船舶工程論文范文
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船舶工程論文
摘要：隨著海運事業(yè)的蓬勃發(fā)展，各類船舶的不斷增多。如何優(yōu)化運輸產(chǎn)業(yè)的布局，對船舶行業(yè)來說，船舶的數(shù)量的劇增，造成局面緊張從而帶來不安全影響，因此，研究船舶運動態(tài)勢與操縱性的相互關(guān)系具有非常重大意義。
關(guān)鍵詞：船舶工程；運動態(tài)勢；操縱性
一、船舶運動態(tài)勢和船舶操縱性的相互關(guān)系
船舶在彎曲河段、橋區(qū)、通航密集區(qū)、進出港口，風(fēng)流、潮汐影響，靠離碼頭等船舶操縱中，車舵錨纜的配合使用都要受到船舶運動態(tài)勢的影響。因此，掌握船舶運動態(tài)勢對船舶操縱有著重要的作用，正確判斷船舶的運動態(tài)勢有利于船舶操縱，從而在復(fù)雜的環(huán)境中掌握操縱的主動權(quán)。正確了解船舶的運動態(tài)勢才能選擇有效的操縱方法，掌握了船舶的操縱性就能運用正確的操縱方法去改變船舶的運動態(tài)勢。
二、判斷和掌握船舶運動態(tài)勢對船舶操縱性的影響
在實際的操縱過程中，駕引人員要充分認識到掌握船舶運動態(tài)勢的復(fù)雜性和困難性。駕引人員如果對船舶運動態(tài)勢判斷不明，船舶周圍的環(huán)境對船舶運動態(tài)勢的影響估計不足，如船舶過橋?qū)騾^(qū)流態(tài)認識不清，通過彎曲航段受風(fēng)流影響對船舶的橫移判斷失誤，船舶會船的地點不恰當(dāng)，靠離碼頭對安全航速的使用不當(dāng)，瞭望疏忽而造成事故比比皆是。其中很多是駕引人員對當(dāng)時船舶運動態(tài)勢不明確，有危險而不自知，臨時措手不及發(fā)生事故或險情。可從以下幾個方面來判斷和掌握船舶運動態(tài)勢對船舶操縱性的影響。
（一）船舶浮態(tài)對船舶操縱性的影響
（1）船舶吃水變化對操縱性的影響
①吃水深或重載船舶最明顯的特征是螺旋槳水面效應(yīng)橫向力的變化不大。空載船吃水小，螺旋槳水面效應(yīng)橫向力急劇增加，右旋單槳單舵船需壓右舵才能保持船舶穩(wěn)向航行。
②空載船舶吃水淺，舵葉部分露出水面，由于舵壓力與舵葉浸水面積成正比，因此舵效明顯下降。
③由船舶操縱性指數(shù)K、T值（T=I/N，K=M/N）可知，重載船舶慣性矩I大，追隨性指數(shù)T大，應(yīng)舵慢，舵效差；船舶回轉(zhuǎn)后，穩(wěn)舵比較困難。重載船轉(zhuǎn)船力矩比阻尼力矩增加得慢，故重載船K值小，旋回直徑大，旋回性能較差。
④因重載船舶吃水深，排水量大，故慣性大、沖程長。
（2）船舶橫傾對操縱性的影響
①船舶橫傾時，存在阻力一推力轉(zhuǎn)矩，其入水體積形狀的左右對稱性被破壞，改變了左右舷各種作用力的對稱性，使船舶偏轉(zhuǎn)。
②當(dāng)船舶以橫傾狀態(tài)高還航時，興波增大，低舷一側(cè)的浸水形狀較高舷一側(cè)豐滿，因此，低舷一側(cè)的船首波峰較高，高舷一側(cè)的首波峰較低，產(chǎn)生的水動壓力差使船首向高舷一側(cè)偏轉(zhuǎn)。
③船舶橫傾航行，破壞了良好的水下線型，加之壓舵糾正偏航現(xiàn)象，因而降低了航速。
④使船舶一線的吃水增加，影響船舶通過淺區(qū)的能力。橫傾一舷吃水增加量B×tanθ/2，式中：B為船寬，θ為橫傾角。
⑤船舶橫傾航行時，由于舵葉傾斜，不垂直于水面而使舵壓力降低，舵效變差。
⑥船舶橫傾時，若向高舷一側(cè)回轉(zhuǎn)掉頭，應(yīng)特別防止船舶離心力的作用向橫傾一側(cè)傾斜，增大橫傾角，導(dǎo)致船舶向高舷一側(cè)掉頭時產(chǎn)生傾覆的危險。
（3）縱傾對船舶操縱性的影響
