲板线和一定的平尾，除增加尾甲板面积，适应引航船尾顶靠作业，提高和改善引航员登离的安全性外，还应有效地保证全回转舵桨的布置和保护。

(4)与常规双桨船不同，为了安置舵桨，船型方案尾部均采用较长尾悬体，且与船中部线型有较好的过渡，以保证舵桨360°的回转。

(5)两舷采用平直的甲板边线，便于防撞装置和登离辅助装置的可靠、有效布置。

4.2船体型线确定

根据以上主尺度要素，用船舶设计软件NAPA进行该船的型线建模。

船体型线设计主要是从船舶的快速性、稳性、耐波性等方面来考虑，且通常将快速性(阻力)放在首位。本船属中高速船(傅氏数约0.39)，其兴波阻力占总阻力的大部分，因此船型设计时应尽可能减小兴波阻力。

甲板边线的高度对船型的美观有较大的影响，长江引航在实际使用中希望有较小的首舷弧，这些因素在船舶型线设计中也需要考虑。这就要求主甲板尾部采用升高甲板，且采用舵桨装置，也就决定了船尾部需设计成较长且平坦的尾悬体，见图3。

图3 船体模型

考虑本船所航行水域风浪较大，往往首柱前倾较大，首部甲板线宜采用较大的外飘，一方面有利于破浪同时增加船舶的动感，另一方面防止或减少甲板上浪现象。

与船相关的船型系数对船舶航行性能和总布置有直接影响。本船傅氏数约0.39，据此可估算出对阻力较有益的棱形系数，进而可推算出中横剖面系数(或最大剖面系数)，从而来确定中横剖线(或最大剖面线)位置，包括龙骨墩宽度、舭升高、舭部半径和设计水线宽度等。

5 结语

引航交通船是进行引航服务必备的水上交通工具。34 m引航交通船功能相对齐全、抗风浪能力较强，其建成后，将能够明显加强长江引航中心引航交通的保障能力，进一步提高引航服务质量，提升长江引航形象，从而为实现长江航运“畅通、高效、平安、绿色”做出应有的贡献。

[1]顾敏童.船舶设计原理[M]. 上海:上海交通大学出版社，2001.

[2]李国.现代引航中的引航船[J].天津航海，2005(4)：33-34.

[3]俞正惠，陆悦铭，梁锐.对引航员接送船艇的设计设想[J].航海技术，2014(3)：52-55.

2014-08-27

陈悦(1979-)，女，讲师，从事船舶设计工作。

U662.2

A