船舶壓載與安全操縱的理論與實(shí)踐

賀益雄 馬炬

【摘 要】船舶壓載操作可迅速改變吃水差，吃水差變化將影響對(duì)船體受力狀態(tài)。通過(guò)船體不同吃水差、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的受力分析，在航行中進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲狠d操作，以確保航行安全。

【關(guān)鍵詞】船舶操縱 壓載操作 吃水差 大風(fēng)浪 船體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

【中圖分類號(hào)】U675.9 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）03-0391-02

船體表面積甚大，在強(qiáng)風(fēng)、流作用下將產(chǎn)生巨大轉(zhuǎn)船力（矩）。船舶生產(chǎn)實(shí)踐中，這些力（矩）可能大于錨、舵等設(shè)備能提供的力（矩）而釀成危險(xiǎn)。船長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況合理分析，適當(dāng)調(diào)整吃水差改變船體受力狀態(tài)，化不利為有利確保安全。

關(guān)于船舶在大風(fēng)浪中的保向能力，楊鹽生等從船舶風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果出發(fā)得出一系列的論述[1][2]，并給出一系列有關(guān)船舶保向能力的計(jì)算公式，但從航海應(yīng)用角度來(lái)看過(guò)于復(fù)雜，很難應(yīng)用。關(guān)于吃水差對(duì)錨泊船、拖帶船舶首向偏蕩的影響及對(duì)掉頭操作的影響鮮見(jiàn)討論和研究，基本處于空白狀態(tài)。基于航海實(shí)際應(yīng)用之目的，宜從其他角度出發(fā)得出一些簡(jiǎn)單的結(jié)論以供航海實(shí)踐。

一、大風(fēng)浪航行空載船舶受力分析及利用壓載改變船舶保向能力

船舶空載航行受風(fēng)浪影響大，大風(fēng)浪中操縱較困難，多選擇減車首側(cè)頂風(fēng)減輕風(fēng)浪沖擊力，以減小橫搖保護(hù)車舵，且有較好舵效，但船舶頂風(fēng)航行須有足夠保向能力，以免船舶橫風(fēng)橫浪。切忌橫風(fēng)橫浪，船側(cè)巨大受風(fēng)面積易使船體橫搖過(guò)大以致穩(wěn)性喪失翻沉，或使船體進(jìn)水造成危險(xiǎn)。吃水差變化能導(dǎo)致船中前后受風(fēng)面積的變化，改變船體的受力狀態(tài)而影響其保向能力。

下面以一實(shí)例為引討論壓載對(duì)空載船舶保向能力的影響：

一）大風(fēng)浪中空載船頂風(fēng)航行轉(zhuǎn)船力（矩）分析

S輪某航次天津—海參威，該輪六個(gè)左右邊柜、雙層底及首尾尖艙26個(gè)壓載艙，吃水F4.8m/A6.8m。12月31號(hào)日本海更換壓載水，該海區(qū)31號(hào)無(wú)大風(fēng)警告預(yù)報(bào)。由于一些特殊情況，先排TST1、2、 4（左右）。1000壓載水排空，吃水F3.4m/A7.3m。東北風(fēng)5-6級(jí)突然加大至9級(jí)（溫帶氣旋中心經(jīng)過(guò)），并繼續(xù)加大。選擇偏頂風(fēng)航行，但依然打空車且保向困難；計(jì)劃航向020°，轉(zhuǎn)換成手操舵，船舶僅能在300°—080°之間擺動(dòng)，擺回計(jì)劃航向緩慢；橫搖在船舶被吹向橫風(fēng)時(shí)加大，隨風(fēng)浪加大加劇；船舶向下風(fēng)橫向漂移，速度約2節(jié)，有被吹向橫風(fēng)的危險(xiǎn)，形勢(shì)隨風(fēng)浪加大變得危急。船長(zhǎng)考慮繼續(xù)壓水將使尾吃水減少，導(dǎo)致打空車更嚴(yán)重遂令停止壓水。船長(zhǎng)緊急召集駕駛員商量對(duì)策，開(kāi)始均感覺(jué)無(wú)良策以緩解局面。

對(duì)大風(fēng)浪中空載航行船旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有影響的外力有風(fēng)動(dòng)力 （含船中前的 F3和船中后的 F4），浪（涌）力（含船中前的 F5和船中后的 F6），船、槳、舵效應(yīng)橫向力 F1，舵壓力F2，及各種阻力F7，設(shè)M1–M7分別為F1–F7相對(duì)船中轉(zhuǎn)船力矩。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由各外力矩作功之和決定，表1為與各外力矩相關(guān)的因素及對(duì)船體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)影響。表1 作用于船體的外力矩

gaV Ca ABDρθθ+[3]，D為力臂，由風(fēng)舷角、船型決定。

考慮船舶能否保向航行時(shí)，風(fēng)舷角、船型、空氣密度ρ、系數(shù)c不變，M3或M4由船中前或后水線上正、側(cè)投影面積Aa、Ba及風(fēng)速V決定，即由吃水、吃水差、風(fēng)速?zèng)Q定。B可以按需要調(diào)整，最大為滿舵舵力矩作的功。所有力矩作用角度相同.對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)定性分析時(shí)，考察A+B+C只需考慮M3+M4+M和M2的大小即可。顯然M3、M4方向相反，形象起見(jiàn)，下面討論船舶能否頂風(fēng)保向航行時(shí)用M4—M3表示M3+M4。

（1）M4—M3+M遠(yuǎn)小于M2最大值，小舵角即可保向，出現(xiàn)在吃水差小或首沉，生活區(qū)迎風(fēng)面積大，船體瘦長(zhǎng)（生活區(qū)遠(yuǎn)離船中）、船尾線形外飄時(shí)。我國(guó)八十年代初生產(chǎn)的1.6萬(wàn)噸級(jí)干散貨輪比較典型，1999年冬天，紅旗203空載北上，黃海遇冷空氣，（風(fēng)力11級(jí)），自動(dòng)舵小舵角即可保持頂風(fēng)航行，航行平穩(wěn)，筆者記憶深刻。

（2）M4—M3+M大于M2最大值，船舶頂風(fēng)時(shí)喪失保向能力而被吹向橫風(fēng)，非常危險(xiǎn)是很多悲劇的原因。船中后受風(fēng)面積小于船中前受風(fēng)面積，即尾沉過(guò)大，生活區(qū)迎風(fēng)面積小，船體短粗（生活區(qū)離船中近）船首線形外飄船舶在風(fēng)力大時(shí)出現(xiàn)。

（3）M4—M3+M接近M2最大值時(shí)，保向困難，首向左右搖擺但還能回到頂風(fēng)位置。實(shí)質(zhì)上是一種臨界狀態(tài)，如不采取措施隨風(fēng)力加大或其他因素改變就有可能進(jìn)入狀態(tài)（2），S輪就處于這個(gè)狀態(tài)。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，不少船舶都遇到過(guò)這種情況，但很少有人能想到?jīng)Q定性有效措施。

某些大風(fēng)浪中頂風(fēng)航行空載船，若吃水少尾沉大，風(fēng)力小處于狀態(tài)1，隨著風(fēng)力加大相繼進(jìn)入狀態(tài)3，2。肥大型船舶易出現(xiàn)該類情形。

二）壓載改變吃水差對(duì)船舶保向能力的影響

S輪大副經(jīng)過(guò)分析后建議繼續(xù)壓邊柜TST1、2、 4（左右）左右。