风流条件下大型船舶掉头时拖船位置的配置
发布时间：2021-08-29 01:54
运动中的船舶掉头转向态势取决于船体所受各种力的合力的大小、方向及该力的作用点距转心沿首尾方向的水平距离,其主要有车舵转向力、拖锚产生的拉力、风动力转船力、水动力转船力及各种阻力,船舶掉头中拖船位置的配置仅从力的分析来看应遵循提升转船力矩同时降低阻力矩的原则,从而产生最佳的转船效果,快速高效完成掉头。
【文章来源】：中国水运. 2020,(06)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
前进中船舶转向
当船舶的初始速度大于流速，如图2所示，船舶对水有向前的速度，船速为航速与流速的差（假设流来自正后方），前进中的船舶一旦发生偏转，此时船体受到的合力为公式（1），根据操纵理论，转心逐渐前移，定常旋回时处于船首船长处，此时利用车舵使船舶转向较为有效，由于舵力的作用点在舵面的几何中心处，距船舶转心大于船长的一半，这就是舵力的转船力臂，从而形成强大的转船力矩，转船效果比较明显。当仅有一艘拖船协助掉头，应优先配置于左舷船尾进行顶推。从力的分析看，船舶转心靠前，左舷船尾顶推，力臂较长，形成的转船力矩更大，与船舶自身车舵产生的转船力矩叠加，共同作用，使得船舶向左转向。随着船舶转过一定角度后，漂角的出现使得船舶右舷受流，形成的水动力转船合力矩NW，该合力矩为转心前后船体水下侧面积分别形成的水动力转船力矩差，转心前的转船力矩有助于船舶向左转向，转心后的则起阻碍作用，由于转心靠近船首，转心后的水动力转船力矩大于转心前的，其合力矩会阻碍船舶的偏转，但船舶前进时船首受到水流的附加惯性大于船尾，故这种阻碍船舶转向的力并不明显，在漂角较小时水动力转船力矩中心甚至可能在转心前。此时船舶在舵力、拖船推力、水动压力和风动压力形成的合力矩下开始向左偏转，初始阶段，由于漂角和风压角较小，水动力和风动力转船力矩都不大，船舶会加速向左转向，但随着转头角度的增大，漂角和风压角同时增大，水动力和风动力转船力矩会不断增大，阻碍船舶转向的力会越来越大，尤其在强西北风中，当船舶转过50-60度时，阻碍船舶转向的风动力和水动力转船合力矩会达到最大值，在此影响下，船舶向左掉头可能会出现困难。根据水动力和风动力转船力矩公式（2）和（3）可以看出，阻碍船舶转向的力与本船所受的风舷角、漂角及相对风、流的速度有关，速度越大，阻力越大，出现这种情况时应及时降低船速，通常大型船舶掉头时对水速度不应超过5节，此时拖船更能发挥作用，同时大大降低风动压力和水动压力形成的转船力矩对船舶转向产生的不利影响。如大船降速较慢，船舶转向仍困难，应及时抛下左锚，具体可根据船速快慢作出判断，通常以1.5节锚链入水能有效降低船速为宜，此情况下，船舶转心进一步前移至锚链孔附近处，当船首对地速度接近零，船身对水速度大为降低，最终会低于流速，此时形成船体左舷侧受流，水动力产生的转船力矩则有助于船舶的向左转向，即：N合=N船+N拖+NW-NA。由于船速降低和转头角的进一步增大，风动力形成的阻碍船舶转向的转船力矩会越来越小，大船会在转船合力矩的作用下加速向左掉头。相反，如将拖船配置在右舷船首，在转船初始阶段，由于转心更靠近船首，拖船顶推位置距离转心较近，转船力臂较短，形成的转船力矩也更小。此外，拖轮顶推时通常垂直于船首尾线，由于船舶对水有相当的前进速度，流作用在拖船船体上的水动压力会通过拖船传递到大船上，相当于加大了船首右侧的体积，从而对船舶的向左转向形成明显阻碍。但当船舶转过近90度后，如船舶横移速度仍大于流速而首尾方向速度较小时，船舶的转心会发生后移，将拖船配置于右舷船头顶推，会使转心进一步后移至重心后，此时由于船体右舷受流，转心前的船体水下侧面积大于转心后，则产生的水动力转船力矩会加速船舶的转向，与拖轮顶推形成的转船力矩叠加，共同推动大船向左掉头。同时，船舶顺流向左掉头时，将拖船置于右舷船头顶推，如初始速度控制得当，能大大减小旋回直径，在掉头水域受限时则更为适用。
