超大型集装箱船靠泊分析

    李磊

    摘 要：本文将超大型集装箱船和普通集装箱船、大型矿船比较，将超大型集装箱船的降速性能、倒车偏转性能、大风对船舶的影响等在靠泊过程中值得注意的问题作简要的分析，通过数据计算为实际操作提供数据支持，从而更好的驾引此类船舶完成进出港的靠泊操作，让此类船舶的进出港操作更科学、更高效、更安全。

    关键词：超大型集装箱船；摩擦阻力；降速性能；偏转抑制

    中图分类号：U675.9 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）06-0059-02

    随着经济的发展和造船技术水平的不断提高，船舶大型化的步伐从没有停歇，人们对于货物运输的方便、快捷、高效等多方面的要求，使集装箱船舶的大型化进程远远走在其他类型船舶的前面，在短短的十几年时间里，集装箱船舶群体的发展从最初的单纯追求快捷高效为目的的快速灵便型船舶为主，转变为现在以追求快捷兼顾经济效益的干线超大型集装箱为主，快速灵便的小型支线集装箱船为辅的結构，理所当然，超大型集装箱船就成为世界各大港口的常客，如何能够更合理科学的引领此类船舶，需要引航员细心思考。

    1 超大型集装箱船的特点

    1.1 超大型集装箱船的船型尺度

    尽管当前学术界没有明确提出超大型集装箱船的定义，但参考大型集装箱船的定义和现在全球各集装箱公司船队的现状和未来发展趋势，我认为超大型集装箱船应该具有以下特征：①船舶总长超过350米；②型宽超过42米；③结构吃水14-16米，载重量超过10万吨；④全船装载总箱量超过9000TEU。

    1.2 超大型集装箱船与其他集装箱船的区别

    超大型集装箱船的出现，一方面是因为造船水平的提高，另一方面是各大船舶公司对于运输成本和利润的考虑，超大型集装箱船不但可以显著降低单箱的运输成本，而且不会显著的增加船舶的港口使费，为此超大型集装箱船有以下特点：①长宽比较其他集装箱船显著减小。②多采用双岛式布局。③满载时船舶方形系数在0.7左右，比普通集装箱船有所增大。④单位质量获得的主机马力有所减小。⑤舵面积比减小。

    2 超大型集装箱船操纵性能

    2.1 超大型集装箱船的降速性能

    超大型船舶在港区进行降速操作时，多采用拖轮制动、大船停车趟航、大船倒车制动等这几种方式，在船速较快时，拖轮制动和大船倒车很少使用，而且集装箱船由于拖轮系缆位置离水面较高，拖轮制动的效果也不是很理想，所以，如何通过停车趟航把船速降到大船倒车制动的合适速度是操作的关键。众所周知，除了船舶自身的重量外，影响船舶降速性能的最直接的因素就是船舶所受阻力，船舶所受阻力按特征分为基本阻力和附加阻力△R两部分，而船舶在港区低速航行时，在风速不大的情况下，船舶阻力主要来源于基本阻力，而且在这种情况下摩擦阻力占基本阻力的80%，所以要研究船舶的降速性能，就要了解船舶在不同速度下所受的摩擦阻力的大小，摩擦阻力可以根据R.E.Froude基于平板实验结果提出的下列公式估算：

    通过上面的公式我们分别对排水量在20万吨集装箱船和矿船在不同船速状态下所受到的摩擦阻力进行估算见下表：

    从上表中我们不难判断出，超大型集装箱船在正常情况下的降速性能并不比同等排水量的矿船好太多，只是集装箱船的长宽比大，航向稳定性好，更利于趟航操作。通过上面的估算结果，我们还可以根据制动距离公式：

    估算满载矿船和超大型集装箱船速度从8节降到6节约需要1.3海里左右，而且实际操作的数据相符合。

    2.2 风对超大型集装箱船的影响

    超大型集装箱船在船舶尺度方面都有大幅度的增加，尺度的增大，船舶受风影响的面积也增大，对于3E级集装箱船来说，其侧面最大受风面积可达15000㎡，在大风天气下给船舶操纵带来极大困难，所以风对船舶的影响不容忽视。

