探討船舶轉(zhuǎn)心在港內(nèi)操縱的應(yīng)用

◎ 許欽平 天津港引航中心

船舶駕駛?cè)藛T操縱船舶時(shí)，特別是在狹窄、水域受限因素較多的港內(nèi)水域，通過對(duì)船舶轉(zhuǎn)心的科學(xué)掌握，有助于發(fā)揮轉(zhuǎn)心作用，為船舶操縱提供多重助力，如若未有效關(guān)注轉(zhuǎn)心使用情況，將會(huì)為船舶操縱增加難度，甚至形成危險(xiǎn)局面。

1.船舶轉(zhuǎn)心的影響因素

1.1 船型及船舶載況的影響

對(duì)于不同船舶而言，轉(zhuǎn)心的位置直接影響著旋回性能的好壞，旋回中漂角越大的船舶，其定常旋回時(shí)的轉(zhuǎn)心越遠(yuǎn)離船中，它的旋回性就越好。而船型及船舶的裝載狀態(tài)又直接影響著船舶轉(zhuǎn)心的位置，從操縱性的角度來分析，影響因素具體包括：船型方面包括船舶的方形系數(shù)Cb、長寬比L/B、舵面積比及船體水線下側(cè)面積的形狀和分布；裝載狀態(tài)包括船舶的吃水、前后吃水差及橫傾等。

1.2 船速影響

船舶運(yùn)動(dòng)速度增加時(shí)，船舶的頂流位置將會(huì)承受逐級(jí)增加的水壓作用，附加質(zhì)量作用將相應(yīng)增加，重心、船舶轉(zhuǎn)心將向頂流方向移動(dòng)。為此，當(dāng)船舶運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)為向前時(shí)，在船舶旋回作用下將會(huì)提升轉(zhuǎn)心移動(dòng)速度，使其轉(zhuǎn)心位置向定常旋回方向移動(dòng)。船舶在后退期間，將會(huì)發(fā)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)心將會(huì)集中在船尾位置。

1.3 附加質(zhì)量影響

船舶在港內(nèi)區(qū)域受水深限制時(shí)，操縱將會(huì)受到多方因素影響，具體包括淺水效應(yīng)、富余水深不足。船舶在航行期間，將會(huì)引起周圍水域發(fā)生聯(lián)動(dòng)，在船舶自重基礎(chǔ)上融合了水域附加質(zhì)量。而船舶在淺水區(qū)域形成的附加質(zhì)量，相比深水區(qū)更為嚴(yán)重，因此，在船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)期間，將會(huì)形成更為明顯的附加慣性，同時(shí)將會(huì)引起轉(zhuǎn)心前移的情況。

2.在港內(nèi)操縱體系中船舶轉(zhuǎn)心的實(shí)際應(yīng)用

2.1 天津港主航道應(yīng)用實(shí)例

天津港的潮汐為不規(guī)則半日潮，漲潮時(shí)流向西北，落潮時(shí)流向東南，最大流速在2節(jié)左右，而且較強(qiáng)的偏東風(fēng)會(huì)使?jié)q潮流的速度增加，較強(qiáng)的偏西風(fēng)會(huì)使落潮流的流速增加。船舶在天津港主航道的不同位置受到流的影響不同，以船舶在漲潮時(shí)進(jìn)港為例，新港主航道1＃、2＃號(hào)浮至13＃、14＃號(hào)浮之間，航道走向?yàn)?07°，船舶右舷受流；主航道13＃、14＃號(hào)浮以里，航道走向?yàn)?79°～281°，船舶左舷受流；而在新港航道防波堤口附近，由于南北防波堤橫截的作用，會(huì)導(dǎo)致流速變急流向變的不規(guī)律，船舶受流壓的影響而導(dǎo)致航向不穩(wěn)定，特別是重載的船舶需要格外的注意。

