（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 论文题目为环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究。本文介绍了国内外客滚运输发 展概况，分析了新型客滚船的性能特点和设计重点，在搜集了大量实船资料的基础上， 着重讨论了初步设计阶段中小型客滚船主要要素如何确定的问题。完成的工作主要有： l 、建立了中小型客滚船主要要素估算模型，算例表明这些模型精度可供设计初期 估算之用： 2 、建立了中小型客滚船主要性能校核模型，包括主机功率估算、稳性预报和横摇 校核； 3 、结合渤海湾客滚运输现状，在上述算法基础上进行了连烟线客滚运输船型论证； 4 、探讨了客滚运输中的种种安全措施。 船舶总体设计是一个复杂的系统工程，它涉及到主尺度确定、主机选型、型线设计、 总布置设计、性能校核、经济性分析等许多方面。由于本人学识和时间有限，本文研究 的宽度和深度都还不够，文中所得出的结论也有待进一步的检验。 环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究 a b s t r a c t t h es u b j e c to ft h i sa r t i c l ei st h es t u d yo fe v a l u a t i o no f p a s s e n g e r v e s s e lf e r r ys c h e m e s a c r o s sb o h a ig u l ei ti n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n ts u r v e yo fp a s s e n g e r v e s s e lf e r r yt r a n s p o r t ， a n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp e r f o r m a n c ea n dk e yo fd e s i g no fn e wt y p ep a s s e n g e r v e s s e l f e r r y ，a n d o nt h eb a s eo fh a v i n gc o l l e c t e dav a s ta m o u n to fd a t ao fe x i s t i n g f e r r i e s ， e m p h a s i z e do nh o w t od e t e r m i n et h em a i nd i m e n s i o n sa t p r e l i m i n a r ys t a g eo fd e s i g n t h e f o l l o w i n gi st h ew o r ka c c o m p l i s h e di nt h i sa r t i c l e 1 ) e s t a b l i s h e de s t i m a t i o nm o d e l so fm a i nd i m e n s i o n so fs u c hf e r r y ，w h i c hw a st e s t i f i e d b ye x a m p l e s t ob ee f f e c t u a la tp r e l i m i n a r ys t a g eo f d e s i g n 2 ) e s t a b l i s h e dc a l c u l a t i o nm o d e l so fm a i np e r f o r m a n c e so fs u c h f e r r y , i n c l u d i n g e s t i m a t i o no ft h ep o w e ro fm a i nm a c h i n e r y , f o r e c a s to f s t a b i l i t ya n dc a l c u l a t i o no f t r a v e r s e s w a y 3 ) i na c c o r d a n c ew i t ht h ep r e s e n ts i t u a t i o no fp a s s e n g e r v e s s e lf e r r yt r a n s p o r ta c r o s s b o h a ig u l fe v a l u a t e df o u r p a s s e n g e r v e s s e lf e r r ys c h e m e sb e t w e e nd a l i a na n dy a n t a io nt h e b a s eo f t h em o d e l sa b o r e 4 ) i n q u i r e di n t ot h em e a s u r e so f s e c u r i t yo f p a s s e n g e r v