船舶是一种运动的大型钢结构，船舶下水是将船舶从建造船台上 移至水域的过程。气囊下水是一项我国独创的新型下水技术，主要依 靠着实践经验的积累，几乎未进行理论和实验的研究，主要是靠经验 操作，因而事故频发。研究气囊下水运动过程中的力学问题，以及下 水过程中船体的结构强度，对船舶气囊下水的安全性作出准确的评 估，有重要社会意义和经济价值。
本文编制了气囊下水的静力学计算程序，结合实船进行了相关的 计算，并且对船体做了结构分析。主要工作包括： (1)对船舶气囊下水过程进行了静力学分析。 (2)使用 VC++编制了静力学计算程序，通过对五条实测船舶的 计算和对比，验证程序的准确性。 (3)在前面静力学程序计算基础上，根据计算出的载荷对其中两 条船舶的结构进行有限元计算。 (4)分析了船舶气囊下水的影响因素，提出了船台改造的方案。 结果计算和结构分析表明，船舶在满足一定的条件下，可以采用 气囊安全下水；适当的改造船台，可以改善气囊下水的安全性。本文 的计算结果可为今后更加合理地进行气囊下水方案布置提供依据工作的核心思想。
关键词：气囊下水，有限元法， VC++,船台改造，静力学分析 Ship Launching on Air-bag is a new launch technique of original creation of our country,which has a simple process and with no fixed slide tracks.The advantage of Ship Launching on Air-bag lies in many aspects,such as investment saving,high efficiency and flexible,and contributes a lot to the development of small and medium-sized ship enterprises.Ship Launching on Air-bag is a newly applied technique and with no clear standard,so that it mainly relies on practice operations and leads to frequent accidents.Doing researches on mechanics and ship structure intensity of the whole motion procedure,making accurate evaluations of its safety are of great significance and economic value. This paper drew up statics calculating programs of Ship Launching on Air-bag and did both related calculations and structure analysis of using actual ship examples. The main works of the paper is included in the parts below: 1.Statics analysis of Ship Launching on Air-bag process is made. 2.Statics calculating programs is drew up by using VC++,and verifying the accuracy by comparing 5 actual measured ships. 3.Finite element of 2 ships is calculated among them according to results of loading on the basis of static calculation. 4.The influencing factors of Ship Launching on Air-bag is analyze and proposals of slipway transformation are raised. The results of the calculation and structure analysis shows that on certain conditions ship can adopt airbag to make safe Launching,and the safety of ShipLaunching on Air-bag can be improved by appropriate transformation.The conclusion of this paper may offer working basis and trains of thought of much more reasonable Ship Launching on Air-bag proposals.
