特大型船舶操纵和船舶安全与管理论文集
试论汽车船在大风浪中的操纵
尤扬斌
（中远航运股份有限公司广州市环市东路４１２号５１００６１）
摘要：随着我国汽车工业的不断发展，汽车物流也发生了极大的变化，从公路运输、铁路运输发展到海上运输．
这样。专门从事汽车运输的船舶——汽车船就应运而生。本文通过分析汽车船结构特点和影响汽车船安全航行因素，探讨汽车船在大风浪中的操纵，保证船舶的航行安全。
关键词：汽车船ｔ大风浪・操纵
１引言
汽车船与其它货运船舶相比，在设计与建造上，有其显著的特点，使船舶适航性受到一定的局限，尤其在大风浪中对船舶操纵直接影响船舶的航行安全。
２汽车船结构特点
２．１吃水小、型宽大
汽车船吃水小，又有高大的上层建筑，小的汽车船有仁５层汽车舱，大的汽车船有十几层汽车舱，其受风面积是同吨位货船的三倍，从而影响船舶操纵的灵活性。
２．２没有横向舱壁
汽车船设计一般采用纵骨架式结构，不设置横舱壁，其优点是方便汽车进出，缺点是：抗沉性差，一旦进水很快失去浮力，横向强度相对较弱；如发生火灾会迅速蔓延难以控制。
３影响船舶安全航行的因素
３．１海浪
海浪是水质点在外力作用下所形成的波动，海浪的大小与风力、风速和风持续时间的长短及海区的广度、深度和水文、底貌的特点有关，风力大、风时长、海区广又深，则波浪与大海远处袭来的大浪相互干扰时形成合成波，其波速变得很小，而波高可能增加一倍，这种波俗称三角浪，对船舶危害较大。由于风向的变化，所产生的两个不同方向的波浪形成某一交角时，会发生波高作周期性变化的群波，即出现周期性的３一个大浪随后又出现几个小浪。
３．２波浪作用下的船舶运动
船舶在波浪的作用下，会产生对船舶安全有影响的横摇、纵摇和垂荡。船舶在波浪中行驶，有可能出现单纯的横摇，而纵摇和垂荡则是同时出现的。大风浪中，在波浪冲击和扭转力矩的作用下，船舶会出现线加速度和角加速度，从而会出现三种摇荡和扭转的复合运动。
３．２．１横摇
船舶绕纵向轴的外侧摇摆称横摇。横摇的大小除与最大波面角有关外，主要取决于船舶本身的横摇周期与波浪周期的比值。当船舶摇摆周期比波浪周期大时，船舶摇摆较慢，船舶易受波浪撞击。当船舶摇摆周期比波浪周期小时，船舶横摇较快。船体所受惯性力较大。当二者的周期接近相等，．１５６－
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船舶摇摆剧烈，横摇角越摇越大，此种现象称为谐摇运动，会导致船舶倾覆。
３．２．２纵摇
船舶绕横向轴的摇摆称纵摇。船舶纵向受浪时，由于船舶纵摇质量惯矩和水的阻尼力矩很大，同时纵向稳性也较大，所以在波浪的作用下产生的纵摇摆幅比横摇小。当船舶的纵摇周期比波浪周期大，即船艏迎着短浪航行或航速大时纵摇较小。当船舶的纵摇周期比波浪周期小，即船艏迎着长浪航行或船速很低或顺浪航行时，则船舶都将随波而摇。当船舶纵摇周期与波浪周期近似相等时，发生纵摇谐振，摇摆剧烈．会损坏船舶设备，危及船舶安全。
３．２．３垂荡
