球鼻首对船舶操纵性的影响及案例分析

    周义

    

    摘 要：笔者基于船舶操纵理论知识，探讨了球鼻首对普通货船主要操纵性能的影响，并以此为基础对某满载灵便型船搁浅原因做了全面分析。

    关键词：球鼻艏 旋回性 航向稳定性 舵角 船速

    近些年来随着计算机技术飞速发展，人们通过电脑模拟计算设计出的球鼻首可有效减小船舶航行阻力并使船舶的航行速度得以提高。另一方面，加装球鼻首后船舶本身的操纵性能也将随之改变甚至发生巨大变化。令人遗憾的是部分习惯操纵无球鼻艏船舶的驾引人员对此并不重视。最近几年在我国水域发生了数起与之有关的海上安全事故和事件，因此笔者认为有必要对此问题做深入探讨。

    球鼻首对船舶操纵性能的影响

    球鼻艏对船舶操纵性能的影响主要表现在船舶旋回性能、船舶追随性能、船舶变速性能这几方面。实践证明驾引人员对船舶操纵性能的熟悉程关乎其能否安全妥当操纵船舶。

    1、球鼻首对船舶变速性能的影响

    球鼻艏的设置大幅度改变了船舶水线以下纵向面积分布，使船舶重心前水线以下面积明显增大；相应地当船舶对水移动时球鼻艏将使运动船舶周围的水压分布发生改变。当船舶从静止或较低速度进车加速时，在加速初期由于船速较低在有球鼻艏和无球鼻艏船舶船首附近形成的兴波波高均较低，兴波产生的阻力对此两类船舶的影响没什么差别。当船舶从较高速度持续加速时情况就不同了，相比较而言在设有球鼻艏船舶的船首附近形成的兴波波高必然会明显减小；因此，此类船舶在高速行驶条件下所受兴波阻力较无球鼻艏船舶所受兴波阻力会有所减小。也就是说在整个加速过程中球鼻艏确实有助于提高船舶的加速性能且有助于提高船舶的额定巡航速度。

    高速行驶的船舶停车淌航后，船速将逐渐衰减。在主机停车初期由于船体对水移动速度较快，在有球鼻艏船舶船首附近形成的兴波较低，兴波导致的兴波阻力也较小，在此阶段设有球鼻艏船舶的速度衰减幅度小于无球鼻艏船舶的速度衰减幅度。总的来说有球鼻艏船舶的停车减速性能劣于无球鼻艏船舶的停车减速性能，特别是在浅水水域尤其明显。

    2、球鼻艏对船舶旋回性能的影响

    对水移动的船舶向一舷作舵后，船体便开始向某一舷加速偏转，有球鼻艏船舶在加速旋转阶段，作用在其船体上的水动力作用点，较作用在同样主尺度、同样载况无球鼻艏船体上的水动力作用点更接近船舶首柱；再加上船舶首柱前水线以下面积明显增大，在冲角、船舶对水速度相同条件下水动力将产生较无球鼻首船舶更大的转船力耦合矩，相应地舵力转船力矩系数的值也因此相应增大。此外，虽然因增设球鼻艏也会使船体本身的回阻矩系数b的值有所增大，但对同一船舶来说，因其增幅较小，因此船舶旋回性指数K=a/b的值最终还是增大。这就是设有球鼻艏船舶的旋回性能优于无球鼻首船舶旋回性能的根本原因。在实际操纵船舶时，驾引人员最直接感受就是向一舷作舵后，在船舶旋转初期有球鼻艏船舶的旋转角速度增幅快，其纵距及旋回初径较无球鼻首船舶的纵距及旋回初径小。

    3、球鼻艏对航向稳定性影响

    船舶航向稳定性又被称为追随性。相比较而言由于有球鼻艏船舶的水下浸水面较无球鼻首船舶的水下浸水面长，因此在相同条件船舶作旋回运动时，船体本身所产生的船舶虚惯性矩I的值较旋回阻矩系数b的值有大幅增加，也就是说追随性指数T=I/b的值也将随之增大，球鼻艏船舶的航向稳定性必然劣于无球鼻艏船舶的航向稳定性。在实际操纵船舶时，驾引人员最直接感觉就是把定无球鼻艏船舶比把定有球鼻艏船舶容易。

    综上所述，我们可以看出球鼻艏对船舶操纵性能的影响既有利也有弊，作为操船着应学会趋利避害，特别是当各种不利因素叠加在一起时，极易导致海上安全事故发生，操船者事先对此应做好应对措施。

