SKC

邮箱

OA

科研系统

我国海洋调查船的发展与创新

发布时间：2010-09-16
张炳炎
中船708所
关键词： 发展、创新、比较、展望
摘要： 简要介绍了我国海洋调查船的发展概况、特点、水平与评价等。

一．概述
我国是世界上最早开始专门设计建造海洋调查船的少数几个国家之一。在1959年7月开始设计建造我国第一艘海洋气象调查船 “ 气象1 ” 号，到1979年10月研制成功 “ 向阳红10 ” 号大型综合性海洋调查船，并于1980年5月赴南太平洋参加我国远程运载火箭全程飞行测验，圆满完成了所赋予的综合海洋调查，气象和通信保障，以及直升机遥测等各项任务，全面验证了船的能力、水平和各项创新。在 “ 自力更生 ” 精神鼓励下，在当时国内外的艰苦环境条件下，依靠自己的力量，用了二十年的时间，发展形成了我国海洋调查船的自主研发体系，不但成功设计建造了从300吨级到13000吨级的各种类型的海洋调查船，而且在总结经验的基础上，形成了我们的研发理念，并制定了具体的设计计算方法和衡准标准，如：海洋调查船试验试航规程、A型架系列、采水架标准和海洋调查船术语国家标准，以及海洋调查船生活舱室及其设施设置要求、海洋调查船专用舱室及其设施的设置要求和海洋调查船特殊抗风力要求等船舶行业标准，等等。此后，又连续不断地研制成功远洋电子技术侦察船，研究设计了极地科考破冰船（当时由于经费问题没有建造新船，而购买国外现成船改造成为 “ 雪龙 ” 号船），开发研制成功模块化直升机训练医疗船、综合性海洋科学调查实习船、全天侯多功能海监船、天然气水合物综合调查船等等。
           二．创新
在调查船发展过程中，我们有些要求和做法与国外是不同的，一些关键技术问题不得不自己设法解决。
1 、抗台风问题
在上世纪七十年代初，在将 “ 长宁 ” 号干杂货船改装成 “ 向阳红5号 ” 远洋调查船中最大的技术难题是如何保证船在强台风中的安全问题。当时只能找到三种方法：一是民船稳性规范，但仅用于10级阵风以下；二是原苏联指导的文件 “ 舰艇所能承受的极限风速计算 ” ，其中一些技术参数只给出了适用于中小型舰艇的范围，对于万吨级民用运输船舶完全不适 用；三是当时已有采用民船规范方法加大其中风压值的办法，但其中有一个明显的缺陷，就是风级与海况等级不相适应。而且，从一些规范的演变过程来看，船的摇摆对船的抗风力的影响和作用越来越受到重视，其趋势是所采用的风压值逐步降低而初始横倾角逐步加大，但取用何值是恰当的，却找不到任何相关资料。在这种情况下，一方面用这三种办法对各种状态进行计算对比，找出差别，另一方面将计算结果与船的实际航行情况进行比较修正，尤其是利用在6米波高中船的摇摆实测数据进行分析对比。经多方多种反复计算修正和分析研究，调整了船舶各种装载状况和计算参数，并编写了使用操作说明，做到了双方基本放心。后来，该船闯入强台风中心又闯了出来，经受了严峻考验，并验证计算的实用性，以后又经过不断的修改完善，形成了 “ 海洋调查船特殊抗风力要求 ” 的船舶行业标准。
        至今未见国外公开报道有其他国家对海洋调查船设有抗台风的特殊要求和标准。这一方面说明我们对海洋调查船的安全性一贯比较关注，另一方面也免不了会有人对其必要性产生疑问。在此情况下，曽在相关会议上公开征询在调查船上工作人员的意见，有的说： “ 在具有抗台风能力的船上工作，心里比较踏实。 ” 另外，现在大部分标准是推荐性的，没有强制性约束，如认为没有必要，不采用就可以了。
2 、短波大功率全天候远洋通信系统与中短期天气预报系统设于一船的矛盾问题。
        众所周知，大功率短波发射对气象收讯的电磁干扰是相当严重，所以国内外调查船的分类都是将气象船和通信船分为两类船。在主要承担海洋调查和气象保障任务的船上加装大功率短波通信系统并承担远洋通信保障任务在国内外是无先例的，甚至认为是不可行的。但在多方面，从从船的总体布局到具体设备的设置和各种屏蔽措施的采用等均经深入研究，采取有效措施后，取得了突破性成功。在实际使用中取得了令人十分满意的结果，被评价为 “ 气象保障可靠 ” ， “ 通信联络没有一丝差错，达到百分之百的准确 ” 。
