進(jìn)出港航行中的全旋回推進(jìn)器船舶引航操縱探討

容瓊

摘 要：該文通過(guò)對(duì)全旋回推進(jìn)器推力方向控制裝置及顯示系統(tǒng)進(jìn)行介紹，就該類型船舶和傳統(tǒng)船舶在車(chē)舵顯示及控制兩系統(tǒng)之間的差異進(jìn)行比較分析，對(duì)該類型船舶引航信息交流的具體內(nèi)容及重要性進(jìn)行敘述。并結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)獨(dú)立機(jī)動(dòng)模式及航行模式框架下，全旋回推進(jìn)器船舶基于不同引航指令下所具有的相應(yīng)特點(diǎn)，以此為船舶駕駛員和引航員的安全操縱提供方便。

關(guān)鍵詞：全旋回推進(jìn)器 信息交流 船舶操縱 引航

中圖分類號(hào)：U675.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）04（a）-0049-03

羅爾斯·羅伊斯公司于1965年制造了第一臺(tái)全旋回推進(jìn)器。這臺(tái)推進(jìn)器為60 kW，而經(jīng)過(guò)超過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，全旋回推進(jìn)器的推進(jìn)功率已經(jīng)達(dá)到了10 000 kW，可見(jiàn)全旋回推進(jìn)器正朝著多用途化及大型化的方向發(fā)展。自20世紀(jì)80年代，其在港作拖船當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。且越來(lái)越多的應(yīng)用在軍艦、大型郵輪及遠(yuǎn)洋工作船上。獲得了更為優(yōu)質(zhì)的操縱性能。全旋回推進(jìn)器船舶的操縱不同于傳統(tǒng)螺旋槳舵葉，對(duì)傳統(tǒng)的船舶操縱模式給予了改變。

1 全旋回推進(jìn)器簡(jiǎn)介

全轉(zhuǎn)回推進(jìn)器又稱Z形推進(jìn)器、全向推進(jìn)器、舵推進(jìn)器、轉(zhuǎn)向螺旋槳、旋回螺旋槳。通過(guò)傘齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使螺旋槳或?qū)Ч芡七M(jìn)器能在水平面內(nèi)繞豎軸作360°轉(zhuǎn)動(dòng)，用以推進(jìn)并操縱船舶的推進(jìn)器。因其軸系布置呈Z字形，可同時(shí)起推進(jìn)和操縱船舶的作用。能任意改變推力的方向，使船原地調(diào)頭，進(jìn)退自如。對(duì)于船舶航行時(shí)左右前后的操縱性，360°回轉(zhuǎn)推進(jìn)器較導(dǎo)管推進(jìn)器和平旋推進(jìn)器為好，這是因?yàn)閷?dǎo)管推進(jìn)器雖然順車(chē)時(shí)推力較大，但在倒車(chē)時(shí)推力較差，操縱性能也不夠理想；反之，平旋推進(jìn)器可以獲得良好的操縱性能，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，易損壞；而360°回轉(zhuǎn)推進(jìn)器盡管沒(méi)有舵，但卻可以使螺旋槳的推力完全轉(zhuǎn)換為相當(dāng)于舵力的作用，以利操縱船舶，而且360°回轉(zhuǎn)推進(jìn)器單位功率推力大，而且后退推力和前進(jìn)推力基本相同。這種推進(jìn)裝置可在車(chē)間中整個(gè)組裝完成，不需水下作業(yè)，安裝及維修十分方便。但因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和大轂徑帶來(lái)較大的損失，其效率一般較低，而且機(jī)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。

