基于標(biāo)準(zhǔn)船型評價指標(biāo)的近海漁船船型發(fā)展分析

王貴彪，李國強，張海波，崔雪亮

(1 浙江省海洋水產(chǎn)研究所，浙江 舟山，316021；2 浙江海洋大學(xué)船舶與海運學(xué)院，浙江 舟山，316022)

海洋捕撈業(yè)是海洋經(jīng)濟的重要組成部分[1-2]，漁船更是海洋捕撈業(yè)的最基本工具之一[3-4]，其發(fā)展情況對海洋捕撈業(yè)健康持續(xù)的發(fā)展和漁區(qū)社會的和諧穩(wěn)定有著重要的作用[5-6]。自海洋捕撈漁船更新改造工程實施以來，大批的木質(zhì)漁船、老舊漁船被淘汰[7-9]，一批現(xiàn)代化漁船船型已經(jīng)完工并進行生產(chǎn)作業(yè)，引導(dǎo)了國內(nèi)海洋捕撈漁船向“安全、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保、舒適”方向發(fā)展，全面提升了國內(nèi)捕撈漁船船型和裝備的技術(shù)水平[10-11]。但是，目前針對漁船船型發(fā)展的評價大多停留在定性描述的階段，缺乏定量的表達[12]。

以浙江省近海航區(qū)的刺網(wǎng)和拖網(wǎng)船型為例，通過對1990—1999年、2000—2009年和2010—2019年3個年段主流船型的調(diào)研，采用漁船標(biāo)準(zhǔn)船型評價方法的量化指標(biāo)[13-14]，分析了船型主尺度及各性能參數(shù)在各方面的發(fā)展情況與趨勢，能夠為漁船的研究方向以及漁船相關(guān)政策的制定提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，同時也為漁船建造規(guī)范和檢驗規(guī)范的修改提供參考。

1 量化評價指標(biāo)及船型選取簡介

1.1 漁船標(biāo)準(zhǔn)船型量化評價指標(biāo)簡介

《漁船標(biāo)準(zhǔn)船型評價方法》[15]是由原農(nóng)業(yè)部漁業(yè)船舶檢驗局組織編制，其選取體現(xiàn)漁船共性和主要特征的海軍部系數(shù)C海軍、干舷系數(shù)α、固定壓載系數(shù)β、空船重量系數(shù)C空船、平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)C穩(wěn)性、魚/油艙容積系數(shù)C魚油、人均艙容系數(shù)C船員、拖力系數(shù)C拖力或螺旋槳敞水效率η0等8類系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)船型評價指標(biāo)，體現(xiàn)了漁船“安全、環(huán)保、經(jīng)濟、節(jié)能、適居”方針，符合“簡單、適用、可量化”的原則。

1.2 調(diào)研船型選取簡介

為分析近30年來浙江省近海捕撈船型的發(fā)展趨勢，分別選取船型建造完工日期在1990—1999年，2000—2009年和2010—2019年3個年段的船型作為研究對象，同時為更好地體現(xiàn)漁船整體的發(fā)展情況，選取了刺網(wǎng)和拖網(wǎng)作業(yè)這兩類在浙江省漁船船型中占比較高的船型作為分析對象。每個年代的刺網(wǎng)和拖網(wǎng)主流船型各選取10艘，共計60艘漁船作為研究對象，對其進行主尺度以及各評價參數(shù)的量化研究。所選取船型的總長為30～50 m，船長為24～45 m，型寬為4.80～7.20 m，型深為2.20～4.00 m，船體材質(zhì)均為鋼質(zhì)，其作業(yè)航區(qū)均為近海航區(qū)。

2 漁船船型主尺度比發(fā)展分析

由于近海漁業(yè)資源減少[16]，船東越來越偏向于建造大船在更遠海域作業(yè)獲取更大的經(jīng)濟效益，近30年來的刺網(wǎng)和拖網(wǎng)主流船型均越造越大，自持力和續(xù)航力也不斷提升。為進一步進行船型主尺度變化的研究，將調(diào)研選取船型的主尺度比L/B和B/D的平均值進行統(tǒng)計分析，具體結(jié)果如圖1和圖2所示，其中L為船長，B為型寬，D為型深。

