基本介紹
- 中文名：重力式下水
- 外文名：ship launch
- 分類：縱向下水與橫向下水
- 所屬學科：交通工程
- 原理：利用船舶自身的重力，滑行入水
- 準備工作：檢查船台滑道、水下浮動滑道等
簡介,縱向下水設備,準備工作,靜力學下水計算方法,四個階段,空氣滑行,接觸水面到艇浮階段,全浮階段,船舶漂浮至即定水域,
簡介
船舶下水是在船舶建造工程大部分完工之後,將船舶從建造船台上移至水域的工藝建造過程,因此,這是船舶建造的一項重要組成部分。船舶下水過程是一個很複雜的動力問題。要考慮到有關船舶的浮性、穩性、阻力、搖擺以及船舶強度等問題,這就要牽涉到船舶靜力學與船舶動力學。船舶下水具有一定的危險性,如稍有疏忽,就會造成重大的損失。長期以來,人們對船舶的下水作業十分重視,為此做了大量的研究工作,並制定了船舶下水的多種方法。例如:小船造好以後可以利用起重機把小型船舶吊到水中,也有把船放在船塢內建造,造好後向船塢內放水將船浮起拖走等等。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著船台傾斜滑道滑入水中。重力下水的方式有縱向及橫向兩種。縱向下水是船體的中縱剖面平行於滑道運動;橫向下水是船體的中橫剖面平行於滑道運動。船舶縱向下水是我國大、中型船廠中目前仍然普遍使用的方法。採用縱向下水的船舶,在上船台安裝之前,就要做下水的預備工作,如龍骨墩的布置,下水滑道的鋪設,下水重量及重心位置的計算,預計下水日期等等,並根據這些確定船舶在船台施工的完備程度。為了不產生差錯,這些工作都要慎重考慮,並進行細緻的計算。長期以來,這種計算工作由手工來完成。由於計算工作量大,所以計算往往比較粗糙,很難實現多方案的計算比較。自從計算機套用於船舶下水計算以來,可進行多方案比較進行最佳化計算,選擇最理想的下水方案。隨著計算機功能的增加,縱向下水計算程式不斷改進完善,大大提高了下水工作的可靠性。
縱向下水設備
縱向下水的設備由固定部分和運動部分組成。固定部分由木方鋪成,稱為滑道;運動部分在下水過程中與船舶一起滑入水中,稱為下水架。下水架的底板稱為滑板,在滑板與滑道之間敷有潤滑油脂,使滑板易於滑動。下水架的兩端比較堅固,以支持船體首尾兩端的尖削部分,分別稱為前支架及後支架。除上述主要設備外,還有若干輔助設備,諸如:防止船在開始下水之前滑板可能滑動的牽牢裝置;防止船在下水過程中滑板發生偏斜的導向擋板;使船在下水後能迅速停止於預定位置的制動裝置;有時為了使船在開始下水時能迅速滑動,還設有驅動裝置等等。
準備工作
為了嚴格控制影響船舶安全下水的各種要素,要落實各項下水準備工作及技術要求,以保證船舶按期順利下水。同時對船舶下水的各種設備也要進行全面的檢查。如船台滑道、水下浮動滑道、木滑板、鋼木結構滑板、楞木、下水墩木等,制定完整的下水規程,合理排墩和布置滑道滑板,如果在船舷、艦部由於線型較為瘦削,無法安排滑板上的墊木,可在脂、艦部設定下水橫樑。選擇最佳下水油脂配方。
事先應檢查滑落機的完整性和操作可靠性。在滑板頂端處應設定液壓千斤頂油泵,如當操作滑落機後而滑板仍不開始滑動時,可藉助油泵啟動滑板。同時要檢查通訊設備等設施操作的可靠性。為保證船舶安全可靠的下水,對滑道、滑板的平整性作事先充分的檢查。
正確估計當日的潮高和水的流速,以滿足根據下水計算最低潮高和流速以確定下水時間。注意避免在過低的潮位下水,船舶尚未艦浮而船舶重心已移出滑道末端,有可能造成質量載荷對滑道末端的力矩大於浮力對滑道末端的力矩,發生船舶以滑道末端為支點的仰傾事故。或者船舶雖已艦浮但尚未全浮,且船舶繼續下滑,前支點可能滑出滑道末端而造成舶跌落事故。船舶縱向下水的衝程一般約為船長的2一.25倍,故須考慮在此衝程下,如遇到過低的潮位,衝程會較大。
如果下水處的水面較窄,要避免碼頭岸邊對船舶造成危害。當遇到過大潮位下水時,又由於水流有較快的流速,當整個船體尚未全部衝出船台,而船體已艦浮,並隨著水流的衝擊,使船舶發生漂移和旋轉,漂移和旋轉過大,一方面會引起下水墩木的移位甚至脫離,造成船底墩木受力不均勻;另一方面由於舷支點仍在船台上,不但有可能損壞滑板,而且在船台的出口處,間距較小的防汛牆和碼頭也可能和船體發生碰撞,因此,潮位的高低對船舶的安全下水影響極大。
靜力學下水計算方法
船舶的縱向下水是一種比較複雜的運動過程,在下水過程中,船舶運動的各種參數,如:船舶的下滑速度、加速度、船舶的吃水位置、船體所受浮力、船體和滑道之間的接觸壓力和動摩擦力等等都隨著船舶的不斷下滑而變化。由於船體是一個外形複雜的結構物,同時在下水時下水滑板和下水墩木的存在,邊界條件難以確定,採用純粹的結構物入水的理論方法很難進行計算。因此,迄今為止的船舶下水計算方法都採用了不同程度上的近似。