    风对船舶的影响可以分解为纵向和横向两个方向 ，纵向的力Fc给船舶产生前进或后退的作用力，横向的力Fa主要使船舶产生横移移动，对于纵向的顶风，在风力4级-5级时，风对船的作用力是基本阻力的10%-15%；风力8级-9级时，风对船的作用力为基本阻力的30%-40%，对于纵向的顶风在港内操作时我们可以通过船舶主机的进退来克服，方法简单而且效果好，对于接近靠泊时，船速缓慢时的正横风力产生的横移，则只能通过拖轮和船舶自有的侧推器来克服，所以横向风力的大小在靠泊前要提前估算，提前安排好足够马力的拖轮，保证靠泊的安全，横向风力的大小可以通过以下公式计算得出：

    A——船舶侧面受风面积（m2）；

    根据上面的公式，我们取六级风的最小值11m/s和最大值14m/s时，风舷角90度，且船舶是满载受风面积最大时，带入公式计算得到正横风压力Fa分别为1112KN和1802KN（此处计算结果为3E级集装箱船满箱空箱的情况下，船舶可能受风的最大侧面积），而实际工作中超大型集装箱船多数给配置两到三条大马力拖轮，拖轮的总马力在12000马力到17000马力左右，当然此类船舶多数都配有5000马力左右的侧推，拖轮和侧推器可输出的最大拖力为：17000×0.6+5000×0.9=16700（马力）=1927（KN），（此时考虑到拖轮是倒车而且有断缆的风险，所以只能输出总功率的60%），最大顶推力为：17000×0.8+5000×0.9=18100（马力）=2088（KN），从计算结果来看，当横向风力达六级，在船舶装载较多集装箱时，若是拢风就需要充分考虑拖轮和靠泊港区的环境，选择适当的引航方案甚至放弃靠泊，若是开风，靠泊码头就会有较多的储备顶推力。

    2.3 沉深横向力对超大型船舶的影响

    众所周知，船舶的螺旋桨在旋转时除产生使船舶前进或后退的推力外，由于各种原因同时还产生左右方向的横向力，进车时产生的横向力可以通过舵力来克制，但是倒车时的横向力只能通过外力（拖轮或者侧推）来克制，所以倒车产生的沉深横向力需要引起高度重视。很多学者根据多次的船模试验对于倒车是沉深横向力的大小有这样的估算，倒车横向力的大小约为相应状态螺旋桨推力的17%-20%，对于超大型集装箱船主机马力大多在70000马力左右，船舶倒车功率约为进车功率的40%-60%，即使是倒车只有10000马力产生的沉深横向力也达近2000马力，而且船在前进过程中立刻会产生的水动力转船力，如果拖轮不在转动初期立刻进行制止，将很难控制船舶的转动，对靠泊作业造成极大危险。

    3 在实际操作时的注意事项

    （1）在驾引满载的超大型集装箱船靠泊时，要留有充足的趟航降速距离，由于其较高的干舷拖轮制动的效果不是特别好，但他又比满载矿船有相对较好的舵效和航向稳定性能，所以应该以拖轮制动为辅，趟航降速为主。

    （2）入泊速度要慢且入泊横距要足够，尤其是右舷靠泊时。倒车时机要早，用小倒车，如果速度过快可以用长时间的小倒车来降速，左舷胯部的拖轮及时顶住防止沉深横向力的偏转。

    （3）对于较多载箱量的船舶或者是较少载货时空，要充分考虑风的影响，根据港口条件和拖轮状况制定合理的引航方案或者果断放弃靠泊计划。

    （4）在有流的港口，对于满载状态时，要选在顶流且流速较缓的时间靠泊。

    4 总结

    总之，超大型集装箱船由于其体积庞大，排水量巨大，单位排水量分配的主机马力相对其他集装箱船也有所减小，引航员在引领此类船舶时已经不能以普通集装箱船的思维来制定引航方案，要结合其特有的性能将引航方案进一步优化，做到引航工作的安全，科学，高效。

    参考文献：

    [1]孙琦.船舶操纵[M].大连：大连海事大学出版社，2008

    [2]蒋维清.船舶原理[M].大连：大连海事大学出版社，1998