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钢质海船与长江运输船舶操纵性能测试方案

作者:郑锡珍 万伟 范和平 文章来源:中国水运杂志 日期:2014年11月04日

船舶是一种在水面或水中可移动的建筑物。它具有技术复杂,投资大和使用周期长的特点,并且与国民经济和国防建设等许多方面有着非常密切的关系,因此船舶的安全性是非常重要的,而良好的船舶操纵性能是船舶适用性、经济性和安全性的重要保证条件,如何进行船舶操纵性能的综合测试和分析是一项非常重要的工作。

船舶的操纵性能与船型参数、航速、螺旋桨(主机)转速、螺旋桨参数、舵参数以及航行环境(主要是航行区域风、浪、流情况,在限制航道里也包括水深、航道宽度等)参数有关,因此根据船舶航行的不同水域环境,其操作性能的测试也要有相应针对性的方法和要求。研究钢质海船和长江运输船舶相关规范中的操作性能测试项目的方法和要求,通过比较和分析总结出规范中的异同,对钢质海船和长江运输船舶的操作性能测试和操纵工作具有非常重要的意义。[NextPage]

钢质海船航行性能测试方案

根据《GB/T 3471-1995海船系泊及航行实验通则》规定,船舶航行性能测试的具体项目及试验要求如下:

1、航向稳定性试验

试验要求:试验海区有足够的水深、助航距离和回旋余地。

试验方法:①保持舵角不变,测量航向变化情况:a、船舶在全速情况下,在预定航向上进行稳定直线航行;b、在稳定3~5min后,保持正舵不变,每隔10~30s测量记录罗经航向读数,连续测量3~5min;c、顺流和逆流情况各进行1次。②保持航向不变,测量操舵情况:a、船舶在全速情况下,在预定航向上进行稳定直线航行;b、测量在保持航向不变情况下,为保持航向不变所操舵次数及最大操舵角度,连续测定3~5min;c、对于双螺旋桨船舶,应测量左、右单桨推进时,为保持航向不变所操舵次数及最大操舵角度;d、顺流和逆流情况各进行1次。

2、Z形操纵试验

试验要求:试验海区有足够的水深、助航距离和回旋余地。

试验方法:①船舶在预定航向上稳速直航2~3min。②快速操舵至右10°,稳住舵角。③当艏向角达右10°时,快速反向操舵至左10°,稳住舵角。④当艏向角偏离初始艏向角左10°时,快速操舵至右10°,稳住舵角。⑤当艏向角再次达偏离初始艏向角右10°时,快速操舵至左10°,稳住舵角。⑥当艏向角向左达初始艏向角时,快速操舵回中,至此一次试验结束。⑦连续测量和记录时间、航速、舵角、艏向角,分别绘出Z形操纵试验记录曲线。

3、回转性试验

试验要求:试验海区有足够的水深、助航距离和回旋余地。

试验方法:①测试船舶在全速情况下,向左、向右回转直径、最大横倾角;②船舶在全速情况下,在预定航向上稳定直航2~3min,按规定操舵至35°或允许最大舵角待船艏向角变化达到540°时,即一个回转试验结束,按照相同程序反方向操舵进行下一个回转试验;③对于双螺旋桨船,还应按规定的航速进行正倒车交错回转试验,测定回转直径;④在回转过程中,连续记录时间、航速、艏向角、横倾角和回转角速度等,船舶在转动90°、180°、270°、360°、450°、540°时的所需时间和其坐标。

4、停船试验

试验要求:试验海区有足够的水深、助航距离和回旋余地。

试验方法:①分别测定船舶按照规定的半速和全速工况下,停车和全速倒车时,船舶的惯性停船纵距、横距、时间、船艏偏转度数;②半速、全速惯性停船实验:船舶在预定的航向上,以规定的航速稳定直线航行,记录初始航向、航速、主机转速;从船舶发出停车令开始至船舶接近对移动停止位一次实验完成,实验过程中应保持舵角为零。

半速、全速倒车停船实验:①船舶在预定的航向上,以规定的航速稳定直线航行,记录初始航向、航速、主机转速;②从船舶发出停车令开始,按照主机操作规程操作,直到船舶接近对移动停止位一次实验完成,实验过程中应保持舵角为零。

