大風(fēng)浪中船舶定點(diǎn)安全拋錨操作

華開明，童裕芳

（寧波海運(yùn)股份有限公司，浙江 寧波 315020）

大風(fēng)浪環(huán)境中，船舶受到強(qiáng)風(fēng)流的共同作用，僅依靠自身的動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)安全拋錨操作難度較大，主要難點(diǎn)表現(xiàn)在：①船舶慢速狀態(tài)下容易偏轉(zhuǎn)，航向把定難，落錨點(diǎn)不易精準(zhǔn)把握；②船舶飄移快，易發(fā)生走錨，船舶碰撞等事故，給船員生命和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。本文在船模實(shí)驗(yàn)和海上實(shí)際操縱所得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)上述難點(diǎn)總結(jié)出大風(fēng)浪（6-11 級(jí)風(fēng)，無涌）環(huán)境中定點(diǎn)安全拋錨操作要點(diǎn)和拋錨操作各階段操作重點(diǎn)。

1 大風(fēng)浪拋錨操作要點(diǎn)

船舶在水面上航行，是一個(gè)合成運(yùn)動(dòng)，船體既有縱向和橫向的平移運(yùn)動(dòng)，也伴有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，大風(fēng)浪中航行尤為明顯。大風(fēng)浪中要實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)拋錨，駕駛?cè)藛T首先要理解和掌握以下要點(diǎn)：

1.1 樹立利用船舶橫向運(yùn)動(dòng)的理念

船舶平移運(yùn)動(dòng)Tr 可以分解成縱向運(yùn)動(dòng)Xm 和橫向運(yùn)動(dòng)Ym，見圖1，依靠船舶自身的車舵力量，船舶的縱向運(yùn)動(dòng)一般可以得到控制；但橫向運(yùn)動(dòng)是無法及時(shí)有效控制的，見圖2，船舶向下風(fēng)流處飄移，想要用右滿舵進(jìn)車來克服這個(gè)飄移，船舶需要航經(jīng)一段距離且轉(zhuǎn)向至一定角度后方能見效，但往往這段距離和轉(zhuǎn)向就會(huì)產(chǎn)生險(xiǎn)情，譬如造成與其它船距離太近等。在大風(fēng)浪面前，船舶自身的動(dòng)力是非常渺小的，刻意想憑借自身的車舵力量來克服風(fēng)流的橫向飄移，有時(shí)是非常危險(xiǎn)的。錨泊操作中，駕駛?cè)藛T要樹立利用船舶的橫向運(yùn)動(dòng)理念，把不利因素為我所用，則可以更加精確有效掌控船位，且更安全（后文2.2,2.3 具體說明）。

圖1 船舶平移運(yùn)動(dòng)

圖2 車舵克服橫向漂移

1.2 典型裝載狀態(tài)下船體受風(fēng)流作用后偏轉(zhuǎn)的規(guī)律

大風(fēng)浪中船舶慢速抵近錨位時(shí)，有時(shí)風(fēng)流轉(zhuǎn)船力矩會(huì)大于舵轉(zhuǎn)船力矩，導(dǎo)致航向把定困難，船體產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，甚至大幅度旋轉(zhuǎn)而失控。所以駕駛?cè)藛T了解各典型裝載狀態(tài)下船體受風(fēng)流作用偏轉(zhuǎn)的規(guī)律很重要，這既可以幫助駕駛?cè)藛T選取合適的航向，也可以幫助預(yù)判容易產(chǎn)生大幅度偏轉(zhuǎn)的不利航向。為了方便說明問題，本文以下內(nèi)容都是以一艘典型的65000 噸散貨船為材料作具體闡述，船型見圖3。用該船1∶200 的船模在實(shí)驗(yàn)室做了偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，以得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了比對(duì)偏轉(zhuǎn)差異，實(shí)驗(yàn)選取該船重載、壓載（1）、壓載（2）三種典型裝載狀態(tài)，重載為13.30 米平吃水；壓載（1）首尾吃水為4.50/6.80米；壓載（2）首尾吃水為1.50/7.50 米。

圖3 船舶總布置圖

實(shí)驗(yàn)中，以船模重心作為支點(diǎn)，根據(jù)風(fēng)動(dòng)壓力轉(zhuǎn)船力矩公式（Ma）

測(cè)出該船三種裝載狀態(tài)的風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩系數(shù)（Cma）數(shù)值，制成Cma 與相對(duì)風(fēng)向關(guān)系圖，見圖4，圖中，船舶重載Cma 值對(duì)應(yīng)的是實(shí)線曲線；壓載（1）Cma 值對(duì)應(yīng)的是虛線曲線；壓載狀態(tài)（2）Cma 值對(duì)應(yīng)的是點(diǎn)劃線曲線。