受流的影響，船舶在保持正舵的情況下，船頭也會(huì)發(fā)生向左或右偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，特別是在船舶航速較低、船舶吃水較大、H/d較小的情況下，此種偏轉(zhuǎn)更為明顯，甚至引起滿舵也難以保持航向穩(wěn)定性而引發(fā)起危險(xiǎn)事件。此種險(xiǎn)情發(fā)生成因?yàn)椋菏艿搅鲃?dòng)影響，會(huì)引起船舶轉(zhuǎn)心向頂流方向靠近，舵力轉(zhuǎn)船力矩及水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩產(chǎn)生變化。而當(dāng)潮位較低、船舶所在位置富余水深不充足時(shí)，水動(dòng)力也會(huì)形成了增加現(xiàn)象。這種情況下，船舶形成水動(dòng)壓力時(shí)，其產(chǎn)生的船舶阻尼轉(zhuǎn)動(dòng)力矩F1與船舶自身舵力作用下完成船只轉(zhuǎn)動(dòng)所需的力矩F2相比，可能存在F1＞F2的關(guān)系，由此會(huì)導(dǎo)致船舶產(chǎn)生不具有受控性的偏轉(zhuǎn)。為此，船舶操縱人員應(yīng)結(jié)合自身船舶情況，掌握本船轉(zhuǎn)心隨航速在不同水域的變化特點(diǎn)，選擇較為適宜的時(shí)間，靈活使用車舵，保持安全航速，以安全完成船舶在等候進(jìn)港期間及在主航道的上線、航行和下線的操縱。

另外，在含有潮流的港中，完成船舶操縱與駕引時(shí)，應(yīng)建立基礎(chǔ)性認(rèn)知：在順流時(shí)完成船舶自主掉頭操縱，此種操作相比在頂流時(shí)更容易實(shí)現(xiàn)。在淺水區(qū)域開展船舶掉頭操縱時(shí)，此種操作難度差異較為明顯。在分析其內(nèi)在原因時(shí)發(fā)現(xiàn)：船舶在用舵自力掉頭作用下，在順流掉頭前期，船舶有向前的速度，船舶轉(zhuǎn)心在重心之前，由于船舶的相對(duì)流向角不小于90度，流向形成核心壓力位置在重心后面，表現(xiàn)出力臂較長的特點(diǎn)，產(chǎn)生的水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩較大；而頂流時(shí)，流向形成核心壓力位置在重心之前，表現(xiàn)出力臂較短的特點(diǎn)，產(chǎn)生的水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩較小。為此，順流狀態(tài)下完成的船舶掉頭相對(duì)容易。

2.2 超大型船舶應(yīng)用實(shí)例

在港內(nèi)完成大型船舶操縱時(shí)，船舶在富余水深較小區(qū)域，將會(huì)形成較為明顯的淺水效應(yīng)。與此同時(shí)，超大型船舶自身質(zhì)量相比較大，由此會(huì)形成更大的慣性作用，相應(yīng)引起船舶旋回時(shí)形成了較大的旋回圈，由此需要借助拖輪作用方可操縱船舶掉頭。拖輪作用的有效性，應(yīng)配合于大型船舶自身操縱需求，以此提升大船操縱精準(zhǔn)性。

拖輪作業(yè)方式有多種，具體表現(xiàn)為頂推、吊拖等，其作用位置應(yīng)盡可能地靠近船舶的前端或后端，以期形成船舶轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩最大值。處于前行運(yùn)動(dòng)的船舶，其自身與水形成了相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，水動(dòng)力核心區(qū)域相比船舶較為靠前。在橫向作用力、拖力等條件下，水動(dòng)力將會(huì)形成浮動(dòng)，由此引起船舶方向形成偏差。與此同時(shí)，前進(jìn)狀態(tài)下的船舶形成了偏差轉(zhuǎn)心，此轉(zhuǎn)心形成于船舶前區(qū)。在拖輪助航期間，大船在拖輪作用下完成轉(zhuǎn)頭，拖輪有效推力=推進(jìn)器發(fā)出的作用力-船體自身承受的阻力，表現(xiàn)為推力的剩余值，也叫剩余推力或拉力，而且它將隨著船速的增加而遞減。拖輪應(yīng)與大船緊密配合，當(dāng)拖輪位于船尾位置，為其提供助力使其完成轉(zhuǎn)頭時(shí)，隨著船速的增加，大船整體轉(zhuǎn)頭效率將會(huì)下降。如若拖輪在船頭位置，為其提供一定助力協(xié)助船只完成掉頭，隨著船速的增加，船舶轉(zhuǎn)心前移，船舶斜航阻力逐漸增加，在船舶達(dá)到一定航速時(shí)，如果船體斜航所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)頭力矩超過了大船的舵力轉(zhuǎn)船力矩加拖輪剩余推力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)頭力矩，大船將發(fā)生反向轉(zhuǎn)動(dòng)。而該航速也就是拖輪協(xié)助大船掉頭時(shí)大船的極限速度。為此，超大型船只在開展掉頭活動(dòng)期間，應(yīng)針對(duì)自身運(yùn)動(dòng)速度加以有效控制。靈活使用船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)心位置，在車舵及拖輪的有效配合下順利完成掉頭。

