35m低干舷高速快艇首锚的选型及锚链筒设计

黎理胜　袁德　周建华　吴红亮

摘    要：本文主要通过某35m低干舷高速快艇首锚的选择及锚链筒设计的典型案例，分析波尔锚在低干舷高速快艇上的应用及锚链筒的设计原则和具体方法，可供相似类型及尺度的船舶参考。

关键词：高速快艇;低干舷;波尔N型锚;波尔N型平衡锚

中图分类号：U671.93                              文献标识码：A

Abstract： Based on the selection of bow anchor and the typical case of hawse pipe design of a 35m low freeboard high speed boat， this paper analyzes the application of pool anchor in the low-freeboard high speed boat and the design principle and method of the hawse pipe， which can be used as a reference for similar types and sizes of ships.

Key words： High speed boat; Low freeboard; N type pool anchor; N type pool balance anchor

1     前言

本文通过对某35 m低干舷高速快艇首锚的选型及锚链筒设计的典型案例，分析波尔锚在低干舷高速快艇上的应用及其锚链筒的设计原则和具体方法;结合现场波尔锚实装中出现的问题，对波尔锚在低干舷高速快艇上的应用总结了设计体会和经验，相信对于相似尺度的低干舷船舶单首锚的设计及波尔锚的选型具有较好的借鉴作用。

2    低干舷高速快艇首锚设计原则

对于小尺度高速快艇来说，严格的重量控制是确保满足总体性能要求的关键措施。为了满足总体设计要求，对于锚的选型需要作轻量化考虑，宜选用大抓力锚。

锚泊系统设计，关键在于合理布置锚链筒。一般常规船舶抛锚時，为了让锚能顺利滑出和回收，锚链筒常采用陡削式布置，锚链筒内倾角（即锚链筒轴线同垂线的夹角）为30°～35°。

然而对于低干舷高速快艇而言，锚链筒若采用陡削式布置，则锚容易挡水且可能顶住外板。所以锚链筒不宜采用陡削式布置，而要采用平斜式布置，即将锚链筒内倾角加大，主要应考虑如下因素：

（1）锚链筒下出口应尽可能抬高设置，减少首锚挡水，避免影响艇的航速;

（2）锚链筒在首柱的布置不能影响其它结构的布置，如护舷、结构加强等;

（3）锚链筒的布置应便于抛锚时可让锚靠自重顺利下滑;

（4）锚链筒的长度L和直径D必须满足：L=185（G）1/3，D=（8.5～10.5）d。

由于波尔N型锚的重心在锚爪，且其锚爪与锚杆的转角为42°，当收锚锚索处于垂直状态时锚爪可能朝首或朝尾倾斜。锚爪若朝尾则可与外板可靠贴合满足设计要求，若锚爪朝首就要将锚翻转过来尽量让锚链筒内倾角α> 42°，如图1所示。如果锚链筒的内倾角α=35°< 42°时，锚爪重心在转轴前的力矩为顺时针方向，锚爪欲向尾转动被锁死，锚爪一直朝首向上;如果内倾角α=48°> 42°时，锚爪重心在转轴后的力矩为逆时针方向，锚爪可朝尾翻转，如图2所示。一般高速船首部下端水线部分都比较尖瘦，但是靠近主甲板部位又比较肥大，这种情况下锚爪转动比较容易与船体外板贴合，不易刮擦外板。

综合而言，布置锚链筒时首先应从纵舯剖面首甲板往下扣除必须的结构空间（高度）初定锚链筒下出口，根据锚链筒必须保证的最小长度L，以锚链筒下出口点为圆心、L为半径作圆交于甲板线可初定锚链筒上出口，检查锚链筒内倾角是否α> 42°，最后基于该状态对锚存放状态作受力分析，确保锚可以在自重状态顺利抛出，必要时可将锚链筒做成喇叭型以利于锚更容易下滑，若不合适可作局部调整。

