超大型集裝箱船靠泊分析

李磊

摘 要：本文將超大型集裝箱船和普通集裝箱船、大型礦船比較，將超大型集裝箱船的降速性能、倒車偏轉(zhuǎn)性能、大風(fēng)對船舶的影響等在靠泊過程中值得注意的問題作簡要的分析，通過數(shù)據(jù)計算為實際操作提供數(shù)據(jù)支持，從而更好的駕引此類船舶完成進出港的靠泊操作，讓此類船舶的進出港操作更科學(xué)、更高效、更安全。

關(guān)鍵詞：超大型集裝箱船；摩擦阻力；降速性能；偏轉(zhuǎn)抑制

中圖分類號：U675.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）06-0059-02

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和造船技術(shù)水平的不斷提高，船舶大型化的步伐從沒有停歇，人們對于貨物運輸?shù)姆奖?、快捷、高效等多方面的要求，使集裝箱船舶的大型化進程遠遠走在其他類型船舶的前面，在短短的十幾年時間里，集裝箱船舶群體的發(fā)展從最初的單純追求快捷高效為目的的快速靈便型船舶為主，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在以追求快捷兼顧經(jīng)濟效益的干線超大型集裝箱為主，快速靈便的小型支線集裝箱船為輔的結(jié)構(gòu)，理所當(dāng)然，超大型集裝箱船就成為世界各大港口的常客，如何能夠更合理科學(xué)的引領(lǐng)此類船舶，需要引航員細心思考。

1 超大型集裝箱船的特點

1.1 超大型集裝箱船的船型尺度

盡管當(dāng)前學(xué)術(shù)界沒有明確提出超大型集裝箱船的定義，但參考大型集裝箱船的定義和現(xiàn)在全球各集裝箱公司船隊的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，我認(rèn)為超大型集裝箱船應(yīng)該具有以下特征：①船舶總長超過350米；②型寬超過42米；③結(jié)構(gòu)吃水14-16米，載重量超過10萬噸；④全船裝載總箱量超過9000TEU。

1.2 超大型集裝箱船與其他集裝箱船的區(qū)別

超大型集裝箱船的出現(xiàn)，一方面是因為造船水平的提高，另一方面是各大船舶公司對于運輸成本和利潤的考慮，超大型集裝箱船不但可以顯著降低單箱的運輸成本，而且不會顯著的增加船舶的港口使費，為此超大型集裝箱船有以下特點：①長寬比較其他集裝箱船顯著減小。②多采用雙島式布局。③滿載時船舶方形系數(shù)在0.7左右，比普通集裝箱船有所增大。④單位質(zhì)量獲得的主機馬力有所減小。⑤舵面積比減小。

2 超大型集裝箱船操縱性能

2.1 超大型集裝箱船的降速性能

超大型船舶在港區(qū)進行降速操作時，多采用拖輪制動、大船停車趟航、大船倒車制動等這幾種方式，在船速較快時，拖輪制動和大船倒車很少使用，而且集裝箱船由于拖輪系纜位置離水面較高，拖輪制動的效果也不是很理想，所以，如何通過停車趟航把船速降到大船倒車制動的合適速度是操作的關(guān)鍵。眾所周知，除了船舶自身的重量外，影響船舶降速性能的最直接的因素就是船舶所受阻力，船舶所受阻力按特征分為基本阻力和附加阻力△R兩部分，而船舶在港區(qū)低速航行時，在風(fēng)速不大的情況下，船舶阻力主要來源于基本阻力，而且在這種情況下摩擦阻力占基本阻力的80%，所以要研究船舶的降速性能，就要了解船舶在不同速度下所受的摩擦阻力的大小，摩擦阻力可以根據(jù)R.E.Froude基于平板實驗結(jié)果提出的下列公式估算：

通過上面的公式我們分別對排水量在20萬噸集裝箱船和礦船在不同船速狀態(tài)下所受到的摩擦阻力進行估算見下表：

從上表中我們不難判斷出，超大型集裝箱船在正常情況下的降速性能并不比同等排水量的礦船好太多，只是集裝箱船的長寬比大，航向穩(wěn)定性好，更利于趟航操作。通過上面的估算結(jié)果，我們還可以根據(jù)制動距離公式：

估算滿載礦船和超大型集裝箱船速度從8節(jié)降到6節(jié)約需要1.3海里左右，而且實際操作的數(shù)據(jù)相符合。

2.2 風(fēng)對超大型集裝箱船的影響

超大型集裝箱船在船舶尺度方面都有大幅度的增加，尺度的增大，船舶受風(fēng)影響的面積也增大，對于3E級集裝箱船來說，其側(cè)面最大受風(fēng)面積可達15000㎡，在大風(fēng)天氣下給船舶操縱帶來極大困難，所以風(fēng)對船舶的影響不容忽視。

