船舶操纵(卷名：交通)
ship handling
控制船舶在水中运动的技术。船舶操纵者按照船舶的操纵性能和车、舵效应，结合风、流和水域等客观条件，运用船舶推进器、舵（见舵设备）及锚（见锚泊设备）、缆、拖船以保持或改变船舶运动状态。
最早，船舶操纵者是用楫、橹推进船舶和使船舶转向。帆船时代，船赖风力推进。用舵操纵有一定限制，不能后退和任意改向。19世纪初，蒸汽明轮问世，进入机械推进时代。从1845年第一艘螺旋桨船横渡大西洋起，推进效率和倒车能力逐步提高，舵的效能也随之增加。近代，随着船舶尺度、航速和通航密度的增大，以及船型的发展，对船舶操纵技术的要求日益提高。这样相应地在造船技术上也为操纵者提供了更好的控制手段：在船体线型和舵叶方面都有了较大改进；在一些海峡渡船和大型客船、滚装船首部装置了能帮助船身转动的侧推器；在推进和制动方面有了可变螺距车叶。70年代初又有了自身能原地掉头或横移的无舵港作拖船，协助操纵，大大提高了操纵的效率。
操纵手段 操纵船舶的主要手段是运用推进器和舵，以锚、缆、拖船的应用为辅助手段。运输船舶的推进器一般为螺旋桨，俗称车。多数船舶为单车船;客船、内河船要求较高的速度和灵活性，配备双车，也有三车、四车船。单车船通常用右旋车，即从船尾向前看，进车时桨叶顺时针方向旋转。双车船多用外旋车，即进车时左、右车各向左、右旋转。单车船的舵安装在螺旋桨后面，航进时舵面受航进水流和螺旋桨排出流两者作用，舵效好。双车单舵船的舵安装在螺旋桨之间，不能直接受排出流作用，舵效不如单车船；但这一缺点可用双车一进一退来弥补。螺旋桨和舵在操纵中的效应互相影响又各有特点。下面以右旋单车船从操纵角度说明舵效应和车效应。
舵效应 舵受水流作用产生的舵力对船舶运动特别是回转的作用和效果，简称舵效。舵力是操纵船舶转向或稳向的重要作用力。航进中，正舵时不产生舵力；转舵使舵叶与水流有一冲角时，舵迎流面与背流面的压力差构成舵力。它对船舶重心产生的回转力矩，使船首向转舵方面偏转，偏转速度与舵浸水面积、舵处有效流速的平方和舵角成正比。舵角增大到临界值约35°时，舵力达到最大值。过此临界值，由于舵背流面涡流区的扩大，舵效反而降低。满舵就是定在舵效最好的舵角。船后退时，舵叶原来的迎流面变成背流面，舵力方向与航进时相反。船首向转舵反方向偏转。由于倒车的螺旋桨效率低、螺旋桨吸入流对舵作用力小、排出流又不作用于舵上，后退舵效不如航进舵效好。甚至有的船舶后退时用舵也无法保持直航。舵力的横向分力还使船舶发生侧移，航进时与转舵反向，后退时与转舵同向。此外，用舵使航行阻力增大，航速有所降低。
车效应 螺旋桨工作时，除产生推力使船前进、后退外，还产生螺旋桨横向力推船尾偏转的现象。又称螺旋桨效应。航进中正舵时，船首向左偏转，并随着前进速度的增加而逐渐减弱；倒车中，船首向右偏转显著，在达到相当后退速度前，用右满舵也压不住。
右旋单车船的车舵综合效应的一般规律是：①进车时，服从舵效；②倒车时，只有达到一定后退速度，才有舵效；③倒车船首偏右的现象对右转掉头和左舷靠码头有利。
操纵性能 在操纵装置作用下，船舶保持或改变航向和航速的性能，是操纵船舶的依据。通常包括回转性、航向稳定性、应舵性和惯性冲程等。不同类型船舶的操纵性能是不同的。满载船舶和空载船舶的操纵性能也有差异。船舶设计总是力求使船舶既有较好的航向稳定性，又有较高的应舵灵敏性；使回转性和舵向稳定性这两种互相制约的性能得到统一；在紧急时能发挥足够的倒车功率，使船在较短距离内停住。
回转性 船舶在车舵作用下由直线航行进入曲线轨迹运动的能力。通常以回转圈衡量。回转圈是船舶以固定舵角和车速旋回360°的船舶重心的运动轨迹（图1）。
