超大型集裝箱船靠泊分析

李磊

摘 要：本文將超大型集裝箱船和普通集裝箱船、大型礦船比較，將超大型集裝箱船的降速性能、倒車(chē)偏轉(zhuǎn)性能、大風(fēng)對(duì)船舶的影響等在靠泊過(guò)程中值得注意的問(wèn)題作簡(jiǎn)要的分析，通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算為實(shí)際操作提供數(shù)據(jù)支持，從而更好的駕引此類(lèi)船舶完成進(jìn)出港的靠泊操作，讓此類(lèi)船舶的進(jìn)出港操作更科學(xué)、更高效、更安全。

關(guān)鍵詞：超大型集裝箱船；摩擦阻力；降速性能；偏轉(zhuǎn)抑制

中圖分類(lèi)號(hào)：U675.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）06-0059-02

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和造船技術(shù)水平的不斷提高，船舶大型化的步伐從沒(méi)有停歇，人們對(duì)于貨物運(yùn)輸?shù)姆奖恪⒖旖荨⒏咝У榷喾矫娴囊螅辜b箱船舶的大型化進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在其他類(lèi)型船舶的前面，在短短的十幾年時(shí)間里，集裝箱船舶群體的發(fā)展從最初的單純追求快捷高效為目的的快速靈便型船舶為主，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在以追求快捷兼顧經(jīng)濟(jì)效益的干線(xiàn)超大型集裝箱為主，快速靈便的小型支線(xiàn)集裝箱船為輔的結(jié)構(gòu)，理所當(dāng)然，超大型集裝箱船就成為世界各大港口的常客，如何能夠更合理科學(xué)的引領(lǐng)此類(lèi)船舶，需要引航員細(xì)心思考。

1 超大型集裝箱船的特點(diǎn)

1.1 超大型集裝箱船的船型尺度

盡管當(dāng)前學(xué)術(shù)界沒(méi)有明確提出超大型集裝箱船的定義，但參考大型集裝箱船的定義和現(xiàn)在全球各集裝箱公司船隊(duì)的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，我認(rèn)為超大型集裝箱船應(yīng)該具有以下特征：①船舶總長(zhǎng)超過(guò)350米；②型寬超過(guò)42米；③結(jié)構(gòu)吃水14-16米，載重量超過(guò)10萬(wàn)噸；④全船裝載總箱量超過(guò)9000TEU。

1.2 超大型集裝箱船與其他集裝箱船的區(qū)別

超大型集裝箱船的出現(xiàn)，一方面是因?yàn)樵齑降奶岣撸硪环矫媸歉鞔蟠肮緦?duì)于運(yùn)輸成本和利潤(rùn)的考慮，超大型集裝箱船不但可以顯著降低單箱的運(yùn)輸成本，而且不會(huì)顯著的增加船舶的港口使費(fèi)，為此超大型集裝箱船有以下特點(diǎn)：①長(zhǎng)寬比較其他集裝箱船顯著減小。②多采用雙島式布局。③滿(mǎn)載時(shí)船舶方形系數(shù)在0.7左右，比普通集裝箱船有所增大。④單位質(zhì)量獲得的主機(jī)馬力有所減小。⑤舵面積比減小。

2 超大型集裝箱船操縱性能

2.1 超大型集裝箱船的降速性能

超大型船舶在港區(qū)進(jìn)行降速操作時(shí)，多采用拖輪制動(dòng)、大船停車(chē)趟航、大船倒車(chē)制動(dòng)等這幾種方式，在船速較快時(shí)，拖輪制動(dòng)和大船倒車(chē)很少使用，而且集裝箱船由于拖輪系纜位置離水面較高，拖輪制動(dòng)的效果也不是很理想，所以，如何通過(guò)停車(chē)趟航把船速降到大船倒車(chē)制動(dòng)的合適速度是操作的關(guān)鍵。眾所周知，除了船舶自身的重量外，影響船舶降速性能的最直接的因素就是船舶所受阻力，船舶所受阻力按特征分為基本阻力和附加阻力△R兩部分，而船舶在港區(qū)低速航行時(shí)，在風(fēng)速不大的情況下，船舶阻力主要來(lái)源于基本阻力，而且在這種情況下摩擦阻力占基本阻力的80%，所以要研究船舶的降速性能，就要了解船舶在不同速度下所受的摩擦阻力的大小，摩擦阻力可以根據(jù)R.E.Froude基于平板實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出的下列公式估算：

