推广 热搜: 沉船打捞  护舷  橡胶护舷  气囊下水  打捞  气囊打压  船舶上排  气囊  充气橡胶护舷  船舶下水 

船位动态稳定和同步跟踪

   2012-06-18 60
核心提示:所谓船位动态稳定和同步跟踪是指通过风向风速、流向流速、航向航速等多变量数据的精确计算,经过矢量合成、快速变换、动态调整、智
 所谓“船位动态稳定和同步跟踪”是指通过风向风速、流向流速、航向航速等多变量数据的精确计算,经过矢量合成、快速变换、动态调整、智能操作和手动控制来达到与风流合力的综合平衡,实现船位的动态稳定、动态同步跟踪的一种智能化船舶特技操纵方法。它是笔者在多年的海上救助、海洋工程、远洋货运、港拖作业以及各种船型和各种类型的作业实践中,结合航海学、力学、自动化控制、(DP)动力定位及三角函数运算和速度矢量三角形变换等方面知识,潜心研究形成的一套内涵丰富、方法独特、变幻莫测、别具一格的船舶操纵方法。目前,该操纵方法在船舶操纵应用中,特别是大风浪海上救助和海洋工程作业中被认为是较为先进的方法,经过推广运用,其安全可靠、快速有效的实际效果日益显现。



二、“船位动态稳定和同步跟踪”的基本特点

1、动态调整、稳定船位

“船位动态稳定”就是船舶利用其自身的动力来克服风流等环境因素的影响,在动态调整中将船位稳定在海上某一固定点的周围,这一点可以是经纬度,也可以是搁浅船舶、抛锚船舶、海上石油平台、单点油轮等固定目标某一侧范围内。范围和误差的大小决定于船舶的控制能力。

2、保持间距、同步跟踪

“船位动态同步跟踪”就是船舶利用其自身的动力,在克服风流等环境因素影响的同时,与运动目标保持相同的速度和相同的路线,并相隔一定的间距同步移动。跟踪移动的稳定性和间距误差的大小决定于船舶的控制能力。

3、数据模拟、综合平衡

“船位动态稳定和同步跟踪”手动控制操纵法是根据风向风速、流向流速、航向航速和一般船舶傻瓜操纵特性,智能地进行数据模拟合成,并根据周期性变化和瞬间变动的相关数据,进行不断地调整,以达到综合平衡。

4、矢量合成、快速变换

将风流合力与船舶的航向航速的变化,转化为速度矢量三角形的快速变换。一是利用罗经航向来稳定和控制船位移动的方向;二是利用车速控制前后移动的距离;三是利用改变船舶左右受力的角度来改变船舶左右移动的速度;四是利用风流合力的方向来改变船舶移动的方向;五是利用风流合力的大小来改变船舶移动的速度;六是利用动力来克服风流的影响达到船体的平衡。总之,通过速度矢量三角形的不断变换,达到稳定船位和移动船位的目的。

5、精确计算、智能操作

手动控制操纵方法实际上是一种船舶智能化、数据化特技操纵,保持船舶艏向与风流向的平衡是船舶特技操纵的关键。海上风向风速、流向流速既会周期性变化,也会瞬息万变,船位在风流合力的作用下也会随之变幻无常,其瞬间移动也是不规则的,加上船舶惯性的变化和航向航速的不稳定性等,所有变量的互动又增加了诸多不确定因素。实际上船舶在海上移动是多个变量综合作用的结果,其震荡周期和幅度是不断变化的。对双车双舵带有侧推的先进船舶操纵起来比较容易,而对没有侧推的老旧船舶则困难些,但只要方法正确、计算精确、操作熟练也能够达到同样的结果,只不过精确度要受到风流的影响甚至受到大风浪的限制。然而人又是第一位的,在船舶装备相当的情况下,其抗风浪等级和船位动态稳定、同步跟踪的精确度还是取决于人的操纵。实践证明,在恶劣气象条件下,手动控制操纵的能力和精确度,均超过计算机自动控制的(DP)动力定位船舶6级风3节流的限制。如近30年船令的2600匹马力救助船,在8-9级大风浪中训练或救助照样能够近距离稳定船位虚靠(救人)和同步跟踪作业(带缆),而(DP)动力定位船舶却做不到。

