用新航向計算79號燈浮轉(zhuǎn)向出口

陳志堅 毛曉琳

摘 要：船舶在狹窄和彎曲航道內(nèi)順利完成轉(zhuǎn)向是引航員的基本功，轉(zhuǎn)向早了可能侵入它船航道;轉(zhuǎn)向晚了可能沖出航道，由此造成擱淺、觸礁。本文基于船舶常用的船速、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向角速度，用新航向計算，得出比較容易實現(xiàn)崇明航道79號燈浮轉(zhuǎn)向出口的方法。

關(guān)鍵詞：船舶;船速;轉(zhuǎn)向角;轉(zhuǎn)向角速度;轉(zhuǎn)向方法

隨著船舶助航儀器的進一步優(yōu)化，除了借助于雷達、GPS等傳統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)備，現(xiàn)今電子海圖與信息系統(tǒng)（ECIDS）和船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）也被廣泛運用到導(dǎo)航中。船舶轉(zhuǎn)向操縱僅依靠傳統(tǒng)的雷達觀測、GPS定位、肉眼觀測航標(biāo)輔助、經(jīng)驗等方法已經(jīng)相對落后。如何更好地、系統(tǒng)地計算出轉(zhuǎn)向過彎時機，從而避免崇明航道出口轉(zhuǎn)向點（即79號燈?。┺D(zhuǎn)向時，本船轉(zhuǎn)不過來沖出航道擱淺、與航道外錨地船舶發(fā)生碰撞;或本船在轉(zhuǎn)向過早與長江口深水航道延伸段內(nèi)進口船舶發(fā)生緊迫危險乃至發(fā)生碰撞。本文研究的內(nèi)容是將轉(zhuǎn)向操縱轉(zhuǎn)化成量化的概念，這是本文學(xué)習(xí)研究的重點。

1新航向的計算方法

船舶的轉(zhuǎn)向運動分為兩個部分：一是船舶重心沿著新航向軌跡的線性運動，二是船舶自身轉(zhuǎn)過一定角度的旋轉(zhuǎn)運動。線性運動和旋轉(zhuǎn)運動是同時進行的，所以航行時間和轉(zhuǎn)向時間是相等的。

由于大型船舶的應(yīng)舵時間和船舶慣性，在操一定舵角后，船舶將保持原航線前進，可以將船舶旋回圈做以下合理簡化[1]：

（1）假定船舶在操舵后從A點到B點前，保持原航線航行，航向未改變。

（2）假定船舶駛過B點后，隨著角速度的不斷提高，船舶旋回的阻尼力矩不斷增大，角加速度漸次降低，向定常旋回階段過渡，斜航中船舶降速加劇。

觀測圖1可知：船舶在A點開始操舵后，船尾出現(xiàn)明顯的向操舵相反一舷的橫向移動，隨后船舶開始發(fā)生船首偏轉(zhuǎn)并開始轉(zhuǎn)向。船舶從點A經(jīng)過點B，到達新航向線的點D，并把定進入新航向。轉(zhuǎn)向開始階段，轉(zhuǎn)向角速度較慢，船舶重心點軌跡近似看作是直線AB航行，長度為轉(zhuǎn)向距離的一部分。假設(shè)轉(zhuǎn)向軌跡BD是一段以E為圓心、BE為半徑的圓，與B和D兩點相切的圓弧，用R表示半徑BE?？傻霉剑?/p>

一般從操舵開始到船首轉(zhuǎn)過90°左右船舶快要進入定常旋回，速度不再下降[2]。旋回性越好，減速越明顯。船舶轉(zhuǎn)向中旋回減速，其幅度一般為操舵前船舶速度的25%至50%，超大型油船最大降速幅度甚至可以達到65%。一般來說，船速對船舶旋回所需時間長短具有明顯影響，但對旋回初徑大小的影響比較小。所以船舶在轉(zhuǎn)向過程中的失速變化大小對轉(zhuǎn)向距離不會產(chǎn)生太大影響，假設(shè)減少速度為20%[3]。

2崇明水道出口實際應(yīng)用計算

以船舶出崇明水道進入寶北航道轉(zhuǎn)向點（即79號燈?。┺D(zhuǎn)向角度計算為例，利用算式（4），使用船舶在通過該轉(zhuǎn)向點時常用的船速和轉(zhuǎn)向角速度，X值取3個有代表性數(shù)值0.25、0.5和0.67，計算Dnc和Q值數(shù)據(jù)結(jié)果。