本文编号：3369665
【文章来源】：中国水运. 2020,(06)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
前进中船舶转向
当船舶的初始速度大于流速，如图2所示，船舶对水有向前的速度，船速为航速与流速的差（假设流来自正后方），前进中的船舶一旦发生偏转，此时船体受到的合力为公式（1），根据操纵理论，转心逐渐前移，定常旋回时处于船首船长处，此时利用车舵使船舶转向较为有效，由于舵力的作用点在舵面的几何中心处，距船舶转心大于船长的一半，这就是舵力的转船力臂，从而形成强大的转船力矩，转船效果比较明显。当仅有一艘拖船协助掉头，应优先配置于左舷船尾进行顶推。从力的分析看，船舶转心靠前，左舷船尾顶推，力臂较长，形成的转船力矩更大，与船舶自身车舵产生的转船力矩叠加，共同作用，使得船舶向左转向。随着船舶转过一定角度后，漂角的出现使得船舶右舷受流，形成的水动力转船合力矩NW，该合力矩为转心前后船体水下侧面积分别形成的水动力转船力矩差，转心前的转船力矩有助于船舶向左转向，转心后的则起阻碍作用，由于转心靠近船首，转心后的水动力转船力矩大于转心前的，其合力矩会阻碍船舶的偏转，但船舶前进时船首受到水流的附加惯性大于船尾，故这种阻碍船舶转向的力并不明显，在漂角较小时水动力转船力矩中心甚至可能在转心前。此时船舶在舵力、拖船推力、水动压力和风动压力形成的合力矩下开始向左偏转，初始阶段，由于漂角和风压角较小，水动力和风动力转船力矩都不大，船舶会加速向左转向，但随着转头角度的增大，漂角和风压角同时增大，水动力和风动力转船力矩会不断增大，阻碍船舶转向的力会越来越大，尤其在强西北风中，当船舶转过50-60度时，阻碍船舶转向的风动力和水动力转船合力矩会达到最大值，在此影响下，船舶向左掉头可能会出现困难。根据水动力和风动力转船力矩公式（2）和（3）可以看出，阻碍船舶转向的力与本船所受的风舷角、漂角及相对风、流的速度有关，速度越大，阻力越大，出现这种情况时应及时降低船速，通常大型船舶掉头时对水速度不应超过5节，此时拖船更能发挥作用，同时大大降低风动压力和水动压力形成的转船力矩对船舶转向产生的不利影响。如大船降速较慢，船舶转向仍困难，应及时抛下左锚，具体可根据船速快慢作出判断，通常以1.5节锚链入水能有效降低船速为宜，此情况下，船舶转心进一步前移至锚链孔附近处，当船首对地速度接近零，船身对水速度大为降低，最终会低于流速，此时形成船体左舷侧受流，水动力产生的转船力矩则有助于船舶的向左转向，即：N合=N船+N拖+NW-NA。由于船速降低和转头角的进一步增大，风动力形成的阻碍船舶转向的转船力矩会越来越小，大船会在转船合力矩的作用下加速向左掉头。相反，如将拖船配置在右舷船首，在转船初始阶段，由于转心更靠近船首，拖船顶推位置距离转心较近，转船力臂较短，形成的转船力矩也更小。此外，拖轮顶推时通常垂直于船首尾线，由于船舶对水有相当的前进速度，流作用在拖船船体上的水动压力会通过拖船传递到大船上，相当于加大了船首右侧的体积，从而对船舶的向左转向形成明显阻碍。但当船舶转过近90度后，如船舶横移速度仍大于流速而首尾方向速度较小时，船舶的转心会发生后移，将拖船配置于右舷船头顶推，会使转心进一步后移至重心后，此时由于船体右舷受流，转心前的船体水下侧面积大于转心后，则产生的水动力转船力矩会加速船舶的转向，与拖轮顶推形成的转船力矩叠加，共同推动大船向左掉头。同时，船舶顺流向左掉头时，将拖船置于右舷船头顶推，如初始速度控制得当，能大大减小旋回直径，在掉头水域受限时则更为适用。
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