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船员大型船舶操纵特殊培训


船员大型船舶操纵 特殊培训
航海系 汤国杰

大型船舶的概念:80000载重吨或 总长250米及以上船舶。 VLCC:Very Large Crude Carrier ; ULCC:Ultra Large Crude Carrier 船员大型船舶操纵特殊培训:基于 航海模拟器进行的使船员掌握大型 船舶操纵的技能培训。

第一章

:大型船舶操纵特点 及操纵方法
第一节:大型船舶操纵特点

? 一、大型船舶较普通船舶的操纵性能

有所下降
1。舵效差,反应迟钝,当速度降到3-4节进 基本上无舵效 ? 2。追随性差,故在改向或过弯曲航道时需及时 操舵 ? 3。航向稳定性差,施舵后,船首一但开始偏转 后要及时压舵驶上新航向 ? 4。保向性能差,因L/B值较小、风浪中航行 易产生偏航 ? 5. 旋回性能好,旋回圈虽大但其D/LK 较小,旋回中的速度下降大
?

6。启动、停车惯性大,变速操纵呆笨,停船 性能差 ? 7。转向惯性大,需施大舵角,应早施舵,早 回舵,施大压舵角
?

二、大型船舶在浅水、狭水道、 受限水域中航行时所产生的各 种效应较普通船更为明显
1。阻力增大,船速下降 ? 2。船体下沉、纵倾、横倾的变化更为明 显,要求有足够的富余水深 ? 3。旋回性变差,而旋回中的速度下降较 深水中小 ? 4。有时船舶的振动会加剧,并伴有异常 振动
?

? 5。航向稳定性提高
?

6。舵力虽变化不大、但舵效明显下 降 ? 7。 因航道宽度与水深变小,船舶保 向所需的压舵角明显增大 ? 8。 沿岸航行时,岸壁效应明显 ? 9。 因船速较慢且受风、流影响明显, 风流合差角大,会船时船间效应明显, 航行时需有足够的航道宽度

? 三、大型船舶在港内的操船特点
1.必需借助港作拖轮在港内安全航行和靠 离泊位 ? 2.在靠离泊的横向移动中需多艘拖轮的协 助操作 ? 3.所配港作拖轮的位臵应根据实际需要有 所不同 ? 4. 船舶在回转中应充分注意船尾的反移量
?

四、大型船舶在操纵用锚上的 局限性
1. 锚泊时一般采用抛单锚进行锚泊 ? 2.抛锚助操时应倍加注意锚机制动能 力不足,船速应控制在 0.25-0.5节 以下。 ? 3. 航行中一般不用锚来制动 ? 4. 锚泊作业时一般均采用深水抛锚法
?

?五、大型船舶的主要尺度
?

第五代集装箱船的L、B、D分别为: 280、39.8、23.6米. ? 大多数超大型油轮,矿/油,矿/散船舶的 L,B,D都在:300,45,24米以上. 船长为300 米左右的船舶的满载与空载盲区分别达: 500米和600米左右。 ? 大型船舶的船型均系肥胖而粗短形,长 宽比小(约为6左右)、方形系数较大(大 多大于0。8左右),B/d多大于2。5。

?六、大型船舶的系泊属具
?锚

重达15-20吨、锚链一般为 100*700(m/m)左右,许多船配备 了15-20根的系缆。

?第二节、大型船舶的 ?

操纵性

? 一、操纵性的表达方式及K、T

指数的意义

?1.近似操纵运动方程 ?Tdr/dt+r=Kδ……(1-1) ? 用K、T 指数表征船操纵性,即操舵 角δ后的转首角度φ、施回角速度r和 施回角加速度dr/dt的变化关系。解上 述方程得: ? r=Kδ (1-e-t/T) ; dr/dt=K/T*δ e-t/T;

?2.K、T指数及应用 ? K----旋回性指数、K大旋回性能好、 船 舶 进 入 定 常 旋 回 后 : R=V/r=V/Kδ; ? T-----追随性指数,应舵性指数;T 值越小,进入定常旋回的进间短, 应舵快、舵效好。 ? K、T指数与船舶旋回时纵距和横 距的关系(图示1)

? K、T操纵性指数可通过Z字操纵试验
? 心距:Re=V(T+t1/2);

