中国海洋救助船主力船型——8000 kW海洋救助船

郑梓荫 杨存国 顾 艳

（上海船舶研究设计院,上海 200032）

1 中国海洋救助船的概况

1.1 “十五”规划以前的中国海洋救助船

在上世纪60年代，我国救助打捞系统仅有几艘德大型（15000 HP）及德意型（9000 HP）救助拖船。90年代，伴随中国海运事业及海上石油工程的快速发展，“九五”期间建造了3200 kW、4500 kW、10000 kW共13艘系列海洋救助拖船。

这些救助船大都使用导流管，螺旋桨效率低，航速慢，救生设备少，救助手段落后，在实际使用中逐渐退出救助领域。

1.2 “十五”以后的中国海洋救助船发展方向

“十五”期间，交通部在2003年3月“全国救助工作会议”上确立了救助系统的工作是以海上人命救生为主，并引入直升飞机救助的理念，促成了我国海洋救助新船型的诞生——即救助船队6000 kW（3 艘），8000 kW（15 艘），14000 kW（3 艘）的诞生，此外还包括3艘高速穿浪型救助船。

这些船型（高速穿浪型除外）与原三用工作船和拖带拖轮的船型完全不同，它们向着小型、高速、高安全性能方向发展。

图1 海洋救助船

1.3 高性能海洋救助船的发展背景

我国有18000 km的海岸线，200海里专属经济区的海域面积达600万平方公里。海上运输、海上渔业及海洋工程事业日趋繁忙，海上事故日益增多。为了对海域内的船舶及时实施救援，我国急需建造高性能海洋救助船舶。

1.4 “十一五”期间我国建造的主要救助船型

“十一五”期间，我国引入海空立体救助的概念，目前已建立三个直升机救助基地，引进美国救助直升飞机10余架。以我国海岸线及200海里专属经济区面积而言，我们应至少具备日本海上船艇和飞机的救助能力才相称。

开发海洋救助船尚有很大空间。因为在沿海18000 km的海岸及长江、珠江繁忙的通航水域要密布救助站点，布设20 m以下小型高性能快速救助艇为主的快速救助船。按照美国和日本的经验，这类高性能快速救助艇需求量近千艘。

2003年，全国救助系统工作会议确定以海上人命救生为目的的指导方针以后，我国救助船的设计和建造迎来了一个崭新的发展机遇，决定建造一批大功率高性能的海洋主力救助船，如6000 kW、8000 kW、14000 kW全天候海洋救助船船型和快速穿浪型救助船，并参照发达国家海上救助的经验，引入海空立体救助的理念，在海上事故多发区密布站点，用直升机和高速救助艇进行快速救助工作。

2 8000 kW海洋救助船船型的研究和开发

我国真正以人命救生为目的的海洋救助船的开发始自2001年初开始的6000 kW海洋救助船。而完整的海洋救助船船型的确定则是在2003年3月北京救助工作会议后，在8000 kW海洋救助船上得到实施。根据会上确立的“加强救助能力，强化以人命救生为目的”的指导思想以后，8000 kW海洋救助船（见图1）确立了全天候、大功率、高性能、高航速，以人命救生为主的设计指导原则，奠定了该船的船型和设备配置的基础。

2.1 船型与总布置

2.1.1 8000 kW海洋救助船主要尺度及主要参数

见表1船型对比表。

2.1.2 8000 kW海洋救助船总布置

见图2。

2.1.3 主尺度及主要要素选择

海洋救助船作为一种实施全天候海上救助任务的特定船舶，必须具有较佳的快速性能，即要在短时间内迅速赶到事故现场实施救助，因这是“人命关天”的大事，所以要求有较高的航速，同时该船又要在大风大浪的恶劣海况条件下实施救助，所以又要有较佳的耐波性能和抗风浪能力，又由于在救助时需要迅速转弯或调头，因此又要有较佳的操纵性能，为此在进行主尺度要素选择时要综合考虑各种性能的要求，以取得较佳的平衡与协调。