船舶绕垂向轴的运动称垂荡。当波浪通过船体时，随着浮力的周期变化，使船体作上升和下降的垂荡运动，波高越大，垂荡越剧烈。垂荡运动是由波高和垂荡周期与波浪周期之比来决定的，波高越大垂荡越剧烈。当垂荡周期与波浪周期之比较小时，垂荡运动也小，船舶作周期性的升降。当垂荡周期与波浪周期之比较大时，垂荡运动再度变小。当垂荡周期与波浪周期相等时，为谐摇，垂荡位移达到最大，会导致船舶水线面积减少而失去稳性。
４回转时的横倾
４．Ｉ横向力
船舶回转时作用于正横方向的力有：
４．１．１舵力的横向力Ｐａｙ
４．１．２阻力的横向力Ｒｙ
４．１．３离心惯性力Ｆｊｙ
根据相对平衡原理，任一瞬间作用于船体上的各力（矩）之和为零。
Ｆｊｙ—Ｒｙ＋Ｐａｙ＝０
Ｒｙ＝Ｆｊｙ＋Ｐａｙ
４．２横向力矩
４．２．１
４．２．２
４．２．３Ｚ卜一水阻力中心距基线高，通常近似取ｄ／２（ｄ为船舶吃水）Ｚｇ－船舶中心距基线高。Ｚｐ一——鸵力中心距基线高，通常近似取为水线下舵叶面积的几何中心。
由于各力垂向位置不同，使船舶产生横倾。上述三横向分力构成的横倾力矩为：
ＭＩ＝ＲｙＺｒ－ＰａｙＺｐ—－ＦｊｙＺｇ
４．３回转初期的横倾
船舶回转初期，因重心轨迹的曲率半径较大，故离心力的横向分力作用点极小，在舵力横向分力的作用下，船舶运动主要特征是：减速、横移。在一般情况下，舵力横向分力的作用点Ｐ略低于水阻力横向分力的作用点，因此引起船舶向转舵方向横倾（内倾），但此时横倾角较小。
４．４圆航时的横倾
船舶圆行时，重心轨迹曲率半径减小，使离心惯性力的横向分力增大。因水阻力增大横向分力作用点近似取在ｄ／２，即近似在浮心位置０。舵力横向分力近似取在舵叶面积的几何中心Ｐ。而离心惯性力横向分力取在船舶重心Ｇ，若三项横向分力的平衡中心取在０点，根据力矩平衡原理：
ＭＩ＝Ｐａｙｅ—Ｆｊｙｊ
ｅ＝Ｚｒ－Ｚｐ
ｊ＝Ｚｇ－Ｚｒ
惯性离心力产生的横倾力矩Ｆｊｙｊ与舵推力产生的横倾力矩Ｐａｙｅ反向，而舵力横向分力与水阻力横向分力的力臂ｅ，一般小于离心惯性力横向分力与水阻力横向分力的力臂ｊ，故圆航时船向转舵反向横倾（外倾），且横倾角较大。在圆航时若突然急速回正舵，舵力横向分力Ｐａｙ迅速消失，则由于．１５７－
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离心惯性力横向分力Ｆｊｙ的作用，使船舶产生更大的横倾角。若圆航时突然操反舵，使舵力横向分力Ｐａｙ变反向，此时舵推力产生了横倾力矩Ｐａｙｅ和离心惯性力产生横倾力矩Ｆｊｙｊ变为同向，将产生更大的横倾角。
５汽车船在大风浪中操作注意事项
由于汽车船的结构与滚装货物的特殊性。在大风浪中航行更具危险性，因此，需采取有效措施，减缓大风浪的冲击与摇摆，确保航行安全。
５．１减轻横摇
汽车船型宽大，吃水小，因而易引起横摇并比较严重。横摇对汽车的绑扎影响很大，大幅度的周期性横摇会增大汽车移动惯性量，当超过绑扎设施的承受力时，便造成汽车位移，这样船舶的安全就会受到威胁。汽车船无横舱壁，横向强度较弱，当受到横向较大的涌浪冲击时，船体容易受损，如凹陷破损。横风会造成汽车船的外力横倾角，横倾角大小除取决风力强度以及风面积大小外，还取决于船舶本身的摇摆周期与波浪周期的比值，当二者的周期接近相等时，船舶摇摆剧烈。因此，汽车船在海上航行时应依据风浪情况适时适量调整航向，与涌浪方向保持适当的偏顶夹角，尽量减轻横摇，避免船体受横向涌浪冲击。横倾角对汽车船航行安全的影响程度还与该航次载车后的初稳性有关，初稳性大，危害船舶安全航行的程度小，反之较大。但初稳性并非越大越好，过大的初稳性意味着重心低，在涌浪的推动下船舶横摇角度大、频率快。
