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      用新航向計算79號燈浮轉(zhuǎn)向出口

      2021-09-08 16:18:58陳志堅毛曉琳
      中國水運 2021年8期
      關(guān)鍵詞:船速船舶

      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:

      [1]傅大平,邵志偉.滿載超大型船舶在彎道突遭濃霧時的安全轉(zhuǎn)向[J].航海技術(shù),2019(01):43-47.

      [2]洪碧光.船舶操縱原理與技術(shù)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2007.

      [3]李宗波,張顯庫,賈云.船舶轉(zhuǎn)向過程中速度下降問題的研究[J].航海技術(shù),2008(03):2-4.

      [4]李祖飛. 一種新航向距離的簡易算法及應(yīng)用[A].中國引航協(xié)會、中國航海學(xué)會引航專業(yè)委員會.中國引航論文集 2017[C].{4}:上海浦江教育出版社有限公司,2018:5.

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