船舶是一种运动的大型钢结构。船舶下水是在船舶建造工程大部分完工之 后，将船从建造船台上移至水域的工艺建造过程，因此，船舶下水是船舶建造过 程中最为重要的工序之一。船舶下水具有危险性，如稍有疏忽，会造成重大的损 失。长期以来，人们对船舶的下水作业十分重视，为此做了大量的研究工作，并 创造了多种船舶下水的方法。如：滑道式下水、轨道式下水、坞内下水等等"。
气囊下水是指以起重气囊和滚动气囊为主要工具，将船舶承托在气囊上，从 修、造场地移入水域的下水方法。利用气囊的低充气压力、大承载面积以及大变 形后仍容易滚动的特点，先用起重气囊将船舶从墩木上抬起，搁置于滚动气囊上， 然后通过钢缆牵引和气囊的滚动，使船舶缓慢的滑入水中 。 目前，我国中小型船舶生产企业普遍采用气囊下水方式，虽然它具有经济便 利等优点，但是与传统的滑道式下水、轨道式下水、坞内下水等下水方式相比， 气囊下水方式还存在缺乏理论支撑，实际操作中不规范等问题。根据现有船舶建 造实践经验，在建造船长小于180m的钢质普通船舶时，采用气囊式下水方式基 本上还是可行的4。因此，标准(《船舶生产企业生产条件基本要求及评价方法》 简称《船企评价标准》)中规定二级 I 类以下的船舶生产企业允许使用气囊式下 水方式，同时提出对采用气囊下水的设施设备以及下水方案，需要进行计算的要 求。然而，国内外尚无这方面的计算方法和计算工具，有待研究和开发。
1 . 2论文研究的背景、意义 随着世界船舶市场日趋兴旺和船舶工业中心向中国的转移，浙江的船舶工 业迎来了前所未有的发展机遇。目前，在浙江省4300 公里海岸线上，已经集聚 了300多家船舶制造厂，修造船能力跃升到全国第四，船舶工业已经成为浙江海 洋经济和先进制造业的重要组成部分，成为浙江省经济发展新的增长点。 气囊下水是一项我国独创的新型下水技术，具有过程简单，无需固定滑道， 不损伤船底油漆，投资省、效率高、机动灵活等优点，对中小船舶企业发展起到 了极大的推动作用。该技术从20世纪80年代初开始推广，国内已有近千家船厂 采用气囊下水。浙江省大多数船厂规模偏小，没有建造下水船台，普遍采用气囊下水。同时，气囊下水技术正由我国逐渐走向世界，据报道，马来西亚C.E.Ling Enterprise Sdn.Bhd. 公司在米里新建的一家造船厂引进我国的气囊下水工艺， 废弃了传统的滑道下水模式。新加坡、印度尼西亚、日本等客商也来华考察此项 新工艺，并将根据各自的特点选购气囊。美国军方在小型舰艇维修时，也采用我 国的气囊产品。预计在未来几年，气囊下水新工艺将在东南亚地区得到新一轮推 广。 船舶下水是一种比较复杂的运动过程，处置不当，容易发生事故。常见的事 故有船舶尾落、首跌落、船底局部结构受损、船侧撞坏等。由于气囊下水是一种 新的技术，主要依靠着实践经验的积累，几乎未进行理论和实验的研究，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，故而事故频发。随着气囊承载力的提 高，采用气囊下水的船舶愈来愈大，风险愈来愈高。发达国家的船东常常不相信 气囊下水的技术，认为该方法对船舶结构有损伤，不许采用，因此，也影响了中 小船厂出口船舶的制造。 鉴于此，国防科工委在制订即将实行的《船舶生产企业基本条件评价要求》 时，对气囊下水的上限拟作出明确的规定，对于一类船厂不得使用气囊下水，二 类船厂可以采用气囊下水，但船长不得超过180米。这一限制不仅对于刚刚起 步的浙江民营造船业来说是一次巨大的打击，对于整个浙江船舶工业也是一次重 创。对于船长小于180m 的船舶，《船舶生产企业基本条件评价要求》规定二类 企业虽然允许采用气囊下水，但要求船舶生产企业采用该办法的同时需要进行论 证或计算，以保证船舶的安全。省主管部门按照国家的要求，进行低质量船舶的 治理整顿，急需气囊下水安全评估的方法和程序，企业急需气囊下水工艺规程和 船台改造的依据， 基于上述背景，考虑到浙江船舶工业的实际情况，本文将致力于气囊下水的 安全性研究。本文的研究意义在于： 1)通过系统的理论和实验研究，揭示气囊下水的力学机理，提高气囊下水 的科学性，确保船舶气囊下水安全，最大程度地避免船舶气囊下水的事故。 2)为国家制订《船舶生产企业生产条件基本要求》有关气囊下水的上限提 供依据，为管理部门的决策提供参考。 3)提出适宜气囊下水的船台方案，降低浙江民营船舶企业的投资成本。
