一级引航员 鲍文明

　　拖轮按照用途及特点的不同大致可以分为港作拖轮、远洋拖带拖轮及救助拖轮等。其中，港作拖轮属于港口设施配套的重要设备。大船抵达或者驶离港口时，由于港口水域可供航行的水道普遍比较狭窄、通航密度大、水深相对较浅等原因，致使大船自力操纵的能力受到较大的限制。不论是进、出口时的保向、改向或制动操纵，还是靠、离泊中的横向移动、就地转向等操纵，均需要拖轮的协助才可以安全地完成。尤其是大型或者是超大型船舶的港内操纵，如果没有足够马力的拖轮协助，或者即使已经配备了足够马力的拖轮，而因拖轮的位置配置不理想，使用操作不当，都有可能使大船陷于被动或者是紧迫的局面，严重的甚至会导致碰撞事故的发生。

　　随着科技水平的提高以及船舶不断的大型化，新造的拖轮，其配备的马力都有越来越大的趋势，性能也越来越趋向于优良。目前，各港口使用的拖轮基本上都是以Z型拖轮为主。老式的拖轮，如VSP型、CPP型拖轮等，已经基本不再使用，或者因为设备老化而处于淘汰的边缘。

　　本文将以Z型拖轮为例，根据大船不同的运动状态及操纵要求，分析并探讨应如何正确、合理地使用拖轮以及在相互配合过程中需要引起注意的问题。当涉及具体数据时，拖轮的主机马力假设为3200匹。

　　1 Z型拖轮的主要性能及特点

　　1.1 一般性能及尺度

　　拖轮使用最直接的目的是提供强大的拖力，因而有主机功率高而船舶尺度小的特点。其两桩间长度（Lpp）一般在30Lpp的变化也不明显。由于拖轮在作业中，经常会受到较大的倾覆力矩的作用。因此，必须具有充分的稳性，一般其宽度要达到船长的3.2~4.2分之一左右；GM值至少保持在0.75米左右。米左右，即使主机功率增加很多，

　　1.2 拖轮的拖力

　　1）系桩拖力

　　拖轮产生的拖力，以系桩全速试验测得的拖力为代表，称为拖轮的系桩拖力，也称标准拖力。

　　Z型拖轮每100匹马力可给出1.5吨左右的系桩拖力，后退时的系桩拖力约为前进时的90%左右。考虑到拖轮的船龄及养护性地降负荷使用等原因，在实际使用拖轮时，一般按最大连续输出功率的80%来考虑其所能给出的实际系桩拖力。

　　2）速度对拖力的影响。（如无特别说明，本文所指的速度都是指对水的速度，即船速,并假设流场是均匀的）。

　　当大船不具有速度时,在拖轮的作用下，系桩拖力会全部作用于大船。而当大船具有速度时，因拖轮本身随着大船的运动而增加的阻力Rt（主要为基本水阻力）就成为拖力损失的部分，并且拖轮在行进中，其推进器所发挥的推力Tp本身也随着速度的增加而降低（见图1）。在这种情况下，拖轮所能给出的实际拖力Tt（也称剩余拖力）应为：

　　Tt ＝ Tp －　Rt

　　因此，当拖轮与大船一同行进时，它给予大船的拖力是随着速度的增大而不断减少。当达到某一速度（一般在5~7节左右）时，就会完全失去其效率。这一速度称为“极限速度”。它是随着拖轮功率的增大而增大。

　　1.3拖轮自身的操纵特性

　　Z型拖轮通常也被称为全旋回拖轮。它的两螺旋桨方向是可以根据需要独自进行360ordm;自由旋回选定，即通过控制双桨的排出流方向，可以给出各种方向的拖力，主机的转动方向不需要改变，可以实现进车和退车互换的目的。因此，变速十分灵敏，且旋回性能良好（可原地调头），甚至可以实现横向移动。