通過(guò)上面的公式我們分別對(duì)排水量在20萬(wàn)噸集裝箱船和礦船在不同船速狀態(tài)下所受到的摩擦阻力進(jìn)行估算見(jiàn)下表：

從上表中我們不難判斷出，超大型集裝箱船在正常情況下的降速性能并不比同等排水量的礦船好太多，只是集裝箱船的長(zhǎng)寬比大，航向穩(wěn)定性好，更利于趟航操作。通過(guò)上面的估算結(jié)果，我們還可以根據(jù)制動(dòng)距離公式：

估算滿(mǎn)載礦船和超大型集裝箱船速度從8節(jié)降到6節(jié)約需要1.3海里左右，而且實(shí)際操作的數(shù)據(jù)相符合。

2.2 風(fēng)對(duì)超大型集裝箱船的影響

超大型集裝箱船在船舶尺度方面都有大幅度的增加，尺度的增大，船舶受風(fēng)影響的面積也增大，對(duì)于3E級(jí)集裝箱船來(lái)說(shuō)，其側(cè)面最大受風(fēng)面積可達(dá)15000㎡，在大風(fēng)天氣下給船舶操縱帶來(lái)極大困難，所以風(fēng)對(duì)船舶的影響不容忽視。

風(fēng)對(duì)船舶的影響可以分解為縱向和橫向兩個(gè)方向 ，縱向的力Fc給船舶產(chǎn)生前進(jìn)或后退的作用力，橫向的力Fa主要使船舶產(chǎn)生橫移移動(dòng)，對(duì)于縱向的頂風(fēng)，在風(fēng)力4級(jí)-5級(jí)時(shí)，風(fēng)對(duì)船的作用力是基本阻力的10%-15%；風(fēng)力8級(jí)-9級(jí)時(shí)，風(fēng)對(duì)船的作用力為基本阻力的30%-40%，對(duì)于縱向的頂風(fēng)在港內(nèi)操作時(shí)我們可以通過(guò)船舶主機(jī)的進(jìn)退來(lái)克服，方法簡(jiǎn)單而且效果好，對(duì)于接近靠泊時(shí)，船速緩慢時(shí)的正橫風(fēng)力產(chǎn)生的橫移，則只能通過(guò)拖輪和船舶自有的側(cè)推器來(lái)克服，所以橫向風(fēng)力的大小在靠泊前要提前估算，提前安排好足夠馬力的拖輪，保證靠泊的安全，橫向風(fēng)力的大小可以通過(guò)以下公式計(jì)算得出：

A——船舶側(cè)面受風(fēng)面積（m2）；

根據(jù)上面的公式，我們?nèi)×?jí)風(fēng)的最小值11m/s和最大值14m/s時(shí)，風(fēng)舷角90度，且船舶是滿(mǎn)載受風(fēng)面積最大時(shí)，帶入公式計(jì)算得到正橫風(fēng)壓力Fa分別為1112KN和1802KN（此處計(jì)算結(jié)果為3E級(jí)集裝箱船滿(mǎn)箱空箱的情況下，船舶可能受風(fēng)的最大側(cè)面積），而實(shí)際工作中超大型集裝箱船多數(shù)給配置兩到三條大馬力拖輪，拖輪的總馬力在12000馬力到17000馬力左右，當(dāng)然此類(lèi)船舶多數(shù)都配有5000馬力左右的側(cè)推，拖輪和側(cè)推器可輸出的最大拖力為：17000×0.6+5000×0.9=16700（馬力）=1927（KN），（此時(shí)考慮到拖輪是倒車(chē)而且有斷纜的風(fēng)險(xiǎn)，所以只能輸出總功率的60%），最大頂推力為：17000×0.8+5000×0.9=18100（馬力）=2088（KN），從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，當(dāng)橫向風(fēng)力達(dá)六級(jí)，在船舶裝載較多集裝箱時(shí)，若是攏風(fēng)就需要充分考慮拖輪和靠泊港區(qū)的環(huán)境，選擇適當(dāng)?shù)囊椒桨干踔练艞壙坎矗羰情_(kāi)風(fēng)，靠泊碼頭就會(huì)有較多的儲(chǔ)備頂推力。