5、威廉逊(Willamson)溺水救生试验。

试验要求:试验海区有足够的水深、助航距离和回旋余地。

试验方法:①船舶以设定航速稳定直航时,从船中部一舷侧向外抛出浮标(代表落水者);②向浮标一侧(假设为右舷)快速右满舵,待船航向右偏转60°~90°之间时,快速反向操左满舵;③船航向与原直航航向接近反向时,(一般提前60°左右)回舵至中;④船航向与原航向成反向时,保持直航并减速;⑤船接近浮标时,船航速减至零,试验结束;⑥测量和记录从试验开始第一次操满舵至第二次反向舵的时间,以及从第二次操舵反向满舵开始至回舵时间。[NextPage]

长江运输船舶航行性能测试方案

根据《JT/T258-2004长江运输船舶操纵性衡准》规定,本标准适用于在长江干线(宜宾至吴淞口) 航行的运输船舶(高速船除外),船舶航行性能测试的具体项目及要求如下:

1、直线稳定性试验或操舵稳定性试验

试验要求:①在水流平顺、流速平稳的直水道进行试验。试验时顺、逆向风力应小于蒲氏3级,横向风力应小于蒲氏2级;②一般以逆流行驶为准,必要时可进行二至三次的重复试验;③起测前应保持常车稳速、航向稳定且与水流方向平行;④双桨船舶左右桨转速之差应小于额定转速1%。

试验方法:正舵直航3min,连续测定船艏方向变化;或操舵保持航向直航5min,连续测定转舵角对应时间的变化。

2、航向改变性试验

试验要求: ①在水流平顺、流速平稳的宽直水道进行试验。试验时风力应小于蒲氏3级;②一般以逆流行驶为准,条件允许时可进行顺、逆流两种行驶状况的试验, 以资以较;③起测前应保持常车稳速、 航向稳定且与水流方向 基本平行;④按规定舵角系列进行,每一操舵向左、向右各做一次,每一工况的变向角、反压舵角均为15°;⑤每一工况待变向角回零结束,然后调整船位、航向,稳向航行3min-5min,待航速稳定后,继续下一工况的试验;⑥双桨船舶左右桨转速之差应小于额定转速1%。

试验方法。按规定系列舵角(士10°,士15°,士20°,士25°)进行,测定每一操舵角的下列延时:①首动延时(t1);2)达到变向15°延时(t2);③航向反转延时(tR)并测定惯性超越度数(OR);④时间单位均为秒(S)。

3、旋回试验

试验要求:①在宽阔且水深吃水比大于2的静水水域进行试验.试验时风力小于蒲氏3级;②每次旋回试验的初始航速应一致,一般以对应常用转速的航速为准;③旋回运动轨迹的测绘,可采用下述一测定方法:a、绕标测角法;b、—方位距离法;c、交叉方位法;d、如流速不大亦可采用航速、变向角积分法。

试验方法:连续测定船首方向变化0°,10°,20°,30°以后每变化30°直至变向540°止各个瞬间的对应延时、船位、航向以及船速。

4、制动试验

试验要求:①一般应选择有明显岸标的静水水域进行试验;②以常速前进改全速倒退的工况为准。所指全速倒退的倒车转速取。0.8~0.85主机额定功率对应的转速;③起测和终止测定两测点的时刻精确掌握。发倒车令瞬间起测,船舶相对岸停止瞬间终止测定;④冲程可按下述任一方法予以测定:a、方位距离法;b、速降曲线积分法;⑤在测定过程中,可以操舵纠正首向偏离,但操舵舵角应控制在左、右10°范围内;⑥如在流速不大的水域进行试验,应增加试验水域水速的测定内容。

试验方法:①发倒车令瞬间起测,连续测定按一定时间间隔各瞬间的船位、航向及船速直到船舶停止前进止;②记录倒开开出延时、倒车稳定转速及其延时和起测至终测的总时间。

5、倒航操舵稳定性试验

试验要求:①在宽阔、水流顺直且有明显岸标的水域进行试验;②取顺流行驶状况,起测前应及早停车以降低航速;③待航速接近零且航向基本稳定,舵位回零然后发倒车令,初倒时可用左右不同车速协助稳向;④船舶对岸停止瞬间开始测定,延续3min终止测定;⑤如操满舵持续达20s仍不能减小转势,则停止试验;⑥双桨船舶左右桨转速之差应小于额定转速1%。

