船舶纵向气囊下水工艺的特点

jimosea

船舶纵向气囊下水工艺的特点
采用本工艺的船舶下水根据其运行特点分为4
个阶段，类同于滑道下水的4 个阶段[3]，但也有其不
同点。
1） 下水第1 阶段。该阶段从船舶在气囊的滚
动下开始下水至船体艉部接触水面为止。整个过
程船舶只承受重力、气囊对船舶的支撑力及船底
板与气囊之间的摩擦力。船的运动方向平行于船
台，运动特征可能为加速或者匀速[4]，因为船台的
坡度较小（万吨级船台坡度一般在2%以内），摩擦
力可能等于下滑力。受力情况如图1 所示。
自重力作为下滑力的下滑条件是：
WGsinβ≥
n
i = 1 Σfm1,i WG
n cosβ+
n
i = 1 Σfm2,i WG
n cosβ （1）
式中：WG 为船舶下水时的重力；β 为船台坡度；
fm1 为船底板与气囊的滚动摩擦系数；fm2 为船台板
与气囊的滚动摩擦系数；n 为气囊个数。
该阶段船舶受力可按宽支座弹性方法计算[5]，
在船体底板快要接触水面时，艉部的部分气囊半进
入水中，产生一定的浮力，减少了对船台板的压
力，但是船舶受力还是不变的。
2） 下水第2 阶段。自船艉艉端接触水面到
船艉开始上浮为第二阶段。船舶运动方向仍与
船台平行，该阶段的运动特征是变速运动，随
着下滑里程增大，船舶所受的浮力与对船艏支
点的力矩迅速上升，当浮力对艏支点力矩加上
仍参加作用的气囊对艏支点的力矩等于自重对
艏支点力矩时，船艉开始浮起，受力情况如图2
所示。
该阶段力与力矩的平衡方程是：

（2）
式中：lG，lw，li 为各作用力到艏支点的力臂；rw 为
船体排水产生的浮力。
在该阶段，必须注意防止出现艉落现象，造
成应力集中，使船台与坡道之间拐点处的气囊受
力过大，造成破裂，使船体触地受损。在滑道下
水中，解决这个问题主要有增加滑道水下部分长
度、船艏加压、等更高水位、增加滑道坡度。然
在采用本工艺船台设计中坡道长度是有限的，如
加长则需增加投资，且不便施工，图3 为笔者参
与设计的某船厂万吨级船台船台末端设计示意图，
其坡道设计为弧形结构，坡道长度为10 m，该船
台现已投入使用。因此笔者认为只要气囊在滚动
中能保证在坎梁附近两只气囊之间的船底板不触
及船台或坡道即可，这需要在船舶下水时气囊间
距的合理布置及防止气囊在该处打滑被挤走。
船艏加压具有可操作性，但增加了在第4 阶
段出现的艏沉深度，有一定的弊端。
增加坡道坡度在该类船台设计中是不可取的。
首先，该类船台坡度已经很大，如再增加，则船
台末端结构不易稳定，在船舶下水时容易产生滑
坡或崩塌事件，坡道一般不是桩基梁板结构的。
其次，气囊在滚动中相互之间的距离是很难控制
的。即使布置得很密，也可能在坎梁处出现前一
个气囊已经滚入水中，不对船体起支撑作用，后
一个气囊又未及时的滚到坎梁附近或者被挤回，
注：R 为单个气囊对船舶的支撑力，F 为全部气囊的摩阻力
（包括对船底板及船台板）。
图1 下水第1 阶段船舶受力
图2 下水第2 阶段船舶受力
图3 某万吨级船台末端设计示意
陈邦杆，司太生：船舶纵向气囊下水工艺船台末端水位定性分· 29 ·
水运工程2009年
使倾斜的船体船底与末端船台板刮擦，使船体受
损。坡度越大，这种机率也越大。最后，坡度越
大，船艉入水深度越大，对船台前沿水域最小水
深的要求也越高。
等待高水位是个可取的办法，半坞式船台就
是间接地增高了船舶下水水位，但半坞式一般在
4万，5 万吨级以上船舶建造中使用，如潮差较大、
枯水期水位很低，等待水位会耽误生产周期。
3） 下水第3 阶段。自船艉上浮到船艏气囊不
与船台接触为第3 阶段。该阶段中船舶不仅沿着船
台下滑，另船艉不断绕着艏支点转动，而船艏此时
只有少数几个气囊支撑着，有可能使气囊压力过大
致使破裂，或者气囊对船体艏部产生较大的反力，
不利于船艏结构安全，但是由于气囊是大变形体，
可随着应力的变化随时自动调整，扩散压力，减小
船舶的应力集中，产生“柔性支撑效应”，在气囊
不破损的前提下对船艏底板产生应力比滑道式小得
多。按滑道下水计算，船艉开始艉浮时，滑道反力
约为0.25～0.3，此时对气囊的承压能力及气囊间距
均有较高的要求，受力情况如图4 所示。
因艏支点基本上由几个气囊支撑着，且力矩相
对很小，故该阶段力与力矩的平衡方程可表示为：

（3）
在该阶段，另一种可能是船舶在部分船体入
水后，速度加快，在惯性的作用下，船艏可能已
在坡道距离内，而气囊在摩擦力的作用下，艉部
及中部气囊已随着船舶一起运动，在气囊运动速
度小于船舶运动速度时，船艏已经搁置在原先搁
置艉部或中部的气囊上，因此船艏是通过气囊与
坡道接触的。
4） 下水第4 阶段。该阶段船舶自重与浮力相
互平衡。受力情况如图5 所示，此时注意船艏处
的水深是否符合船艏吃水加惯性下落的吃水深度，
即艏沉深度，以免船艏触底损伤，这也是对下水
水位的要求。