为了满足海上不同航区、不同的遇险船舶的要求，自2001年以来，上海船舶研究设计院在中国船舶科学研究中心进行了4000 kW、6000 kW、8000 kW直至14000 kW的救助船船模试验，救助船的船长也从小到大，垂线间长从65.00 m到98.50 m，型宽B从13.60 m到16.20 m，吃水T从4.80 m到5.60 m（结构吃水可达6.46 m）。同时选取较适中的宽度吃水比B/T。从所选定的主尺度来看，其长宽比L/B较一般的工程船舶为大，这主要也是为满足快速救助的需要。图3列出了各主尺度及要素两柱间长Lbp、型宽B、设计吃水T随各型船主机功率PS的变化曲线（图中Lpp为两柱间长）。

由图3可见，船长及船宽随主机功率的增大而逐渐增加，但吃水的变化较小。这主要因航区及救助时需要吃水不宜过大，故其随功率的变化也较平坦，反映在长宽比L/B及宽度吃水比B/T上也有类似的变化，即L/B随主机功率的增加有较明显的增大，而B/T的变化则较平缓。由于救助船需要快速赶到事发地点，故通常要有较高的航速，其傅氏数Fn也较高，一般为 0.325～0.35。

表1 “十五”、“十一五”期间建造的主要救助船船型及功能

序号 项目 6000 kW海洋救助船 8000 kW海洋救助船 14000 kW海洋救助船（首制船）穿浪型近海快速救助船五 载货能力1 载重量 907 t（吃水5.6 m）1774 t（吃水6.0 m）2137.6 t（吃水6.0 m）227 t 2 救助作业区面积 250 m2 350 m2 490 m2 3 燃料油 687.9 m3 890 m3 1030.4 m3 4 轻柴油 183.8 m3 427 m3 261.9 m3 18.5 t 5 淡水 318.2 m3 362.6 m3 399.5 m3 5.5 t 6 海面溢油回收 200 m3储油囊（13-15）×2个100 m3储油囊（13-15）×2 个200 m3拖带式储油囊×2个7 直升机作业 悬停 起降 起降 悬停8 救助作业能力满氏风级 10级风 10级风 10级风 8级风9 安全航行能力满氏风级 12级风 12级风 12级风 9级风六 救助设备1 拖曳绞车 双卷筒 双卷筒 双卷筒工作负荷 1600 kN 1600 kN 2000 kN支持负载 3000 kN 3000 kN 3000 kN 2 备用缆绞车 8.5 t×1台 35 kN×1台3 绞车 22 t×1台 12 t×2 台 150 kN×2台4 绞盘 10 t×2 台 12 t×2 台 15 t×2 台5 液压鲨鱼钳 3000 kN×1只 3000 kN×1只 5000 kN×1只6 液压挡缆桩 3000 kN×1套 5000 kN×1套 5000 kN×1套7 尾滚筒 3500 kN×1台 3500 kN×1台 3500 kN×1台8 克令吊 5 t×10 m×1 台 8 t×12 m×2 台 12 t×9 m/5 t×16 m×2 台 8 t×2 台9 高速救助艇 2艘 2艘 2艘 1艘10 救生艇 2艘 2艘11 直升机平台 一座（悬停）一座（供起降）一座（供起降）悬停12 对外消防 一级 一级 二级13 海面溢油回收/卸载装置 一套（13-15）一套14 围油栏 一套（13-15）400 m充气式深海型围油栏一套七 乘员1 船员 24+6人 24+6人 30人 12人2 获救人员 100人 100人 200人 200人

图2 8000 kW海洋救助船总布置图

图3 两柱间长LBP、宽度B及LBP/B随主机功率的变化曲线

2.1.4 线型设计

当主尺度要素选定后，船体线型设计是保证高性能海洋救助船具有良好航行性能的关键。据研究，在同样主尺度要素及主机功率情况下，由于选用不同的船型，其船舶性能及航速会有很大差异。

