船舶氣囊下水計算

jimosea

目前的大型船舶大都采用氣囊縱向下水方式，船舶解脫牽引（脫鉤）后立即啟動下行，從氣囊滾動到船只入水，全部過程只歷時2到3分鐘。本文將揭示其動態(tài)過程及計算原理。

船舶上排下水氣囊運動機理

船舶上排下水氣囊在船底下被壓成扁平的形狀，其不接觸船底或地面的自由表面由于內(nèi)部壓力（垂直于囊壁的氣壓）的擠壓和表面張力的作用而呈圓弧形。

當船體相對于地面移動一個微量的距離s，如果氣囊的外表面與船底或地面的摩擦力足夠大，以致不產(chǎn)生相對運動，則氣囊上下表面產(chǎn)生一個相對位移s（即從O點移動到了O’點），氣囊產(chǎn)生剪切變形。在圖9.1中，實線輪廓是氣囊未變形時的形狀。產(chǎn)生剪切變形后的瞬間形狀用灰色點劃線來表示。

由于船舶上排下水氣囊內(nèi)部壓力的作用，氣囊運動方向前后端的自由表面會恢復自然的圓弧形狀（見圖9.1中的灰色虛線輪廓），恢復形狀后的氣囊中心移動了s/2的距離。這就證明了氣囊中心相對于地面的運動速度等于船體相對于地面運動速度的一半。即式中：vG——氣囊中心相對于地面的運動速度；      vS——船體相對于地面的運動速度。

這是氣囊上下接觸面不產(chǎn)生相對滑移情況下的理論速度，實際上，氣囊在滾動過程中，由于在整個長度上，滾動速度會有微小不均勻，氣囊囊壁會產(chǎn)生蠕動來保持平衡，微小的滑移或蠕動現(xiàn)象是存在的，導致氣囊速度的微小增量也是必然的。氣囊與船底面間產(chǎn)生的微小滑移或蠕動會減小氣囊相對于船體的運動速度；氣囊與地面間產(chǎn)生的微小滑移或蠕動會增加氣囊相對于地面的運動速度。但在正常的情況下，相對于氣囊滾動速度來說，增量應該是一個較小的量級。因此，粗略地說，氣囊運動速度為船體下行速度之半是正確的。

  船體運動的阻力

如果船體處于斜坡上，則船舶上排下水氣囊內(nèi)壓力的作用會使船體產(chǎn)生向下移動的分力。在這個分力（船體下移力）的作用下，若能克服運動的阻力，船體就會產(chǎn)生下行移動。

如果氣囊與船底或地面的接觸表面不產(chǎn)生相對滑移，則摩擦阻力不做功。船體下行要克服的僅僅是氣囊剪切變形的阻力，稱為氣囊滾動阻力。根據(jù)理論分析，它應當與下列因素有關：

l 正比于氣囊的只數(shù)；

l 氣囊囊壁的厚度；

l 氣囊的尺度；

l 氣囊的材質(zhì)；

l 氣囊的工作參數(shù)：壓縮比例；工作壓力等。

關于這些參數(shù)的影響，目前還沒有可資分析的試驗資料。一些實踐的工作經(jīng)驗表明，氣囊下水的阻力還與地面的狀況相關?？梢栽O想：如果氣囊與船底或地面接觸表面的摩擦較小，則氣囊在產(chǎn)生滾動變形的同時還發(fā)生了接觸表面的滑移，于是就產(chǎn)生了氣囊滾動與滑移的混合運動。應當說這時候的船體運動阻力是低于純氣囊滾動阻力的。

船體自行下移的起始坡度可作為氣囊滾動阻力的系數(shù)用于船體下水牽引力的計算。

船體下行一段距離后，由于船體龍骨坡度的改變，船首氣囊逸出，船尾入水等原因，會導致船體運動阻力不斷變化，總的說來是趨向于阻力減小方向的。

氣囊承載力的計算

氣囊布置參數(shù)的確定

在進行氣囊承載力計算之前，首先要確定氣囊在船底下的布置參數(shù)，如布置氣囊的只數(shù)、間距、各個氣囊位置相對于船舶重心的距離。通常把其中一只氣囊恰好布置在船舶重心的位置，然后向重心前后按預定的間距布置氣囊。

一艘332000DWT貨船56只氣囊的布置。由于氣囊的長度只有18米，小于船舯部的寬度，所以在舯部的氣囊采取了交錯布置形式，首尾部仍采用單排布置形式。

該船兩柱間長LBP=170.8m，下水重量G=93685.5kN，重心縱向位置LCG=－8.846m，共布置56只氣囊，氣囊間距取2.8m。尾部起始氣囊編號為0，首部最后一只氣囊編號為55，重心處的氣囊編號為24。采用船舶上排下水氣囊的直徑D=1.5m，長度L=18m。除船舯部的氣囊，氣囊的全部長度受壓縮外，在首尾部的氣囊，由于船底瘦狹，氣囊的長度只有部分受壓縮，這個長度稱為接觸長度LAC。LAC在船全長范圍內(nèi)是變化的，在舯部受氣囊長度的限制，船底與氣囊的最大接觸長度LAC等于氣囊長度L。