鋼質(zhì)海船與長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性能測(cè)試方案

鄭錫珍++萬偉++范和平

摘 要：船舶具有技術(shù)復(fù)雜，投資大和使用周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此船舶安全性能就顯得尤為突出，而良好的船舶操縱性能是船舶安全性的重要保證條件。因此本文介紹了《GB/T 3471-1995海船系泊及航行實(shí)驗(yàn)通則》和《JT/T258-2004長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性衡準(zhǔn)》中相關(guān)船舶操作性能的測(cè)試方案和要求。通過比較和分析總結(jié)出規(guī)范中的異同，對(duì)鋼質(zhì)海船和長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶的操作性能測(cè)試和操縱工作具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：船舶操縱性 航向穩(wěn)定性 回轉(zhuǎn)性試驗(yàn) Z形試驗(yàn)

船舶是一種在水面或水中可移動(dòng)的建筑物。它具有技術(shù)復(fù)雜，投資大和使用周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，并且與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)等許多方面有著非常密切的關(guān)系，因此船舶的安全性是非常重要的，而良好的船舶操縱性能是船舶適用性、經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要保證條件，如何進(jìn)行船舶操縱性能的綜合測(cè)試和分析是一項(xiàng)非常重要的工作。

船舶的操縱性能與船型參數(shù)、航速、螺旋槳（主機(jī)）轉(zhuǎn)速、螺旋槳參數(shù)、舵參數(shù)以及航行環(huán)境（主要是航行區(qū)域風(fēng)、浪、流情況，在限制航道里也包括水深、航道寬度等）參數(shù)有關(guān)，因此根據(jù)船舶航行的不同水域環(huán)境，其操作性能的測(cè)試也要有相應(yīng)針對(duì)性的方法和要求。研究鋼質(zhì)海船和長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶相關(guān)規(guī)范中的操作性能測(cè)試項(xiàng)目的方法和要求，通過比較和分析總結(jié)出規(guī)范中的異同，對(duì)鋼質(zhì)海船和長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶的操作性能測(cè)試和操縱工作具有非常重要的意義。

鋼質(zhì)海船航行性能測(cè)試方案

根據(jù)《GB/T 3471-1995海船系泊及航行實(shí)驗(yàn)通則》規(guī)定，船舶航行性能測(cè)試的具體項(xiàng)目及試驗(yàn)要求如下：

1、航向穩(wěn)定性試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：試驗(yàn)海區(qū)有足夠的水深、助航距離和回旋余地。

試驗(yàn)方法：①保持舵角不變，測(cè)量航向變化情況：a、船舶在全速情況下，在預(yù)定航向上進(jìn)行穩(wěn)定直線航行；b、在穩(wěn)定3～5min后，保持正舵不變，每隔10～30s測(cè)量記錄羅經(jīng)航向讀數(shù)，連續(xù)測(cè)量3～5min；c、順流和逆流情況各進(jìn)行1次。②保持航向不變，測(cè)量操舵情況：a、船舶在全速情況下，在預(yù)定航向上進(jìn)行穩(wěn)定直線航行；b、測(cè)量在保持航向不變情況下，為保持航向不變所操舵次數(shù)及最大操舵角度，連續(xù)測(cè)定3～5min；c、對(duì)于雙螺旋槳船舶，應(yīng)測(cè)量左、右單槳推進(jìn)時(shí)，為保持航向不變所操舵次數(shù)及最大操舵角度；d、順流和逆流情況各進(jìn)行1次。

2、Z形操縱試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：試驗(yàn)海區(qū)有足夠的水深、助航距離和回旋余地。

試驗(yàn)方法：①船舶在預(yù)定航向上穩(wěn)速直航2～3min。②快速操舵至右10°，穩(wěn)住舵角。③當(dāng)艏向角達(dá)右10°時(shí)，快速反向操舵至左10°，穩(wěn)住舵角。④當(dāng)艏向角偏離初始艏向角左10°時(shí)，快速操舵至右10°，穩(wěn)住舵角。⑤當(dāng)艏向角再次達(dá)偏離初始艏向角右10°時(shí)，快速操舵至左10°，穩(wěn)住舵角。⑥當(dāng)艏向角向左達(dá)初始艏向角時(shí)，快速操舵回中，至此一次試驗(yàn)結(jié)束。⑦連續(xù)測(cè)量和記錄時(shí)間、航速、舵角、艏向角，分別繪出Z形操縱試驗(yàn)記錄曲線。

3、回轉(zhuǎn)性試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：試驗(yàn)海區(qū)有足夠的水深、助航距離和回旋余地。