風(fēng)對船舶的影響可以分解為縱向和橫向兩個方向 ，縱向的力Fc給船舶產(chǎn)生前進或后退的作用力，橫向的力Fa主要使船舶產(chǎn)生橫移移動，對于縱向的頂風(fēng)，在風(fēng)力4級-5級時，風(fēng)對船的作用力是基本阻力的10%-15%；風(fēng)力8級-9級時，風(fēng)對船的作用力為基本阻力的30%-40%，對于縱向的頂風(fēng)在港內(nèi)操作時我們可以通過船舶主機的進退來克服，方法簡單而且效果好，對于接近靠泊時，船速緩慢時的正橫風(fēng)力產(chǎn)生的橫移，則只能通過拖輪和船舶自有的側(cè)推器來克服，所以橫向風(fēng)力的大小在靠泊前要提前估算，提前安排好足夠馬力的拖輪，保證靠泊的安全，橫向風(fēng)力的大小可以通過以下公式計算得出：

A——船舶側(cè)面受風(fēng)面積（m2）；

根據(jù)上面的公式，我們?nèi)×夛L(fēng)的最小值11m/s和最大值14m/s時，風(fēng)舷角90度，且船舶是滿載受風(fēng)面積最大時，帶入公式計算得到正橫風(fēng)壓力Fa分別為1112KN和1802KN（此處計算結(jié)果為3E級集裝箱船滿箱空箱的情況下，船舶可能受風(fēng)的最大側(cè)面積），而實際工作中超大型集裝箱船多數(shù)給配置兩到三條大馬力拖輪，拖輪的總馬力在12000馬力到17000馬力左右，當(dāng)然此類船舶多數(shù)都配有5000馬力左右的側(cè)推，拖輪和側(cè)推器可輸出的最大拖力為：17000×0.6+5000×0.9=16700（馬力）=1927（KN），（此時考慮到拖輪是倒車而且有斷纜的風(fēng)險，所以只能輸出總功率的60%），最大頂推力為：17000×0.8+5000×0.9=18100（馬力）=2088（KN），從計算結(jié)果來看，當(dāng)橫向風(fēng)力達六級，在船舶裝載較多集裝箱時，若是攏風(fēng)就需要充分考慮拖輪和靠泊港區(qū)的環(huán)境，選擇適當(dāng)?shù)囊椒桨干踔练艞壙坎?，若是開風(fēng)，靠泊碼頭就會有較多的儲備頂推力。

2.3 沉深橫向力對超大型船舶的影響

眾所周知，船舶的螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時除產(chǎn)生使船舶前進或后退的推力外，由于各種原因同時還產(chǎn)生左右方向的橫向力，進車時產(chǎn)生的橫向力可以通過舵力來克制，但是倒車時的橫向力只能通過外力（拖輪或者側(cè)推）來克制，所以倒車產(chǎn)生的沉深橫向力需要引起高度重視。很多學(xué)者根據(jù)多次的船模試驗對于倒車是沉深橫向力的大小有這樣的估算，倒車橫向力的大小約為相應(yīng)狀態(tài)螺旋槳推力的17%-20%，對于超大型集裝箱船主機馬力大多在70000馬力左右，船舶倒車功率約為進車功率的40%-60%，即使是倒車只有10000馬力產(chǎn)生的沉深橫向力也達近2000馬力，而且船在前進過程中立刻會產(chǎn)生的水動力轉(zhuǎn)船力，如果拖輪不在轉(zhuǎn)動初期立刻進行制止，將很難控制船舶的轉(zhuǎn)動，對靠泊作業(yè)造成極大危險。

3 在實際操作時的注意事項

（1）在駕引滿載的超大型集裝箱船靠泊時，要留有充足的趟航降速距離，由于其較高的干舷拖輪制動的效果不是特別好，但他又比滿載礦船有相對較好的舵效和航向穩(wěn)定性能，所以應(yīng)該以拖輪制動為輔，趟航降速為主。

（2）入泊速度要慢且入泊橫距要足夠，尤其是右舷靠泊時。倒車時機要早，用小倒車，如果速度過快可以用長時間的小倒車來降速，左舷胯部的拖輪及時頂住防止沉深橫向力的偏轉(zhuǎn)。

（3）對于較多載箱量的船舶或者是較少載貨時空，要充分考慮風(fēng)的影響，根據(jù)港口條件和拖輪狀況制定合理的引航方案或者果斷放棄靠泊計劃。

（4）在有流的港口，對于滿載狀態(tài)時，要選在頂流且流速較緩的時間靠泊。

4 總結(jié)

總之，超大型集裝箱船由于其體積龐大，排水量巨大，單位排水量分配的主機馬力相對其他集裝箱船也有所減小，引航員在引領(lǐng)此類船舶時已經(jīng)不能以普通集裝箱船的思維來制定引航方案，要結(jié)合其特有的性能將引航方案進一步優(yōu)化，做到引航工作的安全，科學(xué)，高效。

參考文獻：

[1]孫琦.船舶操縱[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2008

[2]蔣維清.船舶原理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，1998