拖輪助操小型船舶轉船效應分析

連云港引航站 孫加順

大連海事大學航海學院 肖仲明

拖輪助操小型船舶轉船效應分析

連云港引航站 孫加順

大連海事大學航海學院 肖仲明

拖輪是協助船舶在港內操作的主要設備，根據海上引航事故統計數據來看，港內拖輪協助小型船舶發生事故占絕大多數。通過對拖輪助操船舶的基本方法和受力進行研究，運用操船實例對拖輪助操小型船舶轉船效應進行分析，對港內使用拖輪助操小型船舶如何有效控制轉動做進行探討，提出判斷拖輪助操小型船舶轉船效應的關鍵是判斷拖力或碰墊的摩擦力產生的轉船力矩大于橫向拖力產生的力矩的大小和方向。

拖輪；小型船舶；轉船效應

隨著船舶發展大型化，大型船舶的進出引起港口各個相關部門的重視，海事局交管中心對航行環境，如風流、能見度控制較嚴格，輪駁公司提前預留足夠的大馬力拖輪協助，引航站也派遣經驗豐富、級別高的引航員參與工作，引航員的注意力也轉向了大型船舶的靠泊安全，但是根據海上引航事故統計數據來看，小型船舶發生事故占絕大多數。小型船舶一般設備較差，引航員也比較年輕，船舶航行中若出現緊急危險情況，難以快速作出正確的判斷。本文就小型船舶在拖輪協助離泊過程中容易出現的危險情況進行研究，希望能對駕引人員有所幫助。

一、拖輪助操船舶基本方法

拖輪在船舶操縱中起到“協助”的作用，故在確定拖輪在操縱中的協助方式時，需考慮被協助船舶的情況、泊位及其附近水域情況以及航道情況等。拖輪協助方式可分為拖帶、傍拖和頂推三種。[1]

1. 拖帶

拖帶是指通過拖纜將拖輪的作用力傳遞給被拖船的一種協助方式。它是拖輪協助船舶最常用的方式之一，適用于力的作用點不變、方向經常變化的情況，改變拖纜與被拖船首尾線之間的交角可改變拖力的方向。如圖1所示。

圖1 拖帶方式及其效果

2. 頂推

頂推是指通過拖輪船體首部將拖輪的作用力傳遞給被拖船的一種協助方式。它也是拖輪協助船舶最常用的方式之一，適用于力的作用點經常變化的情況，改變拖輪首尾線與被拖船首尾線之間的交角可改變推力的方向。如圖2所示。

圖2 頂推方式及其效果

3. 傍拖

傍拖是指通過拖纜或拖輪船體側部將拖輪的作用力傳遞給被拖船的一種協助方式。它是拖輪協助船舶較為常用的方式之一，適用于力的作用點和方向基本不變的情況，改變拖輪拖力可改變作用力的大小。如圖3所示。

圖3 傍拖方式及其效果

上述三種拖帶方式可以采取兩種或三種方式的組合，用于在不同情況下協助被拖船，也稱為組合拖曳。

二、拖輪助操船舶受力分析

1. 拖輪受力分析

當拖輪推力作用點位于船中之前某一點時，其受力情況見圖4。

圖4 前進中拖輪頂推船舶前部時受力分析

當船舶以較低的速度航行時，ZP拖輪要想以垂直于船舶首尾拋面的方向頂推時，其發出的推力及產生的力矩必須滿足：

其中：XT為拖輪推力在船舶縱向的分量；RT為拖輪的橫向阻力；XL為拖力或碰墊的摩擦力；b為拖輪推力中心距拖輪船首的距離；c為拖輪阻力中心距拖輪船首的距離。

隨著船速的提高，拖輪推力隨之減小，而其阻力不斷增大，當船舶達到一定船速時，將發生RT× c＞XT×b的情況，拖輪將沿船舶前進方向發生偏轉（見圖4中的虛線部分）。因此，船速較高時，拖輪一般很難保持垂直頂推姿態。

2. 被拖帶/頂推/傍拖輪受力分析

當拖輪推力作用點位于船中之前某一點時，其受力情況見圖4。

當船舶以較低的速度航行時，拖輪推力對船舶產生的轉船力矩為

其中：YT為拖輪推力在船舶橫向的分量；a為拖輪推力作用點距船舶水動力中心的縱向距離；B為船舶寬度。

隨著船速的提高，水動力中前移，a隨之變小，而拖力或拖輪與船舶之間的摩擦力XL隨之增大，當船速提高至XL×B/2＞YL×a時，拖輪將起到相反的作用。因此，船舶轉船效應隨著船速的提高而下降，船速達到一定值時，拖輪不但將失去轉船效果，還可能起到相反的作用。