試驗(yàn)方法：①測(cè)試船舶在全速情況下，向左、向右回轉(zhuǎn)直徑、最大橫傾角；②船舶在全速情況下，在預(yù)定航向上穩(wěn)定直航2～3min，按規(guī)定操舵至35°或允許最大舵角待船艏向角變化達(dá)到540°時(shí)，即一個(gè)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)束，按照相同程序反方向操舵進(jìn)行下一個(gè)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)；③對(duì)于雙螺旋槳船，還應(yīng)按規(guī)定的航速進(jìn)行正倒車交錯(cuò)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)，測(cè)定回轉(zhuǎn)直徑；④在回轉(zhuǎn)過程中，連續(xù)記錄時(shí)間、航速、艏向角、橫傾角和回轉(zhuǎn)角速度等，船舶在轉(zhuǎn)動(dòng)90°、180°、270°、360°、450°、540°時(shí)的所需時(shí)間和其坐標(biāo)。

4、停船試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：試驗(yàn)海區(qū)有足夠的水深、助航距離和回旋余地。

試驗(yàn)方法：①分別測(cè)定船舶按照規(guī)定的半速和全速工況下，停車和全速倒車時(shí)，船舶的慣性停船縱距、橫距、時(shí)間、船艏偏轉(zhuǎn)度數(shù)；②半速、全速慣性停船實(shí)驗(yàn)：船舶在預(yù)定的航向上，以規(guī)定的航速穩(wěn)定直線航行，記錄初始航向、航速、主機(jī)轉(zhuǎn)速；從船舶發(fā)出停車令開始至船舶接近對(duì)移動(dòng)停止位一次實(shí)驗(yàn)完成，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)保持舵角為零。

半速、全速倒車停船實(shí)驗(yàn)：①船舶在預(yù)定的航向上，以規(guī)定的航速穩(wěn)定直線航行，記錄初始航向、航速、主機(jī)轉(zhuǎn)速；②從船舶發(fā)出停車令開始，按照主機(jī)操作規(guī)程操作，直到船舶接近對(duì)移動(dòng)停止位一次實(shí)驗(yàn)完成，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)保持舵角為零。

5、威廉遜（Willamson）溺水救生試驗(yàn)。

試驗(yàn)要求：試驗(yàn)海區(qū)有足夠的水深、助航距離和回旋余地。

試驗(yàn)方法：①船舶以設(shè)定航速穩(wěn)定直航時(shí)，從船中部一舷側(cè)向外拋出浮標(biāo)（代表落水者）；②向浮標(biāo)一側(cè)（假設(shè)為右舷）快速右滿舵，待船航向右偏轉(zhuǎn)60°～90°之間時(shí)，快速反向操左滿舵；③船航向與原直航航向接近反向時(shí)，（一般提前60°左右）回舵至中；④船航向與原航向成反向時(shí)，保持直航并減速；⑤船接近浮標(biāo)時(shí)，船航速減至零，試驗(yàn)結(jié)束；⑥測(cè)量和記錄從試驗(yàn)開始第一次操滿舵至第二次反向舵的時(shí)間，以及從第二次操舵反向滿舵開始至回舵時(shí)間。

長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶航行性能測(cè)試方案

根據(jù)《JT/T258-2004長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性衡準(zhǔn)》規(guī)定，本標(biāo)準(zhǔn)適用于在長(zhǎng)江干線（宜賓至吳淞口） 航行的運(yùn)輸船舶（高速船除外），船舶航行性能測(cè)試的具體項(xiàng)目及要求如下：

1、直線穩(wěn)定性試驗(yàn)或操舵穩(wěn)定性試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：①在水流平順、流速平穩(wěn)的直水道進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)順、逆向風(fēng)力應(yīng)小于蒲氏3級(jí)，橫向風(fēng)力應(yīng)小于蒲氏2級(jí)；②一般以逆流行駛為準(zhǔn)，必要時(shí)可進(jìn)行二至三次的重復(fù)試驗(yàn)；③起測(cè)前應(yīng)保持常車穩(wěn)速、航向穩(wěn)定且與水流方向平行；④雙槳船舶左右槳轉(zhuǎn)速之差應(yīng)小于額定轉(zhuǎn)速1%。

試驗(yàn)方法：正舵直航3min，連續(xù)測(cè)定船艏方向變化；或操舵保持航向直航5min，連續(xù)測(cè)定轉(zhuǎn)舵角對(duì)應(yīng)時(shí)間的變化。

2、航向改變性試驗(yàn)

試驗(yàn)要求： ①在水流平順、流速平穩(wěn)的寬直水道進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)風(fēng)力應(yīng)小于蒲氏3級(jí)；②一般以逆流行駛為準(zhǔn)，條件允許時(shí)可進(jìn)行順、逆流兩種行駛狀況的試驗(yàn)， 以資以較；③起測(cè)前應(yīng)保持常車穩(wěn)速、 航向穩(wěn)定且與水流方向 基本平行；④按規(guī)定舵角系列進(jìn)行，每一操舵向左、向右各做一次，每一工況的變向角、反壓舵角均為15°；⑤每一工況待變向角回零結(jié)束，然后調(diào)整船位、航向，穩(wěn)向航行3min-5min，待航速穩(wěn)定后，繼續(xù)下一工況的試驗(yàn)；⑥雙槳船舶左右槳轉(zhuǎn)速之差應(yīng)小于額定轉(zhuǎn)速1%。

