船舶縱向氣囊下水工藝的特點

jimosea

船舶縱向氣囊下水工藝的特點
采用本工藝的船舶下水根據(jù)其運行特點分為4
個階段，類同于滑道下水的4 個階段[3]，但也有其不
同點。
1） 下水第1 階段。該階段從船舶在氣囊的滾
動下開始下水至船體艉部接觸水面為止。整個過
程船舶只承受重力、氣囊對船舶的支撐力及船底
板與氣囊之間的摩擦力。船的運動方向平行于船
臺，運動特征可能為加速或者勻速[4]，因為船臺的
坡度較?。ㄈf噸級船臺坡度一般在2%以內），摩擦
力可能等于下滑力。受力情況如圖1 所示。
自重力作為下滑力的下滑條件是：
WGsinβ≥
n
i = 1 Σfm1,i WG
n cosβ+
n
i = 1 Σfm2,i WG
n cosβ （1）
式中：WG 為船舶下水時的重力；β 為船臺坡度；
fm1 為船底板與氣囊的滾動摩擦系數(shù)；fm2 為船臺板
與氣囊的滾動摩擦系數(shù)；n 為氣囊個數(shù)。
該階段船舶受力可按寬支座彈性方法計算[5]，
在船體底板快要接觸水面時，艉部的部分氣囊半進
入水中，產(chǎn)生一定的浮力，減少了對船臺板的壓
力，但是船舶受力還是不變的。
2） 下水第2 階段。自船艉艉端接觸水面到
船艉開始上浮為第二階段。船舶運動方向仍與
船臺平行，該階段的運動特征是變速運動，隨
著下滑里程增大，船舶所受的浮力與對船艏支
點的力矩迅速上升，當浮力對艏支點力矩加上
仍參加作用的氣囊對艏支點的力矩等于自重對
艏支點力矩時，船艉開始浮起，受力情況如圖2
所示。
該階段力與力矩的平衡方程是：

（2）
式中：lG，lw，li 為各作用力到艏支點的力臂；rw 為
船體排水產(chǎn)生的浮力。
在該階段，必須注意防止出現(xiàn)艉落現(xiàn)象，造
成應力集中，使船臺與坡道之間拐點處的氣囊受
力過大，造成破裂，使船體觸地受損。在滑道下
水中，解決這個問題主要有增加滑道水下部分長
度、船艏加壓、等更高水位、增加滑道坡度。然
在采用本工藝船臺設計中坡道長度是有限的，如
加長則需增加投資，且不便施工，圖3 為筆者參
與設計的某船廠萬噸級船臺船臺末端設計示意圖，
其坡道設計為弧形結構，坡道長度為10 m，該船
臺現(xiàn)已投入使用。因此筆者認為只要氣囊在滾動
中能保證在坎梁附近兩只氣囊之間的船底板不觸
及船臺或坡道即可，這需要在船舶下水時氣囊間
距的合理布置及防止氣囊在該處打滑被擠走。
船艏加壓具有可操作性，但增加了在第4 階
段出現(xiàn)的艏沉深度，有一定的弊端。
增加坡道坡度在該類船臺設計中是不可取的。
首先，該類船臺坡度已經(jīng)很大，如再增加，則船
臺末端結構不易穩(wěn)定，在船舶下水時容易產(chǎn)生滑
坡或崩塌事件，坡道一般不是樁基梁板結構的。
其次，氣囊在滾動中相互之間的距離是很難控制
的。即使布置得很密，也可能在坎梁處出現(xiàn)前一
個氣囊已經(jīng)滾入水中，不對船體起支撐作用，后
一個氣囊又未及時的滾到坎梁附近或者被擠回，
注：R 為單個氣囊對船舶的支撐力，F(xiàn) 為全部氣囊的摩阻力
（包括對船底板及船臺板）。
圖1 下水第1 階段船舶受力
圖2 下水第2 階段船舶受力
圖3 某萬噸級船臺末端設計示意
陳邦桿，司太生：船舶縱向氣囊下水工藝船臺末端水位定性分· 29 ·
水運工程2009年
使傾斜的船體船底與末端船臺板刮擦，使船體受
損。坡度越大，這種機率也越大。最后，坡度越
大，船艉入水深度越大，對船臺前沿水域最小水
深的要求也越高。
等待高水位是個可取的辦法，半塢式船臺就
是間接地增高了船舶下水水位，但半塢式一般在
4萬，5 萬噸級以上船舶建造中使用，如潮差較大、
枯水期水位很低，等待水位會耽誤生產(chǎn)周期。
3） 下水第3 階段。自船艉上浮到船艏氣囊不
與船臺接觸為第3 階段。該階段中船舶不僅沿著船
臺下滑，另船艉不斷繞著艏支點轉動，而船艏此時
只有少數(shù)幾個氣囊支撐著，有可能使氣囊壓力過大
致使破裂，或者氣囊對船體艏部產(chǎn)生較大的反力，
不利于船艏結構安全，但是由于氣囊是大變形體，
可隨著應力的變化隨時自動調整，擴散壓力，減小
船舶的應力集中，產(chǎn)生“柔性支撐效應”，在氣囊
不破損的前提下對船艏底板產(chǎn)生應力比滑道式小得
多。按滑道下水計算，船艉開始艉浮時，滑道反力
約為0.25～0.3，此時對氣囊的承壓能力及氣囊間距
均有較高的要求，受力情況如圖4 所示。
因艏支點基本上由幾個氣囊支撐著，且力矩相
對很小，故該階段力與力矩的平衡方程可表示為：

（3）
在該階段，另一種可能是船舶在部分船體入
水后，速度加快，在慣性的作用下，船艏可能已
在坡道距離內，而氣囊在摩擦力的作用下，艉部
及中部氣囊已隨著船舶一起運動，在氣囊運動速
度小于船舶運動速度時，船艏已經(jīng)擱置在原先擱
置艉部或中部的氣囊上，因此船艏是通過氣囊與
坡道接觸的。
4） 下水第4 階段。該階段船舶自重與浮力相
互平衡。受力情況如圖5 所示，此時注意船艏處
的水深是否符合船艏吃水加慣性下落的吃水深度，
即艏沉深度，以免船艏觸底損傷，這也是對下水
水位的要求。