船用下水气囊在航海领域中的新应用

2024.02.21

江福才　王晨　汪德峰　王中强　张帆　马全党

摘要：气囊装置是我国首创的船舶下水载具，但其在海事领域的应用几乎处于空白状态。通过分析和探讨气囊装置在辅助船舶航行和海难事故救助方面的应用和挑战，以期为船舶航行和海事救助中有关问题的解决提供思路和建议，节省所需人力物力，减少财产损失和人命伤亡。

关键词：气囊装置；船舶航行；海难救助

中图分类号：U665 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）04-0033-02

气囊是一种在柔性的橡胶胶囊中充入压缩空气或水介质，利用空气的可压缩性和水的流动性来实现弹性作用的一种装置。气囊装置在航海领域的应用主要为辅助船舶下水，是我国首创的一种船舶下水载具。

我国的专家学者及企业在气囊上下水工艺方面进行了多年的研究，丰富并完善了相关技术和理论，提出并制定了船用下水气囊的行业标准。如朱珉虎介绍了气囊作为船舶下水载具的构造标准和力学性能，包括气囊的尺度、囊壁的构造和受压性能的计算公式等；孙菊香对船舶气囊下水技术的发展历程和安全问题进行了介绍和探讨；刘志毅利用有限元数值方法，分析了船舶下水过程中气囊装置各有关因素对其力学性能的影响，并通过建模得出了气囊各组成部分应力分布及气囊刚度和内压与工作高度的关系；聂晓玲对船舶下水时气囊装置的布置方案进行了设计和优化等。

目前气囊装置在船舶下水工艺方面的理论与技术应用已日趋成熟，但对其在船舶航行和海事救助等方面的研究几乎处于空白状态。本文主要对气囊装置在海事领域的应用进行分析和探讨，为辅助船舶航行和海难事故救助提供新的思路与建议。

1 气囊装置简介

船用下水气囊由以橡胶为主体的复合材料构成，囊壁主要承受外界压力，分为橡胶密封层、帘线加强线和外层橡胶三部分。橡胶密封层用于密封内部的压缩空气，维持气囊压力；帘线加强线主要用于承担气囊的内部压力，所需的帘线材料和增强层数量视气囊受压强度而定；外层橡胶由抗老化和抗磨损的材料组成，以保护内部结构不受外界环境损伤。

气囊一般中间为圆筒状，两边为圆锥状，端部由锥形铁件将囊壁的三层结构联结在一起，以保证气囊的气密性和结构强度。两端的锥形铁件具有不同的构件，一端为铁环，用于固定和拖曳气囊；一端为压力表和阀门等，用于指示气囊充气。

2 气囊装置在船舶航行中的应用

船舶在大风浪中航行，尤其是大型邮轮和滚装船，一旦失事，造成的经济损失和社会影响不可估量。大型邮轮和滚装船具有高大的上层建筑，船体受风面积较大，会增加风压倾侧力矩；且由于船舶携带有大量人员或车辆，很难控制船舶的稳性高度，使其稳性相对于一般货船较差，在航行过程中有很大局限性。

而当船舶在大风浪中航行，剧烈的纵摇和垂荡会产生波浪拍底现象，损害船体结构；横摇会减小船舶稳性，使船上的人员无法正常工作。大风浪会导致船舶操纵困难，保向性和回转性均会变差。

为了减少大风浪中的剧烈摇晃，一些船舶通过加装可收放减摇鳍来辅助航行，但是加装减摇鳍不仅费用高昂，而且会对船体结构造成不可逆的改变，影响船舶航行性能。气囊装置携带方便，成本低廉，不仅能起到减摇鳍的作用，还能为船舶提供浮力，从而增加船舶稳性，辅助船舶航行。

船舶在浅水中航行会产生浅水效应，阻力增加，造成船体下沉，兴波加剧，小型船舶甚至会因此侧翻倾覆。有些深吃水船舶在满载状态下吃水受限且无法乘潮时，可以考虑用气囊装置使船舶上浮，通过水深不够的航道。

在长江下游江苏段，有许多上下水的沙船和驳船干舷很低，若江面上稍有風浪，船舶就会有沉没的危险。气囊装置可为驳船提供储备浮力，在航行环境较为恶劣时释放下水，增加船舶浮力和稳性，降低事故风险。

