船员大型船舶操纵特殊培训1

船员大型船舶操纵特殊培训航海系王春年大型船舶的概念：80000载重吨或总长250米及以上船舶。VLCC：VeryLargeCrudeCarrier;ULCC:UltraLargeCrudeCarrier船员大型船舶操纵特殊培训：基于航海模拟器进行的使船员掌握大型船舶操纵的技能培训。第一章：大型船舶操纵特点及操纵方法第一节：大型船舶操纵特点一、大型船舶较普通船舶的操纵性能有所下降1.舵效差，反应迟钝，当速度降到３－４节时基本上无舵效2.追随性差，故在改向或过弯曲航道时需及时操舵3.航向稳定性差，施舵后，船首一但开始偏转后要及时压舵驶上新航向4.保向性能差，因Ｌ／Ｂ值较小、风浪中航行易产生偏航5.旋回性能好，旋回圈虽大但其Ｄ／ＬＫ较小，旋回中的速度下降大6.启动、停车惯性大，变速操纵呆笨，停船性能差7.转向惯性大，需施大舵角，应早施舵，早回舵，施大压舵角二、大型船舶在浅水、狭水道、受限水域中航行时所产生的各种效应较普通船更为明显1.阻力增大，船速下降2.船体下沉、纵倾、横倾的变化更为明显，要求有足够的富余水深3.旋回性变差，而旋回中的速度下降较深水中小4.有时船舶的振动会加剧，并伴有异常振动5.航向稳定性提高6.舵力虽变化不大、但舵效明显下降7.因航道宽度与水深变小，船舶保向所需的压舵角明显增大8.沿岸航行时，岸壁效应明显9.因船速较慢且受风、流影响明显，风流合差角大，会船时船间效应明显，航行时需有足够的航道宽度三、大型船舶在港内的操船特点１．必需借助港作拖轮在港内安全航行和靠离泊位２．在靠离泊的横向移动中需多艘拖轮的协助操作３．所配港作拖轮的位置应根据实际需要有所不同４．船舶在回转中应充分注意船尾的反移量四、大型船舶在操纵用锚上的局限性１．锚泊时一般采用抛单锚进行锚泊２．抛锚助操时应倍加注意锚机制动能力不足，船速应控制在０.２５－０.５节以下。３．航行中一般不用锚来制动４．锚泊作业时一般均采用深水抛锚法五、大型船舶的主要尺度第五代集装箱船的L、B、D分别为：280、39.8、23.6米.大多数超大型油轮,矿/油,矿/散船舶的L,B,D都在:300,45,24米以上.船长为300米左右的船舶的满载与空载盲区分别达：500米和600米左右。大型船舶的船型均系肥胖而粗短形,长宽比小(约为6左右)、方形系数较大（大多大于0.8左右），B/d多大于2.5。六、大型船舶的系泊属具锚重达15-20吨、锚链一般为100*700（m/m）左右，许多船配备了15-20根的系缆。第二节、大型船舶的操纵性一、操纵性的表达方式及K、T指数的意义１.近似操纵运动方程Tdr/dt+r=Kδ……（1-1）用K、T指数表征船操纵性，即操舵角δ后的转首角度φ、旋回角速度r和旋回角加速度dr/dt的变化关系。解上述方程得：r=Kδ(1-e-t/T)；dr/dt=K/T*δe-t/T;2.K、T指数及应用K----旋回性指数、K大旋回性能好、船舶进入定常旋回后：R=V/r=V/Kδ；T-----追随性指数，应舵性指数；T值越小，进入定常旋回的进间短，应舵快、舵效好。K、T指数与船舶旋回时纵距和横距的关系（图示1）K、T操纵性指数可通过Z字操纵试验求得;具有操纵性指数K,T后可求得：心距：Re=V（T+t1/2）；旋回半径R=V/Kδ；到新航向的距离：DNC=V（T+t1/2）+V/Kδtg（ф/2）（大型船舶在右舵20度时,该距离为船长的1.5～2倍）式中：旋回初速V的单位为m/s；操舵时间单位为s；舵角δ的单位为弧度；转向角ф单位为度，DNC的单位为m。一、大型船舶航向稳定性1．航向稳定性的概念（图示2）1）静航向稳定性：正舵直航的船受瞬间外力作用后其漂角是否变大的性能为静航向稳定性。船舶通常不具有静航向稳定性。2）动航向稳定性：正舵直航的船受瞬间外力作用后，外力消失后能否尽快地稳定在新航向上的能力。