2.1.4.1 船型选择

通常在已定各主尺度要素如船长L、型宽B、吃水T、方形系数及浮心纵向位置L.C.B后，就可以设计出满足这些要素的船体线型。由于远洋救助船不仅要在平静的海面上有较高的航速，而且在大风大浪的恶劣气象条件下也要保持一定的航速，即在风浪中的失速不应过大，故其船型通常采用V形或中V形。V形船相对U形船可有较低的阻力，同时对降低在波浪中的拍击及减少在波浪中的失速有利。另外，对双桨船而言，采用V形船，还可使进入螺旋桨的水流更加充分，提高螺旋桨的敞水效率。

2.1.4.2 船体线型

在主尺度要素及船型确定后，船体的首、尾线型将是确定船舶航行性能优劣的主要因素。

通常海洋救助船为达到较高航速，其方形系数均属中等且偏小。所设计的线型较其它近海工程来得细长有较长的进流及去流段，并采用较短的（或无）平行中体以及V形或中V船形。

1）首部线型

以往的近海工程船舶包括救助船舶，首部大多采用前倾或垂直的常规首部。在设计水线以上有较大外飘，可起到一定的压浪作用，同时也可有较宽敞的甲板面积以满足布置上的需要。在对4000 kW及6000 kW救助船的首部线型设计时就采用上述设计理念。但随着海上救助任务需求的提高，要尽量减小船体阻力提高航速，一般采用球首形式来起到消波及整流作用，在以后的8000 kW及14000 kW救助船上得到充分应用。在对8000 kW救助船进行研发时，曾设计了常规垂直首及球首两种方案，并进行了模型快速性试验研究。试验结果表明，球首方案较常规首在有效功率和收到功率方面均有大幅下降，从而较明显地提高了航速。

2）尾部线型

尾部线型设计的优劣对阻力及推进性能影响甚大。在极端情况下，如尾部去流段太短，收缩过快引起水流分离，会在螺旋桨盘面处形成缓水区造成伴流过大且分布欠佳，从而使螺旋桨运转时产生的脉动压力加大引起尾部剧列振动。因此，在进行尾部线型设计时应特别注意。

为获得较高的航速，在救助船尾部线型设计时要较其它近海工程船更显瘦削些，以便形成较细长的去流段，减小去流角。这对改善尾部流态，减小尾部的旋涡阻力及提高螺旋桨的敞水效率均较有利。4000 kW、6000 kW、8000 kW 及14000 kW 新型系列海洋救助船的尾部线型都基本按照这一理念进行了设计。

2.1.5 模型试验研究

自2001年初至2005年，对上述四型海洋救助船均进行了模型快速性试验，包括不同方案的选型，改型、有无球首及有无导管不同推进形式的试验研究。通过试验研究，为各型海洋救助船提供了较优良的线型及较好的机桨配合，满足了各型海洋救助船对各类指标的要求。表2列出了各型海洋救助船的主机功率及经模型试验后预报的实船航速。

通过对不同方案的模型试验研究，可得出如下几点结论：

1）由8000 kW海洋救助船的常规首（无球首）与球首方案的试验结果比较可得，球首方案较常规首方案在设计状态时航速可提高0.49 kn（有导管）及0.77 kn（无导管）。反映在阻力上，球首较常规首在设计航速附近的有效功率可降低16%左右。由于球首对船体流场起到较好的整流作用，故其推进效率也有所提高，可进一步降低其收到功率，见表3。

2）由8000 kW海洋救助船的导管桨与无导管桨方案的模型试验结果比较可得，无导管桨方案较导管桨方案在设计状态时航速可提高1.19 kn（常规首）及 1.47 kn（球首），反映在推进效率上，在设计航速附近可提高34%～45%，见表4。

