船舶伴流与船舶驾驶关系研究

周启学

摘  要：航运技术在我国近年来的发展中占据非常重要的位置，不少高校专门开设了航海技术的专业课程。船舶驾驶不仅依靠技术和技能，还会受到水流速度、水流方向、风向等自然原因的影响。船舶伴流也会在一定程度上影响船舶的驾驶速度等，二者之间具有一定相互作用，提高船舶驾驶技术，不仅要从技术方面提高，还要从影响因素中做出一些改变。该文主要从船舶驾驶和船舶伴流的基本概念出发，研究二者之间的关系，以便于做出相应的加强和创新。

关键词：船舶伴流  船舶驾驶  相互关系

中图分类号：U66   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（c）-0041-02

在船舶行驶过程中，船舶伴流会在一定程度上影响船舶的驾驶，以及驾驶员操作效率，这会导致船舶驾驶技术一直得不到相应提高。目前，我国为加强船舶驾驶技术，提高驾驶水平做出了许多研究和试验。针对影响因素的严重中发现，明确船舶驾驶和船舶伴流之间的关系，从相互作用入手会有效减少船舶伴流的影响，从而达到提高驾驶技术和水平的目的。

1  船舶伴流

1.1 船舶伴流基本概述

经过观察不难发现，当船正常行驶时，船体两侧会产生对称的两股运动的水流，这两股水流是由于船的运动而发生运动，这样的水流就叫作船舶伴流（附随水流）。船舶伴流的速度与船的形式速度具有一定数据关系，经计算发现，船舶伴流中一个固定点位置的水流速度可以看作以下表达式：

（1）

其中，V2相当于船行驶过程中周围水域某个固定点的水流速度，V相当于船舶的行驶速度，V1船舶运动引起的船舶伴流在某个固定点的速度。从表达式中可以看出船舶伴流速度是可以经过测量或计算得出，并且与船舶行驶速度呈一定相关关系[1]。

1.2 船舶伴流分类研究

船舶伴流根据其产生原因以等不同情况可以具体分为以下几个种类：第一，摩擦伴流。顾名思义摩擦伴流就是由于摩擦力而引起的伴流，该种伴流形式是由于水的特性所引起的，船舶进入水中会被水分子所包围和吸附，但是当船舶浸在水中的部分被水分子全部吸附后，其他水分子就需要吸附在第一层水分子表面，但是由于船舶行驶具有一定速度，水分子之间由于惯性以及与船体之间的速度差而产生摩擦力，这些摩擦力就引起了摩擦伴流[2]。第二，形状伴流。这种伴流大多以涡流的形式出现，其主要产生原因是船舶形状、能的变化、摩擦力的影响以及船头与船尾之间的距离等因素决定，在船舶形式过程中，由于船头尾之间的距离，船行驶的能在动能和势能之间不断变化，变化中收到船体形状影响，在船体周围形成涡流，就是形状伴流。第三，船舶波浪伴流。船舶行驶中与水面接触面的受力程度不同，水面会受不同压力的影响形成一种波浪形的波纹，因此被称为船舶波浪伴流。

1.3 船舶伴流在船体周围的分布情况研究

对不同船舶伴流分类做出研究，结果表明伴流速度与船体本身的某些特性有关。在靠近船体的伴流速度大于远离船体的伴流速度;当船的行驶速度逐渐变大时，船舶伴流的速度也逐渐变大;在有螺旋桨的船体周围的船舶伴流速度与螺旋桨的位置关系也有关，出现上下两个半圆周围速度不同的现象[3]。

2  船舶伴流与船舶驾驶关系研究

船舶伴流与船舶驾驶之间存在一定相关性，从上述部分表达式中可以看出，船舶伴流的速度可以通过船舶行驶速度经过相应的运算算出，二者之间存在一个数据性关系。另外，船舶伴流也根据不同船体形状、行驶速度等原因的不同而出现了几种大致分类，船舶伴流在船体周围的分布状况不仅受到船行驶速度的影响，还会受到船体的材质、形状等因素的影响。由此可见，船舶驾驶会影响船舶伴流的速度和分类，则船舶伴流也会在一定程度上影响船舶驾驶，以下是船舶伴流对船舶驾驶的具体影响。

2.1 船舶伴流影响船舶快速性

由于在船舶行驶过程中船体与体之间产生一定阻力，但是船舶受到的动能大于该阻力，所以船舶可以正常行驶，船舶伴流也因此产生。船舶伴流的速度与船体与水体的阻力大小有关，船舶行驶中耗费的动能越大，则说明船体受到的阻力越大，船舶伴流速度也因此逐渐变大[4]。要想船体克服水体给予的阻力以保证正常行驶，则必须加大所消耗的动能。因此，为减少船舶行驶中所耗费的动能，减小船舶行驶受到阻力和伴流速度的影响，则需要从船体形状、船体材质等方面入手，最大限度地减少船体行驶中受到的阻力和水的摩擦力。例如：将船体形状做成两头尖中间宽的梭形，以减少船体受到的阻力，船的制作材料尽量使用浮力好，表面光滑，受到水面摩擦力小的材质，保障船体正常行驶的同时还能减少摩擦力的影响。