圖4 Cma 與相對(duì)風(fēng)向關(guān)系圖

上式中ρa(bǔ) 為空氣密度1.293kg/m3，Va 為相對(duì)風(fēng)速（m/s），Aa 為船舶水線以上正投影面積（m2)，Ba為船舶水線以上側(cè)投影面積（m2)，θ 為相對(duì)風(fēng)向角。從圖4 中可以看出，船舶三種裝載狀態(tài)下，當(dāng)相對(duì)風(fēng)向?yàn)?°、90°附近、180°時(shí)，Cma 都為0，說明該相對(duì)風(fēng)向風(fēng)動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩較小，此時(shí)用較小的舵角可以把定航向。隨著吃水差的增大（首吃水減少），正橫前來風(fēng)Cma 最大值增大明顯，且正橫附近Cma 為0 時(shí)對(duì)應(yīng)的相對(duì)風(fēng)向角由65°后移至100°。

同理，水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)中，把船模重心作為支點(diǎn)，模擬水深吃水比H/d 重載選取1.2，壓載取2.0 左右，根據(jù)水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩公式：

測(cè)出該船三種裝載狀態(tài)的水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩系數(shù)（Cwm）數(shù)值，制成Cwm 與相對(duì)流向關(guān)系圖，見圖5。

圖5 Cwm 與相對(duì)流向關(guān)系

上式中Fw 為水動(dòng)力（N），γ 為水動(dòng)力角，在90°左右，LG為船舶重心距船首距離（m），aw為水動(dòng)力作用點(diǎn)距船首距離（m），ρw為水密度1025kg/m3，Vw為相對(duì)流速（m/s），L 為船舶兩柱間長（m）。

從圖5 中可以看出，船舶三種裝載狀態(tài)下，相對(duì)流向?yàn)?°、90°附近、180°時(shí)，Cwm 為0，說明水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩較小，此時(shí)用較小的舵角可以把定航向。隨著吃水差的增大（首吃水減少），正橫前來流Cwm 最大值明顯減小，且正橫附近Cwm 為0 時(shí)對(duì)應(yīng)的相對(duì)流向由85°前移至63°。

上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)揭示了船舶在三種裝載狀態(tài)下受風(fēng)或流單獨(dú)作用后，船體產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩的大小及分布情況，給實(shí)際船舶操縱提供了理論依據(jù)。

1.3 不同裝載狀態(tài)下船舶最小保向舵角的分布

現(xiàn)實(shí)中，船舶水上航行時(shí)，船體的偏轉(zhuǎn)是受風(fēng)和流共同作用的結(jié)果，船舶各裝載狀態(tài)下水線下船體受流面和水線以上結(jié)構(gòu)受風(fēng)面特點(diǎn)決定了它在風(fēng)流作用下保向特點(diǎn)。海上實(shí)測(cè)該船受風(fēng)流作用后最小保向舵角分布如下列圖所示，實(shí)測(cè)海域水深吃水比重載為1.5，壓載約為2.7。

圖6 為船舶重載最小保向舵角分布圖，縱向航速5節(jié)左右，實(shí)線為風(fēng) 力10 到11 級(jí)，虛線為風(fēng)力8 到9 級(jí)。

圖6 重載5 節(jié)最小保向舵角分布

圖7 為船舶重載最小保向舵角分布圖，縱向航速2.5節(jié)左右，實(shí)線為風(fēng)力10 到11 級(jí)，虛線為風(fēng)力7 到8 級(jí)；圖8 為船舶壓載（2），縱向航速4 節(jié)左右，實(shí)線為風(fēng)力10到11級(jí)，虛線為風(fēng)力8到9級(jí)；圖9為船舶壓載（2），縱向航速2 節(jié)左右，實(shí)線為風(fēng)力10 到11 級(jí)，虛線為風(fēng)力7 到8 級(jí)。

圖7 重載2.5 節(jié)最小保向舵角分布

圖8 壓載（2）4 節(jié)最小保向舵角分布

圖9 壓載（2）2 節(jié)最小保向舵角分布

從上述最小保向舵角分布圖（以下簡稱分布圖）可以得出，大風(fēng)浪環(huán)境中，該船重載狀態(tài)下容易把定的相對(duì)風(fēng)向是船首附近（范圍較壓載狀態(tài)大）或正船尾附近來風(fēng)；壓載（2），除了正船首附近和正船尾附近來風(fēng)外，正橫附近來風(fēng)也容易把定。壓載（1）最小保向舵角分布情況處于重載狀態(tài)和壓載（2）之間，這里不再作圖。船舶慢速行進(jìn)時(shí)，相對(duì)風(fēng)向接近于真風(fēng)向。駕駛?cè)藛T掌握這個(gè)要點(diǎn)在實(shí)際拋錨操作中也是非常重要。

2 拋錨操作中各階段操作重點(diǎn)

2.1 船舶抵近錨地前的準(zhǔn)備

無論船舶是重載還是壓載狀態(tài)，在抵近錨地前，駕駛?cè)藛T要預(yù)先根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向儀的數(shù)據(jù)，測(cè)出真風(fēng)向和真風(fēng)速，為選擇下錨時(shí)刻易把定的船首向和擺放船位作準(zhǔn)備。然后根據(jù)GPS 航跡向、相對(duì)計(jì)程儀讀數(shù)、其它錨泊船船首向和潮汐資料等信息，通過分解船舶對(duì)地運(yùn)動(dòng)矢量大致判斷出流速流向。