５．２避免跳板直接受涌浪冲击。
跳板是一块以纵向骨架为主的板架，支持力由钢结构材料承受，兼做水密门的跳板需要柔性的密封填料作为与船体开口连接处的水密材料，通过铰链、螺杆相结合的形式与船体相合，保持水密。跳板与开口的船体是两个独立体，其在波浪中运动和形变的状态也是不一致的，但利用柔性的水密材料保障了二体在不同方向形变中的水密要求。兼做水密门的跳板是船舶总体结构中最薄弱的环节，航行中经常会受到风浪的冲击，装卸时受到车辆的压力，以及横倾时的扭力，在这种状态下尽量减少或避免外力的直接至关重要，否则容易发生变形或损坏，导致强度结构受到破坏降低水密功能，造成海水涌入，发生意外。１９９４年“爱沙尼亚号”客滚船，就是因船艏舱盖锁闭系统强度不够，致使艏舱盖在狂风巨浪的冲击下松动脱落，吊桥被打开，大量海水涌入船舱，造成船舶很快翻沉。
５．３纵向涌浪高度大于本船吃水２／３冲击时的操作
当涌浪高度大于本船吃水２／３并纵向冲击船舶时，易发生拍底、艉淹、打空车等现象，造成船体强烈的振动，导致船体内部结构损伤。汽车船吃水浅，船身内部框架结构少，总体抗击强度差，在振动和柔动中（即拉力和扭力的结合），较之其它类型船舶其结构更易于松散、脱焊、拉裂。
打空车不仅会增加船体振动，加重对船体的损伤，并且空车对主机的运转也造成一定的损坏，影响船体的动力。因此，应及时收取气象，避开超越本船抗风能力的大浪区。
５．４大风浪中的掉头操作
汽车船特殊性的要求，除非万不得已，不要轻易在大风浪中掉头。当船身转至横浪时，若回转引起的横倾角与波浪的横倾角相位一致，则过大的横倾将危及船舶的安全，并且横向受风、受浪时容易出现谐摇，更加危险，我们要吸取１９９９年１１月２４日烟大轮渡“大舜号”海难事故教训。汽车船在大风浪中掉头应采取：
５．４．１等待较平静的海面的到来。海浪大小的变化是有规律的，一般情况下，连着三四个大浪后。必接七八个小浪，俗称三大八小。要利用这个规律，使船舶在海面较平静时掉头。
５．４．２开始时慢速中舵（１５０左右）。掉头过程中适时使用快车满舵，这样可使前冲惯性小，减小船舶转向中的横倾角，同时保证舵效，缩短掉头时间。
５．４．３从顶浪转向顺浪时，转向应在较平静海面到来之前开始。以求较平静海面来临时正好转到横浪。此后可配合主机突进，用满舵，加速完成后半圈掉转。．１５８—
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５．４．４从顺浪转向顶浪比较危险，须先降速减低惯性冲力，等待时机，以求后半段掉转在较平静的海面进行。后半段旋转应尽可能迅速，否则大浪来到便难以转向顶浪。为此。可根据情况采用主机突进的措施，以增加舵效，加速掉转。
５．４．５由于判断错误在旋转中遇到大浪来临而处于困难境地时，切勿强行掉转。可选择与波浪的适当相位，等待时机，再次掉头，此时切忌急速回舵，防止倾覆。
６结束语
通过分析汽车船结构特点和影响汽车船安全航行因素，使船长和驾驶人员进一步了解汽车船的性能和注意事项，在航行中，特别是在大风浪航行中，能正确、有效地操纵，保证船舶的航行安全。．１５９．