　　2 拖轮顶推位置不同对大船运动的影响

　　2.1 当大船前进时

　　1)大船作低速直进运动，拖轮就位于大船右舷船首。为了使大船向左转向，令拖轮顶推大船船首，大船在拖轮剩余拖力横向力Y（T）的作用下，开始向左斜航，产生漂角（beta;），水动力由原来直进时来自大船的正前方逐渐向来自左舷船首方向改变，并因为其作用点较重心更加靠近船首，因而产生了和剩余拖力转船力矩N（T）反向的水动力转船力矩N（beta;）。其相互关系见下式：

　　Y ＝ Y（T）－ Y（beta;） （1）

　　N ＝ N（T）－ N（beta;） （2）

　　式中：

　　Y（beta;）、N（beta;）mdash;mdash;　大船斜航产生的作用于船体的水动力横向力及其转船力矩；

　　Y（T）、N（T）mdash;mdash;　拖轮剩余拖力产生的横向力及其转船力矩；

　　Y　、　N　　mdash;mdash;　大船所受的横向合力及转船力矩的合力矩。

　　式（1）中，大船初始时仅在Ｙ（Ｔ）的作用下开始作向左加速的横向移动，随着横向移动达到一定程度，水动力横向分力Ｙ（beta;）的增大，Ｙ最终将趋向于零，大船的横向移动速度也不再增大。

　　式（2）中，N（T）与N（beta;）方向相反。根据相关经验表明，当船速在5~6节以下时，N（T）一般比N（beta;）大，虽然转向效果较差，但大船仍然会向左转向。而当大船船速超过5~6节时，则会出现N（beta;）与N（T）大小相当，甚至有可能比N（T）大的情况，此时会发现拖轮根本顶不动大船船首，甚至会出现向相反方向（即向右）转向的局面。

　　2) 图2（b）大船同样作低速直进运动，拖轮就位于大船右舷船尾。为了使大船向左转向，令拖轮吊拖大船船尾。此时：

　　　　　　　　　　Y ＝ Y（T）－ Y（beta;）

　　N ＝ N（T）＋ N（beta;）

　　大船在Y（T）的作用下，向右斜航，漂角beta;来自大船的右前方。水动力则由原来直进时来自大船的正前方逐渐向来自右舷船首方向改变，产生了和剩余拖力转船力矩N（T）同向的水动力转船力矩Ｎ（beta;），大船在两力矩的共同作用下感觉比a明显容易转向。

　　如果单从拖轮协助大船转向的效果来看，这种方式应该是最为理想的。所以，被认为是一种用以增强舵力的方式。

　　2.2 大船静止时

　　单拖轮顶推（或吊拖）拖力的作用点与大船回转中心（简称转心P）的关系（如图3所示）。大船在拖力的作用下（假设拖力的方向始终保持与大船的首尾线垂直），一边作转向运动，同时不断地产生平行与拖力方向的横移运动。正如操舵转向作旋回运动的船舶一样，其首尾线（或者其延长线）上每个点的线速度的大小或方向都是不一样，并且在这些点中肯定存在着这样的一个点，在该点处横向的速度始终为零，则该点就是转心P点。

　　P点具有以下几点特性：

　　1）P点的位置与拖轮所给出的拖力大小无关；

　　2）P点的位置与拖轮横向顶推或吊拖的位置C有关，并分别处在重心G的不同两端；

　　3）通常情况下，当拖轮的作用点C位于大船船首（或船尾）时，P点的位置约在离大船船尾（或船首）1/3middot;Lpp 处。随着拖轮作用点C向重心G方向靠拢，转心P点也会逐渐移向船尾（或船首）方向，当GC为0.2Lpp左右或者更小时，转心P点甚至会超出船尾（或船首），而处于其延长线上。

