简论船舶运动态势与操纵性的相互关系

发布时间：2015-02-05 16:20

　　摘要：随着海运事业的蓬勃发展，各类船舶的不断增多。如何优化运输产业的布局，对船舶行业来说，船舶的数量的剧增，造成局面紧张从而带来不安全影响，因此，研究船舶运动态势与操纵性的相互关系具有非常重大意义。

　　关键词：船舶工程；运动态势；操纵性

　　中图分类号：U66

　　一、船舶运动态势和船舶操纵性的相互关系
　　船舶在弯曲河段、桥区、通航密集区、进出港口，风流、潮汐影响，靠离码头等船舶操纵中，车舵锚缆的配合使用都要受到船舶运动态势的影响。因此，掌握船舶运动态势对船舶操纵有着重要的作用，正确判断船舶的运动态势有利于船舶操纵，从而在复杂的环境中掌握操纵的主动权。正确了解船舶的运动态势才能选择有效的操纵方法，掌握了船舶的操纵性就能运用正确的操纵方法去改变船舶的运动态势。
　　二、判断和掌握船舶运动态势对船舶操纵性的影响
　　在实际的操纵过程中，驾引人员要充分认识到掌握船舶运动态势的复杂性和困难性。驾引人员如果对船舶运动态势判断不明，船舶周围的环境对船舶运动态势的影响估计不足，如船舶过桥对桥区流态认识不清，通过弯曲航段受风流影响对船舶的横移判断失误，船舶会船的地点不恰当，靠离码头对安全航速的使用不当，瞭望疏忽而造成事故比比皆是。其中很多是驾引人员对当时船舶运动态势不明确，有危险而不自知，临时措手不及发生事故或险情。可从以下几个方面来判断和掌握船舶运动态势对船舶操纵性的影响。
　　（一）船舶浮态对船舶操纵性的影响
　　（1）船舶吃水变化对操纵性的影响
　　①吃水深或重载船舶最明显的特征是螺旋桨水面效应横向力的变化不大。空载船吃水小，螺旋桨水面效应横向力急剧增加，右旋单桨单舵船需压右舵才能保持船舶稳向航行。
　　②空载船舶吃水浅，舵叶部分露出水面，由于舵压力与舵叶浸水面积成正比，因此舵效明显下降。
　　③由船舶操纵性指数K、T值（T=I/N，K=M/N）可知，重载船舶惯性矩I大，追随性指数T大，应舵慢，舵效差；船舶回转后，稳舵比较困难。重载船转船力矩比阻尼力矩增加得慢，故重载船K值小，旋回直径大，旋回性能较差。
　　④因重载船舶吃水深，排水量大，故惯性大、冲程长。
　　（2）船舶横倾对操纵性的影响
　　①船舶横倾时，存在阻力一推力转矩，其入水体积形状的左右对称性被破坏，改变了左右舷各种作用力的对称性，使船舶偏转。
　　②当船舶以横倾状态高还航时，兴波增大，低舷一侧的浸水形状较高舷一侧丰满，因此，低舷一侧的船首波峰较高，高舷一侧的首波峰较低，产生的水动压力差使船首向高舷一侧偏转。
　　③船舶横倾航行，破坏了良好的水下线型，加之压舵纠正偏航现象，因而降低了航速。
　　④使船舶一线的吃水增加，影响船舶通过浅区的能力。横倾一舷吃水增加量B×tanθ/2，式中：B为船宽，θ为横倾角。
　　⑤船舶横倾航行时，由于舵叶倾斜，不垂直于水面而使舵压力降低，舵效变差。
　　⑥船舶横倾时，若向高舷一侧回转掉头，应特别防止船舶离心力的作用向横倾一侧倾斜，增大横倾角，导致船舶向高舷一侧掉头时产生倾覆的危险。
　　（3）纵倾对船舶操纵性的影响
　　尾纵倾舵压力转船力矩小，尾部入水侧面积增加，回转阻尼力增大，航向稳定性好，旋回性差；艏纵倾船舶舵压力转船力矩大，船尾入水侧面积较小阻尼力矩小，船舶的旋回性能变好，追随性变差。
　　（二）风对船舶操纵性的影响
　　风对船舶的直接影响是：相对风速作用在船体水线以上产生风动力及风动力的纵向分力，使船舶的航速和冲程增加或降低，风动力的横向分力使船舶向下风漂移；风动力与船舶重心形成风动力转船力矩，使船舶发生偏转运动；风动力与船舶横稳心高度形成横倾力矩，使船舶发生倾斜。船舶前进或艏纵倾，则重心前移，船舶后退或尾纵倾，则重心后移。正横前来风，风动力作用点在船舶重心之前；正横来风，风动力作用点在重心点附近；正横后来风，风动力作用点则在重心点之后。
　　（1）船舶前进中受风
　　①风从正横前吹来，风动力转船力矩大于水动力转船力矩，船首顺风偏转，否则，船首逆风偏转。
　　②风从正横后吹来，风动力作用点位于水动力作用点之后，船舶在风动力、水动力转船力矩的作用下，船首逆风偏转。
　　（2）船舶后退中受风
　　①倒车后退，风从正横前吹来，风动力作用点在水动力作用点之前，在风动力、水动力转船力矩的作用下，船尾迎风偏转。
　　②风从正横后吹来，风动力作用点和水动力作用点均在船舶重心之后，无论风舷角大小，水动力作用点总在水动力作用点之后，产生使船尾迎风偏转的转船力矩。
　　船舶后退中受风影响，使船尾迎风偏转的现象称为“尾找风”。
　　（三）水流对船舶操纵性的影响
　　（1）均匀性水流对船舶操纵性的影响
　　逆流时，流速越大，冲程越小；顺流时，流速越大，冲程越大；在相同时间同样舵角条件下，船舶回转相同的角度，逆流船舶的纵距小于顺流船，因而逆流船舵效好于顺流船。航行船舶正横前受流时，流速越快，流舷角越大，船速越慢，流压差角越大，横向漂移速度也越大；反之，流速越慢，流舷角越小，船速越快，流压差角越小，横向偏移速度也越小。顺流掉头时，船舶的纵距大于逆流时的纵距，顺流掉头要估计下流方的安全漂移距离，漂移距离可由经验公式D=（v*t）×80。式中：v为流速；t为旋回180度所需时间。
　　（2）非均匀性水流中，由于流速流向的变化，可以增加或减少船舶的前进阻力，可以使螺旋桨的推力变大或变小，可压力增加或减小。如果非均匀性水流以较大的夹角冲击船舶时，可以使船舶迅速横移和因船体前后所受水动力不同而产生转船力矩使船舶偏转偏离预定航线。
　　（四）浅水效应对船舶操纵性的影响