    事故案例分析

    1、事故船舶与通航环境

    2012年2月某轮（船长189.99m，宽32.23m，艏吃水12.75m，艉吃水12.8m）满载矿砂56，942.00t，按计划挂靠北方某港。该轮在由主航道转入支航道过程中，因引船长操作不当致该轮偏离航道船首搁浅。

    发生事故水域通航环境如下图所示。支航道海图水深为-14.5m，走向为310°，航道边坡坡度为1：5，D号灯标与E号灯标之间距离约300m。主航道水深19.8m，航道宽320m，每对灯标之间的距离约为1海里。当时能见度约3海里，流速近乎为零，风力3级风向偏西。

    2、事故经过

    搁浅经过。在转入支巷道之前，距离D号灯标3海里时，该轮航速为9.9节，该船长发现有一条小船停在北支航道口外主航道的进港巷内。该小船若不驶离 ， 将妨碍该轮正常转入北支巷道。该船长数次鸣笛示警后，发现该小船仍停留在原位置并没有驶离的迹象。为了延迟同该小船的会遇时间，该船长在船首平转向灯标D号标时即在位置（2）处，令主机由“HALF AHEAD”减至“SLOW AHEAD”，同时令舵工操左舵10°让清该小船。让清小船后船舶行驶至位置（3）处时，船速降至9.7节，令舵工操右舵20°使该轮转入北支巷道；待船首让清E号灯标后该船长令舵工正舵并把定船舶，此时船速将为7.8节，船首向大约为330°，船体转至位置（4）处。片刻之后该引发现船首旋转角速度一直没有减弱的趋势，随即命令舵工压左满舵；经短时观察该船长发现该轮的转向角速度依然没有明显下降，这时该船长才意识到如果再不采取果断措施很可能导致该轮冲出航道搁浅，便马上命令“HALF AHEAD”，此时船速降为7节；不幸的是仍未能及时抑制住船首向右偏转的趋势，最终船艏在位置（5）处与航道边坡发生触碰，船体搁浅。

    3、案例分析

    如前文所述，由于该类型船具有较大的长宽比及较大方形系数，因此具有此主尺度船舶均有很好旋回性及较差的追随性（航向稳定性）；再加上此类型船舶均设有球鼻艏这就使该类型船较相近主尺度的无球鼻艏船舶具有更好的旋回性及更差的航向稳定性。笔者认为该轮船长对此缺乏充分认识，此乃导致此次事故发生的根本原因。

    该船长在距离D号标3海里时就发现有小船停在北支巷道口附近、妨碍该轮正常驶入北支巷道。为了延迟会遇时间，虽然该船长在船首平D号灯标时使该轮的主机的推进转数从“HALF AHEAD”减至“SLOW AHEAD”，看起来该船长对该船满载时的停船性能并不十分了解，更没有意识到因该轮设有球鼻艏，船舶减速性能因此会变得更差。笔者认为在距小船2海里之外就应使主机从“HALF AHEAD”减至“DEAD SLOW AHEAD”，这样做不但能维持舵效并大幅降低经过该小船时航速，而且能大幅延迟与该小船的会遇时间。除此之外在用大舵角转向进入北支航道时，船长应令主机短时前进三进车、增大螺旋桨的滑失率并提高舵效，以期在较短时间内让清E号灯标并为后续反向压舵把定船舶留有充裕的时间和旋回余地。

    让清E号灯标后，该船长没有明确下达压舵具体多少度的指令，只是令舵工“把定”；如果舵工缺乏操舵经验或在此情况下没有操左满舵，无疑就失去了把定船舶的最佳时机。另外在关键时刻船长仅令“把定”不叫“操舵度数”，这也是对该类船舶的操纵性能心里没底的表现，等于变相地把控船权交给了舵工。当然也可能是另一种情况，该船长完全了解该类型船的操纵性能，发出“把定”口令后过分相信舵工，没有及时观察舵角指示器，并不了解当时舵工操多大舵角。

    当该船长发现舵工未能及时把定船舶时，仅仅令舵工“左满舵”，没有下“full ahead”指令，再一次错过也许能避免船舶搁浅的最后一次机会。

    结束语

    球鼻首对船舶各项操纵性能均有不同程度的影响，其对船舶的旋回性及航向稳定性的影响尤其明显。有些船长从操纵无球鼻首船舶到改操有球鼻艏船舶，在换船初期对此并未予以重视，这也是船长在接手这类船舶初期事故多发的原因之一。

    参考文献：

    [1] 天津港引航中心《船舶海上安全事故汇编》.

    （作者单位：天津港引航中心）