尾縱傾舵壓力轉(zhuǎn)船力矩小，尾部入水側(cè)面積增加，回轉(zhuǎn)阻尼力增大，航向穩(wěn)定性好，旋回性差；艏縱傾船舶舵壓力轉(zhuǎn)船力矩大，船尾入水側(cè)面積較小阻尼力矩小，船舶的旋回性能變好，追隨性變差。
（二）風(fēng)對船舶操縱性的影響
風(fēng)對船舶的直接影響是：相對風(fēng)速作用在船體水線以上產(chǎn)生風(fēng)動力及風(fēng)動力的'縱向分力，使船舶的航速和沖程增加或降低，風(fēng)動力的橫向分力使船舶向下風(fēng)漂移；風(fēng)動力與船舶重心形成風(fēng)動力轉(zhuǎn)船力矩，使船舶發(fā)生偏轉(zhuǎn)運動；風(fēng)動力與船舶橫穩(wěn)心高度形成橫傾力矩，使船舶發(fā)生傾斜。船舶前進或艏縱傾，則重心前移，船舶后退或尾縱傾，則重心后移。正橫前來風(fēng)，風(fēng)動力作用點在船舶重心之前；正橫來風(fēng)，風(fēng)動力作用點在重心點附近；正橫后來風(fēng)，風(fēng)動力作用點則在重心點之后。
（1）船舶前進中受風(fēng)
①風(fēng)從正橫前吹來，風(fēng)動力轉(zhuǎn)船力矩大于水動力轉(zhuǎn)船力矩，船首順風(fēng)偏轉(zhuǎn)，否則，船首逆風(fēng)偏轉(zhuǎn)。
②風(fēng)從正橫后吹來，風(fēng)動力作用點位于水動力作用點之后，船舶在風(fēng)動力、水動力轉(zhuǎn)船力矩的作用下，船首逆風(fēng)偏轉(zhuǎn)。
（2）船舶后退中受風(fēng)
①倒車后退，風(fēng)從正橫前吹來，風(fēng)動力作用點在水動力作用點之前，在風(fēng)動力、水動力轉(zhuǎn)船力矩的作用下，船尾迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)。
②風(fēng)從正橫后吹來，風(fēng)動力作用點和水動力作用點均在船舶重心之后，無論風(fēng)舷角大小，水動力作用點總在水動力作用點之后，產(chǎn)生使船尾迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)船力矩。
船舶后退中受風(fēng)影響，使船尾迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為“尾找風(fēng)”。
（三）水流對船舶操縱性的影響
（1）均勻性水流對船舶操縱性的影響
逆流時，流速越大，沖程越小；順流時，流速越大，沖程越大；在相同時間同樣舵角條件下，船舶回轉(zhuǎn)相同的角度，逆流船舶的縱距小于順流船，因而逆流船舵效好于順流船。航行船舶正橫前受流時，流速越快，流舷角越大，船速越慢，流壓差角越大，橫向漂移速度也越大；反之，流速越慢，流舷角越小，船速越快，流壓差角越小，橫向偏移速度也越小。順流掉頭時，船舶的縱距大于逆流時的縱距，順流掉頭要估計下流方的安全漂移距離，漂移距離可由經(jīng)驗公式D=（v*t）×80。式中：v為流速；t為旋回180度所需時間。
（2）非均勻性水流中，由于流速流向的變化，可以增加或減少船舶的前進阻力，可以使螺旋槳的推力變大或變小，可壓力增加或減小。如果非均勻性水流以較大的夾角沖擊船舶時，可以使船舶迅速橫移和因船體前后所受水動力不同而產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩使船舶偏轉(zhuǎn)偏離預(yù)定航線。
（四）淺水效應(yīng)對船舶操縱性的影響
船舶在淺水中旋回性下降，航向穩(wěn)定性變好，出現(xiàn)跑舵現(xiàn)象，船舶沖程減小。
（五）船間效應(yīng)對操縱性的影響
