大風浪中船舶定點安全拋錨操作

華開明，童裕芳

（寧波海運股份有限公司，浙江 寧波 315020）

大風浪環境中，船舶受到強風流的共同作用，僅依靠自身的動力來實現定點安全拋錨操作難度較大，主要難點表現在：①船舶慢速狀態下容易偏轉，航向把定難，落錨點不易精準把握；②船舶飄移快，易發生走錨，船舶碰撞等事故，給船員生命和財產造成嚴重威脅。本文在船模實驗和海上實際操縱所得數據的基礎上，針對上述難點總結出大風浪（6-11 級風，無涌）環境中定點安全拋錨操作要點和拋錨操作各階段操作重點。

1 大風浪拋錨操作要點

船舶在水面上航行，是一個合成運動，船體既有縱向和橫向的平移運動，也伴有旋轉運動，大風浪中航行尤為明顯。大風浪中要實現定點拋錨，駕駛人員首先要理解和掌握以下要點：

1.1 樹立利用船舶橫向運動的理念

船舶平移運動Tr 可以分解成縱向運動Xm 和橫向運動Ym，見圖1，依靠船舶自身的車舵力量，船舶的縱向運動一般可以得到控制；但橫向運動是無法及時有效控制的，見圖2，船舶向下風流處飄移，想要用右滿舵進車來克服這個飄移，船舶需要航經一段距離且轉向至一定角度后方能見效，但往往這段距離和轉向就會產生險情，譬如造成與其它船距離太近等。在大風浪面前，船舶自身的動力是非常渺小的，刻意想憑借自身的車舵力量來克服風流的橫向飄移，有時是非常危險的。錨泊操作中，駕駛人員要樹立利用船舶的橫向運動理念，把不利因素為我所用，則可以更加精確有效掌控船位，且更安全（后文2.2,2.3 具體說明）。

圖1 船舶平移運動

圖2 車舵克服橫向漂移

1.2 典型裝載狀態下船體受風流作用后偏轉的規律

大風浪中船舶慢速抵近錨位時，有時風流轉船力矩會大于舵轉船力矩，導致航向把定困難，船體產生偏轉，甚至大幅度旋轉而失控。所以駕駛人員了解各典型裝載狀態下船體受風流作用偏轉的規律很重要，這既可以幫助駕駛人員選取合適的航向，也可以幫助預判容易產生大幅度偏轉的不利航向。為了方便說明問題，本文以下內容都是以一艘典型的65000 噸散貨船為材料作具體闡述，船型見圖3。用該船1∶200 的船模在實驗室做了偏轉實驗，以得到試驗數據。為了比對偏轉差異，實驗選取該船重載、壓載（1）、壓載（2）三種典型裝載狀態，重載為13.30 米平吃水；壓載（1）首尾吃水為4.50/6.80米；壓載（2）首尾吃水為1.50/7.50 米。

圖3 船舶總布置圖

實驗中，以船模重心作為支點，根據風動壓力轉船力矩公式（Ma）

測出該船三種裝載狀態的風力轉船力矩系數（Cma）數值，制成Cma 與相對風向關系圖，見圖4，圖中，船舶重載Cma 值對應的是實線曲線；壓載（1）Cma 值對應的是虛線曲線；壓載狀態（2）Cma 值對應的是點劃線曲線。

圖4 Cma 與相對風向關系圖

上式中ρa 為空氣密度1.293kg/m3，Va 為相對風速（m/s），Aa 為船舶水線以上正投影面積（m2)，Ba為船舶水線以上側投影面積（m2)，θ 為相對風向角。從圖4 中可以看出，船舶三種裝載狀態下，當相對風向為0°、90°附近、180°時，Cma 都為0，說明該相對風向風動力轉船力矩較小，此時用較小的舵角可以把定航向。隨著吃水差的增大（首吃水減少），正橫前來風Cma 最大值增大明顯，且正橫附近Cma 為0 時對應的相對風向角由65°后移至100°。

同理，水動力實驗中，把船模重心作為支點，模擬水深吃水比H/d 重載選取1.2，壓載取2.0 左右，根據水動力轉船力矩公式：

測出該船三種裝載狀態的水動力轉船力矩系數（Cwm）數值，制成Cwm 與相對流向關系圖，見圖5。

圖5 Cwm 與相對流向關系

上式中Fw 為水動力（N），γ 為水動力角，在90°左右，LG為船舶重心距船首距離（m），aw為水動力作用點距船首距離（m），ρw為水密度1025kg/m3，Vw為相對流速（m/s），L 為船舶兩柱間長（m）。

從圖5 中可以看出，船舶三種裝載狀態下，相對流向為0°、90°附近、180°時，Cwm 為0，說明水動力轉船力矩較小，此時用較小的舵角可以把定航向。隨著吃水差的增大（首吃水減少），正橫前來流Cwm 最大值明顯減小，且正橫附近Cwm 為0 時對應的相對流向由85°前移至63°。

上述兩個實驗揭示了船舶在三種裝載狀態下受風或流單獨作用后，船體產生偏轉力矩的大小及分布情況，給實際船舶操縱提供了理論依據。

1.3 不同裝載狀態下船舶最小保向舵角的分布

現實中，船舶水上航行時，船體的偏轉是受風和流共同作用的結果，船舶各裝載狀態下水線下船體受流面和水線以上結構受風面特點決定了它在風流作用下保向特點。海上實測該船受風流作用后最小保向舵角分布如下列圖所示，實測海域水深吃水比重載為1.5，壓載約為2.7。

