拖轮助操小型船舶转船效应分析

连云港引航站 孙加顺

大连海事大学航海学院 肖仲明

拖轮助操小型船舶转船效应分析

连云港引航站 孙加顺

大连海事大学航海学院 肖仲明

拖轮是协助船舶在港内操作的主要设备，根据海上引航事故统计数据来看，港内拖轮协助小型船舶发生事故占绝大多数。通过对拖轮助操船舶的基本方法和受力进行研究，运用操船实例对拖轮助操小型船舶转船效应进行分析，对港内使用拖轮助操小型船舶如何有效控制转动做进行探讨，提出判断拖轮助操小型船舶转船效应的关键是判断拖力或碰垫的摩擦力产生的转船力矩大于横向拖力产生的力矩的大小和方向。

拖轮；小型船舶；转船效应

随着船舶发展大型化，大型船舶的进出引起港口各个相关部门的重视，海事局交管中心对航行环境，如风流、能见度控制较严格，轮驳公司提前预留足够的大马力拖轮协助，引航站也派遣经验丰富、级别高的引航员参与工作，引航员的注意力也转向了大型船舶的靠泊安全，但是根据海上引航事故统计数据来看，小型船舶发生事故占绝大多数。小型船舶一般设备较差，引航员也比较年轻，船舶航行中若出现紧急危险情况，难以快速作出正确的判断。本文就小型船舶在拖轮协助离泊过程中容易出现的危险情况进行研究，希望能对驾引人员有所帮助。

一、拖轮助操船舶基本方法

拖轮在船舶操纵中起到“协助”的作用，故在确定拖轮在操纵中的协助方式时，需考虑被协助船舶的情况、泊位及其附近水域情况以及航道情况等。拖轮协助方式可分为拖带、傍拖和顶推三种。[1]

1. 拖带

拖带是指通过拖缆将拖轮的作用力传递给被拖船的一种协助方式。它是拖轮协助船舶最常用的方式之一，适用于力的作用点不变、方向经常变化的情况，改变拖缆与被拖船首尾线之间的交角可改变拖力的方向。如图1所示。

图1 拖带方式及其效果

2. 顶推

顶推是指通过拖轮船体首部将拖轮的作用力传递给被拖船的一种协助方式。它也是拖轮协助船舶最常用的方式之一，适用于力的作用点经常变化的情况，改变拖轮首尾线与被拖船首尾线之间的交角可改变推力的方向。如图2所示。

图2 顶推方式及其效果

3. 傍拖

傍拖是指通过拖缆或拖轮船体侧部将拖轮的作用力传递给被拖船的一种协助方式。它是拖轮协助船舶较为常用的方式之一，适用于力的作用点和方向基本不变的情况，改变拖轮拖力可改变作用力的大小。如图3所示。

图3 傍拖方式及其效果

上述三种拖带方式可以采取两种或三种方式的组合，用于在不同情况下协助被拖船，也称为组合拖曳。

二、拖轮助操船舶受力分析

1. 拖轮受力分析

当拖轮推力作用点位于船中之前某一点时，其受力情况见图4。

图4 前进中拖轮顶推船舶前部时受力分析

当船舶以较低的速度航行时，ZP拖轮要想以垂直于船舶首尾抛面的方向顶推时，其发出的推力及产生的力矩必须满足：

其中：XT为拖轮推力在船舶纵向的分量；RT为拖轮的横向阻力；XL为拖力或碰垫的摩擦力；b为拖轮推力中心距拖轮船首的距离；c为拖轮阻力中心距拖轮船首的距离。

随着船速的提高，拖轮推力随之减小，而其阻力不断增大，当船舶达到一定船速时，将发生RT× c＞XT×b的情况，拖轮将沿船舶前进方向发生偏转（见图4中的虚线部分）。因此，船速较高时，拖轮一般很难保持垂直顶推姿态。

2. 被拖带/顶推/傍拖轮受力分析

当拖轮推力作用点位于船中之前某一点时，其受力情况见图4。

当船舶以较低的速度航行时，拖轮推力对船舶产生的转船力矩为

其中：YT为拖轮推力在船舶横向的分量；a为拖轮推力作用点距船舶水动力中心的纵向距离；B为船舶宽度。

随着船速的提高，水动力中前移，a随之变小，而拖力或拖轮与船舶之间的摩擦力XL随之增大，当船速提高至XL×B/2＞YL×a时，拖轮将起到相反的作用。因此，船舶转船效应随着船速的提高而下降，船速达到一定值时，拖轮不但将失去转船效果，还可能起到相反的作用。

