李清斌

（渤海装备辽河重工有限公司，辽宁盘锦 124010）①

海洋工程船舶直升机甲板模块设计计算

李清斌

（渤海装备辽河重工有限公司，辽宁盘锦 124010）①

为了实现海洋工程船舶海上紧急救援的功能，对工程船舶上直升机甲板模块的设计进行分析。直升机甲板模块采用外伸的桁架式结构，适用S-92型直升机，主要由管支撑、面板、加强筋、梯道、安全网、着陆网、疏排水系统、消防系统、边界灯等构成。利用SACS软件建立了三维有限元分析模型，对梁、立柱以及板材进行强度校核。通过计算证实外伸的桁架式直升机甲板模块设计能够满足S-92型直升机的起降强度和规范要求。

甲板模块；直升机；强度；载荷

海洋石油勘探开发的恶劣环境威胁人身和设备的安全，当需要应急救援时，可以调用直升机［1］。直升机甲板是为直升机提供起降和停放的场所，要求具有较高强度和稳定性。高端海洋工程船舶的核心设计基本都被美国、挪威、新加坡等国外知名的设计公司所垄断，特别是直升机甲板等平台特殊结构的设计更是很难寻觅到有参考价值的文献资料。通过对S-92机型直升机甲板模块的设计、计算实例分析，为船舶与海洋工程领域直升机甲板模块的设计人员提供参考与借鉴。

1 直升机甲板模块总体设计

某船为双螺旋桨、电力推进、航行工况为无限航区的海上运输安装船（如图1），具有水上吊装和坐底作业能力。主甲板下分为艏部区域、货物甲板区域和艉部区域。主甲板上分为艏楼区域和船员居住区域。船舶总长144 m，型宽40 m，型深10.75 m，设计吃水5.5 m，最大坐底作业水深9.5 m。直升机甲板模块布置在船舶的艏部，利用管支柱与主船体结构连接，呈外伸的桁架结构。直升机甲板为正八角形，甲板直径22.2 m，适用S-92型直升机。直升机甲板模块如图2所示。

图1 安装船总体布置

1.1 直升机甲板结构设计

直升机甲板主体采用外伸的桁架结构，主要是由加筋面板、T型框架、连接肘板、管支柱焊接而成的刚性结构体。设计时需要根据规范对障碍物的限高要求确定直升机甲板平面高度和横向肋位坐标，并充分考虑直升机甲板的总体强度以及节点连接的局部强度。

直升机甲板模块设置有主通道、左舷通道、右舷通道3个通道；在直升机甲板边界设置向上倾10°且水平宽度1.5 m的安全网；并在直升机甲板的起降区域设置嵌入式栓系点。

1.3 消防及疏排水系统设计

在直升机甲板的周边设有防止液体积存和流落到平台其他地方的疏排水系统，可以将平台积液独立快排至舷外或收集。并在甲板平台的两舷设置有左舷消防系统和右舷消防系统，达到了平台甲板面交叉全覆盖的消防设施要求。

1.4 甲板周边灯具的布置设计

在直升机甲板边界按照规范距离要求布置有周界灯和强光照明灯。

1.5 甲板标记设计

直升机甲板模块组装完成后，需要按照规范要求在甲板面上涂装标识H、降落环、起飞质量、起降边界线、无障碍区V、平台名称等甲板标记。

初彭龄从福建学政升任云南巡抚，其重要使命是监督西南高官，杜绝贪腐。离京前，皇帝面谕“以富纲历任巡抚总督声名平常，祗以贪婪实迹未经败露，不即加以严谴，嗣后务当痛加改悔兾赎重愆，令初彭龄向富纲当面传旨”［19］。富纲纳入了参劾视野。十二月，富纲误认为军机处寄给云贵总督书麟之公文对己不利，私拆公文，引起皇帝不满。十二月二十五，富纲在京财产被查封。

图2 直升机甲板模块

2 甲板模块强度计算

2.1 建立三维有限元分析模型

该船艏部直升机甲板适用机型为S-92型直升机，最大起飞质量12 020 kg，轮距3.84 m。甲板模块主体结构由型材框架结构支撑，连接在船体上层建筑上，主要校核飞机坪强度和船体支撑结构的强度。根据甲板模块的总体设计图，利用SESAM软件建立三维有限元分析模型（如图3），平台甲板的板及型材在模型中简化为带板梁并采用等截面梁来模拟，以便进行校核分析。

图3 甲板及船体支撑结构模型

2.2 设计载荷

按照CCS《海上移动平台入级与建造规范》第2篇11.3节的要求，直升机平台结构的设计应考虑3种设计工况：甲板均布载荷工况、直升机着陆时碰撞工况和直升机存放工况。根据这3种设计工况，结合不同的直升机着陆位置进行结构强度校核。