　　船舶在浅水中旋回性下降，航向稳定性变好，出现跑舵现象，，船舶冲程减小。
　　（五）船间效应对操纵性的影响
　　两船间距越小，相互作用越大，两船间距小于两船船长之和时，就会直接产生这种作用，当两船距离为两船船长之和的一半时，相互作用明显增加。两船航向相反的对驶相遇，相互作用的时间短，影响较小；处于同向追越时，相互作用时间长，两船并行时，作用时间更长，船间效应更严重；船速越大，则兴波越激烈，船间效应更为明显；船舶排水量越大，船间效应越明显，两船排水量差异越大，小船受到的影响越显著；浅窄受限的航道比深宽航道中发生的船间效应更明显。

　　（六）岸壁效应对操纵性的影响
　　船舶过分靠近一侧岸壁航行，发生岸吸岸推现象，岸吸岸推同时发生，与航速、吃水成正比，与岸距成反比。航速越快，吃水越深，岸距越小，影响越强烈。
　　船舶浮态、风、流、浅水效应、岸壁效应6个方面因素在船舶航行中直接影响船舶的运行态势，如不正确判断和掌握这6个方面影响船舶运行态势的因素，船舶航行中的危险就会随时存在，船舶最佳和有效的操纵时机就会失去，事故就会来临，因此，正确判断和掌握船舶运行态势对操纵性的影响显得极其重要。
　　三、航行中对船舶运动态势的控制
　　正确控制船舶的运动态势要掌握当时当地的各种外界条件（港口水域、航道、码头环境、周围船舶情况以及风、浪、流、潮汐等水文气象条件）及变化情况，充分运用各种瞭望手段，保持正规瞭望，谨慎驾驶，控制好本船船位。正确分析和掌握本船周围的动态以及本船船位变化及趋势，采取安全航速，运用助航设备和驾引人员良好的船艺，调控和操纵船舶，保证船舶安全。
　　（一）弯曲航道船舶运行态势的控制
　　弯曲航道水流方向发生改变，特别是急弯航道，水流方向的改变角较大，在流速较大时，船舶在弯道的横移也加大。因此，驾引人员要保持高度警觉，相互协作，加强与来船的紧密联系，避免在狭窄的弯曲航道会船，流速大时，根据本船航速和控制力，适当提高航速，将船位挂高，走上滩上流水，用舵要及时，舵要拿稳，始终将船位摆在正确的航路上，以防船舶受水流冲击而落弯困坡。
　　（二）桥区船舶运行态势的控制
　　桥区受桥墩的影响，水流紊乱，水流方向与桥轴线存在一定夹角，桥与桥之间的距离过近，特别是内河下游船舶通航密度大。据海事部门统计，某水域日均船舶流量为2300艘.次，高峰期间近3000艘.次，船舶航速的差异导致船舶过桥存在一定难度，特别是上行时，所有航舶仅有第4孔一个桥孔通过，大小船共过1个孔，使得第4孔的通航压力和风险加大。大船小船航速的差异，加之桥区又不能追越，导致大型船舶过桥时有时被迫停车，同时也带来风险。为确保船舶在桥区的良好运行态势，船长必须上驾驶台监航，以确保船舶的安全。过桥前，检查船舶的主副机、操舵系统、通导设备、船舶供电系统，确保良好运行状态，按VTS用户指南和船舶定线制规定的报告种类、报告内容，在规定的频道上向指挥中心报告船位等相关信息，接受监控，由驾驶员操舵，加强瞭望。根据桥区水流情况，将船位摆在上流上风一侧，根据实际情况边调边转，将船首对准桥涵标。过桥船舶集中，航速不一时，如果航速过快，一定要控制航速，不得追越，在减速前，根据桥区风、流和本船重载或空载情况，依据当时环境，摆好船位，确保船舶的运行态势不造成紧迫局面，从而保证船舶安全过桥。
　　（三）通航密集区船舶运行态势的控制