求得;具有操纵性指数K、T后可求得:
? 旋回半径R=V/

Kδ; ? 到新航向的距离: ? DNC= V(T+t1/2)+ V/Kδtg(ф/2); (大型船舶在右舵20度时,该距离为船长 的1.5~2倍)。 ? 式中:旋回初速V的单位为m/s;操舵时 间单位为s;舵角δ的单位为弧度;转向 角ф单位为度,DNC的单位为m。

?一、大型船舶航向稳定性 ? 1.航向稳定性的概念(图示2) ? 1)静航向稳定性:正舵直航的船受 瞬间外力作用后其漂角是否变大的 性能为静航向稳定性。船舶通常不 具有静航向稳定性。

? 2)动航向稳定性:正舵直航的船受

瞬间外力作用后,外力消失后能否 尽快地稳定在新航向上的能力。T大 于零且小,动航向稳定性好。 ? 大型船舶具有动航向稳定性差的倾 向,航向稳定性的判别可通过螺旋 试验求得。

?三,大型船舶的保向性
? 船舶在风流的作用下,通过操舵克

服偏摆使船舶航行在航向上地能力 为保向性。 ? 航向稳定性好的船,保向性也好。 ? 影响保向性的因素: ? 船型、水线下侧面积形状、干舷、 船速、舵角、舵面积比、排水量、 船舶的浮态、浅水、风流等。

?四、大型船舶的旋回性
该性能的的优劣直接反映了船 舶是否具有良好的操纵避让性能 和保向航行性能。 ? 1.船舶旋回运动(图示3) ? 定速直航的船舶施一舵角,船舶 作曲线运动称为旋回运动,重心 移动的轨迹为旋回圈。
?

? ? ? ?

?
?

?

1)一阶段(转舵阶段):一般用时8~15秒 现象:船首向施舵一侧偏转、出现角加速度、由于惯 性船舶仍直航、舵力横向力使向反侧横移和内倾。 2)第二阶段(过渡阶段): 由于船舶运动方向的改变,形成漂角而形成了水动力 转船力矩。 现象:加速旋回、水阻力的增加使船速下降,旋回离 心力使船体内倾变为外倾。 3)第三阶段(定常旋回阶段) 随着漂角的增大,水动力作用点后移,水动力转船力 矩减小、水阻尼力矩增大、最终各力平衡。

?

一般满载时船首转过100~200度左右进入第三阶段; 空载转首60度左右进入定常旋回阶段。

?五、大型船舶的惯性
? 操船上的惯性有:启动惯性、停

车惯性、倒车惯性、转向惯性。 ? 船长关心的惯性有:停车惯性和 倒车惯性。

?1.停车惯性:
?

衡量此惯性的指标有:航行距离(冲程)、 和时间(冲时)。超大型船舶余速3节的停车 冲程达23L以上,冲时达30分钟左右。 ? 根据实测得,排水量20万吨,速度16(12) 节主机停车后,速度降为4节,需40(31) ? min,进距为5.8(3.8)海里; ? DW10万吨的船距泊位前9海里,减至半速、 距泊位前6海里,减至慢速、距泊位前4海里、 减至微速、距泊位前2。5海里,停车。

?2 . 倒 车 惯 性 ( 紧 急 停 船 性 能 )

(图示4)
? IMO暂行标准规定,全速倒车停船冲

程不应超过15L. ?全 速 倒 车 冲 程 的 经 验 估 算 法:S=CV0tS(m). ? 系数C:一般货船取0.25~0.27;大型油 轮取0.27~0.29;如大型油轮停船时间 单位用分,则S=16 V0t.

