一型冲滩式车客渡船的研发

黄孟光 李敏

摘    要：本文简要叙述了一型供机动冲滩登陆的宽大浅吃水车客渡船的研发。

关键词：车客渡船;冲滩登陆;宽大浅吃水

中图分类号：U674.192                            文献标识码：A

Abstract： This paper briefly introduces the development and design of a shallow-draft and large-breadth maneuvering landing car-passenger ferry.

Key words： Ferry; Maneuvering landing; Shallow-draft and large-breadth

1    前言

渡船通常都需要有固定的码头，而且对码头的设施、水深等都有较严格的要求。然而在某些海域其海滩坡度适中，通过简易的改造或者完全不必改造即可实现船舶的冲滩登陆。这不仅可大大减少码头的建造和维修费用，而且对一些难以建造码头的地方也能实现渡船的使用，因此开发适合冲滩登陆的船型将具有一定的市场前景。

2   研发目的

（1） 适用性强：能在不具有或仅为初级码头条件的地区营运;

（2） 操作性好：能在狭窄的水道实现灵活操控;

（3） 经济性好：尽量加大车辆甲板面积，提高车辆甲板使用率;

（4） 营运成本低：尽量优化型线，提高船舶阻力性能，减少燃油消耗;

（5） 结构强度及稳性需满足单次航行（压载工况）无限航区的要求。

3   船型与主要参数

本船为单体、双头式车客渡船，大致对称布置，首尾部均设有供乘客及车辆上落的跳板。车辆甲板为全通开敞式甲板;中部连接桥上方设三层甲板室，分别为乘客舱室、船员居住生活舱室和驾驶室;主船体由6道横舱壁分隔为7个水密舱室，分别为首尾尖舱、前后压载舱、前后机舱及中部空舱;每个机舱内各设2台柴油机驱动2个全回转舵桨;主船体为钢质，上层建筑为铝合金。船舶总体外形，見图1。

4   研发重点

4.1  型线设计

内河、沿海港湾或岛屿之间运营的车客渡船，通常都会受水深条件限制，这些船一般都为宽大浅吃水船型，其线型多采用隧道船型，但隧道船型操作性比较差。近几年来，有国外设计公司参考隧道船型开发了一种新船型（如图2）。该船型采用折角线型，设前后机舱，每个机舱内设2台柴油机驱动2个全回转舵桨，舵桨安装在船底的一个折角型凹坑内。相比于隧道船型，此种船型操作性能有了很大的改善，然而其阻力性能却并不理想。

本研发船型线设计时借鉴了上述国外设计公司一些比较好的设计理念，同时为了满足冲滩登陆的功能需求，在型线设计方面采用了一些全新的设计：

（1）首尾均采用平底纵流船型，前后对称，底部线型由基线向主甲板平缓提升，整个提升区域无任何附体突出在船体外;去除了常规船舶的球首、舵、螺旋桨、轴支架、拖沙等外突附体，使得船舶在冲滩登陆时可以大面积的平缓着陆，最大限度的减少冲滩登陆对船体造成的损伤;

（2）横剖面线型采用圆舭加舷侧外飘形式，即舭部为常规的圆舭线型，水线以上靠近主甲板区域设外飘舷伸甲板。设计外飘舷伸甲板的目的如下：第一，增加车辆甲板面积;第二，减少船体的水线面宽度，船中区域船体水线面宽度比型宽少了2 m多，使得船体水线以下变得更为细长些，以提高船体阻力性能;第三，减少船舶的有效宽度吃水比，从而加大船舶横摇周期，提高乘客的舒适度;第四，方便推进器的安装;

（3）上述外飘舷伸甲板区域的底部线型纵向呈W形分布，分别由船首和船尾向船中平缓下沉，然后再平缓上升过渡到船舶的中部区域，从而形成两个下凹区域。此线型的设计是为了更好的配合推进器的安装，以达到船-机-桨的最佳匹配。推进器安装在W形外飘舷伸甲板下凹区域的最低点，该处线型最低点距基线高度约为螺旋桨直径的1.2倍。船舶航行过程中，整个外飘舷伸甲板区域除推进器安装位置附近浸没在水下以外，其余绝大部分都在水线以上，从而可以减少船舶的湿表面积，提高船舶阻力性能;

（4）出于冲滩的需要，本船型前后不装设拖沙和舵，为改善船舶的航行稳定性，专门在每个推进器外侧设置一个流线型导流板，该导流板工作原理类似帆船的航行稳定板，主要用于维持船舶的航行稳定性，同时也可以在船舶坐底时起到保护螺旋桨的作用。另外，推进器安装区域与内侧主船体及外侧导流板共同形成类似隧道形式，可避免螺旋桨出水，提高推进效率。

本船型线光顺平滑，除推进器及其外侧的流线型导流板外几乎没有多余的外突附体，低速航行阻力性能优越。此型线设计已获中国发明专利授权（专利号：ZL201610708279.8），而推进器外侧的流线型导流板也已申请了实用新型专利（申请号：2018209915940）。实船试航结果表明，相比同类船型，本船阻力性能提高超过15%。表1为本船和参考船主要参数的对比。

4.2  推进器选型及布置

为了更好的满足实际使用需要，本船在推进器选型及布置上也作了下列特别考虑：

（1）推进器选用全回转舵桨，以期能对船舶进行90o横移、原地360o回转等高难度操作，满足渡船的作业需求。另一方面，相比传统的通过轴系驱动的螺旋桨，全回转舵桨的安装位置也更加灵活;