6、快速可靠、安全高效

船舶手动控制稳定船位与(DP)动力定位原理大致相同,不过由人的智能计算替代了计算机的计算,虽然计算的速度和精确度没有计算机那么高,但人的计算毕竟是灵活的,智能的,可随风流的不断变化,随时改变操作或提前动作,达到精确、快速、安全、高效的结果,关键是操作者的智慧和操作熟练程度。手动控制同步跟踪不但可以稳定船位和固守固定目标,而且还可以动态同步跟踪移动目标,甚至在12级以上台风中进行救助作业等,这是其它操纵系统和操作方法所不能替代的。



三、“船位动态稳定和同步跟踪”运动要素分析

1、风流合力线

风流合力线是海上船舶操纵中的一条“生命线”,掌握了它就掌握了主动权。在茫茫的大海上怎样才能正确地找到这条线?首先必须收集当时海区的风流数据,然后再进行风流测算、实际计算和矢量合成,就像万用表进行数据准确测量前先进行“调零”一样,正确的“零位调整”才能得到正确的工程测量数据。精确的风流合力线直接影响到海上稳定船位与同步跟踪的效果,甚至直接关系到船舶操纵的安全。风流合力线随着海况的瞬间变化和风流周期性的变化,直接影响了船舶运动的轨迹,而航向航速的不断变化又影响着综合数据的计算结果。实际上船位的稳定是动态中的相对稳定,而船位的稳定度和同步跟踪的精确度取决于船舶操纵的水平、船舶性能和海上风浪等级等多种因素。风向风速、流向流速、航向航速等参数直接和间接的变化,影响着船位摆动周期。风浪增大,风流变量加大,航向航速也要随之发生相应的变化,其变换就要加快;车速加大,相应惯性也要加大,船舶的摆动频率加快,增加了操纵难度,使精确度减小及稳定性、安全性变差。

2、进车时受风流影响船位运动轨迹分析

进车的速度应随风流的大小而变化,风流越大,进车就要加快,则船位的稳定性就越差;风流合力角度越大,船位的横移就越快。因此,在大风浪操纵中控制风流与船艏向夹角的大小对于船位的稳定和移动非常关键。当6级风以上3节流以下其进车把定方向应当以风向为主而偏流向一侧;当6级风以下3节流以上其进车把定方向应当以流向为主而偏风向一侧。

3、进车时受风的影响船位运动轨迹分析

6级风以下影响明显减小,但与船速和风舷角有着密切关系,船速越快和风舷角越小对船位横移的影响越小。

4、进车时仅受流的影响船位运动轨迹分析

船速、流速和水流夹角有着密切关系,船速、流速越快和流压角越大,进车时船位的横移越快。

5、停车时受风流影响船位运动轨迹分析

船舶随着风流向着合力的下方漂移,在漂移中因受风面积、船型、吃水的不同,在向下风下游方向漂移时会摆动偏转,风流的大小直接影响船舶漂移的速度和方向。

6、停车时受风的影响船位运动轨迹分析 

6级风以上影响明显增加,在漂移中因受风面积、船型、吃水的不同,在向下风方向漂移时会摆动偏转,而且偏转的角度和摆动的频率与风速相关,救助船舶和拖轮一般都是艉迎风。

7、停车时受流的影响船位运动轨迹分析

2节流以上影响明显增加,在漂移中因受船型、艏艉吃水差的不同,在向下游方向漂移时会摆动偏转,一般艉倾时,艏对流偏转的机会较多。

8、倒车时受风流影响船位运动轨迹分析

顺着风流倒车时,船位会向风流合力的下方偏移,但是随着后退速度的加快,船艉招风现象明显,在艉向转动之前必须先采取“反舵进车”等有效措施立即加以制止,否则,会因船舶惯性而加速转动,再制止或者恢复原航向为时已晚。当在6级风以上3节流以下船舶操纵应当以风向为主而偏流向一侧;但当6级风以下3节流以上船舶操纵应当以流向为主而偏风向一侧;在大风浪中倒车或者后退操纵中务必控制船艏使之迎风,否则拎不住头万事皆难。

9、倒车时受风的影响船位运动轨迹分析

顺着风倒车时,船位会向风的下方偏移,但是随着后退速度的加快,船艉招风现象更加明显,要特别注意后退转动中艏艉横距的变化,防止出现扫荡碰撞。其它操纵方法和注意事项同上(8)。