　　2.3 拖轮实际使用中的几点体会

　　综上两种不同情况的分析，结合深圳西部港区水域特点及实际引航工作的经验，本人在使用拖轮的实际过程中有如下几点体会。

　　1）在利用拖轮协助大船转向时，为了产生较好的转向效果，应将拖轮配置在大船运动方向的相反一端。

　　（1）在协助招商港务系船浮（俗称三个黄浮）南面的超大型锚泊矿砂船掉头进港时。

　　如果同时使用两条拖轮协助掉头，应考虑将两拖轮并排配置在大船的左舷船尾（因大船一般是向左转向掉头）顶推，理由是：其一，大船在掉头的过程中，通常会采用进车，因而必然会产生对水前进的速度，所以，采用这样的方式，从转向效果上应比拖轮一前一后的方式要理想。其二，由于该类型船舶的起锚进港时间通常选择在高潮前接近平流时，此时通常仍然存在一定的涨潮流水，且下游不远处一般是三个黄浮的位置，从克服或减轻大船向下游漂移的角度出发，也应考虑将两拖轮配置在大船的船尾。

　　（2）在协助SCT-1~3#（尤其是1~2#）泊位左舷靠泊的集装箱船离泊时。

　　由于掉头区位于大船右后方的进港航道处，所以一般采用先开大船船尾的方法，当“开”到适合当时环境和情况的理想的离泊角度后，大船开始倒车，以适当的速度后退，直至掉头区的过程中，我们所要做的工作主要是确保大船的航向，或者根据实际需要对航向进行小量的调整。

　　目前，集装箱船一般都装有船首侧推器，其位置一般位于船首桩附近，较拖轮的顶推位置更靠近船首方向，具有更长的旋转力臂。大船后退时，由于其位于大船运动方向的末端，保向或改向的效果都比较理想。所以，在大船后退的过程中，可以使用首侧推器顶替船首的拖轮。它能够较容易地满足大船保向或适当调整方向的目的，而不需要利用船尾的拖轮使劲地吊拖大船的船尾。

　　（3）当拖轮带好拖缆后，大船在停车淌航过程中，应注意船尾的拖轮会因操作不当挤压或横向吊拖大船船尾，使大船陷入难以保向，或影响其向相反一侧转向的局面。

　　2）要充分注意到拖轮协助大船转向时，会产生或多或少的横移现象。虽然这种现象不甚明显，但它存在于日常引航工作的各个环节当中，作为操作指挥人员，应在清楚上述原理的基础上，根据当时的环境和情况，灵活、合理、有效地加以运用，以便达到安全操作的目的。

　　（1）当利用单拖轮协助LOA为100m 二-2 所述的原理（即：当GC为0.2Lpp左右或者更小时，转心P点会超出船尾（或船首）而处于其延长线上），将拖轮配置在适当接近重心G的位置，采用适当的车速垂直吊拖大船。在拖力的作用下，大船会缓慢地一边转向，一边横向远离码头。如果选择吊拖的位置合适，在转向的过程中，一般不会造成大船的船尾或船首触碰码头。左右的大船离泊时。如果所离的泊位受涨、落潮流的影响不甚明显，根据

　　上述的方法，从理论的角度分析应该是可取的。但在实际的操作过程中，由于重心G点难以准确掌握，从而影响到实际的操作效果，事先也难以预料。所以，建议在受潮流影响比较明显的港区码头，最好避免使用此方法，以免陷入紧迫的局面。

　　（2）利用拖轮协助作低速直进运动的大船转向时，遇水道的条件不允许大船向转向的相反一侧（下称外侧）摆出，或者前方外侧横向很近的距离内有他船或其它碍航物时，应首先考虑采用拖轮顶推大船船首的方式。这和用舵转向避让时，需要注意船尾反移量的道理是一致的。

　　3 大船航行中拖轮效果的极限

　　3.1 大船航行中拖轮协助转向的极限船速

　　前面已经提到，航行中拖轮所能发挥的拖力是减去拖轮本身阻力以后的剩余拖力。它是随着船速的增大呈非线性递减。当大船船速超过5~6节时，将拖轮配置在大船船尾协助转向，在拖轮的剩余拖力与大船的舵力共同作用下，可能还有某些转向效果；若把拖轮配置在大船船首，就可能会完全失去效果。大船的这一船速，称为拖轮效果的“极限船速”。当大船在后退中拖轮顶尾时，类似的现象不仅也会出现，而且所要求的船速条件将因车、舵均在船尾而变得更低。