1.3 国内外研究现状和发展趋势 上世纪90年代以来，国内不少单位对船舶下水的安全性进行了研究。哈尔滨工程大学、武汉理工大学、上海交通大学、中国船舶研究中心均对许多船舶滑 道下水做过实船和模型试验，提出了模型试验的相似准则和船舶下水的水动力学 计算方法，可较准确的预报船舶下水的运动规律。沪东造船厂杜忠仁、上海交大 的顾永宁提出了弹性船体梁的计算方法，初步解决了船体和滑道的接触范围和支 反力的问题。但是，这些研究都是针对传统的滑道下水。对于气囊下水，当船舶 在重力或钢索牵引力的作用下向下或向上移动时，气囊与地面的接触表面并不产 生相对位移，只是整个气囊产生“剪切变形”。由于气囊的囊壁既柔软又富有弹 性，这种复杂的过程用“柔性蠕动”来形容是非常恰当的。此时船舶移动的阻力 主要取决于囊壁抗扭变的能力、使用气囊的尺寸和数量。而与地面的状况(土质、 不平度)关系不大。这一特点导致气囊下水产生许多新的问题，有待研究。 1998 年济南昌林气囊容器厂与中船总公司综合技术经济研究院总结了多年 的实践经验，共同起草提出了适用于3千吨以下船舶用气囊上排、下水的工艺操 作规程《船舶用气囊上排下水工艺要求》 (CB/T3837-1998), 从1999年6月1 日起开始实施。这2个规程对指导船舶气囊下水过程、保证气囊下水的安全性起 了很大的作用，但是该规程仅适用于3千吨以下船舶，不能解决目前1万吨以上 的船舶的下水问题。 2001 年李明忠等对500 吨沿海集装箱船气囊下水的摩擦力进行了分析计 算，2004 年江跃飞等介绍了气囊下水工艺及其操作程序和注意事项。这些研究 只局限在对气囊下水规程所规定的操作一些验算，没有对整个气囊下水在运动过 程中的力学问题进行系统地研究、分析，无法对气囊下水的安全性作出准确的评 估，不能适应船舶建造质量控制高标准的要求。也没有对气囊下水的上限作出较 为明确的预测。有关气囊下水工艺对船舶结构的影响和伴随造船工艺方面的变 化，还没见报道。 由于世界造船中心从工业化国家逐步向后起工业化国家转移，发达国家造船 越来越少，他们主要是用船坞造十万吨以上的大船，已不再造几万吨的船舶，即 使造这样的船舶，也是用传统的滑道下水，不用由我国新近发明的气囊下水技术， 所以国外关于船舶气囊下水的研究未见报道。 查新结果表明，国内除了浙江工业大学已开展此项研究之外，尚未见有关研 究的报道。 本文为浙江省重大科技项目“船舶气囊下水技术研究与应用”资助。
1.4本文的主要内容 本文全面考虑了船舶气囊下水安全性的各种影响因素，采用静水力学方法进 行下水计算。该方法将船体视为刚体，仅考虑船体所受的重力、浮力和滑道的支反力，在船体下滑的一系列位置进行计算。尽管这种方法在力学模型上作了简化， 但却能反映了船舶下水的基本过程。本文一方面通过对船舶气囊下水过程的理论 分析，对下水过程的安全性作出准确地评估；另一方面优化气囊下水工艺，提出 船舶气囊下水的船台改造方案。 主要研究的内容包括： 1)船舶气囊下水过程的静水力分析：编制实用的船舶气囊下水静水力计算 程序，进行船舶气囊下水4个阶段的力学分析，揭示气囊下水的规律。 2)船体结构强度分析：构造关键舱段有限元模型，根据计算出的气囊反力 的大小和作用范围、重力和浮力等外部载荷，用结构有限元法计算船底局部结构 的应力： 3)通过对5次船舶气囊下水的实测结果的对比，验证计算程序的准确性。 4)提出适宜气囊下水的船台改造方案，进行船台改造后的计算。 最后，通过对实测和计算结果的比较、分析和总结，得出气囊下水一些结论， 并对后续工作进行了展望。
1.5 创新点 本文的创新点主要有： 1)编制实用的船舶气囊下水静水力计算程序，进行船舶气囊下水4个阶段 的力学分析，揭示气囊下水的规律。 2)构造关键舱段有限元模型，用结构有限元法计算船体结构的应力。 3)较全面地考虑气囊下水时各种参数的影响，提出适宜气囊下水的船台改 造方案。
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