T大于零且小，动航向稳定性好。大型船舶具有动航向稳定性差的倾向，航向稳定性的判别可通过螺旋试验求得。三，大型船舶的保向性船舶在风流的作用下，通过操舵克服偏摆使船舶航行在航向上地能力为保向性。航向稳定性好的船，保向性也好。影响保向性的因素：船型、水线下侧面积形状、干舷、船速、舵角、舵面积比、排水量、船舶的浮态、浅水、风流等。四、大型船舶的旋回性该性能的的优劣直接反映了船舶是否具有良好的操纵避让性能和保向航行性能。1．船舶旋回运动（图示3）定速直航的船舶施一舵角，船舶作曲线运动称为旋回运动，重心移动的轨迹为旋回圈。1）一阶段（转舵阶段）：一般用时8~15秒现象：船首向施舵一侧偏转、出现角加速度、由于惯性船舶仍直航、舵力横向力使向反侧横移和内倾。2）第二阶段（过渡阶段）：由于船舶运动方向的改变，形成漂角而形成了水动力转船力矩。现象：加速旋回、水阻力的增加使船速下降，旋回离心力使船体内倾变为外倾。3）第三阶段（定常旋回阶段）随着漂角的增大，水动力作用点后移，水动力转船力矩减小、水阻尼力矩增大、最终各力平衡。一般满载时船首转过100~200度左右进入第三阶段；空载转首60度左右进入定常旋回阶段。五、大型船舶的惯性操船上的惯性有：启动惯性、停车惯性、倒车惯性、转向惯性船长关心的惯性有：停车惯性和倒车惯性1．停车惯性：衡量此惯性的指标有：航行距离（冲程）、和时间（冲时）。超大型船舶余速3节的停车冲程达23L以上，冲时达30分钟左右。根据实测得,排水量２０万吨,速度１６(12)节主机停车后,速度降为４节,需４０(31)min,进距为５.８(3.8)海里；DWT10万吨的船距泊位前9海里，减至半速、距泊位前6海里，减至慢速、距泊位前4海里、减至微速、距泊位前2.5海里，停车。2.倒车惯性(紧急停船性能)（图示4）IMO暂行标准规定,全速倒车停船冲程不应超过15L.全速倒车冲程的经验估算法:S=CV0tS(m).系数C:一般货船取0.25~0.27;大型油轮取0.27~0.29;如大型油轮停船时间单位用分,则S=16V0t.第三节、船舶操纵性试验操纵性试验的项目有：Z形操纵试验螺旋试验和逆螺旋试验冲程试验旋回试验改向试验其中旋回试验和冲程试验是最基本的试验项目一、旋回试验１．目的：求船舶的旋回要素：进距、横距、旋回初径、旋回直径、滞距、旋回时间，以评价船舶旋回的迅速程度和所需水域的大小。２．试验结果：提供船舶以海上速度直进向左（右）操满舵时各自的旋回资料和船速、转头角随时间的变化曲线。３．试验方法：以发令操舵时的船位为原点，测定并纪录转头角1゜、５゜、１０゜、１５゜、３０゜、６０゜（而后隔３０゜）时的时刻、船位、转速、船速、转头角。当转头角为３６０度（在风流轻微影响时为５４０度）时回正舵并改为直进状态。１）利用ＧＰＳ定位测旋回圈２）使用浮标方位测旋回圈３）使用无线电定位测旋回圈一、Ｚ形操纵性试验（标准操纵性试验）１.目的：求船舶的操纵性指数Ｋ、Ｔ值，借以全面评价船舶的旋回性、追随性和航向稳定性。2.试验结果：提供船舶以海上速度直进中，操小舵角（小于１０度）进行Ｚ形试验求出无因次的操纵性指数Ｋ，Ｔ，值。１．试验的方法（图示5）１）试验船把定航向后，做右（左）１０度舵角，并保持该舵角；２）船从原航向向右（左）转头达１０度时，操左（右）１０度舵角，并保持该舵角；３）其后船停止向右（左）转头而开始向左（右）转头，经原航向后并一步转头达左（右）１０度，再次操右（左）１０度，并保持该舵角；４）重复２）的操作，共完成三次蛇航动动为止。在此期间，记下用舵后，转头角到达预定值所需的时间、转头角达到最大值的时间和度数，转头角达到原航向的度数和时间。三、紧急停船距离的测定1．目的：求船舶在空载、半载、满载、全速（半速、微速）时的最短停船距离。2．试验结果：提供船舶在各种载态和速度情况下的冲程、冲时、偏航角、横距。3．