探討船舶轉心在港內操縱的應用

◎ 許欽平 天津港引航中心

船舶駕駛人員操縱船舶時，特別是在狹窄、水域受限因素較多的港內水域，通過對船舶轉心的科學掌握，有助于發揮轉心作用，為船舶操縱提供多重助力，如若未有效關注轉心使用情況，將會為船舶操縱增加難度，甚至形成危險局面。

1.船舶轉心的影響因素

1.1 船型及船舶載況的影響

對于不同船舶而言，轉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，其定常旋回時的轉心越遠離船中，它的旋回性就越好。而船型及船舶的裝載狀態又直接影響著船舶轉心的位置，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Cb、長寬比L/B、舵面積比及船體水線下側面積的形狀和分布；裝載狀態包括船舶的吃水、前后吃水差及橫傾等。

1.2 船速影響

船舶運動速度增加時，船舶的頂流位置將會承受逐級增加的水壓作用，附加質量作用將相應增加，重心、船舶轉心將向頂流方向移動。為此，當船舶運動方向轉為向前時，在船舶旋回作用下將會提升轉心移動速度，使其轉心位置向定常旋回方向移動。船舶在后退期間，將會發生回轉運動，轉心將會集中在船尾位置。

1.3 附加質量影響

船舶在港內區域受水深限制時，操縱將會受到多方因素影響，具體包括淺水效應、富余水深不足。船舶在航行期間，將會引起周圍水域發生聯動，在船舶自重基礎上融合了水域附加質量。而船舶在淺水區域形成的附加質量，相比深水區更為嚴重，因此，在船舶回轉運動期間，將會形成更為明顯的附加慣性，同時將會引起轉心前移的情況。

2.在港內操縱體系中船舶轉心的實際應用

2.1 天津港主航道應用實例

天津港的潮汐為不規則半日潮，漲潮時流向西北，落潮時流向東南，最大流速在2節左右，而且較強的偏東風會使漲潮流的速度增加，較強的偏西風會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，以船舶在漲潮時進港為例，新港主航道1＃、2＃號浮至13＃、14＃號浮之間，航道走向為307°，船舶右舷受流；主航道13＃、14＃號浮以里，航道走向為279°～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，會導致流速變急流向變的不規律，船舶受流壓的影響而導致航向不穩定，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，船頭也會發生向左或右偏轉的現象，特別是在船舶航速較低、船舶吃水較大、H/d較小的情況下，此種偏轉更為明顯，甚至引起滿舵也難以保持航向穩定性而引發起危險事件。此種險情發生成因為：受到流動影響，會引起船舶轉心向頂流方向靠近，舵力轉船力矩及水動力轉船力矩產生變化。而當潮位較低、船舶所在位置富余水深不充足時，水動力也會形成了增加現象。這種情況下，船舶形成水動壓力時，其產生的船舶阻尼轉動力矩F1與船舶自身舵力作用下完成船只轉動所需的力矩F2相比，可能存在F1＞F2的關系，由此會導致船舶產生不具有受控性的偏轉。為此，船舶操縱人員應結合自身船舶情況，掌握本船轉心隨航速在不同水域的變化特點，選擇較為適宜的時間，靈活使用車舵，保持安全航速，以安全完成船舶在等候進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，應建立基礎性認知：在順流時完成船舶自主掉頭操縱，此種操作相比在頂流時更容易實現。在淺水區域開展船舶掉頭操縱時，此種操作難度差異較為明顯。在分析其內在原因時發現：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，船舶轉心在重心之前，由于船舶的相對流向角不小于90度，流向形成核心壓力位置在重心后面，表現出力臂較長的特點，產生的水動力轉船力矩較大；而頂流時，流向形成核心壓力位置在重心之前，表現出力臂較短的特點，產生的水動力轉船力矩較小。為此，順流狀態下完成的船舶掉頭相對容易。

2.2 超大型船舶應用實例

在港內完成大型船舶操縱時，船舶在富余水深較小區域，將會形成較為明顯的淺水效應。與此同時，超大型船舶自身質量相比較大，由此會形成更大的慣性作用，相應引起船舶旋回時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，應配合于大型船舶自身操縱需求，以此提升大船操縱精準性。

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

2.3 航道彎頭轉心應用實例

港內多數具有較多的彎頭。彎頭外形表現出差異性，比如凹型、凸形。在漲潮、落潮時，將會在凹處形成水流匯集。彎頭形成的區域，存在較為明顯的水深變化，凹處水深區域狀態良好，凸出水深部分區域水深驟減。航行水域較為狹窄，彎頭區域船舶數量較多，此類船舶形成了較為繁忙的交通體系，甚至會與其他船舶交匯在彎頭位置。船舶駕駛引導人員，在操作船舶時，應充分認知彎頭位置形成漲水、落水等問題時，船舶轉心與其操縱兩者之間的關系。精確完成船舶操縱，結合彎頭的彎曲趨勢，以此提升船舶轉頭的有效性，使其平穩完成過彎，保障駕駛船舶航行位置的準確性，提升航行安全性。

在天津塘沽海河外灘彎頭處經過的船舶為例，海河船閘處會根據閘東水位的高低調節海河水位而放水，一旦放水，海河水流加急，流速可能達到3-4節，將對航行的船舶操縱帶來困難。放水時，船舶往下游方向即順流通過該彎頭區域，此時船舶處于前進狀態，船舶轉心集中在船頭區域，水流自船舶右后方而至，船舶將會發生右轉，操縱時，駕駛人員應提前預判船首的偏轉運動趨勢，并及時采取船舵方向的正確性，促進彎頭順利通過。同時可采取反方向舵角操作形式，加強船舶轉動控制，以此減少船舶轉動速度較快，有效控制船舶向右偏轉。在往上游即頂流狀態完成船舶過彎，將會發現船舶右轉存在一定困難，可采取加車以提高舵效應力的措施，以此控制船舶轉動偏差問題。

當船舶面臨斜向頂流時，水流將會從船舶左前方而至，船舶轉心將會在船首約1/5位置。此時船舶轉動形成的力矩，等于舵力完成船舶轉動形成的力矩減去船舶形成水動壓力形成船舶轉動力矩，由此形成較為困難的船舶左轉問題。潮水頂流、順流等位置發生過彎時，由此形成的船舶操作作用問題各有差異，同時彎頭區域航道形式較為繁雜，駕駛引導人員在經過彎頭時應予以高度重視。

3.結論

綜上所述，對于船舶駕駛人員而言，通過熟練掌握船舶轉心變化規律，減少對船舶操縱形成的影響，較為關鍵。通過借助船舶轉心的綜合效用，能結合自身的操縱需求，提升船舶操作效率。