试验方法:开倒车待船舶停止前进开始测定,连续测定保持航向后退3min的操舵角变化,船艏方向变化,并测定倒航对水速度和倒车稳定转速。

比较分析

船舶的航行安全与其所处的水域有很大关系,因此钢质海船和长江运输船舶的船舶操纵性测试规范也有各自的考量,通过对《GB/T 3471-1995海船系泊及航行实验通则》和《JT/T258-2004长江运输船舶操纵性衡准》进行比较分析,可以发现有些不同之处。

1、 航向稳定性试验

在该试验进行测试过程中,对于钢质海船和长江运输船舶都需测两种性能,一种是保持舵角不变,测量航向变化情况;另一种是保持航向不变,测量操舵情况。但在这两种规范中也有不同之处,如在后一种测试情况中,《GB/T 3471-1995海船系泊及航行实验通则》中需要记录为保持航向不变所操舵次数及最大操舵角度,而在《JT/T258-2004长江运输船舶操纵性衡准》中规定记录连续测定转舵角对应时间的变化。

2、 航向操纵性试验

在《GB/T 3471-1995海船系泊及航行实验通则》中对应的是Z形操纵试验,试验中需操舵舵角10°和20°,分别测取相关数据和计算两种情况下各自的第一次和第二次超越角以及分别绘出Z形操纵试验记录曲线;在《JT/T258-2004长江运输船舶操纵性衡准》中对应是航向改变性试验,试验中操舵舵角分别10°、15°、20°及25°分别测取每种情况下的:首动延时(t1);达到变向15°延时(t2);航向反转延时(tR)并测定惯性超越度数(OR)。

3、 回转性试验

在《GB/T 3471-1995海船系泊及航行实验通则》中规定应连续记录时间、航速、艏向角、横倾角和回转角速度等,船舶在转动90°、180°、270°、360°、450°及540°时的所需时间和其坐标以及计算出船舶纵距、横距、战术直径和回转直径等参数。在《JT/T258-2004长江运输船舶操纵性衡准》中连续测定船首方向变化0°、10°、20°及30°以后每变化30°直至变向540°止各个瞬间的对应延时、船位、航向以及船速。

4、 惯性试验

在《GB/T 3471-1995海船系泊及航行实验通则》中对应的是停船试验,试验中分别测定船舶按照规定的半速和全速工况下,停车和全速倒车时,船舶的惯性停船纵距、横距、时间、船艏偏转度数;在《JT/T258-2004长江运输船舶操纵性衡准》中对应制动试验。在这两个对应的试验中,试验中至发倒车令瞬间起测,连续测定按一定时间间隔各瞬间的船位、航向及船速直到船舶停止前进止。并记录倒开开出延时、倒车稳定转速及其延时和起测至终测的总时间。

考虑到相关水域的宽阔程度和对相应船舶操纵性能要求的不同,有些测试项目只是在相应的规范中出现,而不是在两中规范中同时出现,如《GB/T 3471-1995海船系泊及航行实验通则》中的威廉逊(Willamson)溺水救生试验和《JT/T258-2004长江运输船舶操纵性衡准》中的倒航操舵稳定性试验。

结论

上文介绍了《GB/T 3471-1995海船系泊及航行实验通则》和《JT/T258-2004长江运输船舶操纵性衡准》中相关船舶操作性能的测试方案和要求。综上可知,长江运输船舶的测试环境和要求比钢质海船的要严格一些,主要是因为长江水域环境相对狭窄和复杂,因而也需相应的提高测试要求。

(第一作者单位:舟山卓林船舶设计有限公司,第二、三作者单位:浙江增洲造船有限公司。)

本文为基金项目:2013年浙江省重大科技专项(5600m3超低温冷藏远洋运输船关键技术研究及产业化),编号2013C03033

2013年舟山市科技局项目(5600m3超低温冷藏远洋运输船关键技术研究及产业化),编号2013C11015)

(中国水运杂志)

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