2 船舶操作特征分析

2.1 全旋回推進(jìn)器控制裝置類型分析

首先，Z型推進(jìn)器。因主機(jī)輸出推力軸、舵機(jī)輸出軸、螺旋槳軸成Z形而俗稱。導(dǎo)流管和在垂面轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳一起在水平面上可360°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而無(wú)舵葉，能在任意方向上發(fā)出推力。排出流向后為進(jìn)車(chē)、向前為倒車(chē)、向左右兩邊為停車(chē)。可通過(guò)單雙車(chē)、進(jìn)倒車(chē)、調(diào)整兩螺旋槳角度和轉(zhuǎn)速而讓船做前進(jìn)、后退、原地回轉(zhuǎn)、橫移、頂推、倒拖等各種動(dòng)作。推進(jìn)效率高，同車(chē)速時(shí)后退拉力達(dá)前進(jìn)推力的90%以上。其次，平面旋回推進(jìn)器。垂直插入水中的5片流線型槳葉繞園心在水平面上作定速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)整某片槳葉的攻角而使船前進(jìn)、后退、平移。其興浪較大，推進(jìn)效率較Z型推進(jìn)器差。最后，操縱手柄。最常用的為雙柄，一個(gè)柄控制一部推進(jìn)器的推力方向及主機(jī)轉(zhuǎn)速，老式拖輪為方向、轉(zhuǎn)速分柄控制。也有單柄的，舵由一個(gè)柄控制，通過(guò)電腦程序前推即前進(jìn)、后拉即后退、左（右）推即橫移以達(dá)到駕駛員要求的操縱效果。

2.2 全旋回推進(jìn)器狀態(tài)顯示屏

動(dòng)力定位系統(tǒng)DPS的相應(yīng)推進(jìn)器狀態(tài)顯示屏，能夠?qū)Ω鱾€(gè)推進(jìn)器所存在的具體位置予以顯示，并且還能將其工作狀態(tài)進(jìn)行顯示（如圖1所示）。利用全旋回推進(jìn)器狀態(tài)顯示屏，能夠?qū)⒃摯拇沧笥宜髯耘渲玫娜赝七M(jìn)器予以清楚顯示，并且在船首的底部位置上，還配置有一部涵道式側(cè)推器，以及一部全旋回推進(jìn)器。此外，該屏幕顯示的推進(jìn)器，在一定條件下得到相應(yīng)簡(jiǎn)化，成為了長(zhǎng)條狀矩形，對(duì)推進(jìn)器方向能夠進(jìn)行唯一判別的就是矩形頂端的三角形推力方向箭頭標(biāo)志。

2.3 操縱性能

傳統(tǒng)推進(jìn)器推進(jìn)力的方向是固定的，推進(jìn)力的大小靠改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，要改變行駛方向，靠船舵和推舵裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，在船舶低速情況下，轉(zhuǎn)舵力變小，操縱不靈活。吊艙式推進(jìn)器通過(guò)液壓馬達(dá)通過(guò)回轉(zhuǎn)裝置，驅(qū)動(dòng)吊艙繞縱軸回轉(zhuǎn)，可以使螺旋槳在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，靈活地改變推進(jìn)力的方向，不論船速高低，可使船舶完成原地回轉(zhuǎn)、橫向平移、精確定位、反向行駛等常規(guī)推進(jìn)器難以完成的操作。系統(tǒng)的變頻電機(jī)或變量液壓馬達(dá)，具有無(wú)級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)，具有優(yōu)良可控性能，使船舶的快、慢前進(jìn)、倒車(chē)、停車(chē)、回轉(zhuǎn)等控制性能明顯改善。極大地提高了船舶的操縱性和機(jī)動(dòng)性。（如圖2）

2.4 船舶旋回運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)要素

（1）漂角。船舶首尾線上某一點(diǎn)的線速度與船舶首尾面的交角叫做漂角。船舶在首尾線上不同點(diǎn)的漂角是不同的，在船尾處，由于其橫移速度最大，因此，漂角也最大。但通常所說(shuō)的漂角是指船舶重心處的線速度Vt與船舶首尾面的交角，也就是船首向與重心G點(diǎn)處旋回圈切線方向的夾角。一般船舶的漂角大約在3°～15°之間（如圖3所示）。（2）轉(zhuǎn)心。旋回中的船舶可視為一方面船舶以一定的速度前進(jìn)，同時(shí)繞通過(guò)某一點(diǎn)的豎軸而旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的疊加，這一點(diǎn)就是轉(zhuǎn)心。船舶操舵旋回時(shí)，在旋回的初始階段，轉(zhuǎn)心約在重心稍前處，以后隨船舶旋回不斷加快，轉(zhuǎn)心隨著旋回中漂角的增大而逐漸向船首方向移動(dòng)；當(dāng)船舶進(jìn)入定常旋回階段即船舶旋回中的漂角保持不變時(shí)，轉(zhuǎn)心P逐漸穩(wěn)定于某一點(diǎn)，對(duì)于不同船舶，此點(diǎn)的位置大約在離船首柱后1/3～1/5船長(zhǎng)處；船處于后退中，轉(zhuǎn)心位置則在船尾附近。（3）旋回中的降速。船舶在旋回中，主要由于船體斜航時(shí)阻力增加，以及舵阻力增加和推進(jìn)效率降低等原因，將會(huì)出現(xiàn)降速現(xiàn)象。一般船舶旋回中的降速幅度大約為旋回操舵前船舶速度的25%～50%，而旋回性能很好的超大型油船在旋回中的降速幅度最大可達(dá)到原航速的65%。（4）旋回中船舶出現(xiàn)的橫傾。旋回中船舶出現(xiàn)的橫傾是一個(gè)應(yīng)予注意的不安全因素。船舶在大風(fēng)浪中大角度轉(zhuǎn)向或掉頭時(shí)，如船舶在波浪中橫搖的相位與旋回中外傾角的相位一致，則船舶將有傾覆的危險(xiǎn)，這是操船中應(yīng)予避免的一個(gè)重要問(wèn)題。

