35m低干舷高速快艇首錨的選型及錨鏈筒設(shè)計(jì)

黎理勝　袁德　周建華　吳紅亮

摘? ? 要：本文主要通過某35m低干舷高速快艇首錨的選擇及錨鏈筒設(shè)計(jì)的典型案例，分析波爾錨在低干舷高速快艇上的應(yīng)用及錨鏈筒的設(shè)計(jì)原則和具體方法，可供相似類型及尺度的船舶參考。

關(guān)鍵詞：高速快艇;低干舷;波爾N型錨;波爾N型平衡錨

中圖分類號(hào)：U671.93 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Based on the selection of bow anchor and the typical case of hawse pipe design of a 35m low freeboard high speed boat， this paper analyzes the application of pool anchor in the low-freeboard high speed boat and the design principle and method of the hawse pipe， which can be used as a reference for similar types and sizes of ships.

Key words： High speed boat; Low freeboard; N type pool anchor; N type pool balance anchor

1? ? ?前言

本文通過對(duì)某35 m低干舷高速快艇首錨的選型及錨鏈筒設(shè)計(jì)的典型案例，分析波爾錨在低干舷高速快艇上的應(yīng)用及其錨鏈筒的設(shè)計(jì)原則和具體方法;結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)波爾錨實(shí)裝中出現(xiàn)的問題，對(duì)波爾錨在低干舷高速快艇上的應(yīng)用總結(jié)了設(shè)計(jì)體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，相信對(duì)于相似尺度的低干舷船舶單首錨的設(shè)計(jì)及波爾錨的選型具有較好的借鑒作用。

2? ? 低干舷高速快艇首錨設(shè)計(jì)原則

對(duì)于小尺度高速快艇來說，嚴(yán)格的重量控制是確保滿足總體性能要求的關(guān)鍵措施。為了滿足總體設(shè)計(jì)要求，對(duì)于錨的選型需要作輕量化考慮，宜選用大抓力錨。

錨泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于合理布置錨鏈筒。一般常規(guī)船舶拋錨時(shí)，為了讓錨能順利滑出和回收，錨鏈筒常采用陡削式布置，錨鏈筒內(nèi)傾角（即錨鏈筒軸線同垂線的夾角）為30°～35°。

然而對(duì)于低干舷高速快艇而言，錨鏈筒若采用陡削式布置，則錨容易擋水且可能頂住外板。所以錨鏈筒不宜采用陡削式布置，而要采用平斜式布置，即將錨鏈筒內(nèi)傾角加大，主要應(yīng)考慮如下因素：

（1）錨鏈筒下出口應(yīng)盡可能抬高設(shè)置，減少首錨擋水，避免影響艇的航速;

（2）錨鏈筒在首柱的布置不能影響其它結(jié)構(gòu)的布置，如護(hù)舷、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等;

（3）錨鏈筒的布置應(yīng)便于拋錨時(shí)可讓錨靠自重順利下滑;

（4）錨鏈筒的長度L和直徑D必須滿足：L=185（G）1/3，D=（8.5～10.5）d。

由于波爾N型錨的重心在錨爪，且其錨爪與錨桿的轉(zhuǎn)角為42°，當(dāng)收錨錨索處于垂直狀態(tài)時(shí)錨爪可能朝首或朝尾傾斜。錨爪若朝尾則可與外板可靠貼合滿足設(shè)計(jì)要求，若錨爪朝首就要將錨翻轉(zhuǎn)過來盡量讓錨鏈筒內(nèi)傾角α> 42°，如圖1所示。如果錨鏈筒的內(nèi)傾角α=35°< 42°時(shí)，錨爪重心在轉(zhuǎn)軸前的力矩為順時(shí)針方向，錨爪欲向尾轉(zhuǎn)動(dòng)被鎖死，錨爪一直朝首向上;如果內(nèi)傾角α=48°> 42°時(shí)，錨爪重心在轉(zhuǎn)軸后的力矩為逆時(shí)針方向，錨爪可朝尾翻轉(zhuǎn)，如圖2所示。一般高速船首部下端水線部分都比較尖瘦，但是靠近主甲板部位又比較肥大，這種情況下錨爪轉(zhuǎn)動(dòng)比較容易與船體外板貼合，不易刮擦外板。

綜合而言，布置錨鏈筒時(shí)首先應(yīng)從縱舯剖面首甲板往下扣除必須的結(jié)構(gòu)空間（高度）初定錨鏈筒下出口，根據(jù)錨鏈筒必須保證的最小長度L，以錨鏈筒下出口點(diǎn)為圓心、L為半徑作圓交于甲板線可初定錨鏈筒上出口，檢查錨鏈筒內(nèi)傾角是否α> 42°，最后基于該狀態(tài)對(duì)錨存放狀態(tài)作受力分析，確保錨可以在自重狀態(tài)順利拋出，必要時(shí)可將錨鏈筒做成喇叭型以利于錨更容易下滑，若不合適可作局部調(diào)整。

3? ? 典型案例分析

某35 m低干舷高速快艇選取了G=60 kg波爾N型錨。本船首部總體較尖瘦，但首柱局部較肥大（見圖3右俯視圖，首柱夾角為鈍角），錨鏈筒若采用陡削式布置，則在錨收狀態(tài)時(shí)（見圖3），錨爪會(huì)頂?shù)酱w外板無法繼續(xù)向上收，且整錨容易擋水。