2.3 沉深橫向力對(duì)超大型船舶的影響

眾所周知，船舶的螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時(shí)除產(chǎn)生使船舶前進(jìn)或后退的推力外，由于各種原因同時(shí)還產(chǎn)生左右方向的橫向力，進(jìn)車(chē)時(shí)產(chǎn)生的橫向力可以通過(guò)舵力來(lái)克制，但是倒車(chē)時(shí)的橫向力只能通過(guò)外力（拖輪或者側(cè)推）來(lái)克制，所以倒車(chē)產(chǎn)生的沉深橫向力需要引起高度重視。很多學(xué)者根據(jù)多次的船模試驗(yàn)對(duì)于倒車(chē)是沉深橫向力的大小有這樣的估算，倒車(chē)橫向力的大小約為相應(yīng)狀態(tài)螺旋槳推力的17%-20%，對(duì)于超大型集裝箱船主機(jī)馬力大多在70000馬力左右，船舶倒車(chē)功率約為進(jìn)車(chē)功率的40%-60%，即使是倒車(chē)只有10000馬力產(chǎn)生的沉深橫向力也達(dá)近2000馬力，而且船在前進(jìn)過(guò)程中立刻會(huì)產(chǎn)生的水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力，如果拖輪不在轉(zhuǎn)動(dòng)初期立刻進(jìn)行制止，將很難控制船舶的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)靠泊作業(yè)造成極大危險(xiǎn)。

3 在實(shí)際操作時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）在駕引滿(mǎn)載的超大型集裝箱船靠泊時(shí)，要留有充足的趟航降速距離，由于其較高的干舷拖輪制動(dòng)的效果不是特別好，但他又比滿(mǎn)載礦船有相對(duì)較好的舵效和航向穩(wěn)定性能，所以應(yīng)該以拖輪制動(dòng)為輔，趟航降速為主。

（2）入泊速度要慢且入泊橫距要足夠，尤其是右舷靠泊時(shí)。倒車(chē)時(shí)機(jī)要早，用小倒車(chē)，如果速度過(guò)快可以用長(zhǎng)時(shí)間的小倒車(chē)來(lái)降速，左舷胯部的拖輪及時(shí)頂住防止沉深橫向力的偏轉(zhuǎn)。

（3）對(duì)于較多載箱量的船舶或者是較少載貨時(shí)空，要充分考慮風(fēng)的影響，根據(jù)港口條件和拖輪狀況制定合理的引航方案或者果斷放棄靠泊計(jì)劃。

（4）在有流的港口，對(duì)于滿(mǎn)載狀態(tài)時(shí)，要選在頂流且流速較緩的時(shí)間靠泊。

4 總結(jié)

總之，超大型集裝箱船由于其體積龐大，排水量巨大，單位排水量分配的主機(jī)馬力相對(duì)其他集裝箱船也有所減小，引航員在引領(lǐng)此類(lèi)船舶時(shí)已經(jīng)不能以普通集裝箱船的思維來(lái)制定引航方案，要結(jié)合其特有的性能將引航方案進(jìn)一步優(yōu)化，做到引航工作的安全，科學(xué)，高效。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫琦.船舶操縱[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2008

[2]蔣維清.船舶原理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，1998