3 、直升机上船的船机结合问题
        上世纪70年代初，我国从国外购进了大型舰载直升机，但是国外厂商没有提供直升机对船要求的任何资料和技术数据，而在国内我们又是第一次搞舰载直升机系统设计，找不到任何实用资料。在这种极端困难的情况下，经过广泛深入的调查研究，综合分析，结合船的具体情况，解决了一系列关键技术难题，设计了一套比较完整的大型舰载直升机系统。其中包括机场、塔台、机库、系留、助降、牵引、启动、加油、化验、储油、泵站、通风、报警、通讯、导航、灯光、信号、检测、机修，以及飞行员生活设施等。经过多项试验飞行和远洋的实际使用证明，该系统完全满足使用要求。
在我们成功搞出舰载直升机系统几年后，再次向国外购置舰载直升机时，国外厂商提供
了直升机对船要求的相关技术资料。经对比分析，可以看到我们自行设计确定的关键技术参数同国外厂商提供的几乎是完全相同的。这足以证明，只要我们开动脑筋，下决心攻克技术难题，就没有跨不过去的沟坎！
4 、海洋调查工作与抗台风对船的稳性和耐波性要求的矛盾问题
        在船舶原理中，船的稳性和耐波性是一对固有矛盾，即：船在风暴中保证安全，首先必须具有足够大的稳性，而稳性大的船，必然摇摆剧烈，使人不适和晕船；如使船摇摆柔和，最有效的措施是降低船的稳性，这又会危及船在风浪中的安全。在不设减摇设备的调查船设计中这两者的关系是很难处理得当的。所以，一般调查船最后只能靠加装固体压载物来调整船的稳性。但这种办法只能弥补稳性不足的问题，而无法根据实际情况的需要及时进行调节，因此在新的调查船设计中尽可能避免采用固体压载的办法，而采用了更加灵活的新办法，其实际使用效果证明是有效的。
        海洋调查船是一种发展多变的船型，在设计中的创新空间是很大的，这里就不一一列举了。
        三．比较
多年来，我国自主研发和设计建造了各种类型和吨位的众多海洋调查船，完成了各种调查任务，满足了国家的实际需要。但长期以来对其评价不一，现列出国内外
些相近年代设计建造的有代表性的调查船做一简要比较。
1 、主尺度比
根据国内外于1960~1995年期间设计建造的一些3000~5000吨级海洋调查船的统计分析，现将部分数据的平均值列下，做一比较：
主尺度比
长宽比
（Lbp） /B
宽与吃水比
（B/d）
相对船长
（Lbp▽1/3） /
（②/④-1）×100，%
①
②
③
④
⑤
本国船（A）
6.27
2.94
6.09
2.96
外国船（B）
5.69
2.89
5.49
3.64
（A/B-1）×100，%
10.19
1.73
10.93
-6.77
由以上数据可见：
（1）本国船与外国船相比，其长宽比均大10.19%，这主要是最大设计船速要求较高所致。另外，相对船长小于长宽比，说明本国船的方形系较小，也是因为快速性的要求。
不过，1995年以后设计建造的调查船在相对速度比国外船高的情况下，长宽比降到5.6左右的船型亦取得了较好的快速性，解决了缩短船长影响快速性的矛盾问题。
（2）本国船的宽与吃水比略大于国外船，是因为满足抗台风的要求和规定。
          2 、快速性比现将国内外同期设计建造的相近船型的单位推进功率（推进功率/排水量×航速）指标（ω/t·kn）做一比较：
交船年份
船名
吨级（t）
推进型式
推进功率（KW）
航速(kn)
指标表
（ω/t·kn）
1965
东方红号
2345
柴-FPP
2345
15.3
61.48
1966
海洋学者号（美）
3881
柴-电
2 ×2022
16.8
62.02
1968
实践号
2955
柴-FPP
2 ×1618
16.4
66.77
1982
向阳红21
4500
柴-CPP
2 ×3022
19.1
