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大型散货船舶操纵初探

1操纵性能分析

（1）船体规模大，船体受到风的极大影响，尤其是在低速船舶极低速的情况下。此外，视野中的小型船只数量显著增加。

(2)船舶排水量大、惯性大,单位排水量分摊的主机功率小,船舶冲程增大,变速、变向时间较小型船舶显著延长,停车和倒车制动性能差。

(3)船体肥大,船舶方形系数大(Cb0.8);舵面积比小,舵效差,应舵迟钝,淌航时丧失舵效的余速较高。总体操纵性能表现为船舶旋回性好,航向稳定性差。

(4)船舶斜航阻力大,在旋回时船舶降速明显。

2外部因素对大型船舶操纵的影响

2.1国际私法级船舶c的结构方程,其典型下符合以下5.

(1)船舶静止或船速接近零时,正横前来风船首顺风偏转,正横后来风船尾顺风偏转,最终船身将趋于与风向垂直。

(2)船舶前进中正横前来风,空载、慢速、艉倾以及艏受风面积大的船,船首顺风偏转;满载、艏倾以及艉受风面积大的船,船首逆风偏转;正横附近来风,船首逆风偏转,当风速很大时,往往造成船舶保向困难;正横后来风,船首转向迎风一舷。

(3)当船舶后退并有一定退速时,船尾迎风;退速较低,船舶偏转基本与静止时相同,但同时应考虑倒车横向力(右旋桨推船首向右)的影响。

(4)受风压影响,船舶除上述偏转外还将以一定速度向下风漂移(风致漂移)。当横向受风、船速近似为零时,浅水中风致漂移速度的表达式为:

式中:ρa/ρω为空气与水的密度之比;Ca/Cω为匀速漂移时风力系数与水动力系数比;Ba/(Ld)为水线上下船舶侧面积比;Va为风速,Cs为浅水修正系数。

取ρa=1.226,ρω=1025,Ca=1.3,Cω=0.95~1.0,则

大型散装船舶的浅水修正系数Cs参考表2取值:

以某18万吨级船舶为例:当船舶空载,H/D=2.0时,在6级风力(10m/s)下,风致漂移速度Vy芊0.4m/s。作为船长,如能掌握风致漂移的大致计算,对于掌控船舶靠离泊位和锚泊操纵都是大有裨益的。

2.2顶流、流和船操纵之间的约束

(1)流将船舶压向下方推移,尤其在船舶低速航行时影响更大。在河流弯道等容易产生不均匀水流的区域,水流会形成转船力矩,流速差较大时,往往会对船舶操纵造成极大风险。

(2)流将影响船舶的对地速度和舵效,顶流时船舶能在较短距离上转过较大角度。

(3)船舶进出港旋回掉头时,根据流向不同,顺流掉头要提前施舵,顶流掉头要延迟施舵,才能使船舶在掉头后保持在预定位置。

2.3深水、在深水受限航道中的沉降压

船舶驶入浅水水域后,由于船底以下的自由水体体积减小,水流受阻,并逐渐由深水中的三元流转变为二元流,当水深吃水比小于2.5时,即出现明显的浅水效应。它使船首兴波形状发生变化、船体振动加剧、船速下降且加速困难,导致船舶舵力下降舵效变差、旋回性变差、船体下沉、船舶纵倾改变。浅水效应对大型船舶的影响,主要表现在:

(1)当水深吃水比2.0时,船舶旋回直径将较深水中急剧增大,所以大型船舶在浅水区域操纵,要留有更多的余地。

(2)当水深吃水比2.0时,船舶冲程将减少约10%以上,同时倒车产生的偏离原航线距离将较深水中显著增大。

(3)由于船体周围的水流由三元流转变为二元流,相对流速增大,导致兴波阻力和摩擦阻力显著增加,主机负荷迅速增大,船速明显下降。

(4)在浅水域中航行,由于船底水流速度相对增大,水压力相对变小,导致船体下沉;对于中低速大型船舶来说,吃水差还出现艏倾趋势(即艏吃水增大)。

下沉量估算:对于大型船舶,下沉量的最大值出现在船首,因此船首下沉量即可代表船体下沉量。对于下沉量的估算有多种方法,其中比较安全的是美国ArmyCropsofEngineers推荐的公式:

以Cb0.8的肥大型船舶为例,当船速为5~10kn时,据该公式计算出对应三种船型散货船的船体下沉量见表3。可见在浅水、在水深受限航道中,船体下沉量是不容忽视的。由于多数时候大型重载散货船到港状态为平吃水,因此在浅水中船舶将会呈现艏倾状态,如果船速较高,可能会因此导致富余水深不足而触底或搁浅。图1是15万吨级散货船船体下沉量曲线。

2.4船速、水体速度和再生cyw模型

在狭窄水道中航行,当船舶未在航道中央时,将受到吸船体向岸、推船首向航道中央的岸壁效应。岸壁效应产生的转船力矩将使船首向航道中心侧偏转;另外,船舶在浅水区域中航行,若两舷水深不同,也会产生推船首向深水侧,吸船体向浅水侧的作用,这也是岸壁效应的一种表现。岸吸力估算公式:

式中:ρ为水密度,L为水线间长,d为船舶吃水,U为船速,Cyw为H/D=1.4时的