e s s e lf e r r yt r a n s p o r t t h e g e n e r a ld e s i g n o fs h i pi sa c o m p l i c a t e ds y s t e mp r o j e c t ，w h i c h i n v o l v e st h e d e t e r m i n a t i o no fm a i nd i m e n s i o n s ，t h es e l e c t i o no fm a i nm a c h i n e r y , t h ed e s i g no f l i n e s ，t h e g e n e r a la r r a n g e m e n t ，t h ec a l c u l a t i o no fp e r f o r m a n c e sa n de c o n o m i c a la n a l y s i s t h i sa r t i c l ei s f a rf r o mp e r f e c td u et o m yp o o rk n o w l e d g e ，a n dt h ec o n c l u s i o n sa c c o m p l i s h e ds h o u l db e t e s t e di nf u t u r ew o r k 大连理工大学硕士学位论文 第一章引言 第一节客滚船及客滚运输简介 客滚船( v e h i c l e p a s s e n g e rf e r r y ) ，一般航行于海峡、海湾或陆岛之间的中短途航 线，运载旅客及其私人轿车，也运载客车或货车。近年来国内外客滚船的发展非常迅速， 大有代替中短途客船的趋势。 客滚船兼有客船和滚装船的特点。 滚装船( r o l lo n r o l lo f f v e s s e l ) ，系指通过船上的首门、尾门或舷门装运货物的货 船，它的根本特点是改变传统的垂直装卸为水平装卸。滚装船靠码头后，车辆从船上直 接开出码头，装卸速度快，大多数不需要码头设施。滚装船有其特殊的建筑形式，它具 有纵通的上甲板，上甲板平整，无脊弧和粱拱，甲板上无货舱口，只有车辆通向e 甲板 的斜坡道出口，也没有起货设备。滚装船甲板层数多，干舷甲板不在最上层，在干舷甲 板的上面和下面还有数层甲板。为使车辆上下通行无阻，舱内支柱极少，横舱壁亦很少。 滚装船的舱容利用率低( 一般仅达3 0 4 0 ) ，则其型深比一般货船高。此外滚装船的 主尺度受所载汽车的单元尺度影响，属布置型船。 从客船的角度看，客滚船对快速性、安全性和耐渡性比滚装船要求严格。 由于采用低阻力的型线和高效率的推进器( 如喷水器推进) ，近年国外设计的新型 客滚船的航速都在3 0 k n 以上，有的甚至达到5 0 k n 。 稳性方面，由于客滚船的型深大，使船的重心升高，另外在装卸过程中车辆的行驶 引起全船重心前后左右的移动，使船的浮态处于多变的状态。为保证稳性，控制船的吃 水、纵倾和横倾，该船型需设足够容积的压载水舱。同时初稳性高度又不宜过人，以防 横摇周期过小，横摇加剧，造成旅客不适和货物位移。【i 】 抗沉性方面，客滚船系多层甲板，各层甲板只对船体水平分隔，水密横舱壁少，舱 室的浸水渗透率大，不能满足一舱不沉的抗沉要求。增加横向水密舱壁，在各开口处加 水密盖，设双层底及双船壳能改善客滚船的抗沉性。【1 1 装卸时车辆进出会排出大量的油烟气体，因此消防与通风也是客滚船安全方面应考 _ = t 环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究 虑的重要问题。 7 0 年代以来，世界上出现了一股客滚热，特别是在西北欧，由于大量客滚船的建 造和投入营运，使客、货车滚装运输方式得到了很大的发展。在西北欧海湾，岛屿与陆 岛之削发展客滚船的实践表明，此种运输方式具有许多优点，在航线上与其它运输方式 相比可大幅度减少里程，节省时间，提高运输效率。 2 1 客滚船的发展与水上客运的发展是分不开的。7 0 年代后期以挪威、澳大利亚为代 表的高速双体船得到蓬勃发展。8 0 年代末期到9 0 年代，双体技术、穿浪技术、水翼技 术、气垫技术相互渗透，出现了多种复合新船型，如双体水翼船、槽道船型等。日前i e 处于技术交错综合时期，也是竞争最为激烈、技术发展最快的时代。从f i 前国外客滚船 的发展来看，高速单体排水船型、高速双体船型、小水线面船型、穿浪船型使用较多。 从世界各国的发展情况来看，客滚船的发展并不均衡，总体上是按“宜水则水、宜 陆则陆、宜空则空”的原则，在河口、海峡、海湾、岛屿间建立发达的客滚航线。英吉 利海峡、北海、波罗的海、地中海联系着欧洲大陆与周围岛屿，随着欧洲一体化的发展， 海上客滚航线在近十年内迅速壮大。日本列岛也是海上客运发达的典型区域，至1 9 9 5 年共有4 7 0 艘滚装渡船在2 5 8 条航线上营运，其中2 4 8 艘是高速客滚船，分布在1 4 0 条航 线上。 一 中国只是在8 0 年代才陆续购进一些二手客滚船，从而揭开了中国水路滚装客运的 历史。下面对我国典型车客滚装运输航线作简单的分析。 