回转圈要素包括:①回转初径:转舵开始到航向改变180°，船首尾延长线之间的垂直距离。回转性的好坏通常以回转初径为船长的倍数来衡量。全速、满舵的回转初径，一般海船约为4～8倍，河船约为2～4倍，拖船更小。15°舵角的回转初径约为满舵的2倍。尾倾增加船长1％，这将使回转初径增大10％，在回转至90°和180°时，船速分别降低约30％和50％。②纵距：从转舵到船首向改变90°，船重心在原航向上的前进距离，一般约为0.5～1.2回转初径。纵距是转向和避让时转舵时机的依据。③横距：船首向改变90°时，船重心由原航向线向回转圈内侧横移的距离，约为纵距的1／2。④偏距：开始转舵阶段船重心由原航向线向转舵相反一舷横移的距离，又称反横距，约为半个船宽。⑤回转直径：船舶作稳定圆周运动时的直径。回转直径越小，船舶的回转性能越好。航向稳定性 在指定航向上船舶保持直线航行的能力。多数船舶在正舵并消除外力干扰后，其偏转速度随着减弱，最后直航前进。这种偏转减弱愈快，说明航向稳定性愈好；如不减弱，就是航向不稳定，超大型油船的航向稳定性差。
应舵性 船舶由操舵到船首开始转动的快速程度。河船要求应舵时间短，而且小舵角的航效要好，操纵灵活。海船小舵角的应舵性不须太快，否则在风浪中容易发生偏航。
影响操纵的外界因素 常见的有风、 流、 浅水等。空载船受风的影响大，满载船受流的影响大。
风的影响 风对船舶水线以上部分产生的回转力矩大于舵力产生的回转力矩时，船就失去控制。这种现象往往发生于压载不足的船舶。当水线上下侧面积的比值接近3时，遇5级风操纵已感困难，遇6级风就有失控可能；如比值为2左右，则情况大有改善。为改善空载船舶的操纵性能，有关船舶防污的国际公约，对压载舱容量的分布、车叶浸水、吃水差等均有规定。
流的影响 水线以下船身上下部分受到不均匀水流作用时将影响船舶操纵。浅水航道，船身下部接近水底，流速较慢，产生的力矩使船首向下游一侧偏转，须用上游舵纠正。河港航道狭窄，流速分布复杂，主流流速大于两侧，上层流速大于下层的；弯道内深水急流偏在弯顶一侧，横向分布不匀，所有这些都会影响舵效，增加操纵困难。因此，通过弯道要掌握好起舵转向地点和保持船身略偏弯顶一侧，沿弯势回转这些要领。重载船不论顶流还是顺流，都要避免在流急时通过。
浅水的影响 水深与吃水比小于 1.3时称为浅水。船舶驶进浅水区，操纵性能受到显著影响：①船体下沉。由于船底过水断面变小，流速加大，压力下降，导致船体下沉。②推进效率骤减。船底流速加大和船体浸水体积因船体下沉而增大都使摩擦阻力增加。同时，浅水使船行波泄水受限制，兴波阻力变大；当航速与移动水波波速相当时，兴波阻力最大，可以看到有一巨大横浪随船前进。由于航行阻力大增，船速可降低30％。③舵效变差。船速下降和排出流不畅使舵力变小。④回转圈增大。船底过水断面小，回转阻尼力增大，使回转迟缓，回转直径可增大80％。所以过浅水区须对吃水和车速加以限制。
操纵技术 船舶操纵技术主要表现于操纵船舶锚泊、靠码头、离码头、系离浮筒和特殊情况下的船舶操纵。
操纵船舶锚泊 利用锚和锚链的系留力使船舶停泊在水域的一定位置上。抛锚前，要先选妥落锚地点和前方及接近正横的目标，并掌握风流压。如果流急则应尽量采取顶流航向接近。根据停车淌航（船舶停车后，借惯性继续向前滑行的状态）距离资料适时停车，利用余速接近锚位。抵达锚位前，稍用倒车将船停住，抛出上风锚，松链1～2节（每节链长25～27.5米）刹住。待船首向调到迎风顶流后，再缓缓让船后退，同时松链直至所需的长度。锚链要有足够长度卧于水底，使拉力为水平方向。同时防止船身出现过大偏荡，导致锚爪跳出。链长与水深的比值大于 5时系留力接近最大值。大浪中锚泊，船身起伏，锚链时紧时松，影响锚的稳定，可再松长锚链，以增强悬链的弹性缓冲作用。急流中抛锚在落锚前必须对正流向，当横舷方向岸标的相对移动趋于静止时，表明船对地已无速度，但对水面来说仍在前进，此时可以落锚，让流带船缓缓后退，相应配合松链。至关重要的是出链切不可过快，平均速度以每秒不超过0.25米为限，并随时准备用前进车保持和调整这一后退速度，同时自始至终要正确操舵对正流向。当锚链将要松到所需长度之前应边松边刹，使得锚链逐渐受力，最终稳定在预定长度上。