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尤扬斌
（中远航运股份有限公司广州市环市东路４１２号５１００６１）
摘要：随着我国汽车工业的不断发展，汽车物流也发生了极大的变化，从公路运输、铁路运输发展到海上运输．
这样。专门从事汽车运输的船舶——汽车船就应运而生。本文通过分析汽车船结构特点和影响汽车船安全航行因素，探讨汽车船在大风浪中的操纵，保证船舶的航行安全。
关键词：汽车船ｔ大风浪・操纵
１引言
汽车船与其它货运船舶相比，在设计与建造上，有其显著的特点，使船舶适航性受到一定的局限，尤其在大风浪中对船舶操纵直接影响船舶的航行安全。
２汽车船结构特点
２．１吃水小、型宽大
汽车船吃水小，又有高大的上层建筑，小的汽车船有仁５层汽车舱，大的汽车船有十几层汽车舱，其受风面积是同吨位货船的三倍，从而影响船舶操纵的灵活性。
２．２没有横向舱壁
汽车船设计一般采用纵骨架式结构，不设置横舱壁，其优点是方便汽车进出，缺点是：抗沉性差，一旦进水很快失去浮力，横向强度相对较弱；如发生火灾会迅速蔓延难以控制。
３影响船舶安全航行的因素
３．１海浪
海浪是水质点在外力作用下所形成的波动，海浪的大小与风力、风速和风持续时间的长短及海区的广度、深度和水文、底貌的特点有关，风力大、风时长、海区广又深，则波浪与大海远处袭来的大浪相互干扰时形成合成波，其波速变得很小，而波高可能增加一倍，这种波俗称三角浪，对船舶危害较大。由于风向的变化，所产生的两个不同方向的波浪形成某一交角时，会发生波高作周期性变化的群波，即出现周期性的３一个大浪随后又出现几个小浪。
３．２波浪作用下的船舶运动
船舶在波浪的作用下，会产生对船舶安全有影响的横摇、纵摇和垂荡。船舶在波浪中行驶，有可能出现单纯的横摇，而纵摇和垂荡则是同时出现的。大风浪中，在波浪冲击和扭转力矩的作用下，船舶会出现线加速度和角加速度，从而会出现三种摇荡和扭转的复合运动。
３．２．１横摇
船舶绕纵向轴的外侧摇摆称横摇。横摇的大小除与最大波面角有关外，主要取决于船舶本身的横摇周期与波浪周期的比值。当船舶摇摆周期比波浪周期大时，船舶摇摆较慢，船舶易受波浪撞击。当船舶摇摆周期比波浪周期小时，船舶横摇较快。船体所受惯性力较大。当二者的周期接近相等，．１５６－
特大型船舶操纵和船舶安全与管理论文集
船舶摇摆剧烈，横摇角越摇越大，此种现象称为谐摇运动，会导致船舶倾覆。
３．２．２纵摇
船舶绕横向轴的摇摆称纵摇。船舶纵向受浪时，由于船舶纵摇质量惯矩和水的阻尼力矩很大，同时纵向稳性也较大，所以在波浪的作用下产生的纵摇摆幅比横摇小。当船舶的纵摇周期比波浪周期大，即船艏迎着短浪航行或航速大时纵摇较小。当船舶的纵摇周期比波浪周期小，即船艏迎着长浪航行或船速很低或顺浪航行时，则船舶都将随波而摇。当船舶纵摇周期与波浪周期近似相等时，发生纵摇谐振，摇摆剧烈．会损坏船舶设备，危及船舶安全。
３．２．３垂荡
