临界航速条件下的拖轮降速应用
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为研究临界航速条件下的拖轮应用，作者在近几年的引航实践中进行过很多试验，提出了降速的办法，并验证了降速的理论依据―冲量定理。
《船舶操纵》中指出：前进中大船在拖轮协助转头时的极限航速一般为5－6节。若以拖轮为基础，大船超过5节拖轮就无法助其转头了。近几年的引航实践中多次试验表明，大船航速超过4节时拖轮的转头效果不明显，若超过5节，拖轮很难帮助大船转头。文中将4－5节这一航速定义为临界航速。
拖轮参数
连云港港东方九号5200马力拖轮为前倾式船艏、远角方艉、横骨架式、单底（局部设双底）、单甲板、三层甲板室、甲板室横向宽度适宜、前主甲板较长，由2台船用柴油机主机分别驱动全旋回舵桨推进系统的全焊接钢质拖轮。适用于在中国沿海各港口水域顶推、拖带和协助各类大型船舶靠、离码头作业的要求及近海航行、沿海拖带的要求。
1、尺度
总长： 37.60米
两 柱 间长： 32.00米
型宽： 10.50米
型深：4.80米
设计满载平均吃水：3.60米
满载排水量：750.58吨
总吨位估算：431GT
2、板间净高度、梁拱及舷弧
（1）甲板间净高度（在纵中线上）
主甲板―救生甲板2.1―2.2米
救生甲板―驾驶甲板 2.0―2.1米
驾驶甲板―驾驶室顶 2.1―2.2米
（2）甲板梁拱：
主甲板0..20米
艉升高甲板0.20米
救生甲板0.20米
驾驶甲板0.20米
罗经甲板0.20米
（3）主甲板舷弧：
艏舷弧1.26米
艉舷弧0.46米
3、船具有良好的稳性
在中国近海海区自由航行，在沿海海区和港内作业时，其适航性和操纵性良好。在蒲氏风力8级时能安全航行；在6级时能进行拖航、顶推、横移等作业；船舶在正浮状态时无艏倾现象。
航速：在设计吃水状态、洁净船身、静深水；主机额定转速工况下，当储备功率＞20%时的试航速度≥12.5节。
续航力：1200海里。
航区： 中国近海航区。
4、拖力
主机在100%MCR时，静系柱拉力：向前≥60T，向后≥55T(最低峰值的平均值)
推进系统为2台带导管的360度全旋回舵桨装置，既能在驾驶台远距离遥控，也能在机旁进行操作控制（船东进口）。
由AC400V、50Hz、125KVA×2台柴油发电机组提供电源。
机舱监控室内设集中监视屏。该屏设有控制系统和报警装置，能识别设备的故障，并可以提供显示设备安全运行所需要的基本参数，如压力、温度、转速等。
5、液压绞盘及拖钩、拖缆等
绞盘的液压系统与锚缆机并联，使之在运行或检修时，互不影响。设70吨拉力的拖钩1只，可在拖钩旁手动控制和驾驶室远距离气动自动脱钩。甲板液压动力装置（带600升液压油柜1只）。拖缆桥安装在船尾甲板前部。缆索采用“韩国东洋制网株式会社”生产的8股高强度丙纶绳。拖缆索6根，材料为POLYPROPYLENERESIN每根为100mm×130M,抗断强度＞180T。
港作拖轮的运用方式
连云港习惯做法是采用拖轮出缆的单首缆顶推作业方式。首尾带缆时尽量选择远离船舶重心的两端，以获得最佳转动效果。此种带缆方式比较灵活迅速，简单易行，缺点是拖轮的位置不易控制。
引航员的习惯做法及其弊端
船舶进港时靠泊余速控制不当，在余速为4－5节时为了获得较好的转头效果，通常会令船头的拖轮位置调正，即拖轮首尾线与大船首尾线垂直。拖轮船长通常会尽力去调正，可由于此时船速较快，拖轮调正过程中会出现大幅横倾，甚至出现迎水舷瓦水的现象。我们知道：拖轮协助大船操纵时，拖轮所能给出的拖力是其推进器推力与其船体阻力之差值，即剩余推力或拉力，而且剩余推力或拉力随着其航速的增加而递减。实践证明，在此临界航速条件下，因为大船斜航水动力的增加，在很大程度上将会抵消拖轮的助转效果，甚至出现反转的现象。航进中的大船若施左舵与拖轮顶推右船艏同时并用，船舶出现偏左斜航，此时船舶受到船首向左的舵力转船力矩及拖轮剩余顶推力矩，同时受到艏向右的斜航分力转船力矩。由于随着航速的增加，拖轮的剩余顶推力矩减小而斜航分力矩增加，此时船舶将不向预定方向偏转甚至出现反偏现象，大船航速超过临界航速时此种现象出现的更甚。