锚泊的方式有多种。①在正常天气情况下使用单锚，根据底质和流速松出足够链长即可。②在大风天，为加强系留力用双锚。分别把左右锚依次抛下，相隔一定距离，待两链松到所需长度后成倒八字形，俗称八字锚。两链夹角取决于两锚距离和链长。为尽可能增强系留力，同时又防止船身摆荡，两链夹角宜保持在 30°～60°。 ③在旋回余地不足的河港内锚泊，可使用一字锚。沿流水方向，把左右锚抛为前后锚成一直线，两链长度相等，船首固定于两锚的中点，涨落流时分别为涨流锚或落流锚所系留。转流掉头时船的旋转范围只限于船本身的长度。
操纵船舶靠码头 操纵船舶停靠码关的作业过程。正常天气情况下，一般用顶流靠码头，船舶操纵程序是：①先顶流接近，船身与码头成10°～20°夹角，船首对泊位上端外面约 1.5 倍船宽的位置缓缓驶近，并利用背景物标作为临时导标，借以调正船首向，抵消风流影响。②根据停车淌航距离资料适时停车。③将平泊位时，如有必要抛下外舷锚，同时将船身摆正与码头平行稍用倒车停住，使里舷距码头一船宽。④递上前后系缆，边松锚链边绞系缆，保持船与码头平行，缓缓靠拢码头。⑤带妥首缆、尾缆、横缆和倒缆(图2)。
图中1为首缆，用于制止船舶向后移动；2为前横缆，使船首部分不离开码头;3为前倒缆，控制船舶不向前移动；4为尾缆，用于制止船舶向前移动；5为后横缆，使船尾部分不离开码头；6为后倒缆，控制船舶不向后移动。大型油船靠码头因动量大，必须把接近码头的速度严格控制在容许限度内。为此，都由多艘拖船协助靠泊。船以微速驶到泊位对面约半海里处停住，然后由拖船拖带和顶推向泊位移拢，速度控制在每秒8～15厘米。待距泊位100米左右时，速度再次减到每秒6厘米左右。现代油码头设有声纳收发机和显示牌，连续显示距离和实时速度，保证靠泊安全。
根据风和流的情况，还有吹开风靠码头、吹拢风靠码头等。吹开风靠码头是船遇 5级以上从岸边向水面的吹开风时靠泊码头的方法。船舶接近泊位的操作法基本同前，但船首向须作较大角度的调正才能保持在导标的串视线上。外舷锚可提前抛下，一方面制动，一方面可用较大车速加强舵效，使船首昂向上风接近码头，尽快递上前部系缆，必要时可用拖船顶推靠拢。吹拢风靠码头是船遇 5级以上从水面向岸边吹拢风时靠泊码头的方法。船舶驶向泊位时，船位与岸间距离至少为3倍船宽。在进入泊位档一半时抛下外舷锚，缓缓松链向码头接近。根据需要用进车和里舷舵防止尾部摆向下风，尽力保持船舶与岸平行靠拢泊位。此时，可用拖船协助顶船首或拖尾，也可利用双锚操纵。外舷锚可稍提前抛下，拖着前进，待船首平四分之三泊位时抛下里舷锚。外锚起倒牵制动作用，里锚主要是防止船首吹拢。由于两锚制动力较大，可短时间用较大车速以增强里舷舵舵效，防止尾部向下风摆拢。此时，船稳骑两锚，可以操作自如地安全靠上码头。
操纵船舶离码头 操纵船舶离开码头启航的作业过程。一般用拖船协助的操纵程序是:①拖首时留首缆、前倒缆和尾缆，拖尾时留首缆、后倒缆和尾缆各一根。②用拖船拖船首或船尾，并同时根据情况松放所留各缆，使船身缓缓外移直至无障碍时，分别解去各缆。③如不需掉头即可解去拖船驶离。④有较大吹拢风时需用两艘或更多的拖船带首尾交替外移，直到预期的安全位置上。
操纵船舶系离浮筒 船舶系泊于专用浮筒有单浮系泊和双浮系泊两种。当船驶近浮筒一定距离时，抛单锚、倒车，把船稳住后使小艇将系缆带上浮筒。先带上首缆，将缆绞紧使船首贴近浮筒，最后带上尾缆。双浮系泊时，待首缆带上浮筒并绞紧后，即可带尾缆于船尾浮筒。当绞收尾缆时，要注意把首缆调整到预定长度，使船位于两浮筒当中或少许偏后。离浮筒时，双浮系泊应先收尾缆后收首缆。