2.3 航道彎頭轉(zhuǎn)心應(yīng)用實(shí)例

港內(nèi)多數(shù)具有較多的彎頭。彎頭外形表現(xiàn)出差異性，比如凹型、凸形。在漲潮、落潮時(shí)，將會(huì)在凹處形成水流匯集。彎頭形成的區(qū)域，存在較為明顯的水深變化，凹處水深區(qū)域狀態(tài)良好，凸出水深部分區(qū)域水深驟減。航行水域較為狹窄，彎頭區(qū)域船舶數(shù)量較多，此類船舶形成了較為繁忙的交通體系，甚至?xí)c其他船舶交匯在彎頭位置。船舶駕駛引導(dǎo)人員，在操作船舶時(shí)，應(yīng)充分認(rèn)知彎頭位置形成漲水、落水等問題時(shí)，船舶轉(zhuǎn)心與其操縱兩者之間的關(guān)系。精確完成船舶操縱，結(jié)合彎頭的彎曲趨勢(shì)，以此提升船舶轉(zhuǎn)頭的有效性，使其平穩(wěn)完成過彎，保障駕駛船舶航行位置的準(zhǔn)確性，提升航行安全性。

在天津塘沽海河外灘彎頭處經(jīng)過的船舶為例，海河船閘處會(huì)根據(jù)閘東水位的高低調(diào)節(jié)海河水位而放水，一旦放水，海河水流加急，流速可能達(dá)到3-4節(jié)，將對(duì)航行的船舶操縱帶來困難。放水時(shí)，船舶往下游方向即順流通過該彎頭區(qū)域，此時(shí)船舶處于前進(jìn)狀態(tài)，船舶轉(zhuǎn)心集中在船頭區(qū)域，水流自船舶右后方而至，船舶將會(huì)發(fā)生右轉(zhuǎn)，操縱時(shí)，駕駛?cè)藛T應(yīng)提前預(yù)判船首的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并及時(shí)采取船舵方向的正確性，促進(jìn)彎頭順利通過。同時(shí)可采取反方向舵角操作形式，加強(qiáng)船舶轉(zhuǎn)動(dòng)控制，以此減少船舶轉(zhuǎn)動(dòng)速度較快，有效控制船舶向右偏轉(zhuǎn)。在往上游即頂流狀態(tài)完成船舶過彎，將會(huì)發(fā)現(xiàn)船舶右轉(zhuǎn)存在一定困難，可采取加車以提高舵效應(yīng)力的措施，以此控制船舶轉(zhuǎn)動(dòng)偏差問題。

當(dāng)船舶面臨斜向頂流時(shí)，水流將會(huì)從船舶左前方而至，船舶轉(zhuǎn)心將會(huì)在船首約1/5位置。此時(shí)船舶轉(zhuǎn)動(dòng)形成的力矩，等于舵力完成船舶轉(zhuǎn)動(dòng)形成的力矩減去船舶形成水動(dòng)壓力形成船舶轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，由此形成較為困難的船舶左轉(zhuǎn)問題。潮水頂流、順流等位置發(fā)生過彎時(shí)，由此形成的船舶操作作用問題各有差異，同時(shí)彎頭區(qū)域航道形式較為繁雜，駕駛引導(dǎo)人員在經(jīng)過彎頭時(shí)應(yīng)予以高度重視。

3.結(jié)論

綜上所述，對(duì)于船舶駕駛?cè)藛T而言，通過熟練掌握船舶轉(zhuǎn)心變化規(guī)律，減少對(duì)船舶操縱形成的影響，較為關(guān)鍵。通過借助船舶轉(zhuǎn)心的綜合效用，能結(jié)合自身的操縱需求，提升船舶操作效率。