船舶绕垂向轴的运动称垂荡。当波浪通过船体时，随着浮力的周期变化，使船体作上升和下降的垂荡运动，波高越大，垂荡越剧烈。垂荡运动是由波高和垂荡周期与波浪周期之比来决定的，波高越大垂荡越剧烈。当垂荡周期与波浪周期之比较小时，垂荡运动也小，船舶作周期性的升降。当垂荡周期与波浪周期之比较大时，垂荡运动再度变小。当垂荡周期与波浪周期相等时，为谐摇，垂荡位移达到最大，会导致船舶水线面积减少而失去稳性。
４回转时的横倾
４．Ｉ横向力
船舶回转时作用于正横方向的力有：
４．１．１舵力的横向力Ｐａｙ
４．１．２阻力的横向力Ｒｙ
４．１．３离心惯性力Ｆｊｙ
根据相对平衡原理，任一瞬间作用于船体上的各力（矩）之和为零。
Ｆｊｙ—Ｒｙ＋Ｐａｙ＝０
Ｒｙ＝Ｆｊｙ＋Ｐａｙ
４．２横向力矩
４．２．１
４．２．２
４．２．３Ｚ卜一水阻力中心距基线高，通常近似取ｄ／２（ｄ为船舶吃水）Ｚｇ－船舶中心距基线高。Ｚｐ一——鸵力中心距基线高，通常近似取为水线下舵叶面积的几何中心。
由于各力垂向位置不同，使船舶产生横倾。上述三横向分力构成的横倾力矩为：
ＭＩ＝ＲｙＺｒ－ＰａｙＺｐ—－ＦｊｙＺｇ
４．３回转初期的横倾
船舶回转初期，因重心轨迹的曲率半径较大，故离心力的横向分力作用点极小，在舵力横向分力的作用下，船舶运动主要特征是：减速、横移。在一般情况下，舵力横向分力的作用点Ｐ略低于水阻力横向分力的作用点，因此引起船舶向转舵方向横倾（内倾），但此时横倾角较小。
４．４圆航时的横倾
船舶圆行时，重心轨迹曲率半径减小，使离心惯性力的横向分力增大。因水阻力增大横向分力作用点近似取在ｄ／２，即近似在浮心位置０。舵力横向分力近似取在舵叶面积的几何中心Ｐ。而离心惯性力横向分力取在船舶重心Ｇ，若三项横向分力的平衡中心取在０点，根据力矩平衡原理：
ＭＩ＝Ｐａｙｅ—Ｆｊｙｊ
ｅ＝Ｚｒ－Ｚｐ
ｊ＝Ｚｇ－Ｚｒ
惯性离心力产生的横倾力矩Ｆｊｙｊ与舵推力产生的横倾力矩Ｐａｙｅ反向，而舵力横向分力与水阻力横向分力的力臂ｅ，一般小于离心惯性力横向分力与水阻力横向分力的力臂ｊ，故圆航时船向转舵反向横倾（外倾），且横倾角较大。在圆航时若突然急速回正舵，舵力横向分力Ｐａｙ迅速消失，则由于．１５７－
特大型船舶操纵和船舶安全与管理论文集
离心惯性力横向分力Ｆｊｙ的作用，使船舶产生更大的横倾角。若圆航时突然操反舵，使舵力横向分力Ｐａｙ变反向，此时舵推力产生了横倾力矩Ｐａｙｅ和离心惯性力产生横倾力矩Ｆｊｙｊ变为同向，将产生更大的横倾角。
５汽车船在大风浪中操作注意事项
由于汽车船的结构与滚装货物的特殊性。在大风浪中航行更具危险性，因此，需采取有效措施，减缓大风浪的冲击与摇摆，确保航行安全。
５．１减轻横摇
汽车船型宽大，吃水小，因而易引起横摇并比较严重。横摇对汽车的绑扎影响很大，大幅度的周期性横摇会增大汽车移动惯性量，当超过绑扎设施的承受力时，便造成汽车位移，这样船舶的安全就会受到威胁。汽车船无横舱壁，横向强度较弱，当受到横向较大的涌浪冲击时，船体容易受损，如凹陷破损。横风会造成汽车船的外力横倾角，横倾角大小除取决风力强度以及风面积大小外，还取决于船舶本身的摇摆周期与波浪周期的比值，当二者的周期接近相等时，船舶摇摆剧烈。因此，汽车船在海上航行时应依据风浪情况适时适量调整航向，与涌浪方向保持适当的偏顶夹角，尽量减轻横摇，避免船体受横向涌浪冲击。横倾角对汽车船航行安全的影响程度还与该航次载车后的初稳性有关，初稳性大，危害船舶安全航行的程度小，反之较大。但初稳性并非越大越好，过大的初稳性意味着重心低，在涌浪的推动下船舶横摇角度大、频率快。
