船舶伴流與船舶駕駛關系研究

周啟學

摘 ?要：航運技術在我國近年來的發展中占據非常重要的位置，不少高校專門開設了航海技術的專業課程。船舶駕駛不僅依靠技術和技能，還會受到水流速度、水流方向、風向等自然原因的影響。船舶伴流也會在一定程度上影響船舶的駕駛速度等，二者之間具有一定相互作用，提高船舶駕駛技術，不僅要從技術方面提高，還要從影響因素中做出一些改變。該文主要從船舶駕駛和船舶伴流的基本概念出發，研究二者之間的關系，以便于做出相應的加強和創新。

關鍵詞：船舶伴流 ?船舶駕駛 ?相互關系

中圖分類號：U66 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（c）-0041-02

在船舶行駛過程中，船舶伴流會在一定程度上影響船舶的駕駛，以及駕駛員操作效率，這會導致船舶駕駛技術一直得不到相應提高。目前，我國為加強船舶駕駛技術，提高駕駛水平做出了許多研究和試驗。針對影響因素的嚴重中發現，明確船舶駕駛和船舶伴流之間的關系，從相互作用入手會有效減少船舶伴流的影響，從而達到提高駕駛技術和水平的目的。

1 ?船舶伴流

1.1 船舶伴流基本概述

經過觀察不難發現，當船正常行駛時，船體兩側會產生對稱的兩股運動的水流，這兩股水流是由于船的運動而發生運動，這樣的水流就叫作船舶伴流（附隨水流）。船舶伴流的速度與船的形式速度具有一定數據關系，經計算發現，船舶伴流中一個固定點位置的水流速度可以看作以下表達式：

（1）

其中，V2相當于船行駛過程中周圍水域某個固定點的水流速度，V相當于船舶的行駛速度，V1船舶運動引起的船舶伴流在某個固定點的速度。從表達式中可以看出船舶伴流速度是可以經過測量或計算得出，并且與船舶行駛速度呈一定相關關系[1]。

1.2 船舶伴流分類研究

船舶伴流根據其產生原因以等不同情況可以具體分為以下幾個種類：第一，摩擦伴流。顧名思義摩擦伴流就是由于摩擦力而引起的伴流，該種伴流形式是由于水的特性所引起的，船舶進入水中會被水分子所包圍和吸附，但是當船舶浸在水中的部分被水分子全部吸附后，其他水分子就需要吸附在第一層水分子表面，但是由于船舶行駛具有一定速度，水分子之間由于慣性以及與船體之間的速度差而產生摩擦力，這些摩擦力就引起了摩擦伴流[2]。第二，形狀伴流。這種伴流大多以渦流的形式出現，其主要產生原因是船舶形狀、能的變化、摩擦力的影響以及船頭與船尾之間的距離等因素決定，在船舶形式過程中，由于船頭尾之間的距離，船行駛的能在動能和勢能之間不斷變化，變化中收到船體形狀影響，在船體周圍形成渦流，就是形狀伴流。第三，船舶波浪伴流。船舶行駛中與水面接觸面的受力程度不同，水面會受不同壓力的影響形成一種波浪形的波紋，因此被稱為船舶波浪伴流。

1.3 船舶伴流在船體周圍的分布情況研究

對不同船舶伴流分類做出研究，結果表明伴流速度與船體本身的某些特性有關。在靠近船體的伴流速度大于遠離船體的伴流速度;當船的行駛速度逐漸變大時，船舶伴流的速度也逐漸變大;在有螺旋槳的船體周圍的船舶伴流速度與螺旋槳的位置關系也有關，出現上下兩個半圓周圍速度不同的現象[3]。

2 ?船舶伴流與船舶駕駛關系研究

船舶伴流與船舶駕駛之間存在一定相關性，從上述部分表達式中可以看出，船舶伴流的速度可以通過船舶行駛速度經過相應的運算算出，二者之間存在一個數據性關系。另外，船舶伴流也根據不同船體形狀、行駛速度等原因的不同而出現了幾種大致分類，船舶伴流在船體周圍的分布狀況不僅受到船行駛速度的影響，還會受到船體的材質、形狀等因素的影響。由此可見，船舶駕駛會影響船舶伴流的速度和分類，則船舶伴流也會在一定程度上影響船舶駕駛，以下是船舶伴流對船舶駕駛的具體影響。

2.1 船舶伴流影響船舶快速性

由于在船舶行駛過程中船體與體之間產生一定阻力，但是船舶受到的動能大于該阻力，所以船舶可以正常行駛，船舶伴流也因此產生。船舶伴流的速度與船體與水體的阻力大小有關，船舶行駛中耗費的動能越大，則說明船體受到的阻力越大，船舶伴流速度也因此逐漸變大[4]。要想船體克服水體給予的阻力以保證正常行駛，則必須加大所消耗的動能。因此，為減少船舶行駛中所耗費的動能，減小船舶行駛受到阻力和伴流速度的影響，則需要從船體形狀、船體材質等方面入手，最大限度地減少船體行駛中受到的阻力和水的摩擦力。例如：將船體形狀做成兩頭尖中間寬的梭形，以減少船體受到的阻力，船的制作材料盡量使用浮力好，表面光滑，受到水面摩擦力小的材質，保障船體正常行駛的同時還能減少摩擦力的影響。