1 、渤海湾( 代表航线：大连烟台) 该航线位于我国客滚航线发达区域，每年4 1 0 月为最佳通航季节。其海上交通距 离为1 6 5 k r n ，若走陆路，其距离为1 4 5 0 k m ，两者相差8 倍之多。该航线开通后，车流 量充足，每航次几乎满载，车辆一般需在码头等待，经济效益相当显著，典型航次单船 往返营业额高达1 6 万元。现运营船舶大多为从国外购进的二手船，船型老化，航速较 低。该海域风较大，高速双体船型在该航区适航性较差，晕船率较高。考虑到环渤海湾 区域的经济发展水平，首选船型应为单体船型。 2 、舟山地区( 代表航线：金山定海、鸭旦山白峰) 相对于渤海湾宽阔的航道而言，舟山地区周围岛屿较多，大部分水面狭窄，水深较 大连理工大学硕士学位论文 浅，风浪较小，属沿海或遮蔽海区( i i l 类) ，对船舶的耐波性能要求相对较低。由于该 航区航行距离一般较短，太高的航速不经济，但现有渡船航速又过低，据了解，一般2 0 k n 左右较为合适。双体高速船型应为首选船型。 3 、华南海域 目前该区域为我国经济发达区，也是我国高速水运发达的区域，其客滚运输发展也 相当快。已经开辟的航线较多，如珠蛇线、蛇琼线、湛琼线、桂琼线、北琼线、琼州海 峡等，在航的客滚船有2 0 3 0 艘。但这些船舶多为引进的，自行设计的少，而且航速 较低。如北海海口航线航行距离为1 2 4 n m ，现有客滚船航行时间需1 0 h 以上，若能 将航速提高到2 5 k n 左右，则航行时间可缩短到5 h 左右，将会受到旅客欢迎。 考虑到该海域的海况及经济发展水平的不平衡，高速单体、双体和穿浪双体船在该 海域都有发展的可能。 4 、台湾海峡 台湾海峡两岸间长期处于断航状态，但可以预料两岸间直航只是时间问题，到时客 滚船尤其是高速客滚船将具有巨大的市场潜力。 台湾海峡的波浪较大，年平均风浪商1 3 4 m ，涌浪高1 9 5 m ，要求船舶具有较好的 耐波性，穿浪双体船将是首选船型，也有专家推荐双体气垫船型。 5 、川江航道及三峡库区 日前在该区域还无客滚船投入营运，但可以预料，随着三峡大坝的竣工，三峡库区 的形成，两岸间的客滚运输必然会成为新热点。若能较好的解决这类内河航线存在的尾 浪对周围船舶的影响和对岸堤的冲刷，双体船型将会有较好的市场前景。1 3 1 第二节新型客滚船性能特点及设计重点 据i s l l 9 9 7 年1 月1 日之统计，世界客船队共有3 2 1 6 艘、计1 7 5 6 1 1 0 3 9 t 。其中 r 0 一r 0 型客船共有2 0 1 2 艘、计1 1 1 8 4 1 0 3 9 t ，如表1 - 1 所示。( 4 1 环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究 表1 - 1 世界r o r 0 客船队分布统计( 1 9 9 71 1 ) ( 艘1 0 4g t ) r 建造年份 。俺 19 92 一 9 口6l9s7 1 9 119sz 一19s0 1977 19s 1 l97z 一1 口76 197 1 蕨以前台计 。：。4 3 ：45 lz l ：1d414 1 ：309 ，7 ：s 16 2d d0 一，d d d，d ：l736b ：z zi3 ，： 2d4 7 ：6d3 s f ：12 l2 2 i ：2 z3z z ：16d7 s ：，口729 d ：2 167 26 ：3z 】z 6 ：】z73 l ：3 84 ，z - 6 4bq b ，6z 19 。3 3z16 ：z674 ：6j8 8 ：1 74 16 二4 i 口17 ：4 口3 ，：l ，65 1 1 ：3 7i1 ，：6 0s13 二4 6 4 5 ：16 ，7 合计1 z ：1 ，32 1 1 ：2 0d020 1z ：1 1s 4 据is l 资料编制统计3 d o _ i 以上船舶 受传统造船工业分布和地理条件的影响，客滚船的设计制造主要在欧洲和澳大利 亚。著名的设计公司有法国的l e r o u x & l o t s ，瑞典的w e s t a m a r i n 、s t e n a ，丹麦的d a n y a r d ， 西班牙的b a z f i n ，意大利的f i n c a n t i e r i 、r o d r i q u e z ，挪威的m j e l l e n & k a r l s e n ，澳大利娅 的a m d ，f e r r i e s a u s t r a l i a ，i n c a t ，a u s t a l ，等等。近年来日本和韩国也开始涉足新型客 滚船设计制造，日本的i h i ，m e s ，k h ij e t p i e r c e r , 韩国的s h i ，都陆续有新产品问世。 值得一提的是，澳大利亚的a l u f a s ti n t e r n a t i o n a l 在我国广东投资有番禹南沙航运公 司( 音译) ，经营南沙和香港之间的高速轮渡。该集团还在南沙修建了造船厂。1 9 9 5 年， a l u f a s t 造了一艘4 2 m 长、可运载3 8 0 名旅客、航速达4 2 k n 的客滚船，该船的后期组装 和舾装就是在南沙的船厂完成的。