第三节、船舶操纵性试验
? 操纵性试验的项目有:

? Z形操纵试验
? 螺旋试验和逆螺旋试验 ? 冲程试验 ? 旋回试验 ? 改向试验 ? 其中旋回试验和冲程试验是最基本

的试验项目

?一、旋回试验
横距、旋回初径、旋回直径、滞距、 旋回时间,以评价船舶旋回的迅速程 度和所需水域的大小。 ? 2.试验结果:提供船舶以海上速度 直进向左(右)操满舵时各自的旋回 资料和船速、转头角随时间的变化曲 线。

? 1.目的:求船舶的旋回要素:进距、

? 3.试验方法:以发令操舵时的船

位为原点,测定并纪录转头角10、 50、100、150、300、60 0 (而后隔30 0 )时的时刻、船位、 转速、船速、转头角。当转头角为 360度(在风流轻微影响时为5 40度)时回正舵并改为直进状态。 ? 1) 利用GPS定位测旋回圈 ? 2) 使用浮标方位测旋回圈 ? 3) 使用无线电定位测旋回圈

?一、

Z形操纵性试验(标准操 纵性试验)

? 1.目的:求船舶的操纵性指数K、

T值,借以全面评价船舶的旋回性、 追随性和航向稳定性。 ? 2.试验结果:提供船舶以海上速度直 进中,操小舵角(小于10度)进行 Z形试验求出无因次的操纵性指数K, T,值。

? 1.
?
? ?

试验的方法(图示5)

? ?

1)试验船把定航向后,做右(左)10度舵角, 并保持该舵角; 2)船从原航向向右(左)转头达10度时,操左 (右)10度舵角,并保持该舵角; 3)其后船停止向右(左)转头而开始向左(右) 转头,经原航向后并一步转头达左(右)10度, 再次操右(左)10度,并保持该舵角; 4)重复2)的操作,共完成三次蛇航动动为止。 在此期间,记下用舵后,转头角到达预定值所需的 时间、转头角达到最大值的时间和度数,转头角达 到原航向的度数和时间。

三、紧急停船距离的测定
? 1.目的:求船舶在空载、半载、

满载、全速(半速、微速)时的最 短停船距离。 ? 2.试验结果:提供船舶在各种载 态和速度情况下的冲程、冲时、偏 航角、横距。

?3.试验方法: 选无风流影响的水域,
水深大于3[(Bd)]1/2;船舶把定并定速,记 下下减速令时的船位(用GPS)与航向,记 下每隔1~2分钟的船位和航向(特别应记下船 舶开始偏航时的时间与船位、下停车令、倒 车令的时间、船位、航向。),当船舶速度 降至2~3节时,结束试验;用光滑的曲线连接 各船位点。

第二章、各种外 界因素对船舶操 纵的影响

?一、风对船舶操纵的影响
?

船舶横受风时对操纵的影响:保向困难、 产生风致漂移。 ? 1. 风致漂移速度: ? VY=0.04[(Ba/Ld)]1/2Va ? 式中:Ba—水线上侧面积、 ? Ld—水线下侧面积 ? 大型船舶可按下法简算: ? 空载时(Ba/Ld≈0.8),VY=1/20.Va; ? 满载时(Ba/Ld≈0.8), VY=1/30.Va

?2.强风中操船的可保向界限 :

(图例6)
大型船舶在强风中一般将出现迎风性偏 转,为保向航行需向下风舷压一舵角,以抵消 迎风偏转合力矩的作用,因为一定船速下操 一定的舵角所能具有的保向作用是有限度 的,所以当其不能抵消迎风偏转合力矩作用 时,便会出现凭操舵而不能保向的情况,大型 船舶在港内航行时速度小、水线上受风面 积大,易出现操满舵不能保向的局面.

?影响保向界限的因素:
风舷角:风舷角Φ=600~1200时,风速只需达船 速数倍时,便呈现出极强的迎风性偏转,操舵保 向性能最差。 ? 相对风向向船首、尾靠拢时,操舵保向的 能力变好; ? 船首斜迎风或迎风时的保向性较船尾斜 迎风或迎风时优; ? 风速与船速比:保向随风速的降低而提高, 随着船速的降低而降低,增大舵角可提高保 向性。 ? 水线上侧面积
?

? ?

? ? ?

?
? ?

只有既考虑到一定的船速时的风致漂移(因而必须 给予适量的风压差角以修正航向),同时又考虑到 船舶可保向的极限风速,以便给予适量的压舵角, 通过保向来保证船舶驶于航道上才能保证进出口航 道上的安全操船。 从经验上以下数据可参考: 船速(节) 压舵角 可保向极限风速(级) 4 150 5 350 7~8 6 150 6 350 9~10

?二、流对操船的影响
? 1.