５．２避免跳板直接受涌浪冲击。
跳板是一块以纵向骨架为主的板架，支持力由钢结构材料承受，兼做水密门的跳板需要柔性的密封填料作为与船体开口连接处的水密材料，通过铰链、螺杆相结合的形式与船体相合，保持水密。跳板与开口的船体是两个独立体，其在波浪中运动和形变的状态也是不一致的，但利用柔性的水密材料保障了二体在不同方向形变中的水密要求。兼做水密门的跳板是船舶总体结构中最薄弱的环节，航行中经常会受到风浪的冲击，装卸时受到车辆的压力，以及横倾时的扭力，在这种状态下尽量减少或避免外力的直接至关重要，否则容易发生变形或损坏，导致强度结构受到破坏降低水密功能，造成海水涌入，发生意外。１９９４年“爱沙尼亚号”客滚船，就是因船艏舱盖锁闭系统强度不够，致使艏舱盖在狂风巨浪的冲击下松动脱落，吊桥被打开，大量海水涌入船舱，造成船舶很快翻沉。
５．３纵向涌浪高度大于本船吃水２／３冲击时的操作
当涌浪高度大于本船吃水２／３并纵向冲击船舶时，易发生拍底、艉淹、打空车等现象，造成船体强烈的振动，导致船体内部结构损伤。汽车船吃水浅，船身内部框架结构少，总体抗击强度差，在振动和柔动中（即拉力和扭力的结合），较之其它类型船舶其结构更易于松散、脱焊、拉裂。
打空车不仅会增加船体振动，加重对船体的损伤，并且空车对主机的运转也造成一定的损坏，影响船体的动力。因此，应及时收取气象，避开超越本船抗风能力的大浪区。
５．４大风浪中的掉头操作
汽车船特殊性的要求，除非万不得已，不要轻易在大风浪中掉头。当船身转至横浪时，若回转引起的横倾角与波浪的横倾角相位一致，则过大的横倾将危及船舶的安全，并且横向受风、受浪时容易出现谐摇，更加危险，我们要吸取１９９９年１１月２４日烟大轮渡“大舜号”海难事故教训。汽车船在大风浪中掉头应采取：
５．４．１等待较平静的海面的到来。海浪大小的变化是有规律的，一般情况下，连着三四个大浪后。必接七八个小浪，俗称三大八小。要利用这个规律，使船舶在海面较平静时掉头。
５．４．２开始时慢速中舵（１５０左右）。掉头过程中适时使用快车满舵，这样可使前冲惯性小，减小船舶转向中的横倾角，同时保证舵效，缩短掉头时间。
５．４．３从顶浪转向顺浪时，转向应在较平静海面到来之前开始。以求较平静海面来临时正好转到横浪。此后可配合主机突进，用满舵，加速完成后半圈掉转。．１５８—
特大型船舶操纵和船舶安全与管理论文集
５．４．４从顺浪转向顶浪比较危险，须先降速减低惯性冲力，等待时机，以求后半段掉转在较平静的海面进行。后半段旋转应尽可能迅速，否则大浪来到便难以转向顶浪。为此。可根据情况采用主机突进的措施，以增加舵效，加速掉转。
５．４．５由于判断错误在旋转中遇到大浪来临而处于困难境地时，切勿强行掉转。可选择与波浪的适当相位，等待时机，再次掉头，此时切忌急速回舵，防止倾覆。
６结束语
通过分析汽车船结构特点和影响汽车船安全航行因素，使船长和驾驶人员进一步了解汽车船的性能和注意事项，在航行中，特别是在大风浪航行中，能正确、有效地操纵，保证船舶的航行安全。．１５９．