3    典型案例分析

某35 m低干舷高速快艇选取了G=60 kg波尔N型锚。本船首部总体较尖瘦，但首柱局部较肥大（见图3右俯视图，首柱夹角为钝角），锚链筒若采用陡削式布置，则在锚收状态时（见图3），锚爪会顶到船体外板无法继续向上收，且整锚容易挡水。

因此，在进行锚链筒布置时，通过三维外板和锚模型综合模拟运动摆放，最终确定锚链筒平斜式布置，如图4所示。这样锚在回收过程由于重心在锚爪可往后翻转趴下，回收后锚与船体可贴合紧密。

同时，我们还需分析锚链筒这样布置时，在这个位置，锚是否能顺利下滑及回收。通过受力分析和计算，得出放锚时锚的重力在锚链筒的下滑分力N1>F（见图5），锚能顺利下滑;收锚时，因为波尔N型锚的重心位于锚爪、锚折角为42°，所以锚杆如果转到42°时锚杆处所受的力矩MF2>MN2，锚杆继续逆时针转动，锚爪由于重力的作用会翻转趴下。根据图6的受力分析得出：在锚链筒内，从锚杆垂直至转到锚杆与垂线呈42°的过程，由绞车拉力在锚杆垂向的分力所产生的力矩MF2始终大于锚重力在锚杆垂向的分力所产生的力矩MN2，所以收锚时是可以转动锚爪向尾翻转趴下来的。

但是，船厂在实船上进行收放锚时，发现锚无论怎么摆放都是竖直向上的，不能向尾翻转趴下来，造成起锚时锚爪一直向上卡住外板。经与船厂询问和查阅相关资料发现，原来安装在船上的锚是波尔N型平衡锚，而不是原设计选用的波尔N型锚。图7所示是波尔N型平衡锚、图8是设计选用的波尔N型锚，图中圆圈为锚的重心位置。由图可知，波尔N型平衡锚的端部增加了封板和锚杆转轴的位置抬高了，锚的重心不在锚爪上而在锚杆转轴下方，所以起锚时锚爪一直竖直向上。

波尔N型平衡锚是波尔N型锚的改良形式，它的优点是当首部设双锚分别布置在两舷时，收锚时锚爪竖直向上不会卡住船体外板。但恰好是这个优点却不能满足我们的原设计要求，锚爪不能向尾翻转趴下来而一直垂直向上卡住了船体外板。为此，由于船体结构已建完，基于建造周期比较紧张，船厂在征得船东同意后，采取了以下措施：

（1）在首柱锚链筒出口处增加一个锚台（见图9），解决锚爪的固定问题。该方法由于需要设置锚台，股有一定的增重;

（2）将锚链筒甲板开口位置往首移或将导链滚轮前置，使锚链筒内倾角变小（见图10）。这样锚回收时可使竖直向上的锚也能与船体外板有效贴合，可以避免增设锚台或只需配置一个锚唇即可，既可解决问题又能控制重量，但前提是修改位置后锚链筒长度足够，能装得下锚杆、锚卸扣、转环等，以及能接受锚挡水对航速的影响。

4    小结

波尔N型平衡锚与波尔N型锚不同，是波尔N型锚的改良形式。N形锚的重心在锚爪上，平衡锚的重心在锚杆转轴下，两种锚的锚链筒布置是不同的。为了避免同类问题出现，建议在船厂没有类似船舶建造经验时，应先做木模试验以保证收放锚顺利、锚爪与船体外板能有效贴合。

通过低干舷高速快艇首锚的选型及锚链筒设计，两种波尔锚的特性和实船安装分析和总结，我们对低干舷高速快艇单首锚如何选用波尔锚有如下体会：

（1）对于首柱尖瘦、锚爪竖直向上或者向首或尾都不会卡到外板情况，优先选用波尔N型锚;

（2）对于首柱肥胖、锚链筒若只能作平斜式布置情况，优先选用波尔N型锚;

（3）对于首柱肥胖且比较陡、能接受锚挡水对航速影响的锚链筒可作陡削式布置，可选用波尔N型平衡锚。

参考文献

[1}叶邦全，王健，王在忠，王能杨等.船舶设计实用手册（第3版）舾装分册[M].北京：国防工业出版社，2013.