a l u f a s t 将目光瞄准了中国日益增长的高速轮渡市场， 由于中国企业还不具备购买国外新型客滚船的投资能力，因而由国外的公司在中国投资 建厂生产他们设计的产品不失为一种可行的方式。 5 1 1 9 9 8 年，位于我国广东番禹的外商 独资企业安快( 音译) 南方船厂曾建造过由澳大利砸的a m d 和i n c a t 联合设计的k 5 0 型高速双体客滚船，该船型的服务航速达到5 0 k n 以上。安快南方船厂完会由外商投资 和管理，它同时采用适合于中国国情的现代管理模式和澳大利亚的设计技术。 6 1 大连理工大学硕士学位论文 以下从船型、材料与船体结构、主机、旅客甲板、汽车甲板、安全措施、重量优化 等几方面谈谈新型客滚船的技术性能特点和设计重点。 l 、船型 客滚船的船体型式主要有单体船( m o n o h u l l ) 、双体船( c m a m a r a j l ) 、穿浪式双体 船( w a v e p i e r c i n gc a t a m a r a n ) 等。 目前世界市场上对客滚船的需求日益增长，据有关资料介绍，平均一年的需求在 2 0 艘左右，其中的一半是单体船。【7 1 对于总长在1 0 0 m 以上的较大的高速客滚船而言， 单体将比其它型式的船体表现出更好的适航性，尤其是在不利的海况下。 1 9 9 7 年，n g a 提出了p e n t a m a r a n 概念的客滚船。1 8 1 所谓p e n t a m a r a n 概念，其实是 一种类似三体的单体船( 在单体两侧各配备两个瘦削的浮筒) 。它是航速、运力、功率、 造价等因素相互制约的结果。p e n t a m a r a n 概念具有许多新颖的性质，经过船池实验、有 限元分析和绘图，n g a 都得到了良好的结果。n g a 将p e m a m a r a n 概念应用于客滚船领域， 设计出一一条总长达1 3 3 m 、长宽比约为1 6 的客滚船。无论跟相应主尺度、航速和排水量 的单体船或是双体船相比，该船所需的主机功率都要小得多。 2 、材料与船体结构 建造客滚船的材料主要有高强钢和铝合金，船体用高强钢、上层建筑用铝合金的居 多，也有全船都用高强钢或铝合金的。钢质船强度较好，但会造成空船重量太大，导致 航速和载重量的降低。钢质船体也有其优势，那就是维护费用低、残值高( 较铝质船体) 。 为减少船舶的摇荡，绝大多数客滚船都会安装舭龙骨，也有的安装减摇鳍和自动操 纵系统。 3 、主机 应用于客滚船的主机不外乎两种：柴油机和燃气轮机。粗略地讲，柴油机自重大， 不利于提高航速，但成本低，营运中燃料开支和维护费用都较低；燃气轮机自重较轻， 有利于提高航速，但成本高，燃料开支和维护费用也较高。从环保的角度看，燃气轮机 更胜一筹。1 9 】 4 、旅客甲板 旅客沙龙( p a s s e n g e rs a l o o n s ) 的布置，除满足结构、防火等要求外，让旅客感到 环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究 舒适、方便应是第一准则。而经营者更希望在这里赢得最大的回报。 大多数客滚船都设有两层旅客甲板，每层甲板分为不同等级的沙龙，如旅行舱、商 务舱、贵宾席( v i p ) 等。沙龙里的设施除旅客坐席外一般还有卫生间、小卖店、餐馆、 洒吧、厨房、电话亭、游戏机、儿童游戏区、休息室、电视墙等。 至于装修材料的选择，除了色彩、质地外，更要考虑到低廉的维护费和便于清洁性。 5 、汽车甲板 车道的形状基本上分两类，单向车道和u 型回转车道。单向车道使得卸车时不必 倒车，从而加快了装卸速度。相应地，布置了单向车道的客滚船必须首尾都能靠码头， 即首尾都必须设跳板。 6 、安全措施 与一切客船一样，客滚船都携带了必要的救生设备，以保证一旦发生险情旅客和船 员能够在规定的时间内迅速转移。所有的旅客区、汽车甲板和机舱都安装有火情探测器、 灭火系统和摄像镜头( 闭路电视监控) 。重点区域，如汽车甲板，表面必须覆盖一层防 火材料。轮机人员在桥楼上通过监视器和键盘就能够控制船上所有的设施，包括主机的 启动、运行，电力管理，警报的显示和监测等等。 在s t e n ah s s1 5 0 0 型客滚船上，全船装有一套以对温度、烟、水等敏感的元件为 基础的早期报警系统j 该系统与桥楼上的监控面板根连接。一旦元件探测到潜在的险情， 系统就会警示值班人员，他将激活某区或全船的救生系统，旅客可沿移动的电子显示的 箭头转移到安全的集合地。该报警系统会不断地估计险情并更新逃生线路。 1 0 1 汽车甲板内车辆的移动是导致客滚船失事的主要原因之一，1 9 9 9 年在烟台海域失 事的“大舜号”就是一个典型的例子。c f i 设计的p a c i f i c a t 型客滚船上有一套自动吃水 提示系统( a u t o m a t i cd r a f ti n d i c a t o rs y s t e m ) ，该系统会不间断地测量纵倾、横倾、平均 吃水和剩余载重量，当装载需要调整或必须停止时，它就会激活警示性的黄色或红色信 号灯。j 7 、重量优化 减轻空船重量的意义不言而喻，这个宗旨己经渗透到了设计工作的每个方面。 