探讨船舶转心在港内操纵的应用

◎ 许钦平 天津港引航中心

船舶驾驶人员操纵船舶时，特别是在狭窄、水域受限因素较多的港内水域，通过对船舶转心的科学掌握，有助于发挥转心作用，为船舶操纵提供多重助力，如若未有效关注转心使用情况，将会为船舶操纵增加难度，甚至形成危险局面。

1.船舶转心的影响因素

1.1 船型及船舶载况的影响

对于不同船舶而言，转心的位置直接影响着旋回性能的好坏，旋回中漂角越大的船舶，其定常旋回时的转心越远离船中，它的旋回性就越好。而船型及船舶的装载状态又直接影响着船舶转心的位置，从操纵性的角度来分析，影响因素具体包括：船型方面包括船舶的方形系数Cb、长宽比L/B、舵面积比及船体水线下侧面积的形状和分布；装载状态包括船舶的吃水、前后吃水差及横倾等。

1.2 船速影响

船舶运动速度增加时，船舶的顶流位置将会承受逐级增加的水压作用，附加质量作用将相应增加，重心、船舶转心将向顶流方向移动。为此，当船舶运动方向转为向前时，在船舶旋回作用下将会提升转心移动速度，使其转心位置向定常旋回方向移动。船舶在后退期间，将会发生回转运动，转心将会集中在船尾位置。

1.3 附加质量影响

船舶在港内区域受水深限制时，操纵将会受到多方因素影响，具体包括浅水效应、富余水深不足。船舶在航行期间，将会引起周围水域发生联动，在船舶自重基础上融合了水域附加质量。而船舶在浅水区域形成的附加质量，相比深水区更为严重，因此，在船舶回转运动期间，将会形成更为明显的附加惯性，同时将会引起转心前移的情况。

2.在港内操纵体系中船舶转心的实际应用

2.1 天津港主航道应用实例

天津港的潮汐为不规则半日潮，涨潮时流向西北，落潮时流向东南，最大流速在2节左右，而且较强的偏东风会使涨潮流的速度增加，较强的偏西风会使落潮流的流速增加。船舶在天津港主航道的不同位置受到流的影响不同，以船舶在涨潮时进港为例，新港主航道1＃、2＃号浮至13＃、14＃号浮之间，航道走向为307°，船舶右舷受流；主航道13＃、14＃号浮以里，航道走向为279°～281°，船舶左舷受流；而在新港航道防波堤口附近，由于南北防波堤横截的作用，会导致流速变急流向变的不规律，船舶受流压的影响而导致航向不稳定，特别是重载的船舶需要格外的注意。

受流的影响，船舶在保持正舵的情况下，船头也会发生向左或右偏转的现象，特别是在船舶航速较低、船舶吃水较大、H/d较小的情况下，此种偏转更为明显，甚至引起满舵也难以保持航向稳定性而引发起危险事件。此种险情发生成因为：受到流动影响，会引起船舶转心向顶流方向靠近，舵力转船力矩及水动力转船力矩产生变化。而当潮位较低、船舶所在位置富余水深不充足时，水动力也会形成了增加现象。这种情况下，船舶形成水动压力时，其产生的船舶阻尼转动力矩F1与船舶自身舵力作用下完成船只转动所需的力矩F2相比，可能存在F1＞F2的关系，由此会导致船舶产生不具有受控性的偏转。为此，船舶操纵人员应结合自身船舶情况，掌握本船转心随航速在不同水域的变化特点，选择较为适宜的时间，灵活使用车舵，保持安全航速，以安全完成船舶在等候进港期间及在主航道的上线、航行和下线的操纵。

另外，在含有潮流的港中，完成船舶操纵与驾引时，应建立基础性认知：在顺流时完成船舶自主掉头操纵，此种操作相比在顶流时更容易实现。在浅水区域开展船舶掉头操纵时，此种操作难度差异较为明显。在分析其内在原因时发现：船舶在用舵自力掉头作用下，在顺流掉头前期，船舶有向前的速度，船舶转心在重心之前，由于船舶的相对流向角不小于90度，流向形成核心压力位置在重心后面，表现出力臂较长的特点，产生的水动力转船力矩较大；而顶流时，流向形成核心压力位置在重心之前，表现出力臂较短的特点，产生的水动力转船力矩较小。为此，顺流状态下完成的船舶掉头相对容易。

