上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 201913
摘要：本文中详细列举相关概念和参数，介绍符合1800 TEU集装船的下水辅助工装，增加其对纵向下水的安全性，并通过系统计算给出辅助参数，有效的规避枯水期艉落现象出现，为船舶枯水期间纵向下水提供装备。
关键词：枯水期；船舶；纵向下水；辅助工装
前言
船舶航运一直都是交通枢纽的重要部分，也是容易受到季节影响的工具，在枯水期滑道末端具有较低的水位，使得船舶纵向下水的艉落现象屡见不鲜。枯水期指流域内地表水流枯竭，主要依靠地下水补给水源的时期。在一年内枯水期历时长短，随流域自然地理及气象条件而异。鉴于枯水季节滑道末端水位普遍较低，船舶纵向下水极易发生艉落现象，危及到船舶下水的安全，导致枯水期间船舶不能正常下水，严重影响造船的周期，造成的大量分段在堆场积压，占据了造船场地。为此，设计出一种船舶纵向下水的辅助工装，既可以有效避免船舶纵向下水时艉落现象的发生，又能实现枯水期间船舶的安全下水。以下列举了1800 TEU集装箱船的纵向下水的相关参数，仅供相关人员参考。
1相关概念及参数
船舶下水对船舶行运具有重要意义，一般包括纵向下水、横向下水、气囊下水（将船舶承托在特制的气囊上从修、造场地移入水域的下水方法）等方式。船舶横向下水主要应用在下水水域宽度不足以布置纵向下水滑道，或纵向下水滑道在船舶下水后不足以安全转向情况下应用。这种下水方式对船舶空船横稳性要求较高，对纵向强度要求不高。下水的顺利程度会受到季节影响，当处于枯水季节时，水位降低，纵向下水很容易发生艉落现象，给船舶带来损伤，甚至引起事故，对此可选择在特殊时期减少下水次数，但这又会产生积压和经济损失，因此需要采取一些手段进行处理。利用船舶纵向下水辅助工装是较为有效的方式，通过辅助工装保护船舶通过改变各项参数增加了下水的安全性，减少艉落现象发生的次数，下表1中列举了1800 TEU集装箱船的纵向下水相关参数[1]。
表1 1800 TEU集装箱船的纵向下水相关参数
图1 纵向下水辅助工装
2船舶纵向下水的数据结果
要想船舶纵向下水过程安全稳定，需要对各个阶段进行计算，以数据作为安全下水的支撑。舶纵向下水计算主要包括三个阶段：第一阶段，自船舶开始下滑至船艉接触水面为止。开始下滑时需要满足滑道坡度tanβ＞滑道摩擦力μ（0.050>0.035）；第二阶段，自船艉端接触水面至开始上浮为止；第三阶段，自船艉开始上浮至下水架滑板前端离开滑道为止；要想防止艉落和艏落现象，文中主要是对第二、三阶段进行计算研究，通过研究避免在船舶纵向下水过程中艉落和艏落现象的发生。下面分为未使用和使用下水辅助工装两种情况进行介绍。
首先是未使用下水辅助工装时。通过收集资料绘制纵向下水曲线可发现当船舶纵向下水处于第二阶段时，如果滑程＞165.03 m，则重心会超出滑道末端，对前支架的力矩而言重力较浮力更大（M′>M′W），船舶未浮起；当滑程＞181.6 m，（M′W>M′），对滑道末端的力矩而言重力较浮力更大[2]，则会产生艉落事故，此时滑道末端会产生较大反力使得船体受到损伤，尾落是一种极其危险的现象，这是船舶纵向下水中需要严格禁止。
其次是使用下水辅助工装时。为了避免尾落现象的发生，如上图1的示意图所示，下水辅助工装中的两个支架会固定于1 800 TEU集装箱船上，分别放置在1.5号站位处和2.5号站位处，使用后当滑程＞165.03 m，重力对滑道末端的力矩更小，不会产生尾落；当滑程为198.8 m，重力与浮力对前支架的力矩相同，开始艉浮；当滑程为247.2 m，浮力与重力相同，开始全浮；则在前支架离开滑道末端前，船已浮起，避免艏落，所有不会发生艏落现象。此时艏吃水大约0.75 m，艉吃水大约6.51 m。
3辅助工装力学计算
首先是辅助工装入水冲击力的计算。船长方向、舷侧两侧左右对称分别焊接了两个气囊，二者之间并未相互联系，而且气囊、板架结构和桁架结构均一致，因此二者会受到相同的冲击力，现在以其中一个气囊作为研究对象来计算最大的冲击力。当气囊入水时会产生激浪的瞬间作用力，直接影响到气囊的运动和轨迹，通过动量定理、气囊入水前后动量的变化、击水作用力冲量综合计算辅助工装上受到的最大冲击力为1.12 MN。
其次就是强度的计算。在此计算中需要用到商业有限元软件MSC.Patran/Nastran，辅助工装会受到水的浮力和冲击力，软件可计算在这两种力联合作用下的结构强度，考虑到一定的安全系数，这里辅助工装上受到的冲击力和浮力都取最大值，最大浮力为2.06 MN，板架最大应力为265 MPa，桁架最大应力为289 MPa，均未超过355 MPa的最大许可应力[3]，其强度符合安全标准，可以顺利纵向下水。
4总结
船舶航运一直都是交通枢纽的重要部分，也是容易受到季节影响的工具，在枯水期滑道末端具有较低的水位，使得船舶纵向下水的艉落现象时有发生。枯水期船舶下水是难以避免的问题，也常常会导致船舶的损坏，严重时可能会造成安全事故的发生，采用下水辅助工装是一种较好的解决办法，本文中提到的为1800 TEU集装箱船纵向下水设计的辅助工装在性能、力学等方面都符合要求，根据计算和实验都可以确定其可以辅助船舶在枯水期安全下水，此装备也可运用于同等类型的船舶中。并且就算在丰水期可能出现船舶重心偏向于艉部而导致纵向下水出现事故的案例，也可以采用下水辅助工装进行改善，使船舶顺利下水。除此之外，当艏落现象难以避免时，应当及时的采取一些做法尽量减小其带来的损伤，比如可以在船台水下部分做出中心凹槽，可以在船台滑道末端增加河床深度，减少艏落带来的船首结构和下水架结构损伤。
参考文献：
[1]陈轶锋，翟高进，谭新东.枯水期船舶纵向下水辅助工装研究[J].船海工程，2010，12（12）：112-114
[2]李倩，吉春正，刘志坚.枯水期船舶横向下水问题的解决方案[J].江苏船舶，2015，37（38）：247-248
[3]王媛媛，程远胜，曾广武.船舶纵向下水船底结构局部加强研究[J].船舶工程，2007，30（16）：196-198
[4]李安慰.船舶纵向下水新工艺研究[J].上海造船，2011（02）.
[5]程远胜，吴祥虎，曾广武等.首尾尖瘦型船舶带浮筒下水新工艺研究[J].中国造船，2008（02）.
[6]李辉，于辉，李学菊，任慧龙.限制水域船舶纵向下水的动力学分析[J].中国造船，2009（04）.
论文作者:李勇,吴三超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/14
标签：船舶论文; 纵向论文; 工装论文; 滑道论文; 枯水期论文; 现象论文; 浮力论文; 《防护工程》2018年第36期论文;