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超大型船舶黄浦江内掉头时机的选择及操作要领探讨——蓝中

发布时间:2016-08-04 发布人:李晓帆

上海港黄浦江以其航道狭窄,通航密度大,船舶操纵困难而闻名。随着上海港向国际航运中心的迈进,其接纳船舶吨位、长度越来越大,其中有一部分需进出黄浦江。码头边由于受水深和航道宽度的限制无法掉头,所以海事局在黄浦江内专门划定了三个相对较宽的水域作为超大型船舶的掉头区。即1号掉头区,位置位于黄浦江内107号灯浮下游闸北电厂江面,供长度大于160米但小于300米的船舶掉头;2号掉头区位于虬江码头附近江面供长度大于180米但小于300米的船舶掉头;3号掉头区40号系船浮下游其昌栈码头江面,供长度小于275米的船舶掉头。对超大型船舶船舶而言即使在掉头区掉头由于受水深的限制,其掉头区的横向宽度也很紧张,这就需要选择有利的潮流和适当的时机,并运用良好的船舶操纵技术才能完成。

一、 掉头时机的选择

由于超大型船舶在黄浦江内掉头,其掉头区的横向宽度受限,为了保证安全首先我们尽可能选择在平流时刻进行。考虑到高平潮时进口大船很多,鱼贯而入,缺少掉头的空间。而低平潮时黄浦江内很少有大船进出,江面上的小船也不多,有利于安全掉头。其次为了保证超大型船舶掉头时良好的操控性一般要求超大型船舶经减载后吃水保持在8米以下,且后吃水大于前吃水的差在2米左右。综上所述超大型船舶掉头的时机一般选择在所用掉头区潮汐的落末时刻,即低潮后45分钟左右,这时的落流流速最好在0.5节至1节之间,这样做的优点如下:其一超大型船舶的惯性冲程大,一旦启动后要减速是很缓慢的,在离泊到开始掉头的一段航程内,有1节左右的顶流利于超大型船舶在淌航状态下的减速和做舵,这就为保向、少用车和控制好船位提供了便利;其二超大型船舶的船身长,吃水一般在7~8米左右,当船首线掉到90度横在江面时,水下受流面积相当大,流压影响也就大。而落末时流速已减弱,这有利于减小船身在流压的作用下向下游漂移的距离;其三当掉头完毕时已是低平潮,稍后航行即顶流,利于回靠原泊位或出口航行。

二、 调头时的操作要领

1. 掉头时初始位置的选择及本船余速的控制

超大型船舶一般都是右旋车,其倒车时的沉深横向力是推尾向左。在掉头过程中,我们可以充分利用这一有利条件,选择向右掉头。因此在接近掉头区时,我们需将船位控制在航道的左侧。到达掉头区后,横向上应保证本船船位在掉头区左侧离岸约1/4的掉头区宽度上。在纵向上,船位控制在离上游掉头区边线约1/3掉头区水域的长度上。这样,在掉头过程中受横压流影响向下游漂移就有了足够的安全距离。在接近掉头初始位置时,应尽早停车,因为如果余速过大,超大型船舶的前冲惯性很大,在掉头过程中即使开快倒车,也很难克服。当到达初始掉头位置时,速度应控制在1节以内(对地速度),这样就可用慢倒车或中速倒车迅速把船停住,更有利于顶推拖轮发挥最大的横向推力。如余速愈大,则拖轮横向推力愈小,不利于加速掉头。而且掉头时间越长,将会增加大船被落流压向下游的纵向距离。

2. 掉头过程中拖轮的运用

以前在掉头过程中习惯用艏拖拖右艏、尾拖顶右尾的方法。在实践中发现,大船掉头时,即使掉头开始时对地速度为零,但掉头过程中船舶依然前冲很厉害,需用加速倒车来抑制。什么原因呢?下面用图示来加以分析。在图1所示的座标系中(y轴为流向),大船在掉头的过程中不但会在y 轴上产生向下游漂移的速度,而且在X 轴上会产生前冲的速度。分析其原因认为是船首拖轮的拖力FX 轴上的分量Fx所致。因此为消除Fx的影响,避免增加前冲速度,现大都改为顶左艏和顶右尾的方法,如图2所示。而且,拖轮顶在大船的船体上,有一个坚实的顶点,往往可以发挥拖轮的最大推力。而拖轮拖时,由于担心拖缆拖断造成紧迫局面,拖轮往往不敢开最快车;同时超大型船舶干舷高,拖缆会产生一个仰角,这样会使拖轮在拖力上浪费一个垂向分力。综上所述,在船舶掉头的实际操作过程中拖轮顶艏要优于拖艏。