70.32
1983
拓洋丸（日）
3048
柴-CPP
2 ×1912
17.0
73.80
1994
AGS60 （美）
5000
柴-电
2 ×2940
15
77.17
1995
东方红2号
3400
柴-CPP
3200
18
54.60
1997
阿特兰蒂斯（美）
3500
Z 型电推
2 ×2206
15
70.11
2003
新 “ 回声 ” 号（英）
3400
吊仓电推
2 ×1700
15
65.32
2005
海监83号
3400
吊仓电推
2 ×1700
18
54.98
2006
J.look （英）
5400
柴-电
2 ×2500
15
61.72
2009
海洋6号
4600
Z 型电推
2 ×1900
16
51.63
由上列数据可见，我国设计建造的调查船在快速性方面具有一定优势，尽管有几艘15节的外船没有公布其相应的推进功率，但从其主尺度比和船型来看，即使航速可能再高一些，但也不会高多少了。
另外可以看到我们设计建造的调查船的快速性是在不断提高，从上世纪60年代的每吨排水量每节的航速的单位推进功率由60多瓦降到了最近交船的 “ 海洋6 ” 号船的50多瓦。不过，从现在的情况来看在调查船的快速性方面今后仍有进一步提高的空间。
3 、 实验室面积比
海洋调查船的另一个重要指标是实验室面积。现将国内外不同年代设计建造的调查船单位排水量实验室面积（实验室总面积/船的排水量）列下，做一比较：
船名
（国别）
海洋学者号（美）
实践号（中）
向阳红10号（中）
新白凤丸（日）
东方红2号（中）
阿特兰蒂斯号（美）
海监83号（中）
交船年份
1966
1968
1979
1989
1995
1997
2005
单位实验室面积（m2）/t
0.106
0.098
0.144
0.083
0.096
0.104
0.111
通常我国调查船的额定人员数量较多，在人均生活舱室面积和设施满足海船标准的规定和要求的情况下，仍能提供较多的实验室面积。
4 、典型船的综合比较
现列出3艘3000吨级船的相关技术参数，做一比较：
船名
中国海监83
英国新 “ 回声 ” 号水文船
美国 “ 阿特兰蒂斯 ” 号
交船年份
2005
2002
1997
排水量，t
3424
3470
3566
长×宽×吃水，m
90 ×15.2×5.0
90 ×16×5.5
86 ×16×5.18
推进型式
全向转吊仓
全向转吊仓
全向转Z型推进
推进功率
ｋｗ
2 ×1700
2 ×1700
2 ×2206
航速，kn
18
15
15
首侧推
槽道式2×330KW
1 ×400KW
全方位推进器
1 ×868KW
动力定位
DP1 ，1.5节流，
7 级风
——
DP1 ，1节流，
6~7 级风
实验室总面积m2
437
——
372
作业甲板面积，m2
490
——
320
大型调查设备
20t 尾门吊；万米深拖绞车；8000m CTD绞车
——
20t 尾门吊
由上表所列数据可见，三型船的尺度、吨位和推进系统与功率相近的情况下，海监83船的航速最高，实验室和作业甲板面积最多。另外，该船具有3个突出特点：（1）设计最大航速正好处于阻力曲线明显上升的拐点前沿，而且拐点特别明显；（2）抗风暴能力即满足抗超强台风的规定和要求，而其耐波性又能满足直升机在4~5级海况自由起降的各有关要求；（3）在船的漂泊状态，可同时进行多点调查作业，即：可同时进行两部调查绞车收放作业。
四．展望
“ 二十一世纪是海洋世纪 ” ，已被广泛认同，海洋对人类的重要性越来越引起世界性的普遍关注。海洋调查船作为调查研究海洋的重要手段必然迎来新的发展机遇。在 “ 节能减排 ” 和 “ 环保 ” 的世界大潮涌动和冲击下，一些不合时宜的陈旧观念和做法，无论多么根深蒂固，势必被摧枯拉朽！各种崭新的精益型理念和做法必将如雨后春笋一般破土而出，茁壮成长，使新资质的调查船不断展现于世。其中的一些具体问题这里就不一一赘述了。