与重量优化相关的措施有进一步的结构优化，更多地使用玻璃钢或其它复合材料 大连理工大学硕士学位论文 ( 如在绞升甲板、上层建筑、轴系等处) 等等。b a z f i n 设计的a l h a m b r a 型单体客滚船 s i l v i aa n a 其机舱采用了复合纤维增强型塑料轴系，仅此一项就节约了约2 0 t 的重量， 而且新材料比传统材料便宜，也更易于安装。 尽管旅客沙龙的装修非常豪华，但为节省重量，一般都不会采用天然材料( 如原木) 。 第三节课题工程背景 辽宁省濒临黄、渤两海，拥有大陆海岸线2 1 7 8 k m ，岛屿岸线约7 0 0 k r n ，是连接东 北三省与山东、华东地区重要的海上旅客运输通道。改革开放以来，由于其所处的特殊 地理位置，使得海上旅客运输得到了飞速的发展。1 9 9 1 年8 月1 0 目，大连渤海轮船公 司“辽旅渡1 ”开通了旅顺至蓬莱省际问海上客滚运输航线，从而掀开了辽宁省海上客 运发展新的篇章。之后，省际间又先后开通了大连至烟台、大连至连云港、大连至上海、 旅顺至龙口等航线的海上客滚运输。【1 3 】其中大连至烟台航线更是有着“黄金水道”和 “蓝色高速公路”的美誉。大连至烟台陆路行程为1 5 6 9 k m ，海上行程仅为8 9 n m ，缩短 行程1 4 0 0 k m 。如汽车速度以6 0 k m h 计，滚装船航速以1 7 k n 计，省时1 9 h 以上。据此 看来，该段路程海上运输具有很大的优势，对辽东半岛和山东半岛的经济发展也有着不 可估量的促进作用。【1 4 j 该航线的运量预测见下表： ： 表1 2 运量预测表n 5 渤海湾是我国最大的客滚运输市场，又是海上安全事故的高发区。震惊中外的 “l l 2 4 ”特大海难就发生在这一海域。目前该运输市场存在的主要问题有： 1 、船舶严重老化。据调查，现运营的2 5 条客滚船，船龄最小的1 5 年，最大的4 0 环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究 年，2 0 年以上的超龄船占8 0 。这些船舶都是从国外购进的二手船，购回后虽然都经 过了多次修理，有些甚至在结构上作了改造或设备更换，但是一些船舶的船体锈蚀、机 械设备陈旧，以至不能正常工作，应急设备如救生和消防设备残缺不全、水密门窗不水 密等一些问题也相当严重。 2 、船舶技术资料不全，安全性能无保障。现运营的2 5 条船舶中，只有两条船的资 判齐全，仅占8 ，9 2 的船舶由于资料不全无法判断是否符合要求。据了解，大多数 船舶购进后末按规范要求和实际航区对完整稳性、破舱稳性、总纵强度重新进行校核， 不知是否满足性能要求；救生艇、筏未按航区进行配备，不符合规范要求。 3 、消防问题严重。有的船汽车舱不能封闭，旅客可以随意出入、吸烟；船上电器 线路严重老化，有的私自接拉电线，有的使用电热器具，多数照明灯具无防护网、罩或 残缺；各种消防设备的位置标牌、操作说明、按钮标志、安全警示牌、防火控制图、逃 生通道指示等都未翻译成中文，不便于船员、旅客使用；消防设施、器材缺损严重，由 于都是老龄船，有的消防系统先天不足，机舱没有二氧化碳灭火系统，没有应急消防泵， 船上消火栓没有改造，口径与国内靓格不匹配，多数船上没有国际通岸接头或放置不符 合要求，消防员装具大多数不合格，甚至有的根本没有配备消防员装具，有的属淘汰 装具仍在使用。【1 6 】 为了彻底消除老旧客运船舶中潜藏的安全隐患，交通部、国家经贸委、财政部于 2 0 0 1 年3 月末发出了“关于实施运输船舶强制报废制度的通知”。根据通知精神，辽宁 省交通厅航管局会同大连市交通局组织实施了这一强制报废行动。据辽宁省航管局负责 人介绍，此次报废的客滚船“天鹅”、“天鹏”、“天鲲”，分属中海客轮公司和旅顺港务 局等单位，总载客数为4 6 7 0 个客位，其中，船龄最长的已近4 0 年。 1 7 1 随着我国国民经济持续快速发展和社会主义市场经济的逐步完善和确立，人们对水 上运输工具功能的要求越来越高，人员的消费层次也随之发生了变化。另外随着东北地 区、华北地区高速公路网的建立，为了与未来高速公路网相衔接，辽宁省的海上客运将 会有更大的发展。旅客对优质、快捷、舒适、安全等方面的要求更为迫切。船舶运力结 构将向方便、快捷、舒适、安全的高速客船和旅游船及新型客滚船方向发展。沿海省际 问短距离航线将以发展高速客船、新型客滚船为主。针对目前海上客船公司资金紧张、 大连理工大学硕士学位论文 运力不足的状况，要充分发挥和调动各方面的积极性，采取集资、入股、融资等方式发 展海上客运；进一步调繁运力结构，对现有老龄( 超龄) 客滚船，加快对其更新改造步 伐，适应新时期客运市场发展的需要，真正达到方便、快捷、舒适、安全的运输发展目 标。 1 3 1 我国从8 0 年代开始研制滚装船型。大连和江南造船厂也曾分别建造过7 0 0 0 t 滚装货 船和2 4 0 0 0 t 小轿车运输船，但我国在滚装船的开发方面还远落后于国际上的发展。引人 注目的是，近来国内几家造船厂在东南亚金融危机后常规船型接单比较困难的情况下， 大胆承建了一批出口西北欧的滚装船( 详见表卜3 ) 。这表明我国造船业面对日益激烈的 竞争，在继续巩固常规船型出口的同时，正积极向滚装船这一高附加值船型建造市场进 军。