關于雙槳船舶正倒車交錯回轉性試驗的商榷

摘" " 要：《海船系泊及航行試驗通則》GB/T 3471-2011中對雙螺旋槳船的回轉性試驗要求：“對于雙螺旋槳船，應按規定的速度進行正倒車交錯回轉試驗，測定回轉直徑[1]。”但是，船舶技術規格書中一般只明確經濟航速（巡航速度）和設計航速，沒有“規定的航速”的定義，船東、船檢和船廠各方對其取值往往難以達成一致意見。本文通過對回轉性試驗過程和實船試驗數據進行分析，得出對“規定的航速”的理解和判斷，為雙槳船舶正倒車交錯回轉試驗的規定航速的確定提供參考。

關鍵詞：雙槳；正倒車交錯；回轉性試驗；規定航速

中圖分類號：U661.33+3 " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Discussion on Ahead and Astern Crossover Turning

Trial of Twin-propeller Ship

PAN Guoxiao，" SHI Lei，" CHEN Weilin

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.，" Guangzhou 510715，" China ）

Abstract： The \"General Principles for Mooring and Navigation Test of Sea Vessels\" GB/T 3471-2011 requires the rotation test of twin-propeller ships： \"For twin-propeller ships， the forward and reverse staggered rotation test shall be carried out according to the specified speed to determine the rotation diameter[1]. However， the technical specifications of ships generally only specify the economic speed （cruising speed） and design speed， and there is no definition of \"specified speed\"， and it is often difficult for shipowners， ship surveyors and shipyards to reach a consensus on their values. In this paper， through the analysis of the rotation test process and the actual ship test data， the understanding and judgment of the \"specified speed\" are obtained， which provides a reference for the determination of the specified speed of the forward and reverse staggered rotation test of the double propeller ship.Key words： twin-propeller;" ahead amp; astern crossover;" turning test;" specified speed

1" " "引言

向海洋要資源是世界各國戰略舉措，隨著海洋開發和海洋維權的不斷深入，對船舶的性能要求越來越高，在航速、推進功率、機動性等方面的要求也不斷提高。由于雙機雙槳比單機單槳有更好的機動性，越來越多的船舶采用雙機雙槳推進型式，使得雙機雙槳型主推進系統的應用越來越廣。雙機雙槳型船舶與單機單槳型船舶相比，海上試驗方式方法大體上相同，但也有一定區別，相應的規范標準隨著對船舶的認識的提高，不斷修訂和豐富相關試驗內容。在具體產品上如何根據現有的規范標準形成一致的試驗和檢驗共識，不僅是關系到船舶建造主要環節是否順利的問題，而且可能影響船舶安全乃至船員安全的重要問題。

2" " 全速正倒車交錯回轉試驗的安全性分析

通常情況下，對船舶試航安全的一般認識大多為船舶穩性是否滿足要求，往往容易忽略一些存在著危及安全的隱患。回轉試驗作為檢驗新船性能的一項試驗，并有相關的規定，每艘船都必須進行。對于雙槳船舶而言，需進行正車和倒車交錯回轉試驗，以此檢驗船舶的實際回轉半徑。從船舶運行速度考慮，認為全速正倒車交錯回轉試驗必定比全速雙正車回轉危險性要低，因為雙軸全速正車船舶航速為最高速度，而當全速正倒車時，當從正車轉為倒車，航速下降，航速低了危險性就自然跟著降低了，但期間忽略了主機安全和船轉向傾角的安全問題。

在雙主機全速推進過程中，兩個螺旋槳的推進力同向與船舶的阻力和是一對平衡力，船舶受力相對穩定；而當一側螺旋槳推進從正車全速前進到全速倒車過程中，使得船舶受到與航行方向相反推力，隨著船舶速度逐漸下降，船舶加速度負，當正倒車完成航速穩定后，船舶推進力與船舶阻力形成新的平衡，如圖1所示。

3" " "實船測試和應用

本文以某1 500噸級公務船實船測試為例開展分析。在船舶雙車全速前進的情況下，船舶從回轉開始至回轉到540°完成一個回轉試驗的時間一般較短，圖2為該船全速滿舵回轉試驗記錄。

上述記錄圖顯示，船舶從回轉開始至回轉到540°完成一個回轉試驗的時間為191 s，至回轉360°的時間為130 s。同時，可以發現回轉試驗開始時航速開始快速下降，從全速約20 kn下降到約16 kn用時約為30 s。如果不考慮回轉運動按照動量定理對船舶減速過程進行簡化估算，可以大概計算出船舶速度下降過程中所受到的平均力，具體如下：

