拖輪助操小型船舶轉(zhuǎn)船效應(yīng)分析

連云港引航站 孫加順

大連海事大學(xué)航海學(xué)院 肖仲明

拖輪助操小型船舶轉(zhuǎn)船效應(yīng)分析

連云港引航站 孫加順

大連海事大學(xué)航海學(xué)院 肖仲明

拖輪是協(xié)助船舶在港內(nèi)操作的主要設(shè)備，根據(jù)海上引航事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，港內(nèi)拖輪協(xié)助小型船舶發(fā)生事故占絕大多數(shù)。通過對拖輪助操船舶的基本方法和受力進(jìn)行研究，運(yùn)用操船實(shí)例對拖輪助操小型船舶轉(zhuǎn)船效應(yīng)進(jìn)行分析，對港內(nèi)使用拖輪助操小型船舶如何有效控制轉(zhuǎn)動(dòng)做進(jìn)行探討，提出判斷拖輪助操小型船舶轉(zhuǎn)船效應(yīng)的關(guān)鍵是判斷拖力或碰墊的摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩大于橫向拖力產(chǎn)生的力矩的大小和方向。

拖輪；小型船舶；轉(zhuǎn)船效應(yīng)

隨著船舶發(fā)展大型化，大型船舶的進(jìn)出引起港口各個(gè)相關(guān)部門的重視，海事局交管中心對航行環(huán)境，如風(fēng)流、能見度控制較嚴(yán)格，輪駁公司提前預(yù)留足夠的大馬力拖輪協(xié)助，引航站也派遣經(jīng)驗(yàn)豐富、級(jí)別高的引航員參與工作，引航員的注意力也轉(zhuǎn)向了大型船舶的靠泊安全，但是根據(jù)海上引航事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，小型船舶發(fā)生事故占絕大多數(shù)。小型船舶一般設(shè)備較差，引航員也比較年輕，船舶航行中若出現(xiàn)緊急危險(xiǎn)情況，難以快速作出正確的判斷。本文就小型船舶在拖輪協(xié)助離泊過程中容易出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況進(jìn)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(xié)助”的作用，故在確定拖輪在操縱中的協(xié)助方式時(shí)，需考慮被協(xié)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(xié)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(xié)助方式。它是拖輪協(xié)助船舶最常用的方式之一，適用于力的作用點(diǎn)不變、方向經(jīng)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(xié)助方式。它也是拖輪協(xié)助船舶最常用的方式之一，適用于力的作用點(diǎn)經(jīng)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(cè)部將拖輪的作用力傳遞給被拖船的一種協(xié)助方式。它是拖輪協(xié)助船舶較為常用的方式之一，適用于力的作用點(diǎn)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(xié)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(dāng)拖輪推力作用點(diǎn)位于船中之前某一點(diǎn)時(shí)，其受力情況見圖4。

圖4 前進(jìn)中拖輪頂推船舶前部時(shí)受力分析

當(dāng)船舶以較低的速度航行時(shí)，ZP拖輪要想以垂直于船舶首尾拋面的方向頂推時(shí)，其發(fā)出的推力及產(chǎn)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(dāng)船舶達(dá)到一定船速時(shí)，將發(fā)生RT× c＞XT×b的情況，拖輪將沿船舶前進(jìn)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)（見圖4中的虛線部分）。因此，船速較高時(shí)，拖輪一般很難保持垂直頂推姿態(tài)。

2. 被拖帶/頂推/傍拖輪受力分析

當(dāng)拖輪推力作用點(diǎn)位于船中之前某一點(diǎn)時(shí)，其受力情況見圖4。

當(dāng)船舶以較低的速度航行時(shí)，拖輪推力對船舶產(chǎn)生的轉(zhuǎn)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(diǎn)距船舶水動(dòng)力中心的縱向距離；B為船舶寬度。

隨著船速的提高，水動(dòng)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(dāng)船速提高至XL×B/2＞YL×a時(shí)，拖輪將起到相反的作用。因此，船舶轉(zhuǎn)船效應(yīng)隨著船速的提高而下降，船速達(dá)到一定值時(shí)，拖輪不但將失去轉(zhuǎn)船效果，還可能起到相反的作用。

三、拖輪助操小型船舶轉(zhuǎn)船效應(yīng)應(yīng)用

實(shí)例1：2009年10月24日10：00，天氣晴，微風(fēng)，“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(jié)水面。引航員安排1條全回轉(zhuǎn)拖輪“云港四號(hào)”協(xié)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(shí)被拖船Dead Slow倒車，準(zhǔn)備拖錨至港池外掉頭。隨著船舶退速增加到3 kn左右時(shí)，船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了快速向左旋轉(zhuǎn)，且船舶在首尾方向上的退速減緩。此時(shí)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(zhuǎn)，引航員命令拖輪“微速進(jìn)”頂推，此時(shí)整個(gè)船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)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(shí)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(shí)例2：2011年2月12日12：00，天氣晴，微風(fēng)，“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(jié)水面。引航員安排1條全回轉(zhuǎn)拖輪“云港二號(hào)”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(zhǔn)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了快速向左旋轉(zhuǎn)，且船舶在首尾方向上的退速減緩，此時(shí)船首以較快的速度左旋壓向11號(hào)泊位靠泊船。為了抑制這種快速的左轉(zhuǎn)，引航員命令被拖船停車。同時(shí)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(diào)頭區(qū)位置③處安全將頭掉好。

上述實(shí)例中，當(dāng)拖輪助操小型船舶時(shí)，小型船舶以較高速度后退過程中，拖輪采取頂推方式時(shí)很難保持垂直狀態(tài)，如圖5位置②處，小型船舶受拖輪的摩擦力變大，摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩大于橫向拖力產(chǎn)生的力矩，船首繼續(xù)左偏，船舶產(chǎn)生明顯的向左橫移，因此，此時(shí)拖輪不能頂推。同樣，在實(shí)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(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩大于橫向拖力產(chǎn)生的力矩，使得被拖船首尾線退速明顯減小，船舶向左偏轉(zhuǎn)得到抑制，因此，此時(shí)拖輪應(yīng)采取斜向后拖帶。

四、結(jié)論

在港內(nèi)使用拖輪助操小型船舶時(shí)，駕引人員應(yīng)當(dāng)充分考慮隨著被拖帶船舶的速度的提高，會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)船效果喪失或相反的轉(zhuǎn)船效應(yīng)。判斷船舶轉(zhuǎn)船效應(yīng)的關(guān)鍵是判斷拖力或碰墊的摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩大于橫向拖力產(chǎn)生的力矩的大小和方向，并注意：如果港池足夠?qū)挸?，盡量拉大橫向距離A。即使轉(zhuǎn)船力矩較大，也有足夠的旋轉(zhuǎn)余地；如果產(chǎn)生相反的船舶轉(zhuǎn)船效應(yīng)時(shí)，被拖船應(yīng)配合降低船速或利用船首錨鏈進(jìn)行抑制，拖輪應(yīng)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(yīng)用，對于影響船舶操縱的風(fēng)流、螺旋槳橫向力、岸壁效應(yīng)等因素沒有考慮，駕引人員應(yīng)運(yùn)用理論知識(shí)，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(xué)出版社,2008.

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.11.007