球鼻首對船舶操縱性的影響及案例分析

周義

摘 要：筆者基于船舶操縱理論知識，探討了球鼻首對普通貨船主要操縱性能的影響，并以此為基礎對某滿載靈便型船擱淺原因做了全面分析。

關(guān)鍵詞：球鼻艏 旋回性 航向穩(wěn)定性 舵角 船速

近些年來隨著計算機技術(shù)飛速發(fā)展，人們通過電腦模擬計算設計出的球鼻首可有效減小船舶航行阻力并使船舶的航行速度得以提高。另一方面，加裝球鼻首后船舶本身的操縱性能也將隨之改變甚至發(fā)生巨大變化。令人遺憾的是部分習慣操縱無球鼻艏船舶的駕引人員對此并不重視。最近幾年在我國水域發(fā)生了數(shù)起與之有關(guān)的海上安全事故和事件，因此筆者認為有必要對此問題做深入探討。

球鼻首對船舶操縱性能的影響

球鼻艏對船舶操縱性能的影響主要表現(xiàn)在船舶旋回性能、船舶追隨性能、船舶變速性能這幾方面。實踐證明駕引人員對船舶操縱性能的熟悉程關(guān)乎其能否安全妥當操縱船舶。

1、球鼻首對船舶變速性能的影響

球鼻艏的設置大幅度改變了船舶水線以下縱向面積分布，使船舶重心前水線以下面積明顯增大；相應地當船舶對水移動時球鼻艏將使運動船舶周圍的水壓分布發(fā)生改變。當船舶從靜止或較低速度進車加速時，在加速初期由于船速較低在有球鼻艏和無球鼻艏船舶船首附近形成的興波波高均較低，興波產(chǎn)生的阻力對此兩類船舶的影響沒什么差別。當船舶從較高速度持續(xù)加速時情況就不同了，相比較而言在設有球鼻艏船舶的船首附近形成的興波波高必然會明顯減小；因此，此類船舶在高速行駛條件下所受興波阻力較無球鼻艏船舶所受興波阻力會有所減小。也就是說在整個加速過程中球鼻艏確實有助于提高船舶的加速性能且有助于提高船舶的額定巡航速度。

高速行駛的船舶停車淌航后，船速將逐漸衰減。在主機停車初期由于船體對水移動速度較快，在有球鼻艏船舶船首附近形成的興波較低，興波導致的興波阻力也較小，在此階段設有球鼻艏船舶的速度衰減幅度小于無球鼻艏船舶的速度衰減幅度。總的來說有球鼻艏船舶的停車減速性能劣于無球鼻艏船舶的停車減速性能，特別是在淺水水域尤其明顯。

2、球鼻艏對船舶旋回性能的影響

對水移動的船舶向一舷作舵后，船體便開始向某一舷加速偏轉(zhuǎn)，有球鼻艏船舶在加速旋轉(zhuǎn)階段，作用在其船體上的水動力作用點，較作用在同樣主尺度、同樣載況無球鼻艏船體上的水動力作用點更接近船舶首柱；再加上船舶首柱前水線以下面積明顯增大，在沖角、船舶對水速度相同條件下水動力將產(chǎn)生較無球鼻首船舶更大的轉(zhuǎn)船力耦合矩，相應地舵力轉(zhuǎn)船力矩系數(shù)的值也因此相應增大。此外，雖然因增設球鼻艏也會使船體本身的回阻矩系數(shù)b的值有所增大，但對同一船舶來說，因其增幅較小，因此船舶旋回性指數(shù)K=a/b的值最終還是增大。這就是設有球鼻艏船舶的旋回性能優(yōu)于無球鼻首船舶旋回性能的根本原因。在實際操縱船舶時，駕引人員最直接感受就是向一舷作舵后，在船舶旋轉(zhuǎn)初期有球鼻艏船舶的旋轉(zhuǎn)角速度增幅快，其縱距及旋回初徑較無球鼻首船舶的縱距及旋回初徑小。

3、球鼻艏對航向穩(wěn)定性影響

船舶航向穩(wěn)定性又被稱為追隨性。相比較而言由于有球鼻艏船舶的水下浸水面較無球鼻首船舶的水下浸水面長，因此在相同條件船舶作旋回運動時，船體本身所產(chǎn)生的船舶虛慣性矩I的值較旋回阻矩系數(shù)b的值有大幅增加，也就是說追隨性指數(shù)T=I/b的值也將隨之增大，球鼻艏船舶的航向穩(wěn)定性必然劣于無球鼻艏船舶的航向穩(wěn)定性。在實際操縱船舶時，駕引人員最直接感覺就是把定無球鼻艏船舶比把定有球鼻艏船舶容易。

綜上所述，我們可以看出球鼻艏對船舶操縱性能的影響既有利也有弊，作為操船著應學會趨利避害，特別是當各種不利因素疊加在一起時，極易導致海上安全事故發(fā)生，操船者事先對此應做好應對措施。

事故案例分析

1、事故船舶與通航環(huán)境

2012年2月某輪（船長189.99m，寬32.23m，艏吃水12.75m，艉吃水12.8m）滿載礦砂56，942.00t，按計劃掛靠北方某港。該輪在由主航道轉(zhuǎn)入支航道過程中，因引船長操作不當致該輪偏離航道船首擱淺。