3. 掉头过程中车的运用

在实践操作中发现,两条拖轮一条顶左艏、一条顶右尾掉头时,船舶的前冲现象还是比较明显。通过用矢量合成的方法,来分析掉头船舶重心的运动。发现主要是由于船对水的速度引起的,具体分析如下。设:流速为 Vc,在掉头前顶流(大船艏艉线和水流平行),稍用倒车将船停住,此时大船对地的速度为零, V船对地=0 V船对地=V船对水+ Vc,所以V船对水=Vc,如图3所示。说明此时

大船对水的速度和流速大小相等、方向相反。当大船在拖轮的作用下转过一定角度时,V船对水的方向发生了变化,V船对地也发生了变化,如图4所示,可以看到此时V船对地 X轴上产生了一个分量Vx船对地,也就是我们通常所说的前冲速度。从图4可见,在△AOB中重心前冲速度Vx船对地=Vx船对水SinΨ。

从上式可以看出:①重心前冲速度(Vx船对地)与船对水速度(V船对水) 成正比,船对水的速度越大,重心前冲速度Vx船对地)越大。而掉头前顶流当大船对地速度为零时,船对水的速度的大小又和流速有关,流速越大,船对水的速度越大,所以当大船转过一个角度Ψ,时,重心前冲速度也越大。②重心前冲速度(Vx船对地)SinΨ成正比,Ψ角越大,重心前冲速度(Vx船对地)越大。

因此我们在超大型船舶掉头过程中,随着Ψ角的逐渐变大,船舶重心前冲速度也加大,就这需要操作者在船舶掉开始阶段应提前用倒车,并逐渐增加倒车车速来抑制船的前冲。这样才能合理的控制船位做到防患于未然,充分掌握掉头过程中的主动性,避免紧迫局面的产生。

4. 掉头时本船的旋转中心

在黄浦江掉头区掉头,超大型船舶顶流使用拖轮顶左艏顶右尾的操纵过程中,其迫使船舶右转的力主要是靠左艏拖轮的顶推力Ft,加上左艏的水动力Fw(如图5所示),

而顶右尾的拖轮只是起到配合作用,且它的推力Fa主要是用来抵制左尾受到的流压力和旋转时船尾向左转动时所受到的水阻力。以不致使船身和船尾向下游压,并减小向下游的纵向漂移距离。当大船旋转在60~130℃之间时,由于超大型船舶在压载状态下前、后吃水差一般在2米左右,所以其左艏所受到的流压力w 和水阻力Ra,远大于船艏右转时,右艏所受到的水阻力Rf,但由于此时已命后拖轮全速顶推,所以船尾所受到的合力F=Fw+Ra-FaFp Fp为右旋螺旋桨倒车时所产生推尾向左的排出流横向力)仍小于船首向右旋转所受到的总合力F=Ft+Fw-Rf。根据首尾受力的分析和实际操纵大型船舶在掉头过程中的经验积累得出:F=3F。由于左首受力大于左尾约三倍,使大船绕旋转中心点“O”旋转。设船长为L力、力臂与转心的关系式:L/F=L/FL*F=L*F,将F=3F代入,简化后得出L=3L,因L=L+L=3L+L=4L,所以L=0.25L,即旋转中心点“O”离船尾的距离在船长的1/4处。由此说明,掉头时的初始船位控制在掉头区左侧的1/4掉头区宽度上,则掉头完毕后船位正好在出口航道上,利于超大型船舶启动出口。

三、结束语

总之超大型船舶在黄浦江内掉头,一定要控制好船位,而超大型船舶往往惯性大,启动慢,停下来也慢,这就需要我们了解船舶掉头过程中的运动趋势,运用良好的船艺及早采取措施加以制止,以确保船舶掉头的安全。

参考文献:陆平 流对船舶掉头的影响《航海技术》2003.03