如果預(yù)判出下錨時(shí)刻船舶橫向飄移速度太大，重載0.5 節(jié)及以上，壓載狀態(tài)0.7 節(jié)及以上時(shí)，則宜選擇平潮時(shí)機(jī)，規(guī)避流的不利因素影響，減少風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 船舶慢速抵近錨位時(shí)船首向選擇和船位控制

從分布圖上可以看出，重載船舶在抵近錨位時(shí)可選擇的船首向?yàn)橄鄬?duì)風(fēng)向處于船首左右35°范圍以內(nèi)時(shí)的船首向，也就是說選擇船首附近來風(fēng)，即使航速較慢，甚至短時(shí)用車用舵，也容易保向，這個(gè)特性滿足了慢速抵近錨位時(shí)的保向要求。同時(shí)，為了利用船舶的橫向飄移，需要根據(jù)當(dāng)時(shí)的飄移方向，預(yù)先控制船位，使預(yù)定錨位處于船舶飄移方向（Tr）上或附近，并保持足夠橫向距離以便對(duì)飄移方向作進(jìn)一步微調(diào)，見圖10。同理，壓載狀態(tài)船舶宜選擇船首左右15°以內(nèi)或正橫附近來風(fēng)，使預(yù)定錨位處于船舶飄移方向上或附近，并保持足夠橫向距離。注意如果風(fēng)力達(dá)到8 級(jí)及以上時(shí)，不宜選擇正橫附近來風(fēng)，防止船舶橫向飄移過快而失控。

圖10 船位與預(yù)定錨位相對(duì)位置

2.3 下錨前飄移方向的微調(diào)

駕駛?cè)藛T正確選定船首向后，譬如重載選擇頂風(fēng)，在基本把定航向的基礎(chǔ)上，通過用車控制船舶的縱向航速，以實(shí)現(xiàn)調(diào)整船舶的飄移方向（Tr），使船首備錨沿著飄移方向朝預(yù)定錨位移動(dòng)，見圖11。待船首備錨移動(dòng)至預(yù)定錨位正上方稍微提前時(shí)迅速將錨拋下，這里的稍微提前量是指下錨至錨嚙入海底所需要的距離，根據(jù)實(shí)際操作，泥砂質(zhì)海底一般提前50 米左右，泥質(zhì)海底一般提前60 米左右。壓載狀態(tài)如果選擇正橫附近來風(fēng)也是同理操作。

圖11 船首朝預(yù)定錨位移動(dòng)

2.4 下錨后船首向的調(diào)整

在預(yù)定錨位下錨后，一般船舶飄移速度較快，此時(shí)船舶受到風(fēng)、流和錨鏈三個(gè)力的共同作用，為了防止錨鏈?zhǔn)芰^大和走錨，需要及時(shí)調(diào)整船首向以減緩錨鏈的拉力。調(diào)整船首向的參考依據(jù)是本船的飄移方向和其它錨泊船的船首向。重載船舶頂風(fēng)下錨后，從分布圖得知船體本身會(huì)首迎風(fēng)，所以需要向飄移的相反側(cè)作滿舵，進(jìn)車，使船首朝錨位方向偏轉(zhuǎn)，保持適當(dāng)退速，及時(shí)松錨鏈，見圖12。最終與其它同類型重載船舶同向；壓載狀態(tài)船舶頂風(fēng)下錨后，從分布圖得知船體容易被打橫，所以要進(jìn)車盡量保持頂風(fēng)，保持適當(dāng)退速，及時(shí)松出足夠長度錨鏈，松鏈過程中，船舶受錨鏈拉力作用后，船首會(huì)逐漸朝錨位方向轉(zhuǎn)向，及時(shí)作上風(fēng)側(cè)滿舵，短時(shí)進(jìn)車，防止船體在松足錨鏈之前被風(fēng)打橫，最終要與其它同類型壓載船舶同向；壓載狀態(tài)正橫來風(fēng)下錨后，需要向飄移的相反側(cè)作滿舵，進(jìn)車，使船首朝錨位方向偏轉(zhuǎn)，保持適當(dāng)退速，及時(shí)松錨鏈，最終與其它同類型壓載船舶同向。

圖12 重載調(diào)整船首向

3 結(jié)束語

大風(fēng)浪中定點(diǎn)安全拋錨操作是一個(gè)綜合考慮風(fēng)流飄移、偏轉(zhuǎn)和船舶保向特點(diǎn)的過程。上文只是某一特定類型船舶拋錨操作的闡述，實(shí)際操作中風(fēng)、流之間關(guān)系復(fù)雜。本文只是起到拋磚引玉作用，駕駛?cè)藛T要在實(shí)際工作中多總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。