2.2.1 甲板均布载荷工况

考虑整个甲板区域上面覆盖2 k N／m2的均布载荷。

2.2.2 直升机着陆时碰撞工况

应考虑下列载荷的联合作用：

1） 直升机正常降落时的垂直冲击载荷PH＝1.5P（P为最大起飞重力），并均匀分布在直升机着陆时着地的轮印上（一般情况下假定为两轮同时着地）。如无实际轮印尺寸资料，轮印可取0.30 m× 0.30 m的正方形面积。结构件的设计应按其受力最不利的直升机着地位置考虑。

2） 当直升机平台的起降甲板为上层建筑或甲板室顶甲板，且其下处所通常有人活动（如控制室、船员住室等）时，则上述垂直冲击载荷PH＝1.75P。

3） 直升机平台结构自重力。必要时应考虑0.52 k N／m2的均布载荷，以考虑雪、冰或其他环境载荷。

2.2.3 直升机存放工况

应考虑下列载荷的联合作用：

1） 承受最大起飞重力的机轮载荷，其着地承载面积可按直升机碰撞工况中的假设计算。

2） 直升机平台结构自重力。必要时应考虑0.5 k N／m2的均布载荷，以考虑雪、冰或其他环境载荷。

3） 应考虑在可存放的相应环境条件下，直升机和直升机平台结构由于船舶运动而产生的惯性力。如无合适资料，则水平惯性力和垂直惯性力可取存放的直升机和直升机平台结构自重力相应载荷的1／2。

2.3 载荷工况选取与说明

工况100：甲板均布荷载工况。

工况201～212：直升机着陆时碰撞工况，着陆位置（如图4）。

工况303、306、308、309、403、406、408、409：直升机存放工况。

图4 直升机着陆位置示意

2.4 计算结论

通过SESAM软件运算，求解船体支撑结构在各个组合工况下的Von Mises应力值（如表1）和加载工况船体支撑结构应力云图（如图5）。由表1可知：Von Mises应力均小于许用应力值，得出直升机平台结构强度校核结果满足规范要求。

表1 船体支撑结构Von Mises应力最大值

图5 工况409船体支撑结构应力云图

3 现场安装和试验

在前期方案设计和计算满足规范要求的前提下，对直升机甲板模块进行现场制作安装（如图6），并对安全网进行了吊重试验和甲板配载冲击试验。试验结果表明，前期设计满足S-92型直升机安全起降的强度和规范要求。

图6 直升机甲板模块现场安装

4 结语

海洋工程船舶搭载直升机甲板模块已经成为高端海工装备的标志性结构，特别是海上安全备受关注的今天，配置直升机甲板模块也是海洋装备的必要设施。直升机甲板模块的设计首先要确保直升机起降的可靠性和安全性，在此基础上设计出结构更加合理、外形更具美感的飞机甲板平台是每个设计者不断追求的设计理念。

［1］ 国家安全生产监督管理总局.海洋石油安全管理细则［S］.2009.

［2］ 方华灿，陈国明.渤海石油钢结构的疲劳寿命预测［J］.石油矿场机械，1997（5）：2-6.

［3］ 张连山.直升飞机拖运海上驳船［J］.石油矿场机械，1985（6）：66.

［4］ 修言.直升飞机在救援中的作用［J］.中国个体防护装备，2008（3）：9.

［5］ 陶勇.话说直升飞机［J］.装备制造，2008（7）：89-90.

［6］ 左汝强.直升飞机在我国中西部山区地质钻探中应用前景［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），1999（S1）：172-176.

［7］ 李树林.陆上直升机机场环境影响评价［J］.云南环境科学，2001（S1）：130-133.

［8］ 方华灿.海洋石油钢结构的疲劳寿命问题［J］.钢结构，1993（1）：39-45.

［9］ 贾星兰，方华灿.海洋石油钢结构焊接区域的疲劳损伤研究［J］.中国海洋平台，1993（6）：242-246.

Design and Calculation of the Helicopter Deck Module on Marine Engineering Ship

In order to realize the function of the marine engineering ship marine emergency rescue，the study of engineering ship helicopter deck module was designed.The outrigger truss stiffened structure design is adopted，being suitable model for S-92，mainly supported by tube，panel，stiffener，staircases，safety nets，landing net，hydrophobic drainage system，fire control system，boundary lamp，etc.Three-dimensional finite element analysis model was established based on software SACS，check analysis of beam and column and plate.Conclusion confirmed by calculation the outrigger truss type helicopter deck module design can satisfy the intensity of S-92 aircraft landing and specification requirements.

deck module；helicopter；strength；load

TE951

A

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.009

1001-3482（2014）09-0032-04

2014-03-18

李清斌（1981-），男，辽宁大连人，工程师，主要从事船舶与海洋工程结构设计工作，E-mail：lqb6236＠126.com。