目前我國大部分船廠在下水計算中都採用傳統的靜力學下水計算方法。這種算法有著比較成熟的計算程式,並且較好的預計船舶縱向下水過程中的艦浮點、全浮點和是否會發生仰傾和舶跌落現象。這種方法主要是從船舶靜力學的觀點來進行相應的計算。將船體視為剛體,僅考慮船體所受的重力、浮力和滑道的支反力,在下滑過程中,以重力對脂支點的力矩等於浮力對脂支點的力矩作為船體艦浮的判斷條件。當重力等於浮力時,船體開始處於全浮狀態。在船體下滑的一系列位置進行計算,每隔一定滑程進行一次計算。在計算船底反力時也採用近似的簡化計算,當船體達到艦浮時,全部反力集中於脂支點一點處,為避免高估脂部結構受力,目前一些船廠按經驗方法將該反力分布到脂部十分之一船長來評估船底和墩木結構的安全性。
船舶縱向下水的傳統計算方法雖然基本反映了船舶下水的基本過程,但這種方法在力學模型上作了簡化或忽略,如傳統的下水計算忽略了船舶下水過程中船體所受的水動力及風力的影響,除浮力外,船體在入水後還受到粘性阻力和附加慣性力的影響。船體艦部入水形狀極不規則,同時由於下水附體的存在,船體在下水過程中所受水動力在數值上不小。粘性阻力對船體在水中的運動姿態有較大的影響,特別是艦浮後船體縱向繞舷支點的轉動,粘性阻力將對首支點產生很大的轉動力矩。另外,航道側流以及風力會對船體產生橫向漂移,橫漂過大會對船體下水造成很大的危害,比如橫漂過大將會使船舷側撞向岸邊、塢門或其它船隻。此外,船底墩木的支反力是造成船舶下水時船底局部結構受損的主要原因,近年來由於船底墩木的高值反力而造成船底局部結構屈服和失穩的現象時有發生,而用傳統的下水計算方法沒有考慮船底墩木的彈性作用,在計算船底支墩反力時只是將其均分到一定的墩木上,平均壓力分布沒有反映出船底支墩反力的實際變化情況,無法準確分析滑道與船台的受力情況。同時對於最大壓力值和位置,以及在下水全過程中,船體與船台的接觸情況各支墩對船底的作用力的數值及其變化情況,特別是滑行初期船台滑道末端對船體的反力及滑行後期脂支持區的支墩反力值。傳統下水計算方法無法對這些影響作出評估或者評估是粗略的,不能適應現代船舶建造質量控制高標準的要求。因此,有必要對這種計算方法進行改進,提出較為準確和詳細的計算模型。
四個階段
根據船舶縱向下水的特點,人們習慣將船舶下水的整個過程劃分為緊密相接的四個階段。因此,船舶縱向下水的計算程式也以這四個階段為基礎建立模型。這四個階段為:船體在空氣中的滑行階段、船舶從艦部接觸水面到船艦開始起浮的階段、船舶從艦浮到全船完全脫離滑道起浮的階段和船舶全浮並漂移至指定水域的階段。
空氣滑行
此階段的運動範圍為船舶從開始滑動到船艦接觸水面為止,船舶在重力作用下自行下滑,在此階段,船舶受到重力、滑道對船體的支持力和摩擦力作用。船體作平行於滑道的勻加速直線運動。在第一階段中,可能出現的問題是船舶能否滑動。其中的關鍵是潤滑油脂的摩擦係數和承壓能力,若潤滑劑的摩擦係數過大或承壓能力過低,則船舶不能自動下滑,使下水工作遇到故障。這時通常採用機械驅動頂推滑板前端使船舶沿滑道滑動。
接觸水面到艇浮階段
此階段船體開始受到水的作用,見圖2.3,自船體尾端接觸水面至船尾開始上浮為止。在此階段其運動方向仍然與滑道平行,但不再是勻加速直線運動,隨著運動滑程的增大,船舶所受到的浮力和浮力對船舷支點的力矩迅速增加,當浮力對脂支點的力矩等於重力對脂支點的力矩時,船艇開始起浮。
全浮階段
船舶在達到艦浮後沿船台滑道繼續下滑,由於浮力對船脂支點的力矩大於重力對船脂支點的力矩,船體縱向開始繞脂支點轉動。同時由於潮流的衝擊作用,船體的橫向也開始繞脂支點轉動。當船體所受的浮力等於船體所受的重力時,到達船體下滑的全浮點,則全船開始全部起浮。
船舶漂浮至即定水域
全船開始起浮後,船舶在慣性力作用下繼續向前運動,船體的衝程大約為2倍船長,故應採取適當措施使船停止運動,在河面寬闊的情況下,大多數船舶可採用拋錨或錨鏈制動來阻止船體的繼續前沖,或者採用拖船改變船體的運動方向。在河面狹窄的情況下,船舶可能沖至對岸,發生擱淺或撞傷等事故,因而需要採用專門的制動設備避免與對面河岸或者對岸的船舶發生碰撞,最簡單的制動設備是放在地上的重物,如水泥塊、厚鋼板及錨鏈等等。當船舶滑行至一定的位置後即拖動這些重物,這樣大大增加了船舶向前運動的阻力。此外,可在舵的後面綁一塊橫向木版,板面與運動方向垂直,當船尾入水後,此木板即能產生相當的阻力,阻止船舶前進。在該起浮到船舶漂浮至即定水域的階段,船體的運動姿態可作進一步調整,直至平衡狀態。
