简介

船舶下水是在船舶建造工程大部分完工之后,将船舶从建造船台上移至水域的工艺建造过程,因此,这是船舶建造的一项重要组成部分。船舶下水过程是一个很复杂的动力问题。要考虑到有关船舶的浮性、稳性、阻力、摇摆以及船舶强度等问题,这就要牵涉到船舶静力学与船舶动力学。船舶下水具有一定的危险性,如稍有疏忽,就会造成重大的损失。长期以来,人们对船舶的下水作业十分重视,为此做了大量的研究工作,并制定了船舶下水的多种方法。例如:小船造好以后可以利用起重机把小型船舶吊到水中,也有把船放在船坞内建造,造好后向船坞内放水将船浮起拖走等等。但是最常用的方法是重力式下水,即船舶在本身重力的作用下沿着船台倾斜滑道滑入水中。重力下水的方式有纵向及横向两种。纵向下水是船体的中纵剖面平行于滑道运动;横向下水是船体的中横剖面平行于滑道运动。船舶纵向下水是我国大、中型船厂中目前仍然普遍使用的方法。采用纵向下水的船舶,在上船台安装之前,就要做下水的预备工作,如龙骨墩的布置,下水滑道的铺设,下水重量及重心位置的计算,预计下水日期等等,并根据这些确定船舶在船台施工的完备程度。为了不产生差错,这些工作都要慎重考虑,并进行细致的计算。长期以来,这种计算工作由手工来完成。由于计算工作量大,所以计算往往比较粗糙,很难实现多方案的计算比较。自从计算机应用于船舶下水计算以来,可进行多方案比较进行优化计算,选择最理想的下水方案。随着计算机功能的增加,纵向下水计算程序不断改进完善,大大提高了下水工作的可靠性。1

纵向下水设备纵向下水的设备由固定部分和运动部分组成。固定部分由木方铺成,称为滑道;运动部分在下水过程中与船舶一起滑入水中,称为下水架。下水架的底板称为滑板,在滑板与滑道之间敷有润滑油脂,使滑板易于滑动。下水架的两端比较坚固,以支持船体首尾两端的尖削部分,分别称为前支架及后支架。除上述主要设备外,还有若干辅助设备,诸如:防止船在开始下水之前滑板可能滑动的牵牢装置;防止船在下水过程中滑板发生偏斜的导向挡板;使船在下水后能迅速停止于预定位置的制动装置;有时为了使船在开始下水时能迅速滑动,还设有驱动装置等等。

准备工作为了严格控制影响船舶安全下水的各种要素,要落实各项下水准备工作及技术要求,以保证船舶按期顺利下水。同时对船舶下水的各种设备也要进行全面的检查。如船台滑道、水下浮动滑道、木滑板、钢木结构滑板、楞木、下水墩木等,制定完整的下水规程,合理排墩和布置滑道滑板,如果在船舷、舰部由于线型较为瘦削,无法安排滑板上的垫木,可在脂、舰部设置下水横梁。选择最佳下水油脂配方。

事先应检查滑落机的完整性和操作可靠性。在滑板顶端处应设置液压千斤顶油泵,如当操作滑落机后而滑板仍不开始滑动时,可借助油泵启动滑板。同时要检查通讯设备等设施操作的可靠性。为保证船舶安全可靠的下水,对滑道、滑板的平整性作事先充分的检查。

正确估计当日的潮高和水的流速,以满足根据下水计算最低潮高和流速以确定下水时间。注意避免在过低的潮位下水,船舶尚未舰浮而船舶重心已移出滑道末端,有可能造成质量载荷对滑道末端的力矩大于浮力对滑道末端的力矩,发生船舶以滑道末端为支点的仰倾事故。或者船舶虽已舰浮但尚未全浮,且船舶继续下滑,前支点可能滑出滑道末端而造成舶跌落事故。船舶纵向下水的冲程一般约为船长的2一.25倍,故须考虑在此冲程下,如遇到过低的潮位,冲程会较大。

如果下水处的水面较窄,要避免码头岸边对船舶造成危害。当遇到过大潮位下水时,又由于水流有较快的流速,当整个船体尚未全部冲出船台,而船体已舰浮,并随着水流的冲击,使船舶发生漂移和旋转,漂移和旋转过大,一方面会引起下水墩木的移位甚至脱离,造成船底墩木受力不均匀;另一方面由于舷支点仍在船台上,不但有可能损坏滑板,而且在船台的出口处,间距较小的防汛墙和码头也可能和船体发生碰撞,因此,潮位的高低对船舶的安全下水影响极大。

静力学下水计算方法船舶的纵向下水是一种比较复杂的运动过程,在下水过程中,船舶运动的各种参数,如:船舶的下滑速度、加速度、船舶的吃水位置、船体所受浮力、船体和滑道之间的接触压力和动摩擦力等等都随着船舶的不断下滑而变化。由于船体是一个外形复杂的结构物,同时在下水时下水滑板和下水墩木的存在,边界条件难以确定,采用纯粹的结构物入水的理论方法很难进行计算。因此,迄今为止的船舶下水计算方法都采用了不同程度上的近似。