但是，船舶伴流的速度只有在船行駛速度為0時才會相應的變為0，只要船體與水體發生相對運動，則一定會產生船舶伴流速度，這表明船舶伴流速度是一直伴隨船的運動而產生的。因此，要減小船舶伴流對船舶駕駛的而影響，不僅要從主觀方向做出改變，還應該從船舶伴流本身出發，并加以利用，最大限度地減少二者之間的相互作用[5]。例如：在航運交通中，大多數情況中需要一支船隊同時進行運輸，因此，可以根據船隊內船舶的數量等時機因素減小船體受到的阻力。在船隊運輸中，前排開路的船舶受到最大的阻力，船舶伴流從第一支船體后呈扇形向兩側分布，因此，在后排的船體受到的阻力相對較小?？梢酝ㄟ^船隊運輸的這種性質，合理排列船隊的隊形，盡可能地將阻力減到最小。同時，由于船舶頭尾兩端受到的壓力和阻力最大，因此，可以通過后排船舶前端與水流的作用力推動前排船舶行駛，也能達到一定減小阻力的效果。在船隊行駛時，將前后兩支船舶的距離縮短至最小安全距離，保障后排船舶承受最小的阻力，也能保障后排船舶能夠給前排船舶最大的推動力，從而將阻力減小到最小。

2.2 船舶伴流影響螺旋槳效應

螺旋槳上下兩個半圓附近船舶伴流速度不同，同時，不同的伴流速度對螺旋槳的轉動也有不同程度的影響。螺旋槳盤面上半圓附近的船舶伴流速度大于下半圓的伴流速度。因此，在船舶正常向前行駛、向后倒船以及轉彎行駛時螺旋槳的作用程度不同。當船舶正常向前行駛時，兩個螺旋槳的作用程度相當，兩側螺旋槳產生的船舶伴流的速度和方向大小相等，其受到的阻力也基本相同。當船體轉彎或發生側向運動時，則此時螺旋槳所受到的阻力不均衡，若船體向右側轉彎，則左側螺旋槳所承受的壓力和阻力較大，左側螺旋槳周圍產生的船舶伴流速度大于右側，由于船舶伴流的速度大，水體給船的阻力大，則相應的動能就大。因此發生右向轉彎的運動，反之，若船舶向左轉彎，則右側船舶伴流的速度大，螺旋槳承受的阻力大，因此會發生左向轉彎。

螺旋槳與其周圍的船舶伴流速度也具有一定的相關性，此時的船舶伴流會給予螺旋槳一個伴流效應橫向力，該力的大小變化受到船舶行駛速度的影響，在船舶行駛速度增大時，伴流效應橫向力也呈逐漸增大的趨勢。因此，若不受其他因素影響，螺旋槳的伴流效應橫向力能夠在一定程度上影響船舶的偏轉方向和位置，使其發生位置的變化，從而實現船舶相對于水的運動。

2.3 船舶伴流與舵效之間存在相互關系

船所受的舵力大小受到許多因素的影響，舵葉處于船體的不同位置，其受到的壓力不同，由于船舶伴流速度大小船所受到的壓力越不同，螺旋槳的轉動也會在一定程度上影響船舵受到的壓力，并且船的行駛方向會使船舵的壓力發生較大的變化。以船舶伴流對船舵以及舵葉的影響為例，當船舶正常向前方行駛時，會由于水體發生摩擦力以及阻力而產生船舶伴流，船舶伴流會影響船舶的形式速度，船體與水體摩擦產生的摩擦伴流呈扇形向后擴散，此時船舶伴流中水流方向與船舶行駛方向相反，但是伴流方向與舵葉的運動方向相同。因此，船舶伴流會對舵葉產生一個同向的作用力。由于舵葉的作用主要是與水體發生作用力從而達到控制船舶行駛方向，避免船舶行駛偏離航線。因此船舶伴流給予舵葉的作用力會嚴重影響舵葉辨別和控制船舶行駛方向，若此時仍然使用舵葉控制方向，則會導致船舶偏離航線。這種現象會由于船舶的提及和規模的變化而變化，大型船舶的舵葉受到伴流作用的影響較大，提及越小的船只舵葉對伴流方向的敏感程度越小。船舵受到船舶伴流的影響具體可通過以下表達式來體現。

（2）

（3）

以上兩個表達式中，p1、p2分別代表敞水舵和船后舵所承受的水體給予的壓力;c1、c2分別對應表示二者的壓力系數;ρ表示船舶行駛區域內水體的密度大小;W表示船舶伴流分數，該值隨著船舶伴流速度大小方向等因素的不同而發生變化;v3舵葉的速度與伴流速度只差，表示相對速度;S表示不同船舶所安裝配備的舵葉面積，該值在不同規模的船舶中大小可能發生變化。

3 ?結語

總之，船舶駕駛需要通過船舶的各功能部件共同作用實現行駛，研究船舶伴流與船舶駕駛之間的關系，就相當于研究船舶伴流與船舶形狀、規模、船舵、螺旋槳、船隊規模等方面的關系。由于船舶伴流是伴隨船舶駕駛不會消失的影響因素，因此，若想提高船舶駕駛技術，就需要盡可能地減少船舶伴流對船舶行駛所產生的影響，要詳細分析船舶伴流對各部位產生的影響，從影響原理入手，將阻礙變成動力，從而提高船舶駕駛技術。

參考文獻

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