圖1 刺網(wǎng)船型主尺度比

圖2 拖網(wǎng)船型主尺度比

兩種船型L/B的比值逐漸增大并接近6.0，而B/D的比值則由2不斷減小至1.85，這表明在同等型寬下，船型的船長逐漸增長而型深逐漸變深。在同等型寬條件下，2010—2019年段船型的船長比2000—2009年代船型的船長增加了6%左右，更是比1990—1999年段的船型增加了16%左右。

同時，拖網(wǎng)漁船的L/B值一般較刺網(wǎng)漁船大，而B/D值較刺網(wǎng)漁船小，尤其是2000年以后的船型更是明顯。一方面，這是由于早期漁船船型的相關(guān)科研能力較弱，1990—1999年段建造的拖網(wǎng)和刺網(wǎng)的船型基本一致，只是漁撈設(shè)備和攜帶的網(wǎng)具有所區(qū)別。而另一方面，拖網(wǎng)漁船需要安裝大直徑螺旋槳來增加拖力，導(dǎo)致型深逐漸增大，同時桁拖漁船攜帶的桁桿決定了其掃海面積，而桁桿的長度又受船長制約[17]，使得同型寬拖網(wǎng)船型的船長較刺網(wǎng)長。

3 漁船各評價指標(biāo)發(fā)展分析

3.1 各年代船型系數(shù)對比

為分析船型在“安全、環(huán)保、經(jīng)濟、節(jié)能、適居”方面的發(fā)展情況，分別對每個年段各個船型的海軍部系數(shù)、人均艙容系數(shù)、干舷系數(shù)等8類系數(shù)進行計算，并取每個年段船型系數(shù)計算結(jié)果的平均值進行統(tǒng)計分析與對比，其結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 刺網(wǎng)船型各系數(shù)比

圖4 拖網(wǎng)船型各系數(shù)比

3.2 海軍部系數(shù)大幅提高

海軍部系數(shù)C海軍體現(xiàn)了船舶設(shè)計航速、設(shè)計排水量與推進功率之間的關(guān)系。其表達式如式(1)所示：

(1)

式中：Δ—設(shè)計排水量，t；V—設(shè)計航速，kn；P—推進功率，kW。

近年來，刺網(wǎng)和拖網(wǎng)船型的海軍部系數(shù)有著大幅度的提高，這是由于漁船用主機的改進、機槳匹配度的提高、螺旋槳設(shè)計安裝的規(guī)范化[18-19]，CFD數(shù)值模擬技術(shù)和船模試驗在漁船船型線型優(yōu)化上的大量應(yīng)用[20-22]，使得漁船有效功率的提升和船型阻力的下降，海軍部系數(shù)逐漸提高。

3.3 干舷系數(shù)略有下降

干舷系數(shù)α表征了船舶儲備浮力的大小，其表達式如下：

加強森林防火值班調(diào)度。防火期內(nèi)，各級森林防火組織執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)帶班和四個“24小時”制度，確保信息暢通。全市各級1540名森林消防專業(yè)隊員，集中住宿，靠前駐防，做到火情早發(fā)現(xiàn)，早報告，早處置。各級各單位要及時修訂完善森林火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案，一旦出現(xiàn)火情，迅速啟動撲火預(yù)案，立即調(diào)集力量全力撲救，及時處置初發(fā)火情，確保林區(qū)群眾和撲火人員安全。

(2)

式中：F—干舷，m；B—型寬，m。

由計算結(jié)果可知，近30年來干舷系數(shù)略有下降但基本處于0.11與0.12之間，且刺網(wǎng)和拖網(wǎng)船型兩者的區(qū)別不大。對近海漁船而言，其干舷區(qū)間值一般在0.65～0.80 m。