流对航速的影响: ? 船在均流中航行,船对地,对码头 的速度为船对水的速度与流速的矢 量和。

?2.流对靠泊的影响(图示7):
?

当船舶与流呈一定角度α,斜向顶 流向泊位靠拢时,如果通过妥善调整 船 速 V 和 靠 拢 角 度 α, 一 方 面 可 使 Vcosα与流速相抵,船舶与泊位处于 不进不退的状态,另一方面有较理想 的横向速度进入泊位的速度Vsinα, 船舶将保持α角安全地向泊位横进 (大型船舶靠码头为平行靠,此法适 合于中、小型船舶)。

?3.
?

流对舵效的影响:

船速一样时,操同样的舵角,顶 流时的舵力与顺流时的舵力一样, 顶流舵效比顺流时好(转过相同的 转头角、顶流所需的水域比顺流时 小)。

?三、

受限水域对操船的影响

? 1.出现受限水域影响的水深及航道

宽度 ? 虽然至今仍无统一的国际标准, 但就对船舶动动的影响而言,取下 列数据作为一般标准是可信的。

? 1)水深: ? 对船体前进时的阻力的影响:H/d≤4 可作浅水对待 ? 对出现船体横向运动的影响:H/d≤2.5 为界可作浅水对待 ? 对操纵性有明显影响,并达到易发现 的程度应以H/d≤1.5为界; ? (H/d为相对水深,即水深与船舶平均吃 水之比)

?2)航道宽度
从操船角度分析,通常认为以航道的 有效宽度W与船长L之比而定 ? 考虑到岸壁效应时,应以W/L≤2来界 定,作为窄水域对待 ? 对操纵性有明显影响,并达到易发现 的程度的航道宽度应以W/L≤1来界定。
?

?2.浅水对操纵性的影响
? 1)浅水对舵力的影响:伴流

较深水中的增加使舵力下降; 船速较深水中下降使螺旋桨 滑失增加使得舵力增加;浅 水中舵的下缘距海底较近导 致舵的整流作用使舵力增大, 总的来看舵力发生的变化并 不大。

? 2)浅水对旋回性、追随性的

影响
? 浅水域船舶的虚惯矩,旋回阻矩

的增加,旋回性能下降,纵距的 增加远远小于横距的增加,其旋 回圈并非整体性增加,操船者尤 应注意掌握横向扩展远较前方伸 长为大的特点。 ? 追随性和航向稳定性变好。

? 3)浅水对停船性能的影响 ? 船舶驶入浅水域时,因船体下沉、首 倾、二维流增速等原因,使船体阻力增 大,船速有所与降。 ? 4)航行中船体下沉与纵倾变


?

船舶越肥大,水深越小,船体下沉和 纵倾变化越激烈。

? 浅水中纵倾变化: ? 在其它条件相同的情况下,船体下沉 量较深水中大; ? 椐日本船模试验,当傅汝德数Fr刚超 过0.25,船首下沉中止,船首开始急速上浮, 船尾急速下降,为显著的尾纵倾.(与深水 中不同) ? 美国的操纵书上介绍的船体整体下沉 量的估算式:S=Cb×V2/50 ? 式中: Cb为方形系数.V为船速(节)

? 3.岸吸与岸推(作用于船体的左右不

对称力及力矩)
?

?

由于船体左右航槽的不对称性,即使船舶直航, 船体周围的水运动对船体所产生的水压力是左 右不对称的,其结果产生将船推向某一边的横向 力.结果:船推向岸边,同时产生将船首推离岸边 的转首力矩,船尾偏向岸边. 船速越大,船越靠岸边,上述现象越明显.一般 情况下,间距在1.7倍船宽以内的岸吸岸推现象 比较明显,应操舵克服.巴拿马引水员认为,压舵 后,还应留有20度左右的富余舵角.

第三章、大型船舶 ? 应急操纵
?

? 第一节、碰撞事故事的应急处理 ? 一、碰撞前应采取的预防措施 ? 1.应及早运用一切有效的手段断定与来船是 否形成紧迫局面和(或)存在碰撞危险 ? 2.应及早地采取有效的避碰措施 ? 3.应细心核查避让行动的有效性,直到最后 驶过让清为止 ? 4.在碰撞不可避免时,应操纵船舶使碰撞的 损失程度最小。

? 二、碰撞后的紧急操船
? ? ? ? ?