3 气囊装置在海事救助中的应用

3.1 船舶搁浅或破舱

船舶搁浅是指船舶搁置在碍航物上无法航行，是船舶航行、锚泊、靠港之外的一种状态，碍航物包括礁石、浅滩、沉船等有碍船舶航行的水下物体。

船舶搁浅后无法自力离浅，可在其周围安放气囊，给气囊充气提供浮力，减少船舶吃水，使其在气囊装置的协助下脱离搁置部位；当船舶搁置在浅滩或礁石上时，船用气囊装置可以为船舶提供浮力和支撑，防止船舶倾斜对船体造成二次损伤，协助船舶离浅。

同时，在海上或港口水域，若两船相撞或因其他原因造成船舶破损进水，无法保持稳性和正浮时，气囊装置可有效弥补船舶破舱所损失的浮力，使船舶在外力援助较少的情况下，尽可能快速地自救离开事故水域，避免造成水域交通拥堵。

3.2 沉船打捞及拖航

浮筒打捞法是打捞大型沉船的常用做法，一般浮筒为钢制浮筒，钢制浮筒虽然起浮力大，但体积和自重也比较大，携带不便。在沉船打捞过程中，受水下特殊环境影响，船舶与浮筒的系绑连接会耗费大量的人力和时间。如果沉船倾覆严重，在扶正前，钢制浮筒很难系绑于沉船倾斜一侧。

除钢制浮筒外，还有软式浮筒，软式浮筒可卷成圆筒状储运或下潜，自重较小，运输方便，但软式浮筒起浮力较小，无法满足大型沉船打捞的要求。我国在大型气囊制造和应用方面的理论技术都已日趋成熟，可用气囊装置代替软式浮筒，发挥其在沉船打捞方面的作用。

在沉船打捞过程中，气囊可系放于沉船两侧，外罩棕绳或尼龙绳网罩，罩下连接钢缆圈，缆圈再连接船底千斤，然后充气上浮；此外，气囊还可在充气前放置于内部舱室，根据需要给气囊充气，矫正船舶浮态，将沉船扶正，再通过钢制浮筒或其他方式进行沉船打捞。

大型沉船打捞在浮力和稳性控制方面具有更高的要求，控制沉船上浮速度和姿态尤为重要。有的气囊装置在端部铁件处装有压力遥测仪表，可检测气囊内部压力和外部水压，为保证沉船安全上浮提供了思路。

当沉船被打捞出水面，由拖轮拖带驶离事故水域时，可在事故船舶两侧系放气囊装置增加船舶浮力，并根据稳性损失情况调整船舶浮态，减轻事故处理所需的人力物力。

4 气囊装置在海事领域的优势及挑战

气囊装置应用于辅助船舶航行和海难事故救助方面，具有很多独特优势。

（1）气囊装置是我国首创的船舶下水载具，我国的学者和专家对于气囊装置的制造和应用进行了多年的研究，在新建船舶下水工艺的理论技术，可成功移植到辅助船舶航行和沉船打捞等方面。

（2）气囊装置安装在商船或工程船上，可增加其在大风浪中航行的稳性，减小航行风险，为乘客和船员提供更舒适的航行环境。

（3）气囊装置可增加深吃水船舶的浮力，减小其吃水，使其安全通过吃水受限的航道。对于搁浅和破舱进水的船舶，气囊装置可提供储备浮力，维持船舶稳定，使船舶自力脱险，节省所需的人力物力。

（4）在沉船打捞方面，气囊装置可有效弥补钢制浮筒和软式浮筒的缺陷，作为钢制浮筒的替代品或辅助用于沉船浮态的矫正；同时，气囊装置为控制沉船上浮速度，保证船舶上浮安全提供了解决思路。

气囊装置在海事领域的应用同样面临着诸多问题。其中之一便是加装气囊装置会对船舶的航行性能和操纵性能产生影响，气囊装置产生的阻力会导致兴波加剧并会影响船舶正常航行，需要对气囊的形状和安装方式进行思考；气囊装置下水后船舶宽度增加，会阻碍其他船舶正常航行，会对船舶间的会遇和追越带来新的挑战；另外，在沉船打捞过程中，如何控制气囊装置的充放气速度以保持沉船上浮姿态，使其安全上浮也是一个需要深入研究和探讨的问题。

参考文献：

[1] 朱珉虎.船舶气囊下水的理论与实践[J].中外船舶科技，2013（4）：27-34.

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