0 引　言

维修型半潜船可在较为恶劣的海况下进行作业，常见于具备维修能力的半潜船平台，可用于海上中继级或基地级维修以及瘫船运输，需要具有较强的抗风浪定位能力，目前这种船型在国际上受到了一定的关注。

维修型半潜船通常在两侧增加两道坞墙，将被修船运入其中，在进行浮潜维修。在进行作业难度较大的维修任务时，需要更高的定位精度，适应更高的海况。通常，海洋平台一般采用悬链式多点锚泊系统，但超过一定水深，锚链长度、重量增加及锚泊系统布置困难，经济性价比变差，综合布置、运营、维护、燃料消耗等定位系统的综合性指标，考虑通过推进器辅助锚泊定位系统的方案来提升维修型半潜船的定位能力。

推进器辅助锚泊定位系统是一种较为复杂的定位系统，工作模式较为复杂，目前在理论和试验研究中较为常见^[1-8]。根据文献[4-8]的研究结果，推进器辅助锚泊定位系统，对于大型的海洋平台或船舶的定位能力提升有很大的帮助。

本文通过对维修型半潜船的定位能力进行分析计算，综合考虑锚泊定位、动力定位以及推进器辅助锚泊定位3种定位方式，对维修型半潜船的定位能力进行评估分析。通过应用推进器辅助锚泊定位系统，提升半潜船的作业海况。

1 半潜船定位系统

通常维修型半潜船在远离岸基的远海海域进行作业，恶劣海况出现频繁，原有的定位能力以及定位精度需要抵抗更为恶劣的海况。本船定位方案同时考虑了锚泊定位和动力定位2种方式，即在水深较浅的海域作业时，可关闭船上的动力定位推进系统，仅依靠锚泊定位系统，此时如遇突发高海况事件（海况达到6级），可采用推进器辅助动力定位的方式，即动力定位系统作为锚泊定位系统的附加定位能力，提升定位能力，应对海上复杂的海况。

本文首先从分析8点锚泊系统着手，分别考虑8点锚泊系统的环境条件，8点锚泊系统联合控制及其配置，考虑动力定位环境条件、动力定位能力和配置。最后，分析动力定位辅助锚泊定位的能力。

1.1 计算模型

本船主尺度及参数见表1，计算模型见图2。

1.2 锚泊定位系统

本船采用8点锚泊定位系统。一方面，锚链/钢缆作为柔性连接，能很好地控制目标船型的浮态，让作业条件更为稳定；另一方面，8点锚泊系统抛锚所占的水域较大，且在复杂海况下易受海洋风、浪、流影响，在外界扰动作用下产生横荡、纵荡及艏摇等运动，使得目标船型不再具备回复力，需配备合适的定位控制装置以平衡外力，将目标船型平台的运动控制在一定的范围内。

首尾分布式锚泊系统方案由8个定位绞车、8个钢丝绳和12个导缆器、4个羊角滚轮等组成；首尾左右舷各布置一组锚缆，每组2根锚缆，水平面夹角为5°，锚缆水平泊距为1500 m，内侧锚缆L₂，L₄，L₅和L₇与CE轴的夹角40°，如图3所示。

导缆孔的坐标如表2所示，其中X坐标为距船舯距离，Z坐标为距基线高度。

8点分布式锚泊方案采用链缆组合系泊缆，锚端采用长度300m的锚链，其余采用钢丝绳连接，具体见表3。

1.3 推进器

根据海上常见海况，进行动力定位计算分析，本船动力定位控船能力满足在4级海况，蒲福氏5级风（17～21 kn）、1/3有义波高2.0 m、4级中浪海况、1 kn海流条件下，当主推不使用时，满足最大单点故障工况下全方向定位要求；或者是除主推以外的所有推进器都在线时，满足在5级海况，蒲福氏6级风（22～27 kn）、1/3有义波高3 m、5级大浪、1 kn海流条件下全方位自动定位要求。

动力定位方案为：

1） 尾部2台全回转舵桨装置（T₁₀，T₁₁）；

2） 2台管状式侧推装置（T₈，T₉）；

3） 中部设4台伸缩推进器（T₄，T₅）和（T₆，T₇）；

4） 首部设3台管状式侧推装置（T₁，T₂，T₃）。

推进器参数及位置见表4，简要布置见图4。表4中各推力为推进器名义推力。考虑到风、浪、流以及船舶运动的影响，计算过程中推进器将考虑15%的推力损失。

1.4 推进器辅助锚泊定位系统

考虑推进器辅助锚泊定位时，可提高定位系统抵抗环境力的能力。根据船级社规范^[10]，推进器辅助锚泊系统定位分析时，可考虑推进器推力用于平衡部分平均环境力/力矩，而动态环境力/力矩则由锚泊系统抵抗。

根据锚泊定位系统分析，本船最恶劣环境方向为横向，因此推进器需要平衡的平均环境力主要为侧向力/力矩。考虑到尾部主推进/舵系统产生侧向力时，需要通过螺旋桨尾流产生舵力，且同时需另一舷螺旋桨配合以平衡纵向力，故主推进/舵系统产生侧向力的效率较低，因此推进器辅助锚泊系统定位分析时，横向不考虑尾部2套主推进/舵系统产生的推力。