3）由8000 kW海洋救助船有、无减摇鳍方案的模型试验结果比较可得装置减摇鳍后（鳍安装在减摇鳍孔内）的阻力在整个航速范围内较无减摇鳍的为高。在设计状态设计航速为19.73 kn附近增幅约为3%左右，而在压载试航航速为20.35 kn附近增幅约为2%左右，见表5。

表2 新型海洋救助船不同方案的航速预报

表3 常规首与球首方案的功率比较

表4 导管桨与无导管桨方案推进效率的比较

2.2 8000 kW海洋救助船开发的关键技术

8000 kW海洋救助船作为我国海上救助系统最重要的救助装备，要求航速快，耐波性能好，抗风浪能力强，救生手段先进。为此，在进行该船设计工作时认真听取了各救助部门的使用意见，对船型进行了如前所述的系列优化工作，在确定该船主尺度和线型时对快速性、稳性和耐波性的影响进行了综合分析和评估，并进行了船模快速性试验和耐波性试验，从而最终确定了其最优化的组合。下面分述航速、稳性、耐波性及主要先进设备的技术难点和解决措施。

表5 有、无减摇鳍的有效功率之比较

2.2.1 航速

该船任务书要求轻载航速不小于20 kn，其傅氏数Fn高达0.34，属排水量型高速船，因此，该船剩余阻力（主要为兴波阻力），将占总阻力的70%。

为了减小该船剩余阻力，减少首尾兴波，该船在船型和线型方面采取了如下措施：

1）首部设有球首，改善首部流态，减少首部水流进角，改善首部兴波；

2）在设计中适当增加船长，使傅氏数Fn降低，减小兴波阻力；

3）使首尾段线型尖削，改善首尾流态及压力分力分布；

4）使排水量向中后移动，浮心位置位于中后，光顺首尾水下线型，减少兴波和漩涡阻力；

5）后续船（第7艘以后）由于增加直升机平台，导致重心升高，固定压载增多，船舶重量增加，航速下降。为了维持原任务书航速20 kn以上的要求，并缓解排水不够的矛盾，该船在第7艘以后改用双尾鳍船型，其推进效率增加5%，每吨排水量阻力减少4%。实船试航表明，在试航状态（压载状态T=5.0 m），改用双尾鳍后排水量增加7%，其试航航速仍增加0.15 kn。

根据上述原则，定出主要尺度及船型系数，经过快速性分析，估算船舶轻载航速可以达到20 kn以上，后经过船模试验验证证实。

2.2.2 稳性

该船稳性要求十分严格，一方面它要在大风大浪中有足够的稳性，又要求在海上进行拖带作业，还要使用有巨大自由液面影响的减摇水舱。为此：经过大量型船分析及反复计算比较，确定出即能满足稳性要求又能满足快速要求的最小船宽为15.2 m，经实船倾斜试验表明这一选择是恰当的。

2.2.3 耐波性

由于8000 kW海洋救助船常常在恶劣的海况下从事救助作业，保证自身的安全和救助作业的有效性及改善船员长期在海上值班作业的艰苦条件，良好的耐波性能是十分必须的。为此，针对我国沿海海域的特点，综合快速性、稳性的要求，对该船耐波性进行了充分考虑。

1）针对我国近海海域波长统计值，海域波长出现最大概率是60 m～70 m，我们选定船长为88 m，使船舶在海上航行时能至少同时跨御二个波，大大减少船舶纵摇、拍击及升沉纵荡运动。

2）适当控制船宽，使船舶横摇周期增大，横摇剧烈程度减小。

3）加装可收放式减摇鳍和可控被动式减摇水舱，既能减少高速航行时船舶剧烈摇摆又能缓解锚泊值班和低速救助作业时大风浪中横摇，使船员生活环境和工作条件得到改善，增加救助作业的有效性。实船试验表明，减摇鳍动作时，在15 kn航速时可减少横摇角约10°，减摇水舱可减少横摇40%～45%。

根据船模耐波性试验后换算结果，由于本船船长及自摇周期都较大的偏离中国近海海域波长及周期，所以适航性能较好，船舶加速度有义值小于0.3g(g—重力加速度)，螺旋桨出水概率小于10%。

