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船舶气囊下水可能造成船底和船艏板架 受损，针对这一问题，采用船舶静水力学原理，编制了 程序，进行了多种船台形式对下水过程中船体结构应 力分析。该方法将船体视为刚体，主要考虑船体所受 的重力、浮力和气囊的支反力，在船体下滑的一系列位 置计算船舶姿态，同时计算船底板应力，判断船体的安 全性。 关键词 气囊下水 船台 改造
1 引 言 气囊下水是一项我国独创的新型下水技术，过 程简单，无需固定滑道，与传统滑道下水相比，船台 制造比较简单，建造周期短，并且没有油脂的污染， 下水以后气囊可以收回重复使用。气囊下水是一种 新的技术，尽管已有2万吨级的船舶利用气囊下水 的成功案例，但因缺乏研究和行业管理，该技术没有 明确工艺和规程，主要是靠经验操作，事故时有发 生。随着气囊承载力的提高，采用气囊下水的船舶 吨位愈来愈大，风险愈来愈高。气囊下水船台形式 如图1所示。这种船台形式简单、制造方便，但是也 有缺点。在实际使用时，气囊下水的常见事故主要 有：停滑、气囊爆裂、触地、侧碰、严重尾落、船底受 损、侧向漂移后碰撞、船艏板架受损等等。造成这些 事故的原因有很多，比如气囊自身的刚度，下水初始 时刻气囊的布置等等，船台改造主要能解决船底受 损(图3)和船艏板架受损的问题(图4)。 图1 气囊下水 研究提出船台改造方案，结合自编下水模拟计算程序，通过下水程序计算加以验证，为船舶下水安 全提供一定的计算依据。 2 船台改造原理的研究 2.1 船台改造后的形式选择 为了解决船底和船艏板架受损的问题，本研究 提出几种船台的改造形式，具体如图2～4所示。经 比较选定折线型船台为船台改造方案。从理论上来 说，抛物线型的船台比折线型的船台在气囊下水时 有好的力学性能，因为抛物线只要有适合的凸度，且 与上面的直线有恰当的连接，会使船在下水时，气囊 提供更大的支持力。气囊的支持力主要与初始压力 和高度有关，比较凸的抛物线能使得气囊高度减小 得比较慢，所以从理论上来说，这种形式最适合。但 是，考虑到气囊下水主要是因为船台施工方便，所以 采用了折线型的船台加以计算，这种船台施工简单， 施工的精度要求不会有抛物线型的要求这么高，而 且经过实际的计算比对，发现只要使得下水时刻水 位有一定的高度，完全可以弥补折线与抛物线之间 的差距，所以采用折线型的船台。折线型船台也可 以有一折或者两折的形式，这里采用了一折的形式， 因为一折的船台有更大的通用性。能更好地为实际 情况提供计算依据，所以采用了单折的折线型船台 (见图4)。 图 2 多折线船台 图 3 抛物线船台 2.2 下水计算程序编制原理 本研究的下水计算程序主要是应用VC++ 编 写的程序，程序理论主要是船舶下水传统的静水力 图4 单折线船台 学下水计算。该方法将船体视为刚体，主要考虑船 体所受的重力、浮力和气囊的支反力，在船体下滑的 一系列位置计算船舶姿态，同时计算船底板应力，判 断船体的安全性。编制下水计算程序时，首先是分 别编制了浮力，气囊支持力等的函数，建立力学平衡 方程，最后求解方程，从而可以计算不同肋位下水时 船舶的姿态。根据姿态求解气囊的应力，对船体的 支持力，以及船舶每个肋位的应力，考虑最危险的截 面的应力。在不考虑船台改造因素下的计算，使该 程序的计算结果与实际下水情况比较接近。 3 船台改造的数值模拟计算 3.1 船台改造计算原理 气囊下水计算的一个比较关键的问题是确定下 水各时刻气囊的位置以及船舶的姿态。在船舶下水 以后，船舶阻止了气囊继续前进，此时气囊被船舶压 在水里，气囊的浮力大于重力，但是由于船舶已经入 水，此时气囊只能贴着船底板，使得气囊在船台末端 前一段距离相对静止排列，如图1所示。造成船底 受损和船艏板架受损主要原因是此时船舶翻转的倾 角比较大，下面气囊提供的支持力不够，船舶只能往 下翻转，取得更大的浮力，来获取新的力和力矩的平 衡，所以船台改造的主要方向是增加船舶在翻转时 刻的支持力。气囊下水时，在重心过了船台末端以 后，此时的惯性矩会突然增大，倾角较大，那些相对 静止的气囊会被压到折线船台的前面一段，提供一 定的支持力，使得力和力矩得到新的平衡，从而降低 了船底受损的可能性。根据这种船台改造的思路， 在原有的船舶气囊下水程序上做了一些改动，增加 了船舶下水以后部分气囊的支持力。 3.2 船台改造计算考虑因素 研究考虑的主要因素有，下水时刻水船台位的 高低、船台的坡度、初始时刻气囊的布置。
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