10、倒车时受流的影响船位运动轨迹分析

顺着流倒车时,船位会向下游方向偏移,当估计失误或接近目标发生危险时,必须立即采取停车和内舷受流快速进车拉开横距的正确措施。

综合以上分析,清晰得出以下结论:

1)在流的影响下,有流压角、有船速才有横移,左舷受流船体向右横移,右舷受流向左横移,横移的速度不但与流速、船速相关,而且与流向夹角相关。

2)在流的影响下,没有船速,船体的横移主要受风的影响,船体向下风下游方向漂流和摆动。

3)在风、流共同影响下,进车时受流的影响明显,停车时受风的影响明显,倒车时拖轮艉招风影响明显。它们之间不同夹角有着不同的影响,错宗复杂,一定要个别分解,最后集中合成的风流合力,才是船舶操纵的“生命线”,这条线在大风浪作业中直接关系到作业的成功和安全。

“船位动态稳定和同步跟踪”运动要素应全面掌握、综合分析,集中对策、逐步推进,有的放矢、各个击破才能在船舶操纵中融会贯通,得心应手。



四、“船位动态稳定和同步跟踪”手动控制操纵方法

1、数据计算,矢量合成,快速变换,同步跟踪

海上船舶操纵之所以难度高,除了太多的不确定因素外,主要原因还在于船舶操纵所有计算参数都是变量。风流变化、船舶惯性不等、性能不稳定、航向航速变动以及人的反应和应变能力都直接影响到船舶操纵的结果。“船位动态稳定和同步跟踪”手动控制操纵方法就是根据多个变量进行数据计算、矢量合成、快速调整的理论为基础而稳定船位和同步跟踪的。船舶到达作业现场,船长首先必须了解和熟知当时海区的风向风速、流向流速有关数据和对船舶的影响,以及瞬间变化周期和大小及其变化规律——熟悉水性。同时必须熟悉本船的操纵性能,即舵效、车速、巡回圈的大小、车舵线性、进倒车间隙时间、冲程惯性和倒车制动距离等——掌握船性。将初始获得的风向风速、流向流速等有关数据,在脑海平面图上进行速度合力矢量的综合计算和合成,确定初始航向航速,同时根据风流瞬间变化,及时进行速度矢量三角形的快速变换,沉着冷静不断调整航向航速以达到稳定船位和同步跟踪的目的——把握人性。

对风向风速、流向流速、航向航速等综合数据的准确把握,最终将直接影响操纵结果。多变量快速计算就象盲棋对弈,脑海中的矢量三角形在不断地变换,除了快速变换计算公式外,还要熟悉和掌握其它变量的变化规律。为了便于计算,我们常取整数角15°30°45°60°等特殊角的三角函数值或它们的半数、倍数,速度也化成米/分钟。对于漂泊船舶和目标,要想同步跟踪不但要计算出它们移动的轨迹外,还要根据自我变量重新计算出同步跟踪的运动路线。恶劣气象条件下的船舶近距离操纵相当紧张,这时船长的大脑就是一台计算机,在输入了瞬间变化的风向风速、流向流速、航向航速后,立刻计算出船体移动的方位和距离,同时改变航向航速就改变了船舶移动的轨迹。大海就是一张放大的平面图,船舶操纵就是在大海中作图,不断变换速度合力矢量三角形的形状来改变船舶移动的轨迹。只有平时纸上多作图、操船心中装着图、关键时刻才能作对图,上述“三性”的全面把握是掌握“船位动态稳定和同步跟踪法”的关键。手动控制操纵法就是根据风、流、航向、航速等多个变量的变化,进行数据计算、矢量合成和快速调整而达到稳定船位和同步跟踪的目的。只有在大风大浪中刻苦训练,正确地“把握人性、掌握船性、熟悉水性”,掌握船舶特技操纵方法和技巧,才能保证船位的动态稳定和动态同步跟踪,才能保证大风浪中快速、安全、有效救助和作业。