試驗(yàn)方法。按規(guī)定系列舵角（士10°，士15°，士20°，士25°）進(jìn)行，測(cè)定每一操舵角的下列延時(shí)：①首動(dòng)延時(shí)（t1）；2）達(dá)到變向15°延時(shí)（t2）；③航向反轉(zhuǎn)延時(shí)（tR）并測(cè)定慣性超越度數(shù)（OR）；④時(shí)間單位均為秒（S）。

3、旋回試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：①在寬闊且水深吃水比大于2的靜水水域進(jìn)行試驗(yàn).試驗(yàn)時(shí)風(fēng)力小于蒲氏3級(jí)；②每次旋回試驗(yàn)的初始航速應(yīng)一致，一般以對(duì)應(yīng)常用轉(zhuǎn)速的航速為準(zhǔn)；③旋回運(yùn)動(dòng)軌跡的測(cè)繪，可采用下述一測(cè)定方法：a、繞標(biāo)測(cè)角法；b、—方位距離法；c、交叉方位法；d、如流速不大亦可采用航速、變向角積分法。

試驗(yàn)方法：連續(xù)測(cè)定船首方向變化0°，10°，20°，30°以后每變化30°直至變向540°止各個(gè)瞬間的對(duì)應(yīng)延時(shí)、船位、航向以及船速。

4、制動(dòng)試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：①一般應(yīng)選擇有明顯岸標(biāo)的靜水水域進(jìn)行試驗(yàn)；②以常速前進(jìn)改全速倒退的工況為準(zhǔn)。所指全速倒退的倒車轉(zhuǎn)速取。0.8～0.85主機(jī)額定功率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；③起測(cè)和終止測(cè)定兩測(cè)點(diǎn)的時(shí)刻精確掌握。發(fā)倒車令瞬間起測(cè)，船舶相對(duì)岸停止瞬間終止測(cè)定；④沖程可按下述任一方法予以測(cè)定：a、方位距離法；b、速降曲線積分法；⑤在測(cè)定過程中，可以操舵糾正首向偏離，但操舵舵角應(yīng)控制在左、右10°范圍內(nèi)；⑥如在流速不大的水域進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)增加試驗(yàn)水域水速的測(cè)定內(nèi)容。

試驗(yàn)方法：①發(fā)倒車令瞬間起測(cè)，連續(xù)測(cè)定按一定時(shí)間間隔各瞬間的船位、航向及船速直到船舶停止前進(jìn)止；②記錄倒開開出延時(shí)、倒車穩(wěn)定轉(zhuǎn)速及其延時(shí)和起測(cè)至終測(cè)的總時(shí)間。

5、倒航操舵穩(wěn)定性試驗(yàn)

試驗(yàn)要求：①在寬闊、水流順直且有明顯岸標(biāo)的水域進(jìn)行試驗(yàn)；②取順流行駛狀況，起測(cè)前應(yīng)及早停車以降低航速；③待航速接近零且航向基本穩(wěn)定，舵位回零然后發(fā)倒車令，初倒時(shí)可用左右不同車速協(xié)助穩(wěn)向；④船舶對(duì)岸停止瞬間開始測(cè)定，延續(xù)3min終止測(cè)定；⑤如操滿舵持續(xù)達(dá)20s仍不能減小轉(zhuǎn)勢(shì)，則停止試驗(yàn)；⑥雙槳船舶左右槳轉(zhuǎn)速之差應(yīng)小于額定轉(zhuǎn)速1%。

試驗(yàn)方法：開倒車待船舶停止前進(jìn)開始測(cè)定，連續(xù)測(cè)定保持航向后退3min的操舵角變化，船艏方向變化，并測(cè)定倒航對(duì)水速度和倒車穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

比較分析

船舶的航行安全與其所處的水域有很大關(guān)系，因此鋼質(zhì)海船和長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶的船舶操縱性測(cè)試規(guī)范也有各自的考量，通過對(duì)《GB/T 3471-1995海船系泊及航行實(shí)驗(yàn)通則》和《JT/T258-2004長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性衡準(zhǔn)》進(jìn)行比較分析，可以發(fā)現(xiàn)有些不同之處。

1、 航向穩(wěn)定性試驗(yàn)