三、拖輪助操小型船舶轉船效應應用

實例1：2009年10月24日10：00，天氣晴，微風，“HONEST RAYS”輪離連云港6泊位。該輪船長120 m，船寬21.2 m，首吃水5.0 m，尾吃水5.7 m，船首錨鏈絞緊后1節水面。引航員安排1條全回轉拖輪“云港四號”協助該輪船尾離泊，如圖5所示。

圖5 “HONEST RAYS”輪離泊示意圖

“HONEST RAYS”輪在離泊過程中，首先拖輪拖尾尾先離，船尾張開35°左右時被拖船Dead Slow倒車，準備拖錨至港池外掉頭。隨著船舶退速增加到3 kn左右時，船舶的運動狀態發生了快速向左旋轉，且船舶在首尾方向上的退速減緩。此時船舶距碼頭的橫距A仍然不足以保證被拖船能夠安全地向左旋回。為了抑制船舶快速左轉，引航員命令拖輪“微速進”頂推，此時整個船舶的運動狀態是以船舶首尾線垂直的方向壓向碼頭，引航員又命令拖輪停車，同時采取被拖船加車后退以拉大橫距A。最后船舶在位置③處橫著出港池，船首距離碼頭僅2 m。

實例2：2011年2月12日12：00，天氣晴，微風，“AO YANG FEN JIN”輪離連云港12泊位。本船船長103.5 m，船寬16.4 m，前首吃水4.0 m，尾吃水4.7 m，船首錨鏈絞緊后1節水面。引航員安排1條全回轉拖輪“云港二號”帶船尾離泊，如圖6所示。

圖6 “AO YANG FEN JIN”輪離泊示意圖

“AO YANG FEN JIN”輪在離泊過程中，首先拖輪拖尾尾先離，船尾張開40°左右被拖船Dead Slow倒車，準備拖錨至港池外掉頭。隨著船舶退速增加到接近3 kn，船舶的運動狀態發生了快速向左旋轉，且船舶在首尾方向上的退速減緩，此時船首以較快的速度左旋壓向11號泊位靠泊船。為了抑制這種快速的左轉，引航員命令被拖船停車。同時通知拖輪駕駛員將纜繩送出，保證纜繩不受力。很快被拖船便停止了左偏。再命令拖輪在船尾斜向后拖帶，最后在調頭區位置③處安全將頭掉好。

上述實例中，當拖輪助操小型船舶時，小型船舶以較高速度后退過程中，拖輪采取頂推方式時很難保持垂直狀態，如圖5位置②處，小型船舶受拖輪的摩擦力變大，摩擦力產生的轉船力矩大于橫向拖力產生的力矩，船首繼續左偏，船舶產生明顯的向左橫移，因此，此時拖輪不能頂推。同樣，在實例2中，小型船舶以較高速度后退過程中，如圖6位置③處，小型船舶受拖輪在船尾斜向后的拖力加大，縱向拖力產生的轉船力矩大于橫向拖力產生的力矩，使得被拖船首尾線退速明顯減小，船舶向左偏轉得到抑制，因此，此時拖輪應采取斜向后拖帶。

四、結論

在港內使用拖輪助操小型船舶時，駕引人員應當充分考慮隨著被拖帶船舶的速度的提高，會產生轉船效果喪失或相反的轉船效應。判斷船舶轉船效應的關鍵是判斷拖力或碰墊的摩擦力產生的轉船力矩大于橫向拖力產生的力矩的大小和方向，并注意：如果港池足夠寬敞，盡量拉大橫向距離A。即使轉船力矩較大，也有足夠的旋轉余地；如果產生相反的船舶轉船效應時，被拖船應配合降低船速或利用船首錨鏈進行抑制，拖輪應改變拖力方向或大小。本文主要從船舶受力分析拖輪助操小型船舶應用，對于影響船舶操縱的風流、螺旋槳橫向力、岸壁效應等因素沒有考慮，駕引人員應運用理論知識，充分考慮一切船舶操縱影響因素，才能做到船舶的安全航行。

[1]洪碧光.船舶操縱[M].大連:大連海事大學出版社,2008.

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.11.007