圖6 為船舶重載最小保向舵角分布圖，縱向航速5節左右，實線為風 力10 到11 級，虛線為風力8 到9 級。

圖6 重載5 節最小保向舵角分布

圖7 為船舶重載最小保向舵角分布圖，縱向航速2.5節左右，實線為風力10 到11 級，虛線為風力7 到8 級；圖8 為船舶壓載（2），縱向航速4 節左右，實線為風力10到11級，虛線為風力8到9級；圖9為船舶壓載（2），縱向航速2 節左右，實線為風力10 到11 級，虛線為風力7 到8 級。

圖7 重載2.5 節最小保向舵角分布

圖8 壓載（2）4 節最小保向舵角分布

圖9 壓載（2）2 節最小保向舵角分布

從上述最小保向舵角分布圖（以下簡稱分布圖）可以得出，大風浪環境中，該船重載狀態下容易把定的相對風向是船首附近（范圍較壓載狀態大）或正船尾附近來風；壓載（2），除了正船首附近和正船尾附近來風外，正橫附近來風也容易把定。壓載（1）最小保向舵角分布情況處于重載狀態和壓載（2）之間，這里不再作圖。船舶慢速行進時，相對風向接近于真風向。駕駛人員掌握這個要點在實際拋錨操作中也是非常重要。

2 拋錨操作中各階段操作重點

2.1 船舶抵近錨地前的準備

無論船舶是重載還是壓載狀態，在抵近錨地前，駕駛人員要預先根據風速風向儀的數據，測出真風向和真風速，為選擇下錨時刻易把定的船首向和擺放船位作準備。然后根據GPS 航跡向、相對計程儀讀數、其它錨泊船船首向和潮汐資料等信息，通過分解船舶對地運動矢量大致判斷出流速流向。

如果預判出下錨時刻船舶橫向飄移速度太大，重載0.5 節及以上，壓載狀態0.7 節及以上時，則宜選擇平潮時機，規避流的不利因素影響，減少風險。

2.2 船舶慢速抵近錨位時船首向選擇和船位控制

從分布圖上可以看出，重載船舶在抵近錨位時可選擇的船首向為相對風向處于船首左右35°范圍以內時的船首向，也就是說選擇船首附近來風，即使航速較慢，甚至短時用車用舵，也容易保向，這個特性滿足了慢速抵近錨位時的保向要求。同時，為了利用船舶的橫向飄移，需要根據當時的飄移方向，預先控制船位，使預定錨位處于船舶飄移方向（Tr）上或附近，并保持足夠橫向距離以便對飄移方向作進一步微調，見圖10。同理，壓載狀態船舶宜選擇船首左右15°以內或正橫附近來風，使預定錨位處于船舶飄移方向上或附近，并保持足夠橫向距離。注意如果風力達到8 級及以上時，不宜選擇正橫附近來風，防止船舶橫向飄移過快而失控。

圖10 船位與預定錨位相對位置

2.3 下錨前飄移方向的微調

駕駛人員正確選定船首向后，譬如重載選擇頂風，在基本把定航向的基礎上，通過用車控制船舶的縱向航速，以實現調整船舶的飄移方向（Tr），使船首備錨沿著飄移方向朝預定錨位移動，見圖11。待船首備錨移動至預定錨位正上方稍微提前時迅速將錨拋下，這里的稍微提前量是指下錨至錨嚙入海底所需要的距離，根據實際操作，泥砂質海底一般提前50 米左右，泥質海底一般提前60 米左右。壓載狀態如果選擇正橫附近來風也是同理操作。

圖11 船首朝預定錨位移動

2.4 下錨后船首向的調整

在預定錨位下錨后，一般船舶飄移速度較快，此時船舶受到風、流和錨鏈三個力的共同作用，為了防止錨鏈受力過大和走錨，需要及時調整船首向以減緩錨鏈的拉力。調整船首向的參考依據是本船的飄移方向和其它錨泊船的船首向。重載船舶頂風下錨后，從分布圖得知船體本身會首迎風，所以需要向飄移的相反側作滿舵，進車，使船首朝錨位方向偏轉，保持適當退速，及時松錨鏈，見圖12。最終與其它同類型重載船舶同向；壓載狀態船舶頂風下錨后，從分布圖得知船體容易被打橫，所以要進車盡量保持頂風，保持適當退速，及時松出足夠長度錨鏈，松鏈過程中，船舶受錨鏈拉力作用后，船首會逐漸朝錨位方向轉向，及時作上風側滿舵，短時進車，防止船體在松足錨鏈之前被風打橫，最終要與其它同類型壓載船舶同向；壓載狀態正橫來風下錨后，需要向飄移的相反側作滿舵，進車，使船首朝錨位方向偏轉，保持適當退速，及時松錨鏈，最終與其它同類型壓載船舶同向。

圖12 重載調整船首向

3 結束語

大風浪中定點安全拋錨操作是一個綜合考慮風流飄移、偏轉和船舶保向特點的過程。上文只是某一特定類型船舶拋錨操作的闡述，實際操作中風、流之間關系復雜。本文只是起到拋磚引玉作用，駕駛人員要在實際工作中多總結經驗。