　　3.2 拖轮全速倒车使大船制动的极限船速

　　大型或超大型船舶在倒车时螺旋桨的偏转效应较为明显，并且在停车低速淌航中，所要求的最低保向船速远比其它船高，加上惯性巨大，往往需要较长时间和较大的制动航程，才能达到制动的目的。因此，在需要减速制动时，最好是利用拖轮吊拖大船船尾中间来进行。

　　操纵经验表明，大船船速超过6节左右时，拖轮采用全速倒车使大船制动将会造成危险的后果。因为拖轮不允许较长时间的超负荷工作。所以在上述情况下，拖轮应先提早采用低速倒车，并随着大船船速逐步降低，再令拖轮提高倒车功率，以增加制动力。

　　3.3．拖轮系缆后随大船航进时所受力的分析及极限船速

　　当拖轮系好拖缆后随大船航进时，若操作需要，要求拖轮保持与大船首尾线垂直，则拖轮所受力的分析及极限船速的情况如下：

　　拖轮随大船前进，并保持与大船的首尾线垂直时，拖轮螺旋桨产生的推力Tp的横向分力Y(Tp)，除了克服部分随大船前进时所受的水阻力外，同时还要克服由于使拖轮与大船保持垂直而产生的水动力横向分力的转船力矩N（beta;）。

　　假设以拖轮的船首端为支点，Y(Tp)的力臂相对水动力横向分力Y(beta;)的力臂要长。按照N（Tp）= N (beta;)的原理,可以得出Y(beta;)要比Y(Tp)大，其所大的部分需要通过拖轮与大船的摩擦力Ft、拖轮拖缆产生的拉力Fl，或者两者之和来弥补（即Y（Tp）＋Ft＋Fl＝Y(beta;) ）。只有这样，才能保持拖轮随大船一起匀速前进。

　　无论是摩擦力，还是拖轮拖缆产生的拉力，根据作用力与反作用力的原理，它们都有一个作用于大船的反向的作用力。这个力跟大船的运动方向相反，因而会使大船的速度受到一定程度的减小，减小的程度跟大船的惯性（或质量）大小直接相关。所不同的是：摩擦力是通过拖轮对大船船体表面的压力（即拖轮顶推大船的力）而产生的。因此，该压力同时会使大船产生一个转船力矩，而不利于大船的保向；拖缆的拉力则没有这种不良的附加影响。即使有，也可以忽略不计。因船体横向的力臂很小。

　　根据实际操作的经验，考虑到拖轮的横向阻力比其它方向的阻力都要大，估计保持拖轮与大船垂直的极限船速在5节左右。超过这一速度，拖轮将无法做到与大船保持垂直。即使勉强能够保持垂直，由于剩余拖力已消耗殆尽，也起不到顶推、吊拖或者其它的操纵目的。

　　4 利用单拖轮协助大船靠离泊的方法

　　采用单拖轮协助靠、离泊，一般是针对船长（L.O.A）100 米左右的船舶。这样的大船（主要是散、杂货船）在设计上通常比较简易，系缆桩的配置情况不尽相同，这样会影响拖轮在协助大船离泊时带缆位置的选择及离泊的方法。下面分不同情况予以简单介绍：