由牛頓第二定律F=ma=m×" "和沖量公式I=Ft，可得

即：

式中： m為船體排水量，該船試驗時排水量為 1750 t；V0為初始速度（開始回轉瞬間速度），m/s； Vt為回轉穩定速度，m/s；t，Δ t 為從初始速度到穩定速度的時間，s； F 為船舶降速過程中的平均受力估算，t。

由此可見，在全速工況下，船舶的最高速度和轉舵后的穩定速度可以認為是一定的，減速的時間和平均受到的減速阻力也是一定的，并且均比較平衡。可以預見，在舵角非滿舵的時候，隨著舵角的減小，船舶回轉直徑增大，航速降低時間延長，船舶整體受到的平均阻力將相應減小，可以認定，全速滿舵回轉工況下，船體受到的阻力為最大。

在全速正倒車交錯回轉試驗過程中，由于損失了一臺主機的推力，航速必定比雙機全速回轉試驗要低很多，而另外一臺主機仍然以額定負荷推進，則在這一臺推進系統中及主機基座區域會形成阻力大推力小的一對非平衡作用力，圖3為某1 500噸級船全速正車最大倒車交錯回轉試驗的記錄圖。

從圖3可以看出，船舶從回轉開始至回轉到540°完成一個回轉試驗的時間記錄為256 s，回轉至360°的時間為169 s，時間比全速回轉較長。同時，從全速的約20 kn下降到約10節的時間約為30 s。如果不考慮回轉運動按照動量定理對船舶減速過程進行簡化估算，可以大概計算出船舶速度下降過程中所受到的平均力。

式中： m為船體排水量，該船試驗時排水量為 1750 t；V0為初始速度（開始回轉瞬間速度），m/s；Vt為回轉穩定速度，m/s；t，Δ t 為從初始速度到穩定速度的時間，s； F 為船舶降速過程中的平均受力估算，t。

通過與全速前進回轉試驗相比，船舶整體受力為前者3倍多，在如此大的阻力出現的情況下，船舶單側主機可能承受超負荷而導致悶死的可能，對主機可能造成嚴重的損傷。同時，在船舶轉向上，由于雙螺旋槳位于船舶中心兩側，一側的前進推力消失至變為反向，船舶左右兩側的受力極度不平衡，再受到減速加速度的阻力影響，對船舶的結構強度和傳導推進力的齒輪箱性能是一個異常嚴酷的考驗，尤其在船體結構設計裕度較小的船舶，一旦超越承受極限則可能導致失效，輕則主機、齒輪箱和機構損毀，重則由于橫傾角太大可能導致船舶側翻，造成嚴重的航行事故。如某2 000噸級船首制船在做全速回轉性試驗時，以全速前進5和最大后退的正倒車交錯進行回轉試驗時，10 s內煙囪就出現了大量黑煙，船體劇烈振動，主機處于悶死的臨界點上，船橫傾角15°并逐漸在增大，根本無法在設計安全考慮范圍內完成試驗，最終只能及時降低試驗初始速度，然后逐級試驗，直到單側主機前進2和另一主機最大倒車工況時，才順利完成了該試驗，而此時的航速約為5 kn。

或許是出于航行安全考慮，故而《海船系泊航行試驗通則》GB/T 3471-2011中并沒有要求在全速航行情況下進行正倒車回轉試驗，而是表述為“規定航速”，至少可以認為“規定航速”應該是不至于導致船舶航行危險的航速，而不同船舶的設計和穩性差異巨大，這或許是難以規定其具體航速的緣故。

4" " "結論

通過以上分析和實測數據，可以認為“規定航速”首先應為對船舶設備及航行安全不構成危險的航速，那么在什么情況下的航速才是不構成危險的航速呢？對主機而言，至少要保證不超過單臺主機的最大負荷，其次，對結構及齒輪箱受力而言，至少要保證交錯回轉時的受力不超出設計要求，最后，全速情況下的正倒車交錯回轉，由于船舶慣性及滿舵轉向力共同作用，船舶會向轉向外側快速傾斜，此時對船舶穩性將是一個最嚴峻的考驗，一旦再遇到突發的海上陣風或海浪、暗涌等影響，很可能會對試驗船舶和試驗人員的安全造成嚴重威脅。基于以上考慮，在船舶設計初期，可根據船舶的性能和用途明確其“規定航速”的具體值，以達到船體結構設計和主機等設備避免因“規定航速”的理解歧義導致新造船舶損毀或試驗安全事故的發生，同時，在條件允許的條件下，亦可以結合試驗的海況及同類型船舶的試驗記錄數據，采取逐級摸索試驗船舶的“規定航速”邊界，達到保障船舶航行安全的最終目的。

參考文獻

[1] 海船系泊及航行試驗通則：GB/T 3471-2011[S]．北京：中國標準出版社，2012．