兩船間距越小，相互作用越大，兩船間距小于兩船船長之和時，就會直接產(chǎn)生這種作用，當(dāng)兩船距離為兩船船長之和的一半時，相互作用明顯增加。兩船航向相反的對駛相遇，相互作用的時間短，影響較小；處于同向追越時，相互作用時間長，兩船并行時，作用時間更長，船間效應(yīng)更嚴重；船速越大，則興波越激烈，船間效應(yīng)更為明顯；船舶排水量越大，船間效應(yīng)越明顯，兩船排水量差異越大，小船受到的影響越顯著；淺窄受限的航道比深寬航道中發(fā)生的船間效應(yīng)更明顯。
（六）岸壁效應(yīng)對操縱性的影響
船舶過分靠近一側(cè)岸壁航行，發(fā)生岸吸岸推現(xiàn)象，岸吸岸推同時發(fā)生，與航速、吃水成正比，與岸距成反比。航速越快，吃水越深，岸距越小，影響越強烈。
船舶浮態(tài)、風(fēng)、流、淺水效應(yīng)、岸壁效應(yīng)6個方面因素在船舶航行中直接影響船舶的運行態(tài)勢，如不正確判斷和掌握這6個方面影響船舶運行態(tài)勢的因素，船舶航行中的危險就會隨時存在，船舶最佳和有效的操縱時機就會失去，事故就會來臨，因此，正確判斷和掌握船舶運行態(tài)勢對操縱性的影響顯得極其重要。
三、航行中對船舶運動態(tài)勢的控制
正確控制船舶的運動態(tài)勢要掌握當(dāng)時當(dāng)?shù)氐母鞣N外界條件（港口水域、航道、碼頭環(huán)境、周圍船舶情況以及風(fēng)、浪、流、潮汐等水文氣象條件）及變化情況，充分運用各種瞭望手段，保持正規(guī)瞭望，謹慎駕駛，控制好本船船位。正確分析和掌握本船周圍的動態(tài)以及本船船位變化及趨勢，采取安全航速，運用助航設(shè)備和駕引人員良好的船藝，調(diào)控和操縱船舶，保證船舶安全。
（一）彎曲航道船舶運行態(tài)勢的控制
彎曲航道水流方向發(fā)生改變，特別是急彎航道，水流方向的改變角較大，在流速較大時，船舶在彎道的橫移也加大。因此，駕引人員要保持高度警覺，相互協(xié)作，加強與來船的緊密聯(lián)系，避免在狹窄的彎曲航道會船，流速大時，根據(jù)本船航速和控制力，適當(dāng)提高航速，將船位掛高，走上灘上流水，用舵要及時，舵要拿穩(wěn)，始終將船位擺在正確的航路上，以防船舶受水流沖擊而落彎困坡。
（二）橋區(qū)船舶運行態(tài)勢的控制
橋區(qū)受橋墩的影響，水流紊亂，水流方向與橋軸線存在一定夾角，橋與橋之間的距離過近，特別是內(nèi)河下游船舶通航密度大。據(jù)海事部門統(tǒng)計，某水域日均船舶流量為2300艘.次，高峰期間近3000艘.次，船舶航速的差異導(dǎo)致船舶過橋存在一定難度，特別是上行時，所有航舶僅有第4孔一個橋孔通過，大小船共過1個孔，使得第4孔的通航壓力和風(fēng)險加大。大船小船航速的差異，加之橋區(qū)又不能追越，導(dǎo)致大型船舶過橋時有時被迫停車，同時也帶來風(fēng)險。為確保船舶在橋區(qū)的良好運行態(tài)勢，船長必須上駕駛臺監(jiān)航，以確保船舶的安全。過橋前，檢查船舶的主副機、操舵系統(tǒng)、通導(dǎo)設(shè)備、船舶供電系統(tǒng)，確保良好運行狀態(tài)，按VTS用戶指南和船舶定線制規(guī)定的報告種類、報告內(nèi)容，在規(guī)定的頻道上向指揮中心報告船位等相關(guān)信息，接受監(jiān)控，由駕駛員操舵，加強瞭望。根據(jù)橋區(qū)水流情況，將船位擺在上流上風(fēng)一側(cè)，根據(jù)實際情況邊調(diào)邊轉(zhuǎn)，將船首對準橋涵標。過橋船舶集中，航速不一時，如果航速過快，一定要控制航速，不得追越，在減速前，根據(jù)橋區(qū)風(fēng)、流和本船重載或空載情況，依據(jù)當(dāng)時環(huán)境，擺好船位，確保船舶的運行態(tài)勢不造成緊迫局面，從而保證船舶安全過橋。
（三）通航密集區(qū)船舶運行態(tài)勢的控制