3 引航信息交流

3.1 引航信息交流的相應(yīng)內(nèi)容

全旋回推進(jìn)器相比于傳統(tǒng)的推進(jìn)器來(lái)講，其無(wú)論是在具體的工作還是在操作模式上，均存在諸多不同，所以，致使引航具體的交流信息及所需要注意的要點(diǎn)方面也存在諸多的差異，除了諸如風(fēng)力、能見(jiàn)度及潮汐等港口水文現(xiàn)象之外，在拖船配備條件、帶解纜順序及泊位概況等均存在不同，對(duì)于引航員來(lái)講，其應(yīng)對(duì)相應(yīng)全旋回推進(jìn)器駕駛?cè)藛T實(shí)際的操縱方面的熟練程度，及該器在顯示系統(tǒng)方面的具體特點(diǎn)及推力方向上的具體控制等進(jìn)行綜合考量。全旋回推進(jìn)器船舶相比于傳統(tǒng)推進(jìn)器船舶來(lái)講，其同樣存在諸多不同之處，全旋回推進(jìn)器船舶在螺旋槳倒車(chē)換向方面的問(wèn)題并不存在，所以，針對(duì)船舶在操縱方面所進(jìn)行的實(shí)質(zhì)交流，引航員應(yīng)及時(shí)向相關(guān)船方進(jìn)行了解，所了解內(nèi)容主要有各個(gè)推進(jìn)器相應(yīng)功率大小、水平方向旋轉(zhuǎn)速度、推力方向的相應(yīng)控制裝置具體的相應(yīng)時(shí)間以及安裝的位置等內(nèi)容。另外，就引航員職責(zé)來(lái)考量，其應(yīng)對(duì)全旋回推力控制裝置進(jìn)行認(rèn)真核對(duì)，還要對(duì)推進(jìn)器實(shí)際推進(jìn)方向及顯示器顯示的方向之間所存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)。全旋回推進(jìn)器船舶在具體的全旋回推力方向控制裝置上存在不同形式和類型，特別是實(shí)施陌生操縱裝置進(jìn)行操作時(shí)，引航員需要更為高效、及時(shí)地與船舶駕駛?cè)藛T之間的溝通進(jìn)行強(qiáng)化，就駕駛?cè)藛T的熟練程度予以了解，對(duì)引航操作指令進(jìn)行正確傳達(dá)，并且，還要對(duì)各個(gè)推進(jìn)裝置在推進(jìn)方向上進(jìn)行認(rèn)真檢查及確認(rèn)，防止出現(xiàn)在操縱上的錯(cuò)誤狀況，避免引航事故的發(fā)生。