特殊情况下的船舶操纵 包括狭水道中操纵、大风浪中操纵、流冰区中操纵和海上拖带失去动力的船舶等，不同情况下的船舶操纵应采取相应的特殊措施和方法。
①狭水道中操纵:在疏浚航道、运河等狭水道中，应操纵船舶保持在中心线航行。偏于一侧时，由于船首高压区和船尾低压区与岸壁作用，船首出现岸推、船尾出现岸吸，形成力偶，须用向岸舵控制。如过分靠近，岸吸作用超过舵力，则船舶有冲向对岸的可能。对遇它船，不要让得太早，也要防止过近避让而失误。应减速接近以减弱岸吸和船吸作用。追越它船时，与它船至少应保持一倍船长的横距。如两船横距过小，将因中间水面产生低压区而相互吸引，同时双方的船行波又比在深水中要陡，加大了吸引作用，以至舵力不能控制而发生碰撞。
②大风浪中操纵:船在大风浪中航行，由于剧烈摇摆、甲板上浪和严重失速等不利情况，不但驾驶困难，甚至危及安全。因此确切掌握船的耐波性能，保证主机、副机和舵系统的正常运转和足够的储备浮力与稳性，是安渡风暴的必备条件。当出现严重纵摇或横摇，船首遭浪砰击，船身剧烈振动，甲板上大量上浪等情况时，应操纵船舶改向或降速以改变遭遇周期，取得缓和效果。逆风浪行驶时，随着风浪阻力的增加，船速相应自动下降，即失速。当船长与波长的比等于1时，失速最大，同一主机转数失速可达21％。顺浪航行时，由于波的传递速度大于一般运输船的速度，波与顺浪船的相对速度只是两者速度的差额，故顺浪比逆浪航行时颠簸程度要缓和得多。只要尾部不大量上浪，以低于波速的速度顺风浪航行也是可行的。不论迎浪还是顺浪航行，当船身处于波的坡面时，因地球重力以及波峰与波谷水分子运动方向相反等关系，迫使船首转向波谷，形成与浪平行的不利局面。所以要十分注意操舵，必要时须加车，甚至全速以增强舵效防止横舷受浪。大风浪中掉头，首先应掌握波群中出现海面相对缓和的间歇时机。开始先以慢速进行，不论向下风还是向上风掉头，要做到掉头到一半时，即当船身横伏于波谷处境最险时，恰好开始海面相对缓和，立即加车满舵尽快完成后一半掉头过程，以迎接随后即到的大浪。
③流冰区中操纵：铁壳海船通常在冰量为5/10以下、冰厚在30厘米以内时可以航行(图3)。
冰量、冰厚超过此限，就需有破冰船开路。船舶进入浮冰区前要加强了望，如冰区边缘在望，应绕航避开；否则亦应从有松散冰块的下风缘慢车进入，逐步加速至安全程度为止。此后一定不要失去前进势头，否则冰块围拢尾部将损及车舵。寻找冰区中的冰缝或水沟循之前进。当行动困难时可用左右舵摆动船身裂冰而进。如冰块太厚，往往需要后退再前进以加强破冰能力。后退时要注意尾后冰块，必要时改开进车将之排开再继续后退。当船前部被坚冰掐住时必须及早摆脱，可先全速前进，用左右满舵来回摆动，再全速倒车。④海上拖带失去动力的船舶：用船上配备的拖缆接于失去动力的被拖船的适当长度的锚链上，总长度不少于400米。操作过程:船从被拖船尾后接近，以约30～40米的距离从被拖船的下风舷驶过，适时用抛绳枪送引缆。当船尾离被拖船首约20～30米时停住，双方配合连接好拖缆和锚链，并固定妥当。然后开始用最低档车速起拖，舵角也不宜过大，待拖缆吃力后逐步加车，每隔几分钟加几转直到拖航所需转数。航行中改变航向宜逐次进行，每次不超过10度，并等被拖船稳定后再进行下一次。被拖船出现摆荡时，应用舵驾驶尾随在拖船的航迹中。如摆荡严重，可降低航速，或在可能情况下放长拖缆予以缓和。
参考书目
Crenshaw， R.S.ed.， Naval Shiphandling， 4th ed.， Naval Institute，Annapolis，U.S.A.，1975.