【1 8 】 表1 3 近期我国几家造船厂承建的一批出口滚装船概况 建造厂船东船型艘数 九级 载重量f 【l 大连瑞典s i q s m _ro r o 2 + 2 d nv 1z3dd 中华瑞典en 目，l r o 。r “e “d _ro r o1 1d d d 金陵瑞典n 。r d l cf o 垤t t nm - hr r 。 z + 4# 口，口 荷兰n 。r f o ；k ro ro2lr5 7d0 广船国际 瑞典r e d c r la bgo t l ndr op ax lr 环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究 续表l 一3 v l 。 t 卸 b 丁_丁， d n - 1 n o u 口口eo续航力 fk 1 1 ( ( m f n )( ( 【口fn l i e ) z 1 ，) d17 92dz ，b6 6 75b 7 i6 6 z 18 1i d s d2 ，b174 1dd d 0 2d16 3 4 szd6s 0 600 d 18 ，l4 z ，d1 】4ddz ) z，0，47 “131 ， zdb19 ，d 02 ，0 2 0 0 1 年7 月，一艘代表中国当今最高造船技术水平的1 6 0 0 m 车道高速车客滚装船 在广州广船国际股份有限公司顺利下水。这艘高速客滚船是广船为瑞典格特兰航运公 司建造的。该船入级英国劳氏船级社，设高效首侧推、减摇鳍以及防横倾系统；双机双 桨双高效舵；服务航速达到2 8 5 k n ；该船从双层底至上层最顶层共有l l 层甲板，其中 第三和第五甲板设有两层汽车甲板，1 6 0 0 m 载车车道，如单纯装运小汽车可达2 3 0 0 m 车 道。全船设有1 1 2 间旅客房间，3 0 0 个床位，1 5 0 0 个座位；顶部第1 l 甲板设有直升机 起降平台。此外，船上还设有商店、酒吧、餐厅等公共场所，其内装修的舒适豪华水平 相当于星级酒店的标准。该船舶在性能、操纵性及舒适性方面标准很高，建造技术难度 极大，结构复杂，被列为国家重大技术攻关项目。同时该船造价也很昂贵，是广船有史 以来承接的单船船价最高的船舶，每艘船合同价超过5 5 0 0 万美元。 饽】 我国造船业在2 l 世纪要在世界造船市场上继续扩大市场份额、提高竞争力、寻求 更大的发展，进军新型滚装船客滚船这一高附加值船型的建造市场必不可少。近期我国 造船厂承建了一批r o r o 船，这才仅仅是开始，将来我国在滚装船客滚船建造领域的 前景一定非常广阔。 本课题将结合渤海湾客滚运输现状，研究中小型客滚船的总体性能，主要内容有： 1 、建立初步设计阶段主尺度及船型系数估算的数学模型；2 、建立中小型客滚船主要性 能校核数学模型，包括快速性、稳性和横摇校核：3 、进行连烟线客滚运输船型论证；4 、 大连理工大学硕士学位论文 探讨客滚运输中的种种安全措施。 参考文献 1 李树范，运输船舶可行性分析，大连理工大学出版社，1 9 9 0 2 陈一一昌，国外水运科技发展趋势( 之二) ，中国水运，1 9 9 6 6 【3 1 陈顺怀，冯恩德，王发祥，对发展我国高速车客渡船型的建议，武汉造船，1 9 9 8 3 【4 俞忠德，高技术高附加值船述评，船舶，1 9 9 8 4 【5 n e wv e h i c l ef e r r yd e s i g n sd e m i l e da te x h i b i t i o n ，f a s tf e r r yi n t e r n a t i o n a l ，a p r i l19 9 5 【6 】f i r s t i n c a t a f a ik 5 0c a t a m a r a na r r i v e si nu n i t e d k i n g d o m ，f a s tf e r r yi n t e r n a t i o n a l ， o c t o b e r19 9 8 7 1a l s t o ml e r o u xn a v a ld e l i v e r sc o r s a i r el15 0 0m o n o h u l l ，f a s tf e r r yi n t e r n a t i o n a l ，m a r c h 1 9 9 9 8 】p r e s e n ta n d f u t u r ep r o j e c td e t a i l e di ns i n g a p o r e ，f a s tf e r r y i n t e r n a t i o n a l ，m a y19 9 7 【9 f i r s ts t e n ah s s 15 0 0d e l i v e r e db y f i r m y a r d s ，f a s tf e r r yi n t e r n a t i o n a l ，a p r i l ，19 9 6 【1 0 】f i r s ts t e n ah s s1 5 0 0d e l i v e r e db yf i n n y a r d s ，f a s tf e r r yi n t e m a t i o n a l ，a p r i l19 9 6 11 c f id e l i v e r ss e c o n dp a c i f i c a tt ob cf e r r i e s ，f a s tf e r r yi n t e r n a t i o n a l ，n o v e m b e r1 9 9 9 【1 2 】f i r s tb a z a na l h a m b r ac o m p l e t e st r i a l sp r o g r a m m e ，f a s tf e r r yi n t e r n a t i o n a l ，d e c e m b e r 1 9 9 6 。 