该船使用减摇鳍后，在大风浪中航行时可减少2 kn～3 kn航速损失。另外由于本船有二层首楼，船首高出水面8 m以上，大大减少首部出浪及浸溅概率。

2.2.4 救生设备

在设计中，为强化人命救生的目的，提高救助设备快速性和有效性，该船在选择高性能的救生设备方面进行了专题研究。经过调查研究，大量选用了国内外先进的高性能救生设备，如高速救助艇及防摇荡艇架、襟翼舵、舵摇鳍及减摇水舱，先进的抛投式救生衣、救生捞网等。船舶投入使用后表明，这些高性能设备的快速性和有效性取得了良好的效果。

2.2.5 电气设备

为了满足该船用电工况复杂，负载变化大，转换频繁等要求，船上设置了高自动化电站，具有重载询问和手动/自动负载转移功能。为了加强夜间救助能力，该船配置雾视仪、夜视仪等监视设备。

该船设置了局域网，其遍布各生活和工作处所。重要地方设有电视摄像头，它可以把船上主要设备及救助场景通过F站实时传送到岸上，便于对救助工作进行监控和指挥。

2.2.6 实船试航情况及各项主要技术指标

8000 kW海洋救助船首制船于2005年9月底进行了实船试航，各项主要技术指标均达到或超过原设计任务书要求：

1）任务书要求轻载航速为20 kn，实船达到20.13 kn～20.25 kn（后续船）；任务书要求系柱拖力不小于100 t，实船试验达105 t；任务书续航力为10000 n mile，实船为 12000 n mile。

2）稳性满足IMO远洋航区的要求，在自由航行状态可抗12级风。

3）船体结构经试航和实船使用考验，证明强度性能良好。

4）该船抗御大风浪能力强，耐波性能良好。减摇鳍和减摇水舱能有效改善船员的生活和工作条件，并减少风浪中的失速损失。

5）船上各主要设备运转良好，配置的各项救助设备及器具均满足任务书和实际使用要求。

2.3 社会效益

8000 kW海洋救助船于2005年底相继投入使用之后，2004年底北海大寒潮及南海强台风的抢险救助工作中，承受了12级以上大风浪的考验，出色完成了多项重大海事救助任务，特别是在“珍珠”号强台风袭击中国南海时，“南海救111”号成功抢救越南渔船，出色完成了这项重大国际救援任务，受到国务院和交通部嘉奖及越南政府的多次感谢。2009年，3艘8000 kW参与“神七”工程返回舱的应急回收工作，同样出色地完成任务。该型船声誉卓著，好评如潮。其救助事迹常常见诸报端和电视新闻报导，8000 kW海洋救助船已被确立为我国救助系统的主力船型。

高性能海洋救助船是随着世界经济，特别是海洋运输与海洋开发而迅速成长的新船种，除了以飞机为救助主力的发达国家以外，作为中等发达国家及广泛的发展中国家，其有着广泛的使用前景。

救助船平时可以担当救助作业任务，实施人命救生和国际人道主义援助。另外救助船也接近军用船种，它具有重要的国防意义，它基本上不需大的改装即可以担任海军的巡逻、补给、救助、支援任务，参与舰队的编队航行。对于平战结合，维护台海局势及东南亚海权的稳定发挥着重要作用。

3 结语

改革开放及社会发展的需要，迎来了我国海洋救助船发展的大好时机。除上述主要救助船型外，我国海上救助部门在“十二五”期间还将继续开发新的救助船型，以补充和扩大我国救助船队的工作能力。由于我国主力救助船型航速高达20 kn，救助设备先进，抗风浪能力强，能参与海军编队航行，稍加改造，即可以应用于我国海军救助系统，为海军舰队救助护航起到保障作用。所以我院开发的救助船船型有着很强的生命力，对大型海难的救助具有关键意义。