因此，在進(jìn)行錨鏈筒布置時(shí)，通過三維外板和錨模型綜合模擬運(yùn)動(dòng)擺放，最終確定錨鏈筒平斜式布置，如圖4所示。這樣錨在回收過程由于重心在錨爪可往后翻轉(zhuǎn)趴下，回收后錨與船體可貼合緊密。

同時(shí)，我們還需分析錨鏈筒這樣布置時(shí)，在這個(gè)位置，錨是否能順利下滑及回收。通過受力分析和計(jì)算，得出放錨時(shí)錨的重力在錨鏈筒的下滑分力N1>F（見圖5），錨能順利下滑;收錨時(shí)，因?yàn)椴朜型錨的重心位于錨爪、錨折角為42°，所以錨桿如果轉(zhuǎn)到42°時(shí)錨桿處所受的力矩MF2>MN2，錨桿繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，錨爪由于重力的作用會(huì)翻轉(zhuǎn)趴下。根據(jù)圖6的受力分析得出：在錨鏈筒內(nèi)，從錨桿垂直至轉(zhuǎn)到錨桿與垂線呈42°的過程，由絞車?yán)υ阱^桿垂向的分力所產(chǎn)生的力矩MF2始終大于錨重力在錨桿垂向的分力所產(chǎn)生的力矩MN2，所以收錨時(shí)是可以轉(zhuǎn)動(dòng)錨爪向尾翻轉(zhuǎn)趴下來的。

但是，船廠在實(shí)船上進(jìn)行收放錨時(shí)，發(fā)現(xiàn)錨無論怎么擺放都是豎直向上的，不能向尾翻轉(zhuǎn)趴下來，造成起錨時(shí)錨爪一直向上卡住外板。經(jīng)與船廠詢問和查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，原來安裝在船上的錨是波爾N型平衡錨，而不是原設(shè)計(jì)選用的波爾N型錨。圖7所示是波爾N型平衡錨、圖8是設(shè)計(jì)選用的波爾N型錨，圖中圓圈為錨的重心位置。由圖可知，波爾N型平衡錨的端部增加了封板和錨桿轉(zhuǎn)軸的位置抬高了，錨的重心不在錨爪上而在錨桿轉(zhuǎn)軸下方，所以起錨時(shí)錨爪一直豎直向上。

波爾N型平衡錨是波爾N型錨的改良形式，它的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)首部設(shè)雙錨分別布置在兩舷時(shí)，收錨時(shí)錨爪豎直向上不會(huì)卡住船體外板。但恰好是這個(gè)優(yōu)點(diǎn)卻不能滿足我們的原設(shè)計(jì)要求，錨爪不能向尾翻轉(zhuǎn)趴下來而一直垂直向上卡住了船體外板。為此，由于船體結(jié)構(gòu)已建完，基于建造周期比較緊張，船廠在征得船東同意后，采取了以下措施：

（1）在首柱錨鏈筒出口處增加一個(gè)錨臺(tái)（見圖9），解決錨爪的固定問題。該方法由于需要設(shè)置錨臺(tái)，股有一定的增重;

（2）將錨鏈筒甲板開口位置往首移或?qū)?dǎo)鏈滾輪前置，使錨鏈筒內(nèi)傾角變?。ㄒ妶D10）。這樣錨回收時(shí)可使豎直向上的錨也能與船體外板有效貼合，可以避免增設(shè)錨臺(tái)或只需配置一個(gè)錨唇即可，既可解決問題又能控制重量，但前提是修改位置后錨鏈筒長度足夠，能裝得下錨桿、錨卸扣、轉(zhuǎn)環(huán)等，以及能接受錨擋水對(duì)航速的影響。

4? ? 小結(jié)

波爾N型平衡錨與波爾N型錨不同，是波爾N型錨的改良形式。N形錨的重心在錨爪上，平衡錨的重心在錨桿轉(zhuǎn)軸下，兩種錨的錨鏈筒布置是不同的。為了避免同類問題出現(xiàn)，建議在船廠沒有類似船舶建造經(jīng)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先做木模試驗(yàn)以保證收放錨順利、錨爪與船體外板能有效貼合。

通過低干舷高速快艇首錨的選型及錨鏈筒設(shè)計(jì)，兩種波爾錨的特性和實(shí)船安裝分析和總結(jié)，我們對(duì)低干舷高速快艇單首錨如何選用波爾錨有如下體會(huì)：

（1）對(duì)于首柱尖瘦、錨爪豎直向上或者向首或尾都不會(huì)卡到外板情況，優(yōu)先選用波爾N型錨;

（2）對(duì)于首柱肥胖、錨鏈筒若只能作平斜式布置情況，優(yōu)先選用波爾N型錨;

（3）對(duì)于首柱肥胖且比較陡、能接受錨擋水對(duì)航速影響的錨鏈筒可作陡削式布置，可選用波爾N型平衡錨。

參考文獻(xiàn)

[1}葉邦全，王健，王在忠，王能楊等.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)（第3版）舾裝分冊(cè)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.