　　4.1 当大船一舱靠船首方向或者驾驶台垂直下方附近甲板上有系缆桩时

　　1) 离泊时，如果选择拖轮带于一舱靠船首方向的位置附近（如果大船有首楼的，即相当于在紧靠首楼的主甲板上）。当拖轮带好拖缆后，大船船尾缆绳可全部解掉，船首单帮（或分别留两根头缆和前倒缆），并挽牢；也可以根据需要，先适当调整缆绳长度后再挽牢，然后，令拖轮缓慢起拖。大船在拖力的作用下，船首离开码头一很小的角度后，大船的缆绳便开始受力，从而头缆和前倒缆的合力与拖力间就会产生一个力偶。在这一力偶的作用下，以大船拖力作用点靠船首方向上的某一个点为支点，大船船首在基本被固定的情况下，船尾开始慢慢地离开码头，并与码头线产生一个越来越大的夹角（根据经验，这一夹角最大可以达到60度左右，所需夹角的大小可根据当时的情况来决定）。当达到一合适的夹角后，令拖轮短暂停车，同时迅速解掉头缆和前倒缆（在拖轮持续吊拖的过程中，随着夹角或拖力方向可能产生的变化，两缆绳不一定都一直保持受力，这种情况下，可以先考虑解掉已经不再受力的缆绳）。然后，根据当时的环境和情况，在拖轮的协助下，大船就可以采用合适的方式离开码头。例如：直接采用倒车退出，或者令拖轮再继续吊拖船首，使船尾在清爽码头的情况下，船首向外舷摆出，并可在原地转向调头等。

　　2) 如果大船一舱附近没有系缆桩，也可以考虑将拖轮带在驾驶台垂直下方附近，采用的方法和步骤基本和a所描述的一致，这里就不另作叙述。

　　4.2 当大船一舱或者驾驶台垂直下方附近甲板上（包括船中附近）都没有系缆桩时

　　在这种情况下，一般应将拖轮带于大船船首。具体的离泊方法有以下几种：

　　1) 利用拖轮吊拖大船船首，向内舷施以满舵，进车（一般用微速进车）。大船在舵力横向分力及拖力的作用下，横向离开码头（假设大船缆绳已提前解清）。离泊的角度可利用拖轮或大船车、舵调节。在螺旋桨推力的作用下，大船同时会产生向前的前进速度。如果前方没有碍航物，且水域相对比较宽阔，这种方法是比较简单可取的。

　　2) 如果泊位前方有碍航物，或者水域相对较窄，可在4.2中1）的基础上，令拖轮向船尾方向吊拖（拖力与大船首尾线的夹角超过90度），利用拖力的纵向分力来克服由螺旋桨产生的向前的推力。这种方法从理论上分析应该是可行的，但在实际操作的过程中，要注意拖力纵向分力和螺旋桨推力的不一致，而产生的前冲或后缩现象。

　　(3) 与(2)的情况一样，还有更稳妥的办法：船尾缆绳全部解掉，船首留住两根前倒缆，并同样受力，向内舷施以满舵，进车甩尾。为不使船首过度挤压码头，可以令拖轮垂直，或者以一个向船尾方向适当的角度、以适当的拖力吊拖船首，待船尾甩出合适的角度后，大船停车，同时令拖轮停止吊拖，并迅速解前倒缆，再在拖轮的协助下，和4.1中1）尾段所描述的那样使大船以合适的方式离开码头。

　　4.3 利用单拖轮协助大船靠泊

　　当泊位方向（顺岸的码头）与潮流方向一致时，利用单拖轮协助大船靠泊较为容易。

　　当无风、无流，或者是吹开风时，在不考虑抛锚协助靠泊的情况下，大船抵泊位对开时，令拖轮向内舷船尾方向顶推大船船首（采用的角度一般越大越好），大船向外舷施以满舵并进车。若拖轮顶推的角度及推力的大小合适，当拖轮推力的纵向分力与大船主机进车产生的螺旋桨的推力相当时，大船就会在舵力横向分力及推力横向分力的共同作用下向码头靠拢。

　　和4.2中2）所述的道理一样，在实际操作过程中，要注意拖力纵向分力和螺旋桨推力的不一致所产生的前冲或后缩现象。

　　以上文中对利用拖轮的特性协助大船操作的说明和自己几点实际操作体会供同行参考和指正。