从上述船舶资料我们可以看出：拖轮总长37.60米，而型宽只有10.50米。若是让拖轮顺向航速4―5节这是很容易的，反之在单首缆状态下横向速度达到4―5节，可想而知这是多么的困难，即使达到这种状态，拖轮的剩余推力也微乎其微了。此时拖缆受到的张力极大，若是拖轮船长操作不当极易发生断缆现象。通过多年的观察总结此临界航速条件下拖轮一般很难调正，总是留有一定的夹角，以便跟上大船前进的速度，等大船速度减下来以后拖轮再调正顶推。
降速为主的拖轮应用
从上述可以看出，临界航速条件下拖轮是很难调正的，即使调正了对大船的转头作用也不大。那么又想在有限的距离内获得最佳转头效果，到底该怎么办呢？多位拖轮船长的一致说法是在此临界航速条件下：宁愿顺着大船首尾方向倒车十分钟，也不愿调正位置前进一分钟。我们不妨大胆设想一下，既然调正困难干脆就不调正。经试验，用首尾两个拖轮顺着大船首尾线方向降速，待航速降到3节左右时拖轮再调正助转效果极佳。此种操作方法利用了“以时间换空间”的原则。大船航速减小，为下一步的转头赢得较为充足的空间。
在“巴拿马型”船舶的引航过程中对拖轮的降速做实验，效果非常好。实际操作中在大船航速5节的条件下，令船舶首尾的5200马力的拖轮“后退一”倒车减速，大船微速进保持舵效，然后根据速度减缓的程度及时调整拖轮后退的力度，带船速降到3节左右时大船停车，艏拖调正控制入泊角度，待船速降到2节以下时艉拖停止倒车，位置调正，顶推大船稳妥靠泊。
降速的理论依据――冲量定理
以“巴拿马型”船舶，在两条5200马力拖轮的协助下靠泊为例，试验“冲量定理”在此条件下的应用。船舶及拖轮在靠泊时的运动状态非常复杂，这里我们把它简单化和理想化，即船舶在5节的速度下淌航，此时只受到前后两条拖轮的拖力（55×2=110吨），当船速降到3节时，船舶的淌航距离是多少？
Ft=M(V1-V2)(1)
F为首尾拖轮的后退拖力之和（55+55=110吨）；T为 船速由5节降到3节所用的时间（秒）；M为船舶满载排水量（9万吨左右）；V1为船舶初余速（5节=2.57米/秒）；V2为船舶末余速（3节=1.54米/秒）。
由（1）式可得t=M(V1-V2)/F(2)
将数值代入到（2）式可得：t=〔90000×（2.57-1.54）〕/(110×9.8)(3)
由（3）式可得：t=86(秒)
86×2.57=221米86×1.54=132米
即在大船由5节降到3节时船舶将淌航86秒，在此段时间内大船将前进132到221米的距离，亦即船舶将淌进一倍船长左右。因此至少要提前一倍船长的距离用拖轮降速才能达到理想的效果。
冲量定理运用的验证工作
船舶重载进入港区，当经过一段直行区域时，确定一条泊位上的靠泊船为参照物，大船提前停车将船舶速度控制在5节左右，首尾拖轮调整好位置准备降速，当进口船驾驶台平参照船舶的尾部时令前后拖轮全速倒车降速，同时记下船舶的速度和时间。当大船驾驶台经过参照船舶的首部时，记下大船的速度和时间。然后计算前后两次的时间差值记为T，引航任务结束后根据船舶当时的排水量、前后两个拖轮的拖力之和，及前后两次的速度差值V，根据冲量定理就可以计算出时间t，结果发现t略大于T；反之，根据真实的时间差值T计算出理论上的速度差值v，结果发现v略小于V。上述验证结果说明实际的结果相对于冲量定理计算出的理论结果更趋于安全。反之说明“冲量定理”的运用是安全可行的。
结论
综上所述，重载船舶进港靠泊当船舶处于临界航速时，先用首尾拖轮降速至3节以下，然后再调整拖轮位置，合理顶推，协助大船安全靠泊。
(作者单位：连云港引航站)