1 3 袁茁，我省海上客运发展与展望，辽宁交通科技，1 9 9 8 4 【1 4 t 国良，渤海海峡客货滚装船运输，造船技术，1 9 9 7 6 【1 5 】张弘，对建立跨渤海海峡公路运输通道的探讨，东北公路，第2 1 卷第1 期 1 6 】郝喜兰，渤海湾客滚船安全运输管理浅析，交通标准化，1 9 9 64 1 7 】辽宁日报，2 0 0 1 5 3 1 8 1 徐田甜，浅谈我国进军世界新型滚装船建造市场，船舶，2 0 0 0 4 1 9 l 中国船级社主页 环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究 第二章中小型客滚船主要要素确定 第一节确定客滚船主要要素的基本步骤【1 从船舶主尺度确定方法的不同特点来看，可分为两类问题，第一类，影响主尺度确 定的主要因素是船舶的总布置，如集装箱船、滚装船、客船等，称为布置型问题；第二 类，影响主尺度确定的主要因素是载重量，如油船、散货船等，称为排水量型问题。 布置型船舶主尺度确定的一般思路是：首先根据总布置要求初步拟定长、宽及型深 的最小值，然后据尺度比的适宜值对其做适当调整，计算重量，选择吃水，计算方形系 数，调整有关数值，使之相互协调，进行性能校核，如不满足要求，还须调整主尺度。 排水量型船舶主尺度确定的般思路是：从载重量入手，先选取载重量系数，然后 估算排水量，按适宜尺度比及限制条件等算出主尺度，重力与浮力平衡后进行性能校核， 若满足则结束或进行经济分析，否则修改主尺度重新计算。 在排水量及主尺度确定的最初阶段，一般要对设计船的长、宽、型深、吃水、方形 系数等要素有个初步估计，以作为逐步近似过程的第一次近似值或作为最优化过程的初 始出发点。初始值的产生可采用以下两种方法： 1 ：母型船修改法 、 。 分析设计船与母型船在性能要求及限制条件等因素上的区别，确定设计船与母型船 相比的修改方向，确定出设计船的尺度比、方形系数等无因次系数，再考虑到排水量的 变化及可定出主要要素的初始估计值。 2 、统计法 根据以往设计建造的船舶，对同型船的相应数据进行统计分析，得出适当的统计公 式或图表，可以用来估计主要要素的初始估计值。 当长、宽、型深、吃水、方形系数初步拟定后，排水量也就确定了，这是从浮力酶 角度说的。另一方面，对应这一组初步拟定的尺度，可以计算出设计船的各项蕈量之和。 最初的浮力和重力不定相等，因此需要进行平衡，使它们相等。重力与浮力的平衡有 以卜- 两种作法： 大连理工大学硕士学位论文 1 、变载重量法 保持浮力不变，也就是保持长、宽、吃水、方形系数不变，改变船舶的载重量，从 而改变重力，使之与浮力达到平衡。当设计船对载重量没有十分严格的要求时，这种作 法是最方便的。本文就将采用这种方法对所论证船型作重力浮力平衡。 2 、定载重量法- 改变长、宽、型深、吃水、方形系数等主要要素，则空船重量也相应发生变化，通 过若干此逐步近似，使重力和浮力达到平衡。 第二节 中小型客滚船主尺度估算 当要求装载的车辆数和乘客数确定后，客滚船的主尺度就主要由车辆在船上的布置 决定。常规估算方法是先确定车辆数和车辆单元尺度，然后根据车辆沿船长、船宽和型 深方向的排列( 即行数、列数、甲板层数) 初步拟定出上。、b 、d 等。 l 、船长 已知车辆布置的行数后，可按下述近似公式估算船长： k 乏去m + 咖1 ) x 】 式中 k 考虑首尾长度的系数，可取0 9 0 9 5 m 车辆的行数 f 单位车辆长度 x 车辆之间的纵向间隙 2 、型宽 客滚船的型宽应该是单位车辆宽度的整数倍，再计及货物之间及货物与船舷之问的 间隙，可用下式表示： b = n b + f ”1 ) y 4 - 2 c + 2 a 式中n 车辆的列数 b 单位车辆宽度 】5 环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究 y 一一车辆之间的横向间隙 c 一车辆与舷侧的间隙 一一肋骨高度或舷侧纵向水舱的宽度 2 、型深 该船型型深分干舷甲板( 主甲板) 和上甲板( 最上一层连续甲板) 两种型深。型深 应根据甲板层数、双层底高度以及甲板梁挠曲等方面加以确定。1 2 这种方法由于直接面向设计对象，因而比较可靠，但不具有普遍意义。本文拟采用 经验公式方法估算，即通过搜集大量实船资料，针对对船舶主尺度有显著影响的参数选 用适当的数学模型进行回归分析，得到符合精度的函数关系式作为经验公式供初步估算 之用。这种方法的精度直接受型船数据和模型形式的影响。 型船均为单体、钢质、单层汽车甲板、总长在3 9 4 0 m 1 4 2 4 9 m 范围内的客滚船。 