舷侧艏锚锚链摩擦外板问题分析

范井峰 何 秦

（1.海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室 上海200011； 2.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

舷侧艏锚锚链摩擦外板问题分析

范井峰1何 秦2

（1.海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室 上海200011； 2.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

某型小水线面双体船采用舷侧出锚，在开放海域内抛锚后，船体随风浪漂移，从而引发锚链与船体外板摩擦。文中利用悬链线方程并结合图示详细分析了此类问题的起因，分析得出最优解决方案，从而有效避免后期类似问题的发生，较好地提高了船舶使用性能。

小水线面双体船；摩擦外板；悬链线；抛锚分析

引 言

小水线面双体船是高科技、高附加值、高性能船舶，因其优良的耐波性、宽敞的甲板面积以及水下辐射噪声易于控制等显著优点而得到广泛应用与快速发展［1］。某型小水线面双体船设置在艏部左右两舷侧出锚，并在9 600水线、88号肋位处设置暗式锚穴位。该船一般在珠江口海域进行作业，锚地水深约十几米。抛锚时，左、右锚抛放与收起情况均正常，抛起锚过程中无碰擦船体现象，锚链一般抛出4～5节，抛锚后抓力良好，未出现走锚现象。但是在抛锚一定时间后，随流向和风浪力的改变，有时会出现锚链绕进艏部潜体内侧，致使锚链与船体外板摩擦、油漆脱落（见图1）。

图1 艏部右片体内侧

潜体外板摩擦的范围大致发生在88号向艉2个肋位左右以及88号向艏5个肋位左右的地方，支柱体前缘受摩擦部位高约4.2～6.2 m处（见图1），发生的概率约为40%～50%。

1 原因分析

水流速度是沿水深而变化的，故水下锚链所受到的水流作用也是随水深变化的，但与表面水流相比，深水流作用要小得多，所以通常在静力计算中，假定锚链所受水阻力集中作用在最上端，即与船体所受流力一并考虑。若不考虑锚链受拉时的弹性伸长，则可认为锚链在两端张力及自重作用下保持平衡［2］。

作用于船舶的环境力的合力H为水平方向，该力通过锚链作用于锚。在不发生走锚时，锚的水平抓力HO与环境力H平衡［3］。

当抛锚时抛出锚链足够长，可使悬链线在锚点处与海底相切，即θO=0，此时锚仅有水平作用力HO（VO=0），在此情况下可得出锚链悬垂链条线满足方程［3］：

由于sec2θ=1+tan2θ，则可得到：

变形得到：

上述各式中：

ω为单位长度锚链质量；

s、y、x、θ见图2所示；

图2 船舶抛锚简图

现假定悬链长度为4节锚链（110 m）、水深为20 m、作用于船舶的环境力的水平方向合力为9 666 kg，便可得出在此情况下水平外力平衡下的悬链形式，见图3中①所示。

抛锚后，海域风浪流发生变化，船在风流外力作用下船位改变。当外力减小，锚链受力要重新达到平衡，使锚链躺底，引起船位移动，致使锚链绕进潜体艏部内侧并卡住，摩擦船体。

图3 首制船在环境力变化时抛锚悬链线对比图

在图3中：②表示本船随着风浪合力变化到589 kg时，锚链受到合力也减小，锚链躺底长度增加，引起船舶前移8.7 m，使得锚链与船体艏部潜体可能发生相互摩擦；③表示在风浪力进一步减小到355 kg时，锚链就有可能绕进艏部潜体，使锚链与艏部连接桥片体相互摩擦。

由上述分析可知：该船在原状态下抛锚后，当外部环境力稍有变化，即有可能导致锚链绕进潜体艏部内侧。

2 修改方案

海域风流变化不可避免，解决此问题时应考虑：一是尽量避免锚链绕进潜体内侧；二是即使绕进潜体内侧也不会卡住；三是即使卡住也要减轻锚链对船体的伤害。因此提出以下三种修改方案。