根據(jù)上述圖2、圖3可知：在寶北航道北邊線位置，初始航向為218°（以直角穿越態(tài)勢做最初的航向），最終航向為135°（順航道走向），最大轉(zhuǎn)向可航寬度為1000米（航道寬度）。

根據(jù)表1可以得出結(jié)論：船速較快時的自力轉(zhuǎn)向，如果不能達到一定的轉(zhuǎn)向角速度γ，船舶很難在1000米以內(nèi)成功轉(zhuǎn)向出口。轉(zhuǎn)向角取最大值85°，轉(zhuǎn)向角速度取10°/分鐘，或者15°/分鐘。Q值隨著X的增大而增大，速度與Q沒有直接聯(lián)系，但是轉(zhuǎn)向所需距離與速度成正比。即得出：

（1）當(dāng)X值較小時，即保向距離AB較短，船舶在開始操舵后快速開始旋轉(zhuǎn)，所需值較小， Dnc也較小;

（2）當(dāng)X值較大時，即保向距離AB較長，船舶在開始操舵后需要一定時間開始旋轉(zhuǎn)，所需值較大， Dnc 也較大;

（3）轉(zhuǎn)向角度Ψ對Q值的影響成正比例關(guān)系，轉(zhuǎn)向角度Ψ越大，Q值就越大。

對于出口崇明水道的船舶，多以大型船舶或者對舵響應(yīng)較慢的船舶為主（崇明出口的船舶由于水深限制，常要求保持較小吃水，舵葉面常露出水面一部分，影響舵效），大型船舶因為慣性大，不能在較短的時間內(nèi)獲得較大的轉(zhuǎn)向角速度γ。在有了較大的轉(zhuǎn)向角速度γ后，把定航向也會相應(yīng)困難，大型船舶容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)過頭等現(xiàn)象。然而小型船舶不一定要取小的Q值，大型船舶則一定要取較大的Q值更為安全。X值取太大和太小都不符合實際的轉(zhuǎn)向操縱，合適的數(shù)值是在0.25—0.67之間。這樣，Q值在17—24之間[4]。表2是船長和Q取值對照表。

對比崇明水道出口的情況，可知進入轉(zhuǎn)向前的速度和轉(zhuǎn)向角速度γ是我們能否在規(guī)定的航道內(nèi)轉(zhuǎn)向出口成功的關(guān)鍵。79號燈浮的航道轉(zhuǎn)向點處的航道寬度小，轉(zhuǎn)向距離受到限制，要靠提高轉(zhuǎn)向角速度γ或者降低航速才能完成轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向前減速，轉(zhuǎn)向時加車，增加舵力，是常見的大角度轉(zhuǎn)彎的方法。減速航行后，所需要的轉(zhuǎn)向角速度也相對較低?；蛘吆侠磉\用79號燈浮北面水域，提前轉(zhuǎn)向保持進入航道邊線時轉(zhuǎn)向角小于85°或者接近預(yù)計出口航道的角度，提高轉(zhuǎn)向出口的成功率。

3風(fēng)流對轉(zhuǎn)向的影響

從崇明水道出口船常安排急落水頂流出口，假設(shè)潮水流速為3節(jié)，轉(zhuǎn)向時間為180秒，根據(jù)公式可得下漂距離為222米。頂流轉(zhuǎn)向，要推遲轉(zhuǎn)向或者降低轉(zhuǎn)向角速度γ。因為船舶在前期受到流壓易于船舶轉(zhuǎn)向，當(dāng)船舶與流向成垂直夾角時，轉(zhuǎn)向變困難。如果初始航速快，轉(zhuǎn)向中由于流速的疊加作用船舶失速情況小，航速幾乎維持掉頭前的速度，甚至更快。如果遇到突發(fā)情況往往后期很難再行自力調(diào)頭。所以建議船舶盡量低速靠近79號燈浮北面水域后開始轉(zhuǎn)向，后期如果遇到轉(zhuǎn)向角速度小于10°時，通過加車增加舵效或者使用拖船協(xié)助。如果是順流掉頭，順流掉頭初始航速很難控制，所以要長時間保持維持舵效的速度。順流掉頭中需要提前轉(zhuǎn)向，適當(dāng)?shù)那闆r下要求拖船協(xié)助。船舶在轉(zhuǎn)向過程中，在AB時間段應(yīng)該保持航速盡量慢，在BC時間段根據(jù)轉(zhuǎn)過的船頭角度合理控制轉(zhuǎn)向角速度γ，在后期CD應(yīng)該減緩轉(zhuǎn)向角速度，保持能夠迅速把定船頭。