推进器辅助锚泊定位系统能够抵抗更高的海况，可以使本船在更恶劣的海况下进行作业。针对推进器辅助锚泊定位系统的计算中，结合锚系泊定位系统分析，通常锚系泊系统计算需在各种环境方向组合条件下进行，因此选取最恶劣环境方向进行计算分析。根据半潜船锚泊定位系统分析计算结果，其最恶劣方向对应主浪向90°（横浪），并考虑风浪流同向以及风、流与波浪存在22.5°夹角的各种情况。

2 计算分析 2.1 计算软件

采用法国船级社（BV）水动力计算软件HydroStar计算浮体的水动力系数以及在波浪中的受力，并采用BV船级社锚系泊设计分析软件Ariane进行锚系泊系统的设计和分析。HydroStar和Ariane均由BV开发设计，是目前较为成熟应用较广的水动力分析及锚系泊计算软件。

推进器推力分配采用上海船舶研究设计院动力定位能力分析软件DPPLOT V3.0进行计算，该软件基于序列二次规划方法进行推进器推力分配。

2.2 环境条件

其中环境条件A为与锚泊系统所满足环境条件相同。每个环境条件包括9种风、浪、流方向组合，表6列出了环境条件A，B，C的风浪方向组合。

2.3 计算结果 2.3.1 锚泊定位计算结果

针对上述环境条件A: 有义波高4.0 m，风速17.1 m/s，流速1 kn进行计算，进行锚泊定位计算，可以获得本船在8点锚泊定位时锚缆最大张力和最大横向位移，如表7和表8所示。

可以看出单8点锚泊定位系统作用下，在环境条件A中，本船的最大锚缆张力的安全系数为2.06，横向最大位移为44.36 m。

2.3.2 推进器辅助锚泊定位计算结果

计算在推进辅助作用下8点锚泊计算结果，比较同样的海况下（环境条件A），锚缆最大张力和最大位移与单锚泊定位时的差别，如表9和表10所示。

可以看出：在动力定位辅助8点锚泊定位作用下，在环境条件A中，本船的最大锚缆张力的安全系数为6.59，横向最大位移为27.51 m；动力定位辅助的锚泊定位系统能够有效减小锚缆的张力以及最大横向位移，保证船舶能够抵抗更大的风浪环境。

动力定位辅助锚泊定位系统时，各推进器的最大功率百分数如表11所示。

可以看出：在动力定位辅助的工况下，各推进器能够发挥较大的功率，计算不同环境组合下平均环境力和推进器系统产生的合力；推进器在不同的环境条件下克服了环境力和力矩的占比，如表12所示。

可知，对于环境条件组合A（有义波高4.0 m，风速17.1 m/s，流速1 kn），推进器系统平衡85%的平均环境力和力矩；对于环境组合B（有义波高5.5 m，风速20.7 m/s，流速1 kn）和C（有义波高6.0 m，风速20.7 m/s，流速1 kn），推进器系统平衡60%的平均环境力和力矩。

2.4 小　结

根据上述计算结果，可以得到如下结论：

1）就锚缆张力最小安全系数而言，本船锚泊系统在设计环境条件A下，最小安全系数为2.06。当考虑推进器辅助锚泊系统定位时，锚缆张力最小安全系数为6.59。由此可见，在环境条件不变的情况下（对应环境条件A），通过推进器辅助锚泊定位，可以显著增加最小安全系数，提高系泊系统的安全性。

2）就水平面位移而言，本船锚泊系统在设计环境条件A下，船体最大水平横向位移约44.36 m。当考虑推进器辅助锚泊系统定位时，船体最大水平横向位移约27.51 m。由此可见，在相同环境条件下，推进器辅助定位可以显著减小船舶水平面最大位移，这也是锚缆张力降低的直接原因。

3）不同环境条件下，推进器系统所能平衡的总平均环境力和力矩的比例不同。环境条件A，推进系统可以平衡85%的平均环境力和力矩，而环境条件B和C为60%。计算结果显示，各推进器推进功率均未超过额定功率，满足定位要求。

3 结　语

推进器辅助锚泊定位系统有多种定位模式，可根据具体海况来选择推进器的辅助程度。

一般海况下，锚泊系统能提供一定的定位精度。但在斜浪时，船平台会有首摇运动，此时首侧推开始工作并进行首向控制，可在消耗较少功率的情况下改善船平台首向定位精度，维持船平台的首向。

推进器辅助锚泊定位系统的作用是使本船维持在目标位置，因此目标位置的选择十分重要。因为目标位置决定了推力系统的推力/转矩的作用大小。一般情况下将锚泊系统定位时的平衡位置作为定位系统的目标位置时的定位效果，可消耗较少功率的情况下使结构物的位置更加稳定。

本文计算环境条件和工况，动力定位推进器辅助锚泊定位系统均满足定位要求。此外，通过分析可以看出，推进器辅助锚泊定位在相同环境条件下可显著减小水平偏移和锚缆张力，提高定位系统的安全性。推进器辅助下的锚泊定位系统能够有效提高作业所能够适应的海况条件。