三、拖轮助操小型船舶转船效应应用

实例1：2009年10月24日10：00，天气晴，微风，“HONEST RAYS”轮离连云港6泊位。该轮船长120 m，船宽21.2 m，首吃水5.0 m，尾吃水5.7 m，船首锚链绞紧后1节水面。引航员安排1条全回转拖轮“云港四号”协助该轮船尾离泊，如图5所示。

图5 “HONEST RAYS”轮离泊示意图

“HONEST RAYS”轮在离泊过程中，首先拖轮拖尾尾先离，船尾张开35°左右时被拖船Dead Slow倒车，准备拖锚至港池外掉头。随着船舶退速增加到3 kn左右时，船舶的运动状态发生了快速向左旋转，且船舶在首尾方向上的退速减缓。此时船舶距码头的横距A仍然不足以保证被拖船能够安全地向左旋回。为了抑制船舶快速左转，引航员命令拖轮“微速进”顶推，此时整个船舶的运动状态是以船舶首尾线垂直的方向压向码头，引航员又命令拖轮停车，同时采取被拖船加车后退以拉大横距A。最后船舶在位置③处横着出港池，船首距离码头仅2 m。

实例2：2011年2月12日12：00，天气晴，微风，“AO YANG FEN JIN”轮离连云港12泊位。本船船长103.5 m，船宽16.4 m，前首吃水4.0 m，尾吃水4.7 m，船首锚链绞紧后1节水面。引航员安排1条全回转拖轮“云港二号”带船尾离泊，如图6所示。

图6 “AO YANG FEN JIN”轮离泊示意图

“AO YANG FEN JIN”轮在离泊过程中，首先拖轮拖尾尾先离，船尾张开40°左右被拖船Dead Slow倒车，准备拖锚至港池外掉头。随着船舶退速增加到接近3 kn，船舶的运动状态发生了快速向左旋转，且船舶在首尾方向上的退速减缓，此时船首以较快的速度左旋压向11号泊位靠泊船。为了抑制这种快速的左转，引航员命令被拖船停车。同时通知拖轮驾驶员将缆绳送出，保证缆绳不受力。很快被拖船便停止了左偏。再命令拖轮在船尾斜向后拖带，最后在调头区位置③处安全将头掉好。

上述实例中，当拖轮助操小型船舶时，小型船舶以较高速度后退过程中，拖轮采取顶推方式时很难保持垂直状态，如图5位置②处，小型船舶受拖轮的摩擦力变大，摩擦力产生的转船力矩大于横向拖力产生的力矩，船首继续左偏，船舶产生明显的向左横移，因此，此时拖轮不能顶推。同样，在实例2中，小型船舶以较高速度后退过程中，如图6位置③处，小型船舶受拖轮在船尾斜向后的拖力加大，纵向拖力产生的转船力矩大于横向拖力产生的力矩，使得被拖船首尾线退速明显减小，船舶向左偏转得到抑制，因此，此时拖轮应采取斜向后拖带。

四、结论

在港内使用拖轮助操小型船舶时，驾引人员应当充分考虑随着被拖带船舶的速度的提高，会产生转船效果丧失或相反的转船效应。判断船舶转船效应的关键是判断拖力或碰垫的摩擦力产生的转船力矩大于横向拖力产生的力矩的大小和方向，并注意：如果港池足够宽敞，尽量拉大横向距离A。即使转船力矩较大，也有足够的旋转余地；如果产生相反的船舶转船效应时，被拖船应配合降低船速或利用船首锚链进行抑制，拖轮应改变拖力方向或大小。本文主要从船舶受力分析拖轮助操小型船舶应用，对于影响船舶操纵的风流、螺旋桨横向力、岸壁效应等因素没有考虑，驾引人员应运用理论知识，充分考虑一切船舶操纵影响因素，才能做到船舶的安全航行。

[1]洪碧光.船舶操纵[M].大连:大连海事大学出版社,2008.

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.11.007