4航行中注意事項

4.1轉(zhuǎn)向中注意事項

航行過程中會有種種突發(fā)情況，穿越航道轉(zhuǎn)向出口時存在多種風(fēng)險。應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)時船位計算出轉(zhuǎn)向角速度和本船航速關(guān)系，保持船舶穩(wěn)定轉(zhuǎn)向。在航行過程中，通過操舵和回舵等運用，結(jié)合AIS信息和駕駛臺設(shè)備等核對船位與實時船舶航速，調(diào)節(jié)適合的轉(zhuǎn)向角速度，并牢牢控制好航速。應(yīng)該把轉(zhuǎn)向角速度控制在理想值以上確保安全。如果遇到前期轉(zhuǎn)向困難，AB的距離過大，就會造成整個轉(zhuǎn)向過程僅僅是急轉(zhuǎn)和急停兩個階段。此時，要迅速啟用一切有利于加快轉(zhuǎn)向的措施，如加大舵角、提高主機轉(zhuǎn)速以及拖船協(xié)助等方法，為CD把定航向爭取時間。否則最終可能偏出航道而擱淺或與錨地里他船發(fā)生碰撞。

4.2拖船的使用

崇明水道出口船舶常備有拖船護航，保持低航速才能讓拖船在航行中協(xié)助取得最大效果。一般左轉(zhuǎn)向的出口，可以配置拖船在左后方或右前船首附近。順流掉頭時，為控制航速也可以在船尾吊纜，用以制動，必要時拋短錨固定船艏，協(xié)助掉頭。

4.3遇到船舶流密集情況的措施

在崇明水道出口時應(yīng)該連續(xù)觀測60號燈浮附近的進口船舶，在航經(jīng)205燈浮時還應(yīng)連續(xù)觀測寶山大燈浮附近出口的船舶。保持良好的甚高頻溝通船位通報，應(yīng)避免在轉(zhuǎn)向過程中有他船對本船有影響，盡量選擇合適的檔距。如果遇到長時間大批量船舶進出，可以選擇在79號燈浮北面區(qū)域拋短錨等待。

4.4合理運用船上設(shè)備

根據(jù)國際海事組織（IMO）第73次會議對SOLAS公約第V章修正案的規(guī)定：2002年7月1日以后建造的50000總噸及以上的船舶必須安裝轉(zhuǎn)向率指示器，此前1984年9月1日以后建造的100000總噸及以上的船舶也必須安裝轉(zhuǎn)向率指示器。上海港是潮流港，在過79號燈浮時要正確判斷潮流的流速，根據(jù)上述公式（6）估算出漂移的距離。在船舶轉(zhuǎn)向過程中，需要多次調(diào)整舵角，適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)向角速度，并在壓反舵階段加大舵角以穩(wěn)定在新航向。應(yīng)結(jié)合航行設(shè)備，根據(jù)當(dāng)時航速和轉(zhuǎn)向角速度控制船舶轉(zhuǎn)向，用舵情況不定?，F(xiàn)階段多種AIS移動設(shè)備端都自帶轉(zhuǎn)向角速度（rot）的顯示，比如：Cenkin cp4-rot、KSN11-C。可以在轉(zhuǎn)向過程中數(shù)值的變化用做參考值。

5結(jié)論

本方法是基于船舶常用的航速、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向角速度，運用簡單的數(shù)學(xué)公式得出的結(jié)論。在轉(zhuǎn)向過程中，轉(zhuǎn)向角速度γ起著決定性作用。操縱者需要實時比較轉(zhuǎn)向角和轉(zhuǎn)向角速度。因為轉(zhuǎn)向角速度γ變化快，如果無法達到計算公式中的恒定值，需要運用一切有效手段來保持轉(zhuǎn)向角速度的數(shù)值，完成整個航行過程。

參考文獻：

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