3.4 空船質(zhì)量系數(shù)和固定壓載系數(shù)不斷增大

空船質(zhì)量系數(shù)C空船和固定壓載系數(shù)β表征了船舶的經(jīng)濟性和節(jié)能性，其表達式如式(3)和式(4)：

(3)

(4)

式中：W空船—空船質(zhì)量，t；L—公約船長，m；B—型寬，m；D—型深，m；W壓—固定壓載，t。

隨著近年來漁船船型船艏外飄、舷墻肘板采用球扁鋼制作、甲板室加長增高等現(xiàn)象常見使得漁船空船質(zhì)量尤其是主船體以上部分的質(zhì)量不斷提高，造成了漁船空船質(zhì)量系數(shù)的不斷增大。這些現(xiàn)象同時也間接地造成了船型需要增加更多的壓載質(zhì)量以保證穩(wěn)性安全，從而使得船型固定壓載系數(shù)隨之增大，在一定程度上降低了漁船的經(jīng)濟性和節(jié)能性。2010—2019年段建造完工的漁船空船質(zhì)量系數(shù)比2000—2009、1990—1999年段的船型分別增大了20%和25%，而其固定壓載系數(shù)更是增大了約30%和100%。

3.5 平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)逐漸降低

平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)C穩(wěn)性是船舶所核算的各種裝載情況下穩(wěn)性狀況的反映，是表征船舶穩(wěn)性安全的重要參數(shù)[23]。

(5)

式中：Ki—滿載出港、滿載離漁場、空載到港3種裝載狀態(tài)下的穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)；n—3，裝載狀態(tài)數(shù)。

3.6 魚/油艙容積系數(shù)穩(wěn)步提高

魚/油艙容積系數(shù)C魚油表征了船型的裝載能力，反映了漁船的經(jīng)濟性。對于鋼質(zhì)漁船，其表達式如下所示：

(6)

式中：V魚—魚艙容積，m3；V油—油艙容積，m3；L—公約船長，m；B—型寬，m；D—型深，m。

由對比可以發(fā)現(xiàn)魚/油艙容積系數(shù)逐年穩(wěn)步提高。這是由于一方面船型作業(yè)海域的越來越遠，對船型的自持力和續(xù)航力提出了更高的要求，另一方面船型方形系數(shù)也由1990—1999年段的0.6左右發(fā)展為2010—2019年段的0.7左右，使得主船體的容積有了增加，魚、燃油的裝載能力有了大幅的提高，致使拖網(wǎng)和刺網(wǎng)的魚/油艙容積系數(shù)分別提高了約50%和30%。

3.7 人均艙容系數(shù)大幅提高

人均艙容系數(shù)C船員表征了船舶的適居性，也可在一定程度上反應(yīng)船型的自動化水平，對于船長大于24 m的船型，其人均艙容系數(shù)計算如式(7)所示：

(7)

式中：G—總噸位；G凈—凈噸位；N—船員人數(shù)。

由圖3及圖4可知，船型的人均艙容系數(shù)不斷提高，且2010—2020年代船型更是有了極大的提高。這是由于船體方形系數(shù)的不斷增大，上層建筑、甲板室的空間不斷提升，造成了漁船船型總噸位的大幅提高，同時船型自動化程度的提高，使得1990—1999年段刺網(wǎng)、拖網(wǎng)船型9～10人的船員配備發(fā)展成了2010—2019年段7～8人的船員配備情況，這些變化均使得新船型的人均艙容系數(shù)較1990—1999年段提升了約60%。

3.8 拖力系數(shù)和螺旋槳敞水效率逐年提高

拖力系數(shù)C拖力和螺旋槳敞水效率η0分別表征了拖網(wǎng)船型的系柱拖力和其他漁船機槳配合的優(yōu)良性，體現(xiàn)了船型的經(jīng)濟和節(jié)能性。其表達式如下：