2.2 超大型船舶应用实例

在港内完成大型船舶操纵时，船舶在富余水深较小区域，将会形成较为明显的浅水效应。与此同时，超大型船舶自身质量相比较大，由此会形成更大的惯性作用，相应引起船舶旋回时形成了较大的旋回圈，由此需要借助拖轮作用方可操纵船舶掉头。拖轮作用的有效性，应配合于大型船舶自身操纵需求，以此提升大船操纵精准性。

拖轮作业方式有多种，具体表现为顶推、吊拖等，其作用位置应尽可能地靠近船舶的前端或后端，以期形成船舶转动的力矩最大值。处于前行运动的船舶，其自身与水形成了相对运动关系，水动力核心区域相比船舶较为靠前。在横向作用力、拖力等条件下，水动力将会形成浮动，由此引起船舶方向形成偏差。与此同时，前进状态下的船舶形成了偏差转心，此转心形成于船舶前区。在拖轮助航期间，大船在拖轮作用下完成转头，拖轮有效推力=推进器发出的作用力-船体自身承受的阻力，表现为推力的剩余值，也叫剩余推力或拉力，而且它将随着船速的增加而递减。拖轮应与大船紧密配合，当拖轮位于船尾位置，为其提供助力使其完成转头时，随着船速的增加，大船整体转头效率将会下降。如若拖轮在船头位置，为其提供一定助力协助船只完成掉头，随着船速的增加，船舶转心前移，船舶斜航阻力逐渐增加，在船舶达到一定航速时，如果船体斜航所产生的转头力矩超过了大船的舵力转船力矩加拖轮剩余推力产生的转头力矩，大船将发生反向转动。而该航速也就是拖轮协助大船掉头时大船的极限速度。为此，超大型船只在开展掉头活动期间，应针对自身运动速度加以有效控制。灵活使用船舶运动时的转心位置，在车舵及拖轮的有效配合下顺利完成掉头。

2.3 航道弯头转心应用实例

港内多数具有较多的弯头。弯头外形表现出差异性，比如凹型、凸形。在涨潮、落潮时，将会在凹处形成水流汇集。弯头形成的区域，存在较为明显的水深变化，凹处水深区域状态良好，凸出水深部分区域水深骤减。航行水域较为狭窄，弯头区域船舶数量较多，此类船舶形成了较为繁忙的交通体系，甚至会与其他船舶交汇在弯头位置。船舶驾驶引导人员，在操作船舶时，应充分认知弯头位置形成涨水、落水等问题时，船舶转心与其操纵两者之间的关系。精确完成船舶操纵，结合弯头的弯曲趋势，以此提升船舶转头的有效性，使其平稳完成过弯，保障驾驶船舶航行位置的准确性，提升航行安全性。

在天津塘沽海河外滩弯头处经过的船舶为例，海河船闸处会根据闸东水位的高低调节海河水位而放水，一旦放水，海河水流加急，流速可能达到3-4节，将对航行的船舶操纵带来困难。放水时，船舶往下游方向即顺流通过该弯头区域，此时船舶处于前进状态，船舶转心集中在船头区域，水流自船舶右后方而至，船舶将会发生右转，操纵时，驾驶人员应提前预判船首的偏转运动趋势，并及时采取船舵方向的正确性，促进弯头顺利通过。同时可采取反方向舵角操作形式，加强船舶转动控制，以此减少船舶转动速度较快，有效控制船舶向右偏转。在往上游即顶流状态完成船舶过弯，将会发现船舶右转存在一定困难，可采取加车以提高舵效应力的措施，以此控制船舶转动偏差问题。

当船舶面临斜向顶流时，水流将会从船舶左前方而至，船舶转心将会在船首约1/5位置。此时船舶转动形成的力矩，等于舵力完成船舶转动形成的力矩减去船舶形成水动压力形成船舶转动力矩，由此形成较为困难的船舶左转问题。潮水顶流、顺流等位置发生过弯时，由此形成的船舶操作作用问题各有差异，同时弯头区域航道形式较为繁杂，驾驶引导人员在经过弯头时应予以高度重视。

3.结论

综上所述，对于船舶驾驶人员而言，通过熟练掌握船舶转心变化规律，减少对船舶操纵形成的影响，较为关键。通过借助船舶转心的综合效用，能结合自身的操纵需求，提升船舶操作效率。