2.1 出锚位置改动

参考现有双体船的锚设置，考虑将锚收藏位置移至船艏片体中部，取消锚穴，改用锚架收藏锚（见图4），同时与锚配套装置作相应更改以及结构相应加强。

由图5可知，当出锚点由原方案前移至片体艏部抛锚位置后，船前移至潜体艏部碰悬链位置的距离由8.7 m增加至41 m，锚链绕进潜体艏部概率则大大降低。

2.2 板厚加厚

由于锚链与船体外板摩擦致使油漆脱落，且该处的外板长期浸泡于海水中，考虑到腐蚀的影响，根据《CCS小水线面双体船指南2005》中“基于潜体外板20年的设计寿命”，故考虑1.5 mm的腐蚀余量。考虑到本船的寿命，折算后应考虑1.875 mm的腐蚀余量，可以把受摩擦处板厚增加2 mm。此外，应考虑锚链与船体外板摩擦导致油漆脱落而发生腐蚀，因此建议船上岸时要及时对油漆脱落处进行修补。

2.3 外板处焊接圆钢

在锚链与船体外板摩擦的地方焊接3根半圆钢管，使锚链与船体外板不直接接触，圆钢的范围以88号向艉延伸2档肋位，以及88号向艏延伸5档肋位。在加强范围内先焊接覆板与船体外板连接，然后在覆板上焊接半圆钢管。

图4 片体中间船艏出锚布置

图5 首制船和改进方案抛锚悬链线对比图

由上述分析可知，出锚位置前移将有效减少锚链绕进潜体内侧及卡住的可能性，所以出锚位置改动方案可以有效避免锚链绕进潜体（见图5），解决因锚链绕进潜体后起锚操作不便的问题。板厚加厚方案和外板处焊接圆钢方案均不能有效避免锚链绕进潜体内侧，只能对锚链绕进潜体进行补救，因此出锚位置改动方案（见图4）为最优方案。

3 结 论

在工程中，悬索桥、架空电缆、双曲拱坝等都是应用悬链线原理，同样在船舶设计中系泊带缆的缆绳、补给作业时的高架索也视作一种悬链线，利用悬链线可以有效分析这些工程应用中的受力状态、解决工程难题。

船舶在抛锚系留时，锚索呈悬链状态。无论锚链还是钢丝绳都有良好的柔性和均匀的质量，因此采用单一的锚链或钢丝绳的锚索均可视为简单悬链线［4］。本文利用悬链线原理分析了舷侧艏锚摩擦外板问题的原因与解决方案，不失为一种简单有效的方法。

4 致 谢

本文在撰写过程中得到了蔡新功博士的大力支持，在此深表谢意。

［1］ 林伟国，朱云翔，范井峰，等.小水线面双体船的发展及在海军舰船领域中的应用前景［J］.船舶，2007（3）：1-5.

［2］ 葛云卿，朱国英，吴洪保，等.船舶设备［M］.哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1985：207-212.

［3］ 姚化利.自由抛锚控制技术研究方向的看法［J］.船舶，2009（5）：44-46.

［4］ 中国船舶工业总公司.船舶设计手册:舾装分册［M］.北京：国防工业出版社，1999：101-103.

Analysis of friction between bow anchor chain of shipboard and outside plating

FAN Jing-feng1HE Qin2
(1. Representative Office of Naval Warship Design & Research, Shanghai, 200011, China; 2. Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)

Since a certain type of SWATH is anchored from the shipboard, its outside plate rubs against the anchor chain due to the drift of ship hull in the wave when the ship is anchored in the open sea area. This paper detailedly analyzes the cause of this problem through the catenary equation together with illustration, and proposes an optimized resolution in order to effectively avoid similar problems, which can greatly improve the ship performance.

SWATH; friction with outside plating; catenary; anchoring analysis

U667.4

A

1001-9855（2014）01-0082-04

2013-03-26；

2013-04-16

范井峰（1978-），男，工程师，研究方向：船舶舾装研究与设计。

何 秦（1987-），男，助理工程师，研究方向：船舶舾装研究与设计。