船舶氣囊下水計(jì)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(dòng)下行，從氣囊滾動(dòng)到船只入水，全部過程只歷時(shí)2到3分鐘。本文將揭示其動(dòng)態(tài)過程及計(jì)算原理。

船舶上排下水氣囊運(yùn)動(dòng)機(jī)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(dāng)船體相對于地面移動(dòng)一個(gè)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(yùn)動(dòng)，則氣囊上下表面產(chǎn)生一個(gè)相對位移s（即從O點(diǎn)移動(dòng)到了O’點(diǎn)），氣囊產(chǎn)生剪切變形。在圖9.1中，實(shí)線輪廓是氣囊未變形時(shí)的形狀。產(chǎn)生剪切變形后的瞬間形狀用灰色點(diǎn)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(yùn)動(dòng)方向前后端的自由表面會(huì)恢復(fù)自然的圓弧形狀（見圖9.1中的灰色虛線輪廓），恢復(fù)形狀后的氣囊中心移動(dòng)了s/2的距離。這就證明了氣囊中心相對于地面的運(yùn)動(dòng)速度等于船體相對于地面運(yùn)動(dòng)速度的一半。即式中：vG——?dú)饽抑行南鄬τ诘孛娴倪\(yùn)動(dòng)速度；      vS——船體相對于地面的運(yùn)動(dòng)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(shí)際上，氣囊在滾動(dòng)過程中，由于在整個(gè)長度上，滾動(dòng)速度會(huì)有微小不均勻，氣囊囊壁會(huì)產(chǎn)生蠕動(dòng)來保持平衡，微小的滑移或蠕動(dòng)現(xiàn)象是存在的，導(dǎo)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(dòng)會(huì)減小氣囊相對于船體的運(yùn)動(dòng)速度；氣囊與地面間產(chǎn)生的微小滑移或蠕動(dòng)會(huì)增加氣囊相對于地面的運(yùn)動(dòng)速度。但在正常的情況下，相對于氣囊滾動(dòng)速度來說，增量應(yīng)該是一個(gè)較小的量級。因此，粗略地說，氣囊運(yùn)動(dòng)速度為船體下行速度之半是正確的。

  船體運(yùn)動(dòng)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(huì)使船體產(chǎn)生向下移動(dòng)的分力。在這個(gè)分力（船體下移力）的作用下，若能克服運(yùn)動(dòng)的阻力，船體就會(huì)產(chǎn)生下行移動(dòng)。

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(dòng)阻力。根據(jù)理論分析，它應(yīng)當(dāng)與下列因素有關(guān)：

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(guān)于這些參數(shù)的影響，目前還沒有可資分析的試驗(yàn)資料。一些實(shí)踐的工作經(jīng)驗(yàn)表明，氣囊下水的阻力還與地面的狀況相關(guān)。可以設(shè)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(dòng)變形的同時(shí)還發(fā)生了接觸表面的滑移，于是就產(chǎn)生了氣囊滾動(dòng)與滑移的混合運(yùn)動(dòng)。應(yīng)當(dāng)說這時(shí)候的船體運(yùn)動(dòng)阻力是低于純氣囊滾動(dòng)阻力的。

船體自行下移的起始坡度可作為氣囊滾動(dòng)阻力的系數(shù)用于船體下水牽引力的計(jì)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(huì)導(dǎo)致船體運(yùn)動(dòng)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(jì)算

氣囊布置參數(shù)的確定

在進(jìn)行氣囊承載力計(jì)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(gè)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(yù)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(cuò)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?xì)饽揖幪枮?，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(gè)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。