试验方法：选无风流影响的水域，水深大于3[（Bd）]1/2；船舶把定并定速，记下下减速令时的船位（用GPS）与航向，记下每隔1~2分钟的船位和航向（特别应记下船舶开始偏航时的时间与船位、下停车令、倒车令的时间、船位、航向。），当船舶速度降至2~3节时，结束试验；用光滑的曲线连接各船位点。第二章、各种外界因素对船舶操纵的影响一、风对船舶操纵的影响船舶横受风时对操纵的影响：保向困难、产生风致漂移。１．风致漂移速度：VY=0.04[（Ba/Ld）]1/2Va式中：Ba—水线上侧面积、Ld—水线下侧面积大型船舶可按下法简算：空载时（Ba/Ld≈0.8）,VY=1/20.Va;满载时（Ba/Ld≈0.8）,VY=1/30.Va2.强风中操船的可保向界限:（图例6）大型船舶在强风中一般将出现迎风性偏转,为保向航行需向下风舷压一舵角,以抵消迎风偏转合力矩的作用,因为一定船速下操一定的舵角所能具有的保向作用是有限度的,所以当其不能抵消迎风偏转合力矩作用时,便会出现凭操舵而不能保向的情况,大型船舶在港内航行时速度小、水线上受风面积大,易出现操满舵不能保向的局面.影响保向界限的因素:风舷角：风舷角Φ=600~1200时,风速只需达船速数倍时,便呈现出极强的迎风性偏转,操舵保向性能最差。相对风向向船首、尾靠拢时，操舵保向的能力变好；船首斜迎风或迎风时的保向性较船尾斜迎风或迎风时优；风速与船速比：保向随风速的降低而提高，随着船速的降低而降低，增大舵角可提高保向性。水线上侧面积只有既考虑到一定的船速时的风致漂移（因而必须给予适量的风压差角以修正航向），同时又考虑到船舶可保向的极限风速，以便给予适量的压舵角，通过保向来保证船舶驶于航道上才能保证进出口航道上的安全操船。从经验上以下数据可参考：船速（节）压舵角可保向极限风速（级）415053507~8615063509~10二、流对操船的影响１．流对航速的影响：船在均流中航行，船对地，对码头的速度为船对水的速度与流速的矢量和。2.流对靠泊的影响(图示7):当船舶与流呈一定角度α,斜向顶流向泊位靠拢时,如果通过妥善调整船速V和靠拢角度α,一方面可使Vcosα与流速相抵,船舶与泊位处于不进不退的状态,另一方面有较理想的横向速度进入泊位的速度Vsinα,船舶将保持α角安全地向泊位横进（大型船舶靠码头为平行靠,此法适合于中、小型船舶）。3．流对舵效的影响：船速一样时，操同样的舵角，顶流时的舵力与顺流时的舵力一样，顶流舵效比顺流时好（转过相同的转头角、顶流所需的水域比顺流时小）。三、受限水域对操船的影响1．出现受限水域影响的水深及航道宽度虽然至今仍无统一的国际标准，但就对船舶动动的影响而言，取下列数据作为一般标准是可信的。1）水深：对船体前进时的阻力的影响：H/d≤4可作浅水对待对出现船体横向运动的影响：H/d≤2.5为界可作浅水对待对操纵性有明显影响，并达到易发现的程度应以H/d≤1.5为界；（H/d为相对水深，即水深与船舶平均吃水之比）2）航道宽度从操船角度分析，通常认为以航道的有效宽度W与船长L之比而定考虑到岸壁效应时，应以W/L≤2来界定，作为窄水域对待对操纵性有明显影响，并达到易发现的程度的航道宽度应以W/L≤1来界定。2．浅水对操纵性的影响1）浅水对舵力的影响：伴流较深水中的增加使舵力下降；船速较深水中下降使螺旋桨滑失增加使得舵力增加；浅水中舵的下缘距海底较近导致舵的整流作用使舵力增大，总的来看舵力发生的变化并不大。2)浅水对旋回性,追随性的影响浅水域船舶的虚惯矩，旋回阻矩的增加，旋回性能下降，纵距的增加远远小于横距的增加，其旋回圈并非整体性增加，操船者尤应注意掌握横向扩展远较前方伸长为大的特点。追随性和航向稳定性变好。3）浅水对停船性能的影响船舶驶入浅水域时，因船体下沉、首倾、二维流增速等原因，使船体阻力增大，船速有所与降。4）航行中船体下沉与纵倾变化船舶越肥