3.2 引航信息交流所具有的重要性分析

全旋回推進(jìn)器船舶在所配備的船舶操縱控制系統(tǒng)上，相比于傳統(tǒng)船舶，其更為復(fù)雜及先進(jìn)，引航員和船長(zhǎng)之間所進(jìn)行的信息溝通和交流，特別是對(duì)于船舶操縱控制系統(tǒng)方面的信息甲流顯得更為重要和迫切。只有引航信息交流方面的充分性，才能對(duì)全旋回推進(jìn)器船舶在具體作業(yè)方面的安全得以保證，此外，還是其開(kāi)展作業(yè)的前提條件。就引航員來(lái)分析，全旋回推進(jìn)器船舶所代表的是未來(lái)新型船舶的相應(yīng)發(fā)展方向，同時(shí)還對(duì)未來(lái)船舶操縱在模式上帶來(lái)了創(chuàng)新，如果僅僅利用一些理論知識(shí)方面的培訓(xùn)，難以達(dá)到對(duì)實(shí)際操作能力方面所存在的不足給予彌補(bǔ)的目的及效果，所以，引航員和船長(zhǎng)之間進(jìn)行深層次及多角度的交流，不僅對(duì)于自身綜合素質(zhì)的提升具有重要的促進(jìn)作用，而且還對(duì)于安全引航意義重大。

3.3 獨(dú)立機(jī)動(dòng)模式及航行模式下引航操縱指令分析

（1）獨(dú)立機(jī)動(dòng)模式。對(duì)于獨(dú)立機(jī)動(dòng)模式來(lái)講，通常情況下其在全旋回推進(jìn)器船舶將要靠近碼頭以及正在開(kāi)展相應(yīng)特殊作業(yè)的時(shí)候方可運(yùn)用。在實(shí)際引航工作當(dāng)中，針對(duì)全旋回推進(jìn)器相關(guān)駕駛?cè)藛T來(lái)講，其大多數(shù)均具備多年以上的駕駛操縱經(jīng)驗(yàn)，并且在技術(shù)方面都較為成熟?；诖朔N狀況，引航員可運(yùn)用一些相應(yīng)引航意圖指令，對(duì)駕駛?cè)藛T的操縱進(jìn)行指導(dǎo)，利用駕駛?cè)藛T的操作，以此達(dá)到對(duì)引航員所需要的船舶的操縱意圖給與實(shí)現(xiàn)。針對(duì)獨(dú)立機(jī)動(dòng)模式來(lái)分析，其在引航方面所具有的操縱意圖指令主要有：橫向慢速移動(dòng)、橫向移動(dòng)、微速前進(jìn)及后退及前進(jìn)和后退等。（2）航行模式。對(duì)于那些具有比較開(kāi)闊的水域來(lái)講，其當(dāng)船舶在此航行時(shí)，全旋回推進(jìn)器船舶可采用自動(dòng)操舵系統(tǒng)或者是隨動(dòng)控制進(jìn)行操作，此時(shí)，引航員可將航向指令予以下達(dá)，比如改變航向至……及把定航向等，其在引航操縱上相同于傳統(tǒng)船舶。對(duì)于在較為狹窄的航道上，由于其存在一些復(fù)雜性，在此水域進(jìn)行航行時(shí)，全旋回推進(jìn)器船舶相應(yīng)操舵，通常情況下均會(huì)運(yùn)用隨動(dòng)控制工作模式。全旋回推進(jìn)器車(chē)舵顯示系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)形式的船舶大致相同，并且在高速航行時(shí)存在較大舵角的狀況，則會(huì)造成船舶出現(xiàn)不同程度的橫傾狀況，因此，傳統(tǒng)的舵令便對(duì)于該類型船舶的航行指揮便不適用，所以，引航員通常情況下所使用的操縱指令為：加快、減慢、左轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)等。基于全旋回推進(jìn)器船舶來(lái)講，其在推進(jìn)器方面相比于傳統(tǒng)船舶，其缺少車(chē)鐘號(hào)令，在對(duì)船速進(jìn)行控制操作時(shí)，引航員可將指令直接向船舶駕駛?cè)藛T進(jìn)行下達(dá)，比如將船速控制在15 km的指令。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨當(dāng)今技術(shù)水平的不斷提升，全旋回推進(jìn)器在船舶領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，致使引航員對(duì)于此種類型的船舶相關(guān)引航操縱接觸更為頻繁。該文通過(guò)對(duì)全旋回推進(jìn)器的推力方向控制裝置以及其推力方向顯示系統(tǒng)進(jìn)行介紹，對(duì)全旋回推進(jìn)器引航信息交流信息方面進(jìn)行闡述，以此希望對(duì)船舶駕駛員以及引航員的安全操縱提供方便，實(shí)現(xiàn)船舶推進(jìn)技術(shù)更好發(fā)展。

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