在該試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試過程中，對(duì)于鋼質(zhì)海船和長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶都需測(cè)兩種性能，一種是保持舵角不變，測(cè)量航向變化情況；另一種是保持航向不變，測(cè)量操舵情況。但在這兩種規(guī)范中也有不同之處，如在后一種測(cè)試情況中，《GB/T 3471-1995海船系泊及航行實(shí)驗(yàn)通則》中需要記錄為保持航向不變所操舵次數(shù)及最大操舵角度，而在《JT/T258-2004長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性衡準(zhǔn)》中規(guī)定記錄連續(xù)測(cè)定轉(zhuǎn)舵角對(duì)應(yīng)時(shí)間的變化。

2、 航向操縱性試驗(yàn)

在《GB/T 3471-1995海船系泊及航行實(shí)驗(yàn)通則》中對(duì)應(yīng)的是Z形操縱試驗(yàn)，試驗(yàn)中需操舵舵角10°和20°，分別測(cè)取相關(guān)數(shù)據(jù)和計(jì)算兩種情況下各自的第一次和第二次超越角以及分別繪出Z形操縱試驗(yàn)記錄曲線；在《JT/T258-2004長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性衡準(zhǔn)》中對(duì)應(yīng)是航向改變性試驗(yàn)，試驗(yàn)中操舵舵角分別10°、15°、20°及25°分別測(cè)取每種情況下的：首動(dòng)延時(shí)（t1）；達(dá)到變向15°延時(shí)（t2）；航向反轉(zhuǎn)延時(shí)（tR）并測(cè)定慣性超越度數(shù)（OR）。

3、 回轉(zhuǎn)性試驗(yàn)

在《GB/T 3471-1995海船系泊及航行實(shí)驗(yàn)通則》中規(guī)定應(yīng)連續(xù)記錄時(shí)間、航速、艏向角、橫傾角和回轉(zhuǎn)角速度等，船舶在轉(zhuǎn)動(dòng)90°、180°、270°、360°、450°及540°時(shí)的所需時(shí)間和其坐標(biāo)以及計(jì)算出船舶縱距、橫距、戰(zhàn)術(shù)直徑和回轉(zhuǎn)直徑等參數(shù)。在《JT/T258-2004長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性衡準(zhǔn)》中連續(xù)測(cè)定船首方向變化0°、10°、20°及30°以后每變化30°直至變向540°止各個(gè)瞬間的對(duì)應(yīng)延時(shí)、船位、航向以及船速。

4、 慣性試驗(yàn)

在《GB/T 3471-1995海船系泊及航行實(shí)驗(yàn)通則》中對(duì)應(yīng)的是停船試驗(yàn)，試驗(yàn)中分別測(cè)定船舶按照規(guī)定的半速和全速工況下，停車和全速倒車時(shí)，船舶的慣性停船縱距、橫距、時(shí)間、船艏偏轉(zhuǎn)度數(shù)；在《JT/T258-2004長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性衡準(zhǔn)》中對(duì)應(yīng)制動(dòng)試驗(yàn)。在這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)中，試驗(yàn)中至發(fā)倒車令瞬間起測(cè)，連續(xù)測(cè)定按一定時(shí)間間隔各瞬間的船位、航向及船速直到船舶停止前進(jìn)止。并記錄倒開開出延時(shí)、倒車穩(wěn)定轉(zhuǎn)速及其延時(shí)和起測(cè)至終測(cè)的總時(shí)間。

考慮到相關(guān)水域的寬闊程度和對(duì)相應(yīng)船舶操縱性能要求的不同，有些測(cè)試項(xiàng)目只是在相應(yīng)的規(guī)范中出現(xiàn)，而不是在兩中規(guī)范中同時(shí)出現(xiàn)，如《GB/T 3471-1995海船系泊及航行實(shí)驗(yàn)通則》中的威廉遜（Willamson）溺水救生試驗(yàn)和《JT/T258-2004長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性衡準(zhǔn)》中的倒航操舵穩(wěn)定性試驗(yàn)。

結(jié)論

上文介紹了《GB/T 3471-1995海船系泊及航行實(shí)驗(yàn)通則》和《JT/T258-2004長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶操縱性衡準(zhǔn)》中相關(guān)船舶操作性能的測(cè)試方案和要求。綜上可知，長(zhǎng)江運(yùn)輸船舶的測(cè)試環(huán)境和要求比鋼質(zhì)海船的要嚴(yán)格一些，主要是因?yàn)殚L(zhǎng)江水域環(huán)境相對(duì)狹窄和復(fù)雜，因而也需相應(yīng)的提高測(cè)試要求。

（第一作者單位：舟山卓林船舶設(shè)計(jì)有限公司，第二、三作者單位：浙江增洲造船有限公司。）

本文為基金項(xiàng)目：2013年浙江省重大科技專項(xiàng)（5600m3超低溫冷藏遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化），編號(hào)2013C03033

2013年舟山市科技局項(xiàng)目（5600m3超低溫冷藏遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化），編號(hào)2013C11015）