资料详见附录。 基于客滚船是布置型船，显然载车量是影响到主尺度的最显著因素，本文建立了以 载车量。作为自变量的船长估算公式。估算公式及适用范围、判定系数，2 、估计值标 准误差s e y 如表2 - 1 所示。 表2 - l 船长估算公式 i公式l 。的范围( m )r 2 s e y l 上”= 1 5 1 8 n 。“ 3 6 6 0 1 2 0 o oo 9 20 1 1 表2 - 2 船长算例 实船算例误差实船算例误差实船算例误差 n v2 04 08 8 l p 衄日5 5 0 0 5 6 7 23 1 2 8 0 0 07 6 9 4 3 8 2 1 0 5 0 01 0 8 8 53 6 7 当船长确定后，参照一定的主尺度比即可初步确定型宽和型深。 从另一方面，当载车量、载客量、续航力、自持力确定后，客滚船的载重量也基本 大连理工大学硕士学位论文 确定了。文献 2 提供了以载重量为自变量的滚装船船长估算公式 l = 6 7 ，2 6 + 0 1 1 6 5 d w 一0 3 2 4 8 1 0 一d w 2 + o3 1 1 4 10 一”d w 3 本文统计了国内大量在航客滚船的技术资料，得到中小型客滚船以载重量作为自变 量的主尺度统计公式如下： 实船 d w ( t ) 4 1 6 。1 3 l p p ( m ) 5 9 9 5 b ( m ) 1 5 0 0 d ( i n ) 4 5 0 t 2 6 0 表23 主尺度估算公式 公式 适用范围( m )，i s e y 三 = 5 9 9 d w o3 8 3 5 0 0 - 1 2 5 o o 0 8 5o 1 7 b = 2 5 3 d w o 2 7 8 o o 2 3 5 0 0 8 4o 1 3 d = o 8 7 d w o 2 7 2 7 0 8 6 0o 8 7o 1 2 t ：0 4 d w o 3 3 2 0 0 - 5 5 0 09 00 1 2 表2 - 4 主尺度算例 算确一“壤差 实船? 靠锄谟差实船算衍误差 。 1 5 2 2 0 03 5 4 7 0 0 5 9 2 61 1 6 1 0 5 0 0 ：1 2 8 9 1 4 0 5 、1 8 ，0 0 4 4 31 ，4 9 6 ，5 0 2 9 3 ：1 2 。5 7 4 5 1 9 6 9 97 6 2 1 8 3 01 6 5 6 ：2 93 2 0 4 4 90 5 3 1 2 5 0 0 2 3 4 0 8 6 0 5 4 4 1 3 3 7 7 2 2 9 9 8 0 9 5 9 4 7 0 2 1 7 4 一5 9 5 9 ，1 2 需要指出的是，客滚船自重大，载重量系数较小，因而以载重量作为自变量是否合 理值得商榷，尽管上述模型在数学上比较成功。 如 第三节中小型客滚船船型系数估算 船型系数估算的估算，主要是方形系数的估算。c 。一般回归成关于f 的线形函数 c b = 1 0 8 1 6 8 f 1 2 环渤海湾车客滚装船船型方案论证研究 本文根据统计资料得出了巴关于f 的两个公式，见表2 3 。 表2 - 5 方形系数估算公式 公式r 2 s e y q = 一2 8 8 f + 1 3 9 0 4 80 0 7 上：4 一些堕 05 70 1 6 c 6f 因为搜集到的有关方形系数的资料有限，以上两式的回归效果均不太理想，初步设 计阶段可参照相应母型船来选取。 第四节中小型客滚船排水量估算 排水量估算主要涉及的是空船重量的估算。在初期设计阶段，空船重量估算通常有 两种方法，载重量系数法和分项估算法。【1 j 当设计船的载重量给定时，可用下式粗估空船重量： l w ：d w ( 1 一叶) 玎 叼可参考同类船舶的统计值选取，最好是取自相近的母型船。客滚船的载重量系 数比较低，从搜集的资料统计来看， 在o 1 9 04 0 问。 分项估算法，即把空船曩量划分为船体钢料重量、木作舾装重量和机电设备重量三 大部分来估算。 本文给出定载重量和变载重量两种不同设计思路的算法，公式和算例见f 表： 大连理工大学硕士学位论文 表2 6 空船重量及排水量估算公式 公式l w 的范围( t ) ，zs e y l w ：66 9 d 形o ”4 2 7 8 6 6 5 0 0 0 00 8 9o 3 7 定载重量a = l w d w l w = 0 4 4 l p p l 7 5 b + o3 5 d 1 “c 1 5 6 4 2 7 8 6 6 5 0 0 o o0 9 9o 1 8 变载重量 a 2 1 0 2 5 l b t c b 实船 d w ( 0 4 1 6 1 3 l w ( t ) 1 0 1 9 1 9 ( 1 ) 1 4 3 5 3 1 表2 7 定载重量法算例 。算例误差实船 1 5 2 2 0 0 9 9 8 5 9 - 2 0 2 2 7 9 2 0 0 1 4 1 4 7 2一1 4 3 4 3 1 4 0 0 算锄误差二塞船算例 3 5 4 7 0 0 2 9 2 9 7 5 ：4 9 3 6 5 0 0 0 05 9 1 3 0 4 4 4 5 1 7 5 3 1 9 1 0 0 4 7 0 09 4 6 0 0 4 表2 - 8 变载重量法算例 实船。算例