但是，船舶伴流的速度只有在船行驶速度为0时才会相应的变为0，只要船体与水体发生相对运动，则一定会产生船舶伴流速度，这表明船舶伴流速度是一直伴随船的运动而产生的。因此，要减小船舶伴流对船舶驾驶的而影响，不仅要从主观方向做出改变，还应该从船舶伴流本身出发，并加以利用，最大限度地减少二者之间的相互作用[5]。例如：在航运交通中，大多数情况中需要一支船队同时进行运输，因此，可以根据船队内船舶的数量等时机因素减小船体受到的阻力。在船队运输中，前排开路的船舶受到最大的阻力，船舶伴流从第一支船体后呈扇形向两侧分布，因此，在后排的船体受到的阻力相对较小。可以通过船队运输的这种性质，合理排列船队的队形，尽可能地将阻力减到最小。同时，由于船舶头尾两端受到的压力和阻力最大，因此，可以通过后排船舶前端与水流的作用力推动前排船舶行驶，也能达到一定减小阻力的效果。在船队行驶时，将前后两支船舶的距离缩短至最小安全距离，保障后排船舶承受最小的阻力，也能保障后排船舶能够给前排船舶最大的推动力，从而将阻力减小到最小。

2.2 船舶伴流影响螺旋桨效应

螺旋桨上下两个半圆附近船舶伴流速度不同，同时，不同的伴流速度对螺旋桨的转动也有不同程度的影响。螺旋桨盘面上半圆附近的船舶伴流速度大于下半圆的伴流速度。因此，在船舶正常向前行驶、向后倒船以及轉弯行驶时螺旋桨的作用程度不同。当船舶正常向前行驶时，两个螺旋桨的作用程度相当，两侧螺旋桨产生的船舶伴流的速度和方向大小相等，其受到的阻力也基本相同。当船体转弯或发生侧向运动时，则此时螺旋桨所受到的阻力不均衡，若船体向右侧转弯，则左侧螺旋桨所承受的压力和阻力较大，左侧螺旋桨周围产生的船舶伴流速度大于右侧，由于船舶伴流的速度大，水体给船的阻力大，则相应的动能就大。因此发生右向转弯的运动，反之，若船舶向左转弯，则右侧船舶伴流的速度大，螺旋桨承受的阻力大，因此会发生左向转弯。

螺旋桨与其周围的船舶伴流速度也具有一定的相关性，此时的船舶伴流会给予螺旋桨一个伴流效应横向力，该力的大小变化受到船舶行驶速度的影响，在船舶行驶速度增大时，伴流效应横向力也呈逐渐增大的趋势。因此，若不受其他因素影响，螺旋桨的伴流效应横向力能够在一定程度上影响船舶的偏转方向和位置，使其发生位置的变化，从而实现船舶相对于水的运动。

2.3 船舶伴流与舵效之间存在相互关系

船所受的舵力大小受到许多因素的影响，舵叶处于船体的不同位置，其受到的压力不同，由于船舶伴流速度大小船所受到的压力越不同，螺旋桨的转动也会在一定程度上影响船舵受到的压力，并且船的行驶方向会使船舵的压力发生较大的变化。以船舶伴流对船舵以及舵叶的影响为例，当船舶正常向前方行驶时，会由于水体发生摩擦力以及阻力而产生船舶伴流，船舶伴流会影响船舶的形式速度，船体与水体摩擦产生的摩擦伴流呈扇形向后扩散，此时船舶伴流中水流方向与船舶行驶方向相反，但是伴流方向与舵叶的运动方向相同。因此，船舶伴流会对舵叶产生一个同向的作用力。由于舵叶的作用主要是与水体发生作用力从而达到控制船舶行驶方向，避免船舶行驶偏离航线。因此船舶伴流给予舵叶的作用力会严重影响舵叶辨别和控制船舶行駛方向，若此时仍然使用舵叶控制方向，则会导致船舶偏离航线。这种现象会由于船舶的提及和规模的变化而变化，大型船舶的舵叶受到伴流作用的影响较大，提及越小的船只舵叶对伴流方向的敏感程度越小。船舵受到船舶伴流的影响具体可通过以下表达式来体现。

（2）

（3）

以上两个表达式中，p1、p2分别代表敞水舵和船后舵所承受的水体给予的压力;c1、c2分别对应表示二者的压力系数;ρ表示船舶行驶区域内水体的密度大小;W表示船舶伴流分数，该值随着船舶伴流速度大小方向等因素的不同而发生变化;v3舵叶的速度与伴流速度只差，表示相对速度;S表示不同船舶所安装配备的舵叶面积，该值在不同规模的船舶中大小可能发生变化。

3  结语

总之，船舶驾驶需要通过船舶的各功能部件共同作用实现行驶，研究船舶伴流与船舶驾驶之间的关系，就相当于研究船舶伴流与船舶形状、规模、船舵、螺旋桨、船队规模等方面的关系。由于船舶伴流是伴随船舶驾驶不会消失的影响因素，因此，若想提高船舶驾驶技术，就需要尽可能地减少船舶伴流对船舶行驶所产生的影响，要详细分析船舶伴流对各部位产生的影响，从影响原理入手，将阻碍变成动力，从而提高船舶驾驶技术。

参考文献

[1] 唐庆友，宋妍成，杨弘曧.智能时代船舶驾驶对航海保障的需求[J].上海船舶运输科学研究所学报，2019，42（2）：23-27.

[2] 董洪仓，艾万政，冯娜.船舶驾驶人员业务素质现状及培养路径[J].船舶物资与市场，2019（6）：67-68.

[3] 张威，张庆年，杨杰，等.内河无人驾驶船舶航行安全状况指标体系研究[J].中国安全科学学报，2019，29（5）：105-110.

[4] 杜昌义，王红旗.从企业管理角度浅谈船舶进出港期间驾驶台团队管理[J].青岛远洋船员职业学院学报，2019，40（1）：44-46.

[5] 郭春雨，吴铁成，骆婉珍，等.肥大型U尾船舶标称伴流特性SPIV试验研究[J].华中科技大学学报：自然科学版，2018，46（6）：71-75.