目前我国大部分船厂在下水计算中都采用传统的静力学下水计算方法。这种算法有着比较成熟的计算程序,并且较好的预计船舶纵向下水过程中的舰浮点、全浮点和是否会发生仰倾和舶跌落现象。这种方法主要是从船舶静力学的观点来进行相应的计算。将船体视为刚体,仅考虑船体所受的重力、浮力和滑道的支反力,在下滑过程中,以重力对脂支点的力矩等于浮力对脂支点的力矩作为船体舰浮的判断条件。当重力等于浮力时,船体开始处于全浮状态。在船体下滑的一系列位置进行计算,每隔一定滑程进行一次计算。在计算船底反力时也采用近似的简化计算,当船体达到舰浮时,全部反力集中于脂支点一点处,为避免高估脂部结构受力,目前一些船厂按经验方法将该反力分布到脂部十分之一船长来评估船底和墩木结构的安全性。

船舶纵向下水的传统计算方法虽然基本反映了船舶下水的基本过程,但这种方法在力学模型上作了简化或忽略,如传统的下水计算忽略了船舶下水过程中船体所受的水动力及风力的影响,除浮力外,船体在入水后还受到粘性阻力和附加惯性力的影响。船体舰部入水形状极不规则,同时由于下水附体的存在,船体在下水过程中所受水动力在数值上不小。粘性阻力对船体在水中的运动姿态有较大的影响,特别是舰浮后船体纵向绕舷支点的转动,粘性阻力将对首支点产生很大的转动力矩。另外,航道侧流以及风力会对船体产生横向漂移,横漂过大会对船体下水造成很大的危害,比如横漂过大将会使船舷侧撞向岸边、坞门或其它船只。此外,船底墩木的支反力是造成船舶下水时船底局部结构受损的主要原因,近年来由于船底墩木的高值反力而造成船底局部结构屈服和失稳的现象时有发生,而用传统的下水计算方法没有考虑船底墩木的弹性作用,在计算船底支墩反力时只是将其均分到一定的墩木上,平均压力分布没有反映出船底支墩反力的实际变化情况,无法准确分析滑道与船台的受力情况。同时对于最大压力值和位置,以及在下水全过程中,船体与船台的接触情况各支墩对船底的作用力的数值及其变化情况,特别是滑行初期船台滑道末端对船体的反力及滑行后期脂支持区的支墩反力值。传统下水计算方法无法对这些影响作出评估或者评估是粗略的,不能适应现代船舶建造质量控制高标准的要求。因此,有必要对这种计算方法进行改进,提出较为准确和详细的计算模型。1

四个阶段根据船舶纵向下水的特点,人们习惯将船舶下水的整个过程划分为紧密相接的四个阶段。因此,船舶纵向下水的计算程序也以这四个阶段为基础建立模型。这四个阶段为:船体在空气中的滑行阶段、船舶从舰部接触水面到船舰开始起浮的阶段、船舶从舰浮到全船完全脱离滑道起浮的阶段和船舶全浮并漂移至指定水域的阶段。

空气滑行此阶段的运动范围为船舶从开始滑动到船舰接触水面为止,船舶在重力作用下自行下滑,在此阶段,船舶受到重力、滑道对船体的支持力和摩擦力作用。船体作平行于滑道的匀加速直线运动。在第一阶段中,可能出现的问题是船舶能否滑动。其中的关键是润滑油脂的摩擦系数和承压能力,若润滑剂的摩擦系数过大或承压能力过低,则船舶不能自动下滑,使下水工作遇到故障。这时通常采用机械驱动顶推滑板前端使船舶沿滑道滑动。

接触水面到艇浮阶段此阶段船体开始受到水的作用,见图2.3,自船体尾端接触水面至船尾开始上浮为止。在此阶段其运动方向仍然与滑道平行,但不再是匀加速直线运动,随着运动滑程的增大,船舶所受到的浮力和浮力对船舷支点的力矩迅速增加,当浮力对脂支点的力矩等于重力对脂支点的力矩时,船艇开始起浮。

全浮阶段船舶在达到舰浮后沿船台滑道继续下滑,由于浮力对船脂支点的力矩大于重力对船脂支点的力矩,船体纵向开始绕脂支点转动。同时由于潮流的冲击作用,船体的横向也开始绕脂支点转动。当船体所受的浮力等于船体所受的重力时,到达船体下滑的全浮点,则全船开始全部起浮。

船舶漂浮至即定水域全船开始起浮后,船舶在惯性力作用下继续向前运动,船体的冲程大约为2倍船长,故应采取适当措施使船停止运动,在河面宽阔的情况下,大多数船舶可采用抛锚或锚链制动来阻止船体的继续前冲,或者采用拖船改变船体的运动方向。在河面狭窄的情况下,船舶可能冲至对岸,发生搁浅或撞伤等事故,因而需要采用专门的制动设备避免与对面河岸或者对岸的船舶发生碰撞,最简单的制动设备是放在地上的重物,如水泥块、厚钢板及锚链等等。当船舶滑行至一定的位置后即拖动这些重物,这样大大增加了船舶向前运动的阻力。此外,可在舵的后面绑一块横向木版,板面与运动方向垂直,当船尾入水后,此木板即能产生相当的阻力,阻止船舶前进。在该起浮到船舶漂浮至即定水域的阶段,船体的运动姿态可作进一步调整,直至平衡状态。1