?

1. 立即将船停住,并作好碰撞现场的各项记录 2. 若无沉船之紧急危险,双方不可随意退出。 3.我船船体被它船撞入,应尽量使本船停住以便 减小进水,并发出警报 4.双方应相互关心和援助,损坏轻的船舶应停留 在附近和采取救援行动 5. 及时处理遇水燃烧或吸水膨胀的货物 6.如果两船均须进行修理方能续航时,应经对方 同意并报船东同意约定到附近合适的港口作为共同 的避难港进行修理。抵港后应就船舶的损害程度各 自申请船检进行检验。

7. 如船舶采取了各种措施后仍有沉没危险时, 应考虑实施抢滩搁浅 ? 8. 如若弃船,除紧急情况外,应急报船东以 征得同意。 ? 9.应立即查清对方船舶的船名、呼号、船东 的有关资料,出发港和目的港。 ? 10.应向船东和有关海事部门报告碰撞的详 细情况 ? 11. 写好碰撞通知书交对方船长签收。
?

?三、
?

碰撞后的航行

经全面检查确认航行中不会出 现危及船舶安全时,主辅机等重 要的操纵设备完好时,可谨慎航 行。

?第二节、船舶搁浅和触

礁后的应急处理

? 一、
?

船舶搁浅(触礁)事故前的预 防措施

驾驶人员应严格遵守各项安全操作规程, 掌握航区最新资料,准确定位,及时纠正错 误的操船指令,通过浅滩应充分考虑浅水效 应,保持有足够的富余水深。 ? 驾驶人员一量发现事故不可避免时,切忌 惊慌失措,应设法减轻损失。如可用倒车、 抛锚等措施减抵船的冲势,应量避开船尾搁 浅和(或)触礁。

二、船舶搁浅(触礁)后紧急措施 ? 1.切忌盲目动车 ? 2.查清情况:搁浅的时间和船位、六面吃 水、当地的潮高与潮时、船舶周围的水深及 底质、搁浅时和搁浅后的船首向、主机和舵 机的情况、搁浅时和搁浅后船舶的吃水情况、 船舶燃料等情况、近期的气象情况、等。 ? 3.采取措施保护船体:尽量向船体内注水, 使船坐牢海底,注水应尽量以船中的水舱为 宜。
?

? 三、脱浅方法 ? 1.自力脱浅: ? 高潮前一小时动车;移动货物改变纵横倾; 拖绞锚具,卸载脱浅; ? 2,外援脱浅 ? 3.脱浅所需拉力的计算 ? 1) 所需拉力估算: ? F=fΔD;ΔD=100q(T-T1)+ΣP; ? f——船底与海底的摩擦系数,底质为软泥时 取0。3、坚硬沙砾取0。5、岩石取0。8~2。0;

ΔD——损失排水量,ΣP——各舱进水的总和, ? T——搁浅前的六面平均吃水,T1——搁浅后 的六面平均吃水 ? 2)可提供的拉力估算: ? 主 机 拉 力 F=0。01N(t);N—— 主 机 功 率 (倒车时,内燃机按60%计算) ? 拖船的拉力:F1=(0。01~0。15)N1, ? N1 为拖轮功率(倒车时应减小20%0,我国按 73。55KW(100马力=1吨。
?

? 第三节、救助人员落水人员操船
? 一、
?

发现人员落水的紧急措施

1.停车、向人员落水一舷操满舵;记下船 位 ? 2. 扔下救生圈及救生火焰 ? 3.发出人员落水的警报,有关人员进入应 急部署,指示人员了望

?二、驶近落水者的方法
一般由驾驶台人员发现落水者,立即采取 行动称“立即行动”,人员落水由目击者报 告驾驶台,经过一定的延迟后采取行动,称 “延迟行动“。 ? 1. 单旋回:最适合于“立即行动“ ? 2. Williamson旋回:最适用于“延迟行动 “ ? 3. Scharnow旋回:最适用于“人员失踪“
?

第四节、主机、舵机失控的应急措施 ? 1。主机失控 ? 2。舵机失控
?


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