(8)

(9)

式中：Fpo—系柱拖力，kN；P—推進功率，kW；PT—推力功率，kW；PD—收到功率，kW；T—螺旋槳推力，N；VA—進速，取設(shè)計航速，m/s；n—螺旋槳轉(zhuǎn)速，r/min；Q—螺旋槳轉(zhuǎn)矩，N·m。

近年來，由于導(dǎo)管槳在拖網(wǎng)漁船上的推廣應(yīng)用[24-25]、漁船機槳匹配的研究[26-30]、漁船用主機改進[31-33]以及船型在設(shè)計與建造中更加注重機槳的匹配度等原因，使得拖網(wǎng)漁船的拖力系數(shù)和刺網(wǎng)船型的螺旋槳敞水效率隨著年代逐步提高，2010—2009年段拖網(wǎng)船型的拖力系數(shù)較1990—1999年段提高了約16%，而刺網(wǎng)船型螺旋槳敞水效率也提高了近10%。

4 討論

在調(diào)研船型地區(qū)分布上，主要以舟山和寧波地區(qū)的主流船型為主，但浙江省漁船船型的主尺度、線型及布置由于各地區(qū)漁船作業(yè)習(xí)慣及水深環(huán)境的不同而導(dǎo)致差異性較大[34]，如同等型寬的船型舟山地區(qū)的船長比寧波、臺州等地的要超過5%以上，而同等型寬的船型，寧波地區(qū)的型深比舟山等其他地區(qū)深10%左右，溫州地區(qū)船型的船長普遍短于省內(nèi)其他地區(qū)等。因此，各地區(qū)調(diào)研船型的數(shù)量將不可避免地對計算結(jié)果產(chǎn)生誤差，使得研究存在一定的局限性。

調(diào)研的船型，尤其是1990—1999年段船型，由于圖紙資料缺失、船圖不符等原因，其主要參數(shù)值主要由人工測繪并計算[35]，與實際船型參數(shù)如方形系數(shù)、排水量等存在一定的誤差。同時螺旋槳僅有直徑、葉數(shù)能獲取準(zhǔn)確值，而盤面比、螺距等參數(shù)均是估計值，這些都會對部分量化參數(shù)的計算產(chǎn)生影響[36-37]，致使結(jié)果存在一定的誤差。

此外，部分評價指標(biāo)并不能全面地反映船型的狀態(tài)也是研究存在局限性的一個原因。如干舷系數(shù)雖略有下降但由于近幾年船型艏艉舷弧的大幅提高反而使得船型儲備浮力有所提高[38-39]；而除穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)外，初重穩(wěn)距、橫傾30°時的復(fù)原力臂和最大復(fù)原力臂對應(yīng)的橫傾角等都是衡量船型穩(wěn)性安全的重要指標(biāo)[40-41]，平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)下降并不能認(rèn)為船型的穩(wěn)性安全性降低。

5 結(jié)論

漁船船型L/B的比值逐漸增大，而B/D的比值則不斷減小。這表明了同等型寬下，船型的船長逐漸增長，型深逐漸變深，漁船船型大型化趨勢十分明顯；同時，除空船質(zhì)量系數(shù)、固定壓載系數(shù)、平均穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)等參數(shù)對應(yīng)的性能略有下降外，其余如海軍部系數(shù)、魚/油艙容積系數(shù)、拖力系數(shù)等參數(shù)均呈現(xiàn)了良好的態(tài)勢，總體上船型發(fā)展趨勢較好。在漁船設(shè)計、建造和檢驗過程中，應(yīng)該嚴(yán)格把控船型的質(zhì)量尤其是主船體以上部分的重量，限制船型船艏外飄、甲板室的長度及高度以及主船體以上部分鋼板的用料等，降低船型的空船重量系數(shù)和固定壓載系數(shù)，進而提高船型的穩(wěn)性安全和造船的經(jīng)濟性。

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