（2）全船共设4个全回转舵桨，分别安装在左右两舷W形舷侧外飘两个下凹区域的最低点。沿船长方向，舵桨的安装位置远离首尾端冲滩触底区域，避免冲滩登陆时对螺旋桨造成损伤;在船宽方向，舵桨外挂安装在舷边位置，螺旋桨完全处于开敞水域，来流及去流非常顺畅，能充分发挥螺旋桨的效率;

（3）本船舵桨安装在舷侧外飘区域，然而出于减少船体湿表面积、提高阻力性能的考虑，我们希望W形舷侧外飘下凹区域浸没在水中越少越好，故此本船的推进柴油机及推进轴系采用了橫向安装。尽管通常船舶上柴油机、电动机等均要求其轴线沿纵向布置，以减少因船舶横摇对其造成不利影响，然而考虑到本船长宽比较小、横摇角度不大，为更好的配合舵桨安装，最后决定主机采用横向安装方式（见图3、图4）。当然，为了尽可能减少横摇对柴油机造成不利影响，我们也相应的采取了一些措施，如柴油机选用深油底壳形式，以确保在较大角度横摇工况下柴油机的自润滑系统还能正常工作。实船试验表明，此横向安装的推进系统在船舶航行中一切正常。

由于4台全回转舵桨的安装位置相距非常远，转向力臂很长，因此本船操舵非常灵敏。舵桨控制方面也可采用多种选择：第一，每台舵桨可独立操控;第二，可将船首的两台舵桨组合成一组，船尾的两台舵桨组合成另一组，然后对每组独立操控;第三，可以采用自动舵同时操控4台舵桨。实船试验结果表明，本船操纵性能极佳，船长对此赞不绝口。

4.3  结构及稳性设计

本船入级美国ABS船级社，挂圣文森特方便旗，实际营运为智利沿海50海里以内水域。由于本船建造完工后，需由广州自行航渡到智利，因此本船稳性按无限航区航行船舶的要求设计。而实船除最小船首高度需要船旗国豁免外，完整稳性及破舱稳性在所有工况均满足SOLAS对无限航区航行船舶的要求。

由于本船宽深比B/D=5.1，远超规范对宽深比的要求，因此结构计算采用全船有限元结构分析。将全船划分为若干个子结构，首先对于各主要构件按其受力状况分别建立膜、壳、梁、桁条等的有限元模型;然后利用统计的方法求出波浪长期预报值，确定反映长期极值概率特性的设计波;最后求出设计波的波浪载荷，并施加到全船有限元模型上，通过有限元分析求解，得出各主要构件的实际变形与应力。为增加船体纵向强度，在前后机舱之间设双层底结构，并加设了两道纵向舱壁。

为减轻船舶自身重量、降低船舶重心高度，本船采用钢铝混合结构，主船体采用钢质材料，而上层建筑则采用铝合金材料制作。

4.4  车辆甲板布置

本船主甲板（即车辆甲板）为全通开敞甲板，甲板载荷按12 t/m2设计;车辆甲板前后设有液压控制的跳板，跳板的设计载荷为15 t/m2;本船除前述舷侧采用外飘结构以加大车辆甲板面积外，首尾端的锚泊系泊平台设置在船舶的首尾倾斜外延部分的上方，基本上不占用主甲板面积;而上层建筑设置在连接桥上方，仅由舷侧结构支撑，也不影响主甲板装载车辆，从而使得整个主甲板由船首至船尾、左舷到右舷，均可作为车辆装载处所，甲板车辆装载容积率非常高;车辆甲板上设4条重型卡车车道，每条车道宽3.25 m，合计总长约240 m;车辆甲板至连接桥底部的最小净空高度为5 m，能满足大型客车、重型集装箱拖带卡车等的通行高度要求;车辆甲板若用于载运小型车，则可并排停放5排，装载约60辆小型车。

4.5  测深仪、计程仪探头安装

本船为宽大浅吃水的平底纵流船型，这种船型的底部水流比较紊乱，而且首部线型肥大、干舷低，航行过程中跳板底部铰接区域容易浸没在水中激起大量气泡，从而在船底部产生气泡集聚，影响测深仪、计程仪探头正常工作。为此，我们对测深仪、计程仪探头安装位置及安装方式做了专题研究，将探头安装在船体中部尽量远离推进器及首浪影响区，并将探头安装在一个稍微突出船壳外的流线型导流板上，避免气泡对探头的干扰。实船试验结果表明，这样处理是非常必要的，也是正确有效的。

5   结语

本文介绍的冲滩式车客渡船不仅可在内河、港湾或岛屿之间的车客渡船运营水域使用，还可以用于码头设施不完善的岛屿和航道，尤其是不 （下转第页）（上接第页）适宜建造固定式码头或建造码头投资过高的水域使用，克服了现有车渡船对停靠港口硬件设施的过度依赖，拓宽了车渡船的应用领域。

本船型采用了两项创新的专利技术，使得其阻力性能较同类船型有较大的提升;车辆甲板采用双向通道的设计，使得车辆上下更方便快捷;首尾各配置两套全回转舵桨，配合驾驶室前后两套操控系统，使本船具有优异的操纵性能。是一型值得借鉴和推广的新船型。

在目前全球船舶市场的寒冬期，广东新船重工有限公司坚持技术创新，以新颖独特的船型及性能优良的技术方案，赢得了难得可贵的国外订单，并为公司开拓车客渡船市场提供了新的技术支撑。

参考文献

[1] 李孔光，莱长01沿海汽车渡船设计[J]，广东造船， 2007.98（3）.