　　通航密集区，船舶来往频繁，如不掌握好船舶的运动态势，船位就不可能摆好。正规瞭望是第一手段，严格遵守各段船舶定线制规定和分道航行规则的规定，始终将本船船位摆在规定的航路上，采取安全航速，加强与来往船舶之间的联系，做好充分的避让工作，单向控制航段要等让，不得盲目进入造成紧迫危险，特别是100m以上的大型船舶尤应注意。大型深吃水船舶，航速较快，船间效应非常明显，与小船同向行驶时横距过近，小船受到的影响就越显著，由于很多船为节油，下水航行单车慢速，在通航密集区，一定要控制好航速，保持安全距离，在宽敞水域可追越慢速船，避开船舶过分集中。大型船舶惯性矩大，追随性指数大，应舵慢，舵效差，在对驶相遇或同向行驶避让过程中，要早用舵、早回舵，用大舵，使船舶较早地控制好运动态势，以致在复杂区域不影响其他船舶造成紧迫局面，减少紧迫危险的发生。
　　（四）靠离码头船舶运行态势的控制
　　根据船舶靠离泊位置、风流、潮汐、水深的影响、港口码头情况、是否有碍航物的存在等，选择哪舷靠泊；如需掉头，应选择合适的掉头区和掉头方向，不影响同流向行驶船舶的航行。掉头前船舶要按VTS用户指南的报告种类和报告内容，在规定的频道上向指挥中心报告动向，掉头时，正确掌握当时水域风浪流、潮汐、周围船舶的动态、本船的旋回直径及漂移距离，加强与来往船舶联系，把船位摆在适合的位置，按船舶掉头的操作要领果断执行。风中掉头有困难，可利用倒车尾找风掉头，或抛锚协助掉头。靠码头根据风流情况，选择合适的驶靠角度、速度、横距，驾驶员和水手密切配合。离码头时，预先观察周围环境，掌握风浪流的影响，选择好车舵锚缆，综合利用，使船舶顺利离开码头。
　　（五）通过浅区航道船舶运行态势的控制
　　内河大型船舶螺旋桨和舵叶在船底下大约600mm，在枯水期，船舶装载时，为了满足水深要求，常常出现艏纵倾。为了船舶安全通过浅区，必须控制好船舶的运行态势，减速行驶，减少船舶动吃水的增量；连续测深，保证船位在深水水域；早用舵、早回舵，用舵舵角适当增大，慢车与长车交替使用，保证船舶拥有足够的控制力；备锚以防船舶出现“跑舵”发生倒头、失控等危险局面。浅窄航道，船舶舵效变差，船舶过多时，要加强联系，避免在浅窄航道会船，必要时在浅窄航道外等候，根据本船的操纵性能和当时情况，按以上要求做好船舶运行态势的控制，以策安全。
　　（六）在回流、泡漩水域船舶运行态势的控制
　　回流和泡漩水对船舶安全航行的影响极大，稍不注意，船舶会触坡，或被泡漩水推出预定航道，与来往船舶造成紧迫危险，甚至发生碰撞。内河船舶大型化是发展趋势，船长100m及以上船舶主机功率大多超过1480kw，使船舶的航速得到保障。因此船舶航行时尽量避开回流区，或沿回流和一流边缘航行，保持船舶舵效，防止船舶触岸；船舶遇泡漩水时，采取骑泡的方法，舵要拿活，避免船舶在泡漩的一边，使船舶运动态势发生较大改变。船舶航行在白浒山、西塞山、牛罐矶、小孤山、马当、太子矶等水道，驾引人员要高度控制回流、泡漩水对船舶运动态势的影响，控制好船位，确保船舶航行安全。
　　四、结束语
　　综上所述，航行中要随时掌握船舶的运动态势，根据周围环境和航行条件做出正确判断，采取行之有效的操纵方法，提高应变能力，努力消除紧迫局面和紧迫危险的形成，更好地保证船舶航行和作业安全。

 

 

本文编号：12536