通航密集區(qū)，船舶來往頻繁，如不掌握好船舶的運動態(tài)勢，船位就不可能擺好。正規(guī)瞭望是第一手段，嚴格遵守各段船舶定線制規(guī)定和分道航行規(guī)則的規(guī)定，始終將本船船位擺在規(guī)定的航路上，采取安全航速，加強與來往船舶之間的聯(lián)系，做好充分的避讓工作，單向控制航段要等讓，不得盲目進入造成緊迫危險，特別是100m以上的大型船舶尤應(yīng)注意。大型深吃水船舶，航速較快，船間效應(yīng)非常明顯，與小船同向行駛時橫距過近，小船受到的影響就越顯著，由于很多船為節(jié)油，下水航行單車慢速，在通航密集區(qū)，一定要控制好航速，保持安全距離，在寬敞水域可追越慢速船，避開船舶過分集中。大型船舶慣性矩大，追隨性指數(shù)大，應(yīng)舵慢，舵效差，在對駛相遇或同向行駛避讓過程中，要早用舵、早回舵，用大舵，使船舶較早地控制好運動態(tài)勢，以致在復(fù)雜區(qū)域不影響其他船舶造成緊迫局面，減少緊迫危險的發(fā)生。
（四）靠離碼頭船舶運行態(tài)勢的控制
根據(jù)船舶靠離泊位置、風(fēng)流、潮汐、水深的影響、港口碼頭情況、是否有礙航物的存在等，選擇哪舷靠泊；如需掉頭，應(yīng)選擇合適的掉頭區(qū)和掉頭方向，不影響同流向行駛船舶的航行。掉頭前船舶要按VTS用戶指南的報告種類和報告內(nèi)容，在規(guī)定的頻道上向指揮中心報告動向，掉頭時，正確掌握當(dāng)時水域風(fēng)浪流、潮汐、周圍船舶的動態(tài)、本船的旋回直徑及漂移距離，加強與來往船舶聯(lián)系，把船位擺在適合的位置，按船舶掉頭的操作要領(lǐng)果斷執(zhí)行。風(fēng)中掉頭有困難，可利用倒車尾找風(fēng)掉頭，或拋錨協(xié)助掉頭。靠碼頭根據(jù)風(fēng)流情況，選擇合適的駛靠角度、速度、橫距，駕駛員和水手密切配合。離碼頭時，預(yù)先觀察周圍環(huán)境，掌握風(fēng)浪流的影響，選擇好車舵錨纜，綜合利用，使船舶順利離開碼頭。
（五）通過淺區(qū)航道船舶運行態(tài)勢的控制
內(nèi)河大型船舶螺旋槳和舵葉在船底下大約600mm，在枯水期，船舶裝載時，為了滿足水深要求，常常出現(xiàn)艏縱傾。為了船舶安全通過淺區(qū)，必須控制好船舶的運行態(tài)勢，減速行駛，減少船舶動吃水的增量；連續(xù)測深，保證船位在深水水域；早用舵、早回舵，用舵舵角適當(dāng)增大，慢車與長車交替使用，保證船舶擁有足夠的控制力；備錨以防船舶出現(xiàn)“跑舵”發(fā)生倒頭、失控等危險局面。淺窄航道，船舶舵效變差，船舶過多時，要加強聯(lián)系，避免在淺窄航道會船，必要時在淺窄航道外等候，根據(jù)本船的操縱性能和當(dāng)時情況，按以上要求做好船舶運行態(tài)勢的控制，以策安全。
（六）在回流、泡漩水域船舶運行態(tài)勢的控制
回流和泡漩水對船舶安全航行的影響極大，稍不注意，船舶會觸坡，或被泡漩水推出預(yù)定航道，與來往船舶造成緊迫危險，甚至發(fā)生碰撞。內(nèi)河船舶大型化是發(fā)展趨勢，船長100m及以上船舶主機功率大多超過1480kw，使船舶的航速得到保障。因此船舶航行時盡量避開回流區(qū)，或沿回流和一流邊緣航行，保持船舶舵效，防止船舶觸岸；船舶遇泡漩水時，采取騎泡的方法，舵要拿活，避免船舶在泡漩的一邊，使船舶運動態(tài)勢發(fā)生較大改變。船舶航行在白滸山、西塞山、牛罐磯、小孤山、馬當(dāng)、太子磯等水道，駕引人員要高度控制回流、泡漩水對船舶運動態(tài)勢的影響，控制好船位，確保船舶航行安全。
四、結(jié)束語
綜上所述，航行中要隨時掌握船舶的運動態(tài)勢，根據(jù)周圍環(huán)境和航行條件做出正確判斷，采取行之有效的操縱方法，提高應(yīng)變能力，努力消除緊迫局面和緊迫危險的形成，更好地保證船舶航行和作業(yè)安全。
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