2、左右摇摆寻合力(生命线),稳定艏向保距离,随时调整看趋势,前后左右皆兼顾……

船位动态稳定手动控制操纵和所有其它船舶操纵一样,万变不离其宗,首先按照上述方法并结合“一兜二对三算四动”的步骤,正确“把握人性、掌握船性、熟悉水性”,并将“三性”与其有机结合,就能克服各种不利因素的影响,而将船位动态稳定在一个固定范围内或者与移动目标同步跟踪,就能在大风浪救助和海洋工程等最艰险的作业中无往而不胜。

3、准确测定移动方向,确定跟踪移动路线,寻找合适接近位置,拎住船艏咬住不放,逆向思维反向操作,以静制动超前反应,同步移动确保间距……

船位动态同步跟踪手动控制操纵要比船位动态稳定手动控制操纵难得多,除了受到风、流、船舶等方方面面因素的影响外,还受到被跟踪目标漂泊移动方向和速度的影响,尤其是大风浪海况下,难度和困难更加难以想象。要想做到与目标保持一定的安全距离同步移动,除了具备手动控制稳定船位必备的操纵技能外,在对“三性”的深刻理解和熟练掌握程度上必须上升到更高的水准,只有这样,才能在大风浪搏击中立于不败之地。

4、校准“零位”、寻找“点”“线”;定线移点、点线结合;进中调整、退中防偏;“点”“线”重合、牢牢稳守

“零点”不对、方向难定;“零线”不准、船位难稳。首先准确寻找风流合力线――船舶操纵的“生命线”,找准了这条线,就掌握了船舶操纵的主动权。然后再确定接近目标的初始航向航速,并在移动中不断调整船位,到位后立即稳定在风流合力线上,并控制车速使船位点与目标保持一定的安全距离,以实现稳定船位和同步跟踪的目的。

5、动中有静、静中有动、以静制动、动静结合

船舶在大风浪操作中,船位的稳定是暂时的,即原始平衡中的稳定最终要被风流、航向、船速的变化而打破,稳定点(船位)随之移动(被动),再在不平衡中向原稳定点(原位)移动(主动),以达到在原稳定点(原位)达到新的平衡。就此周而复始,(船位)在振荡中完成一定时间、一定范围内的相对稳定。船舶与在风流对抗中,动中有静、静中有动、以静制动、动静结合而达到力的平衡和船位的相对稳定。

6、设定航向、自动操舵、双车配合、稳定船位

大风浪中稳定船位,既要准确把定航向——定线,又要控制车速——保点,实际操纵就显得非常困难,思前顾后手忙脚乱,一般情况下难以长时间稳定船位。但最有效的绝招就是准确设定好航向,由自动舵自动把定,仅操纵双车配合稳定船位,就显得更加得心应手、轻松自如,风浪越大舵效越好,同时风险增大,切忌不可掉以轻心!!!关键要掌握好航向的设定和双车的正、倒配合技巧。

7、左右开弓、一步到位、立即把定、持续稳定

船舶接近中除了控制好速度,还要控制好横距,一定要使用安全速度并保持安全横距,一般情况下船舯横距保持在10-15米最为安全,目标过船舯并小角度慢速内转一定的横距,再快速回转并控制船位达到接近目标稳定船位的目的。这种方法我们称之为“左右开弓、一步到位”。

8、“守株待兔”、徘徊等候,“摇头摆尾”、安全施救

海上救助漂泊艇或者落水人员可采用从下风下游10度到30度方向接近,并根据接近的距离随时调整接近的夹角,在目标漂移中心线附近徘徊等候,等两者距离接近后船舶开始向着目标转向并实施包抄,当目标到达船舶舯前横距2米左右的位置时,此时船舶应当处于顶风(流、浪)位置,然后继续转向,当目标到达船舶舯后,船舶立即反向回转10度到30度风(流、浪)舷角处把定。前者在从下风下游慢速接近目标并徘徊等候方法我们称之为“守株待兔”,后者实施先转向包抄后反转把定的近靠救助方法我们称之为“摇头摆尾”。



