■陈茂仙

（福建省港设船舶检验有限公司，福州 350001）

随着市场对砂子需求增加， 与之配套的运砂船舶大批涌现，主要以自吸自卸砂船为主。2020 年初，《国内航行海船法定检验技术规则（2020）》[1]第11 篇第4 章，对自吸自卸砂船提出相关要求，以保证自吸自卸砂船在提高经济性、 时效性的同时又能保证安全性。

自吸自卸砂船作为运输货物的一种特殊货船，还具备工程船的功能，自带吸砂管、砂泵、吸砂辅机、卸砂辅机和输送砂带等设备进行自吸自卸砂子作业。 基于自吸自卸砂船的特点，从船舶的安全性、便捷的操作性及相关法规条款的要求综合考虑，确定主要尺度和线型，通过设计优良的线型，能降低耗油量，提升货物装载量。

1 船舶主尺度的相关概念介绍

船舶主尺度是反映船舶外型大小的尺度，单位用米（m）表示。 体现船舶长度的船长一般是总长、满载水线长及垂线间长（具体在相关技术规则中有相应的定义）。 总长指船体（包括首、尾升高甲板）及上层建筑的船首最前端到船尾最后端之间的水平距离（金属材料外板的船舶计至内表面，纤维增强塑料等非金属材料外板的船舶计至外表面），不包括船首尾两端的突出物（如舷伸甲板、护舷材、舷墙、顶推装置、舷外挂机及其安装支架、假首、假尾、活动突出物等）[1]。 对自吸自卸砂船总长，《国内航行海船法定检验技术规则（2020）》中有专指包含货物的输送装置[1]。 下面分析船舶主尺度的定义包括，两柱船长：沿夏季载重水线，由首柱前缘量到舵柱后缘的长度；对无舵柱的船舶， 由首柱前缘量到舵杆中心线的长度。 船宽：在船舶的最宽处，由一舷的肋骨外缘量至另一舷的肋骨外缘之间的水平距离。型深:船长中点处，沿船舷由平板龙骨上缘量至干舷甲板下表面的垂直距离[2]。

2 沿海自吸自卸砂船的主尺度参数分析

自吸自卸砂船作为货船的一种， 提高载货量、降低耗油量是投资者从提升经济性指标的角度应考虑的方向，在操作便捷方面还需具备进行自吸自卸货物等工程船的功能，因此在选择主尺度时要综合考虑各方面性能的需求。

从近两年（2020-2021 年）某省主要投入运营的沿海自吸自卸砂船 （含自卸砂船改为自吸自卸砂船）的主尺度可知：两柱间长Lpp 为86～130 m，型宽B 为19～26 m，型深D 为5.8～8.8 m，设计吃水d为3.55～6.0 m，方型系数Cb 为0.865～0.93。 在相关的资料中显示L/B 为4.39 ～5.00，B/D 为3.354 ～2.955，B/d 为5.4～4.4，干舷2.25～2.8。

从表1 及以上数据可知，自吸自卸砂船的设计与普通货船的设计有较大区别：（1）船长选择范围较大，主机总功率与船长成正比关系，航速普遍在10～11 kn。 主要是自吸自卸砂船航区是沿海，航程都不远，船东从经济上考虑选取。 （2）从型深和吃水分析，干舷比普通货船要大许多。 自吸自卸砂船一般不加设舱口盖，考虑满足稳性要求，从而要提高干舷保证其安全性能。 （3）宽深比一般都超过3.0，目前达到3.35 的，规范规定可以达到3.5，还是有潜力可以考虑的。 （4）自吸自卸砂船方形系数比普通货船更大些，浮心纵坐标也是相对的船舯后，在装货过程中的不同装载状态下，发生变化，但在空载及满载情况下基本变化不大， 更能保证船舶的安全性。

表1 某省自吸自卸砂船船长、占比及设计参数

3 沿海自吸自卸砂船线型设计的特点分析

3.1 横剖面线型

当船舶主尺度如船长×型宽×型深×吃水×方型系数等相关要素确定之后，就可以设计出满足这些要素的船体型线。 船舶性能良好、线型光顺是船舶设计者追求的目标，船型阻力的降低，安全性系数提高是自吸自卸砂船的集中要求和要素优化的重点。 船型一般有U 型、V 型及介于两者之间的中U型，对船型的选择，自吸自卸砂船选用U 型，在同等吃水的情况下U 型船的排水量比其他两种 （V 型/中U 型）大，排水量增大，装货量就提升，U 型这类船型也是货船的较多选择。 首先自吸自卸砂船基本上都在平静的海上行驶 （蒲氏风级不超过6 级、有义波高不超过2 m），遇到大风大浪气象恶劣的情况下，必须避港停止作业，受由风浪、波浪造成失速、耐波性能降低的因素影响变化较小；其次，从经济性上分析，U 型比中V 型船型更用利于载货量提升，船中线型丰满提高装货空间。 因为这些特点，自吸自卸砂船的船型全部都选取U 型，舭部圆弧半径比较小。 图1 是选用典型主尺度的一种自吸自卸砂船的横剖面、线、点[3]。

图1 自吸自卸砂船的横剖面、线、点

3.2 艏部线型

船舶在海上行驶根据不同类型船舶的特点需要采取多种多样的措施防止海水冲击，考虑到自吸自卸砂船艏部设有输送带出口，为了防止海水从船首溅入，除国家法规的相关要求外，需要将甲板的船艏线型抬高， 见图2 （典型砂船）， 计算吃水为5.15 m， 基线到艏楼甲板边线高点处为11.559 m，比计算要求的最小船艏高度要高许多，相比其他货船预留量比较大；艏部基本采用球鼻来减少兴波阻力，但常规球鼻艏会导致湿面积增大，自吸自卸砂船由于比其他货船（主尺度相近的）干舷取值较大，首部吃水小，球鼻艏的线型紧凑显得娇小，从而减少湿面积，克服了常规球鼻艏的缺点。

图2 自吸自卸砂船的艏部剖线型

3.3 艉部线型

艉部的线型设计对船舶推进、 阻力大小有较大影响。 双机双桨船常规艉线型去流段比较短，收缩比较紧骤很容易引起水流分开， 螺旋桨伴流出现空洞增大旋涡阻力，同时使桨转矩过大，加剧艉部振动[4]。

由于自吸自卸砂船的B/d 比较大，因此水流方向更接近于沿纵剖线方向，对此应重视纵剖线水平面的夹角。 图3 为自吸自卸砂船的尾部线型，该船船员舱室、驾驶室均集中设置在船艉，尾部线型变化较小，有足够的宽度和吃水，达到螺旋桨的来流充分，提高螺旋桨在各种装载下的敞水效率。 自吸自卸砂船一般运程较短， 砂子运输到别的货船，在与其他船过驳的过程中需要不停回转、横移或倒车等操作， 而双机双桨双舵具备良好的操纵性能，能在短时间内快速倒车、横移或回转。 因此，自吸自卸砂船选取双机双桨船型能充分发挥其优点。

图3 自吸自卸砂船的尾部线型

4 结论

随着砂子需求的增加，沿海省份涌现大批自吸自卸砂船，从内河到沿海出现航区上的变更，对沿海自吸自卸砂船的操纵性、快速性能等相关的航行性能是重要的研究对象，与其息息相关的船舶主尺度和线型是研究的重中之重。 在未来的使用中将不断发现问题、解决问题，同时不断地进行更深入的分析研究，选取适合船型，来保证船舶的安全性和经济性。