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转心在船舶操纵中的应用
作者:日照港引航站  点击次数:1800  发布时间:2016-02-24 08:51:25

                                 李 军

           (日照港引航站  山东日照  276826  rzgyhzajk@126.com

 

【内容摘要】:本文通过分析转心在船舶运动时的位置,并结合在实际操船中应用的几个实例,以说明转心在船舶操纵中的重要性。

[关键词]转心、旋回圈、受限水域

0引言

船舶转舵后绕旋回曲率中心O的旋回运动可以看成是两个方面运动的合成:一是船舶以切线速度V前进,另一则是船舶绕自身某一点为中心作自转,这一点就是转心P。从几何学上讲,转心P的位置是旋回中某瞬间的旋回中心至船舶首尾线的垂线的垂足点,因此转心又称为“瞬时转动中心”。 当船舶对水前行时,船舶转心移至重心之前,速度V越大则转心前移得越多,反之亦然。当在离转心越远处对船舶施加外力,则船舶越容易旋转;而在转心附近处对船舶施加外力,则船舶旋转效应差,越接近转心处,旋转效果越差。

在船舶掉头、船舶避让、拖轮协助等多方面都涉及船舶的转心。掌握船舶转心,充分利用转心作用,会给船舶操纵带来许多方便;相反,如果忽略转心的利用,则会给船舶操纵带来困难。

1转心P的位置

船舶在静水中施舵做旋回运动时,重心和转心之间的距离:

  GP=RSinβ=V/ψ x Sinβ≈Vβ/ψ

ψ=Kδ

式中GP为旋回中重心到转心的距离;V为旋回中船速(m/s; β为船舶漂角;ψ=Kδ为船舶旋回角速度。

转心P的位置在开始操舵时约在重心稍前处,随船舶旋回不断加快,转心P位置向前移动,在定常旋回阶段趋于稳定。定常旋回时转心P约在船首柱后1/3L(L为船长)处,漂角大旋回性能好的船舶,转心越靠前。船舶在后退中回转时,转心位于重心之后,大约与前进中回转时转心位置相对称。

2转心在日照港岚山港区运用实例

2.1开普型船进靠岚山11#泊位转心运用  

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如图1所示,当船舶行驶至135#浮大角度向右转向入泊时,船舶会受到风、流及大船惯性等作用,船艏受到来自11#泊位南端流的影响,有向左转的趋势,而船尾受10#泊位南端流的影响有向右转向趋势,两股流叠加使大船向右转向非常困难,右满舵几乎没有转船效应,而船舶即将抵达泊位,速度控制不宜太快,加车增加转船趋势虽见效快,但不符合安全靠泊实际。(当然,用拖轮协助转向是一种补救措施,之前操纵值得探讨,由于不涉及转心问题,此处不做赘述。)

笔者在实际引航工作中体会如下:由于岚山港池地理条件特殊,开普型船靠泊11#泊位一般使用5条拖轮助泊,且拖轮马力足够,既然拖轮条件如此优越,我们应该合理利用拖轮和船舶转心达到安全、方便、顺利的靠泊目的。

如何将拖轮的作用发挥到最大?拖轮协助转向一般来说,应尽可能将大船船速SPD降至3kn以下,当①拖轮顶推大船船首时,作用点在船艏,船速越快,转心向船首移动越多,转心点就越接近拖轮作用点,因此拖轮的作用效果就越差。同时拖轮为保持正横方向的顶推而须随大船一起运动,这样也大大削减了其顶推力。因此,船速越慢拖轮的顶推效果就越好。另外由于拖轮的数量配置,笔者更倾向于用⑤拖轮顶推右舷船尾协助转向:首先,从转心角度考虑,船舶前进,转心位于重心之前1/3L(L为船长)处,⑤拖轮更能发挥转船力臂大的作用,使大船很容易获得比较大的转船力矩,在同等马力的情况下,作用效果要比①拖轮明显的多。其次,当大船处于如图1所示位置时,左舷船尾受来自10#泊位南端流的影响,会有压向11#泊位南端的趋势,此时用⑤拖轮顶推右舷船尾在获得比较大的转船力矩的同时,又消弱了此不利趋势,起到一举两得的效果。当然如果①拖轮和⑤拖轮并用效果更佳。

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当船舶转向完毕,形成入泊角时,如图2所示,由于泊位外端冲开流非常明显,为防止大船被流压向港池西侧浅水区,且安全、快速靠上码头,我们习惯将②、④、⑤拖轮重新调配,移至左舷顶推靠泊。笔者认为重新调配拖轮也要充分利用转心,增加转船力矩,达到事半功倍的效果。

①拖轮在首楼甲板带缆,②拖轮在主甲板带缆,⑤拖轮紧贴之后,可以不用带缆,起到顶推作用即可;④拖轮也可以省去带缆步骤,协助③拖轮完成船尾靠泊。如此安排拖轮完全体现出船舶略有前进速度时增加力臂的效果。由于转心在重心之前,“前三后二”起到拖轮配置相对平衡的目的。

2.2重载船8#泊位离泊转心运用

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如图所示,当船舶满载时,考虑到船首6#泊位影响,我们一般采取向左调头离泊方式,两条拖轮开始起拖,此时必须控制船舶形成相对大的向码头方向的角度,如图中2船位,然后才能倒车离开码头。如果角度不足够大,如图3船位,倒车过程中,船舶转心后移至驾驶台附近,转心与②拖轮作用点几乎重叠,船尾外移趋势减缓甚至停滞,形成图4船位,整个船身在后退速度的作用下,快速向10#泊位船轧拢,形成进退两难的尴尬局面。

2.3利用转心原理缩小旋回半径

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岚山港区3#泊位由于码头地理位置原因,我们一般习惯左舷靠泊。离泊时,将拖轮带在右舷船尾,拖开一定角度时倒车,边倒边拖,船舶掉头180度后驶离港区,由于船小,一般人没有引起足够重视,船尾拖轮自始至终一个位置,导致船舶虽小但是旋回圈非常大。与本处港池狭窄因素刚好形成矛盾。

由于船舶在后退时,转心后移至驾驶台处,拖轮作业点与转心几乎重合,旋回圈被无限放大,掉头时间长且不安全。在充分考虑转心的基础上,我们可以采取当船舶掉转90度左右时,解掉拖轮到右舷船头顶推方式,这样不但可以大大缩小旋回圈,而且在时间上也能起到快速离开的效果。

3结束语

操船靠离泊实践中,转心是操纵船舶一个很重要的指数,转心的位置直接关系到船舶的运动态势,性能。驾引人员掌握好船舶转心的原理和影响因素,驾驶过程中充分把握船舶转心的变化趋势,分析船舶将要出现的偏转方向,及时运用车、舵、拖轮等给予配合,对于船舶的安全具有十分重要的意义。驾引人员在船舶靠离泊、掉头和避碰过程中巧妙运用转心的变化规律,使船舶操纵变得更快捷,更安全。

 

参考文献:  《船舶操纵》 房希旺 何欣 杨林家 大连海事大学出版社,2012

 

标注:本文已发表于《中国引航》杂志2015年第02



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