五、“船位动态稳定与同步跟踪”手动控制操纵法应用和要求 

1、“船位动态稳定和同步跟踪”手动控制操纵法应用和范围:

a.一般船舶一般性操纵——船舶航行、避让;

b.一般性船舶特殊操纵——船舶靠泊、系浮筒、起抛锚、狭窄水道航行、雾航、抗台、大风浪航行;

c.特种船舶一般性操纵——工场布置、工程施工、工程作业、长途拖航;

d.特种船舶特殊操纵——海上靠膀、海上救助、海上接拖、海上提油、海上供应;

e.三用船舶特殊操纵——特种操纵性能下的特殊操纵,恶劣气象条件下输油作业、接送工具箱、接送油管、海上供应、抛起锚作业、平台拖带;

f.救助船舶特殊操纵——特种操纵性能下的特殊操纵,恶劣气象条件下的海上人命和财产救助。

2、 稳定船位和同步跟踪的连续性、精确性、稳定性等通常受到以下因素的影响:a.船舶抗风浪等级;b.船舶操纵性能;c.风力大小、水流强弱、风流向夹角;d.船型与水上水下纵横面积;e.船员和部门之间配合熟练程度;f.操纵者的判断、控制能力和操纵水平……。

3、“船位动态稳定与同步跟踪”必须掌握的基本技能: a.风流资料搜集和计算(识风流);b.精确目测距离,判断船舶未来趋势,有效稳定航向;c.正确测定和控制车速,车、舵、侧推力合成;d.矢量三角形变换,人机合一智能升级;e.保向保速控制距离,保向变速控制距离;f.变向保速控制距离,变向变速控制距离;g.正车控制距离,倒车控制距离;h.控制前后距离,控制左右距离;i.前后移动跟踪,左右爬行跟踪……。

4、一般操纵的基本要求: a.信心加决心、应急加措施;b.敏捷的反应、正确的判断;c.全面的技能、熟练的技术;d.精确计算、快速变换;e.立即终止、及时纠正。

5、恶劣气象条件下的特殊要求:a.综合计算、寻找平衡;b.动静结合、快速变换;c.逆向思维、反向操作;d.敌不寡众、顺势而为;e.借助风流、逆势而上;f.缩小夹角、减少横移;g.保持安全距离、同步跟踪。 

保持航向或变向倒车、横向爬行跟踪是最难的,需要熟练掌握正确的操纵方法、技巧,有效地控制船舶在向下风、下游方向移动中克服倒车时诸多不利因素影响,与目标保持动态同步跟踪。



六、结论

茫茫大海变幻莫测,时而风平浪静,时而涌大流急,台风时的狂风暴雨更加残酷无情,海上作业无不充斥着艰辛与风险。“船位动态稳定和同步跟踪”手动控制操纵法正是笔者三十多年来与大风浪甚至台风搏斗经验的积累,是航海领域中海上船舶操纵方法的一次革命。这一风格独特、内涵丰富、变幻莫测、妙趣横生的船舶操纵方法,改变了长期以来船舶操纵的传统模式――估计、斜插、挤靠、甚至胯撞等盲动方式。只凭个人经验、主观感觉而盲动行事,缺少理论依据,缺乏科学性,因此,在大风大浪中就显得束手无策。“船位动态稳定和同步跟踪”手动控制操纵法正是充分认识到传统操作方法上的不足,基于安全可靠的船舶操纵理念和科学的数据计算方法,旨在将现代化计算机自动定位跟踪控制系统的理论引入包括普通船舶在内的手动控制操纵的实践,以实现全方位、全天候、安全有效地控制船位,提高船舶海上救助和海洋工程作业抗风浪等级,提升船舶海上工作效率,对丰富和完善大风浪中船舶操纵特技理论,保障船舶操纵安全有着积极的作用和深远的意义。

“船位动态稳定和同步跟踪”手动控制操纵方法简单、易看易懂、一教就会,但内涵丰富、学无边际,需要通过训练和实践去慢慢回味,理解其中每个动作的真正含义和奥妙,相信每一次都有不同的收获。只有在大风大浪中刻苦训练,正确地“把握人性、掌握船性、熟悉水性”,熟练掌握船舶特技操纵方法和技巧,才能保证船位的动态稳定和动态同步跟踪,才能实现恶劣海况条件下海上船舶快速、安全、有效救助和作业。
 
反对 0举报 0 收藏 0 打赏 0评论 0
 
更多>同类学知识
推荐图文
推荐学知识
点击排行
网站首页  |  版权隐私  |  使用协议  |  联系方式  |  关于我们  |  网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  积分换礼  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报
Powered By DESTOON