發(fā)生事故水域通航環(huán)境如下圖所示。支航道海圖水深為-14.5m，走向為310°，航道邊坡坡度為1：5，D號燈標與E號燈標之間距離約300m。主航道水深19.8m，航道寬320m，每對燈標之間的距離約為1海里。當時能見度約3海里，流速近乎為零，風力3級風向偏西。

2、事故經(jīng)過

擱淺經(jīng)過。在轉(zhuǎn)入支巷道之前，距離D號燈標3海里時，該輪航速為9.9節(jié)，該船長發(fā)現(xiàn)有一條小船停在北支航道口外主航道的進港巷內(nèi)。該小船若不駛離 ， 將妨礙該輪正常轉(zhuǎn)入北支巷道。該船長數(shù)次鳴笛示警后，發(fā)現(xiàn)該小船仍停留在原位置并沒有駛離的跡象。為了延遲同該小船的會遇時間，該船長在船首平轉(zhuǎn)向燈標D號標時即在位置（2）處，令主機由“HALF AHEAD”減至“SLOW AHEAD”，同時令舵工操左舵10°讓清該小船。讓清小船后船舶行駛至位置（3）處時，船速降至9.7節(jié)，令舵工操右舵20°使該輪轉(zhuǎn)入北支巷道；待船首讓清E號燈標后該船長令舵工正舵并把定船舶，此時船速將為7.8節(jié)，船首向大約為330°，船體轉(zhuǎn)至位置（4）處。片刻之后該引發(fā)現(xiàn)船首旋轉(zhuǎn)角速度一直沒有減弱的趨勢，隨即命令舵工壓左滿舵；經(jīng)短時觀察該船長發(fā)現(xiàn)該輪的轉(zhuǎn)向角速度依然沒有明顯下降，這時該船長才意識到如果再不采取果斷措施很可能導致該輪沖出航道擱淺，便馬上命令“HALF AHEAD”，此時船速降為7節(jié)；不幸的是仍未能及時抑制住船首向右偏轉(zhuǎn)的趨勢，最終船艏在位置（5）處與航道邊坡發(fā)生觸碰，船體擱淺。

3、案例分析

如前文所述，由于該類型船具有較大的長寬比及較大方形系數(shù)，因此具有此主尺度船舶均有很好旋回性及較差的追隨性（航向穩(wěn)定性）；再加上此類型船舶均設有球鼻艏這就使該類型船較相近主尺度的無球鼻艏船舶具有更好的旋回性及更差的航向穩(wěn)定性。筆者認為該輪船長對此缺乏充分認識，此乃導致此次事故發(fā)生的根本原因。

該船長在距離D號標3海里時就發(fā)現(xiàn)有小船停在北支巷道口附近、妨礙該輪正常駛?cè)氡敝锏馈榱搜舆t會遇時間，雖然該船長在船首平D號燈標時使該輪的主機的推進轉(zhuǎn)數(shù)從“HALF AHEAD”減至“SLOW AHEAD”，看起來該船長對該船滿載時的停船性能并不十分了解，更沒有意識到因該輪設有球鼻艏，船舶減速性能因此會變得更差。筆者認為在距小船2海里之外就應使主機從“HALF AHEAD”減至“DEAD SLOW AHEAD”，這樣做不但能維持舵效并大幅降低經(jīng)過該小船時航速，而且能大幅延遲與該小船的會遇時間。除此之外在用大舵角轉(zhuǎn)向進入北支航道時，船長應令主機短時前進三進車、增大螺旋槳的滑失率并提高舵效，以期在較短時間內(nèi)讓清E號燈標并為后續(xù)反向壓舵把定船舶留有充裕的時間和旋回余地。

讓清E號燈標后，該船長沒有明確下達壓舵具體多少度的指令，只是令舵工“把定”；如果舵工缺乏操舵經(jīng)驗或在此情況下沒有操左滿舵，無疑就失去了把定船舶的最佳時機。另外在關(guān)鍵時刻船長僅令“把定”不叫“操舵度數(shù)”，這也是對該類船舶的操縱性能心里沒底的表現(xiàn)，等于變相地把控船權(quán)交給了舵工。當然也可能是另一種情況，該船長完全了解該類型船的操縱性能，發(fā)出“把定”口令后過分相信舵工，沒有及時觀察舵角指示器，并不了解當時舵工操多大舵角。

當該船長發(fā)現(xiàn)舵工未能及時把定船舶時，僅僅令舵工“左滿舵”，沒有下“full ahead”指令，再一次錯過也許能避免船舶擱淺的最后一次機會。

結(jié)束語

球鼻首對船舶各項操縱性能均有不同程度的影響，其對船舶的旋回性及航向穩(wěn)定性的影響尤其明顯。有些船長從操縱無球鼻首船舶到改操有球鼻艏船舶，在換船初期對此并未予以重視，這也是船長在接手這類船舶初期事故多發(fā)的原因之一。

參考文獻：

[1] 天津港引航中心《船舶海上安全事故匯編》.

（作者單位：天津港引航中心）endprint