零航速减摇鳍原理(航海科普船舶)(1)

船舶在大风浪摇摆中发生坠箱事故

船舶在海洋中肯定会遭遇大风浪的侵袭。

大航海时代很多木质帆船在惊涛骇浪抵抗不住船舶左右摇摆、前后颠簸之后,不说海员会产生晕船呕吐生理不适,自觉向大海交“公粮”外,船上的物件也会发生位置偏移,导致船舶稳性改变而折戟。

航海历史翻开了新的一页了。现代钢铁船舶同样会遭遇大风大浪,产生船舶剧烈摇晃;晕船仍然困惑着每位海员,货物还会坠入海洋。近日,时值北半球冬季,海洋上时常受到北方深度低压的骚扰而出现大范围的大风浪区域。各种航运网上还不断传递某些超级集装箱船舶在大风浪中,经不起左右摇摆,而产生数量很大的集装箱坠入海洋。

对于商船来讲货物坠海灭失,造成的经济损失或许能通过保险获得索赔,但是货主却没法及时收货而失去了市场的经济损失。虽然是自然灾害,但是人为的各种利益因素将极大妨碍了航运业的发展。

如同新冠病毒一样,人传人的晕船可怕的心理恐惧,碰到大风浪致船舶摇摆情况,早就在民众留下了心理阴影。哪怕是上海十六铺上船睡一个晚上就到宁波码头的短途客船,民众都想寻找其他交通工具,躲避海上航行的客轮。

可悲的是在根深蒂固的农耕文化华夏土地上,因为海船客船的淘汰,航海文化也被逼仄到了公路、高铁的路沿之下了。过去崇敬客船船长,海员的民众,早已被民航的机长替代了。

零航速减摇鳍原理(航海科普船舶)(2)

衣羊船长与小朋友在航海博物馆

在中国航海博物馆的民众都见到大厅中央的郑和下西洋的“福船”。仔细观察船底和船侧间的弯曲部位有一条贯通的厚木板,这就叫舭龙骨,其作用就是为了减少横摇。

所有的海船几乎都有舭龙骨。现代钢质船舶也有一条显著占据了两舷中部向船首尾延伸的舭龙骨。视船舶大小,舭龙骨宽度在0.2米到1.2米左右。舭龙骨工作原理就是船舶在大风浪中产生横摇时会产生横摇阻尼力,减小摇摆。但舭龙骨是固定船舶结构,在碰到较强风浪时,舭龙骨的阻尼力远远不能克服横摇的力。除非作为摆设船模,船在海上一定会摇。有人说为了不让船舶摇,就把舭龙骨设计得越宽,减摇效果就越好了吧?话是这么说,舭龙骨既然能够阻尼横摇,也会产生阻力影响船舶航速,不能做到节能减排的经济指标。

零航速减摇鳍原理(航海科普船舶)(3)

舭龙骨和减摇鳍在船舷的位置

职业海员经风浪见世面,面对船舶摇摆没有畏惧感了,在海洋上胜似闲庭信步。但对类似航天测量船的测量精度和不是海上职业的邮轮旅客来讲,过度摇摆肯定或产生不利影响的。

还有什么神器会让航天测量船减少过度摇摆呢?造船设计师绞尽脑汁,终于想出了平时不会影响船速,在大风浪中却会显著减少摇摆的活动舭龙骨了,这就是“减摇鳍”!

零航速减摇鳍原理(航海科普船舶)(4)

减摇鳍(网络照片)

减摇鳍与舭龙骨一样也是安装在船底和侧面弯角处,是多块通过机械装置可伸缩的、有一定面积的钢板。就像飞机起落架作用一样,要用了放出去,不用了就缩进在减摇鳍舱室内。船长和驾驶员可以在驾驶台的控制装置收放减摇鳍。

零航速减摇鳍原理(航海科普船舶)(5)

塞进舱室的减摇鳍(网络照片)

“远望”号系列船执行任务都是在太平洋、印度洋和大西洋中,受到大洋环流和低气压、寒潮的影响,经常会出现恶劣海况。航天测量“远望”系列船舶长宽比属于瘦长形结构,所以在大风浪中极易产生大幅度摇摆,影响航天测量精度。所以在船肚子里安装了减摇鳍。如退役的“远望1”号的宽度仅仅是22.2米,为此在大风浪中执行航测任务时,船长会采取施放减摇鳍的操纵方式,达到减少摇摆的目的。据“远望1”号的船舶规范介绍,该船拥有前后两对减摇鳍,布置在左右舷两侧。

零航速减摇鳍原理(航海科普船舶)(6)

“远望1”号的舭龙骨

当减摇鳍施放后,减摇效果是非常明显的。再加上航测的仪器都安装在类似罗经三维平衡仪上,稍有一点摇摆幅度也能确保航测仪器在水平状态,达到航测要求。

疫情前中国的邮轮市场方兴未艾,从来没有出海的民众终于有了看大海的机会。但仍旧对晕船产生天然的恐惧。当很多乘豪华邮轮归来的民众说,碰到大风浪邮轮也不会太摇的信息后,民众发疯似乘豪华邮轮进行无目的地的海上旅游,体验邮轮旅游的乐趣。

为了达到旅客海上旅游的舒适度,豪华邮轮也会在船底安装两对减摇鳍。减摇鳍操纵分为驾驶台操控和机舱操作两部分。

作者曾经在邮轮上做过保驾船长,因此了解到一般旅客对船舶摇摆有不同的心理承受度。邮轮减少船舶横摇尤为重要。

先分析一下旅客的心情。

在风平浪静时,旅客的心情非常地愉悦,尽情享受海上的旖旎风光带来的快感和邮轮上的娱乐设施的享受,这是旅客们都理想的最佳邮轮体验。

当海上天气发生变化,船舶发生微弱地摇摆,旅客心情还能保持常态,有些旅客还能享受“妈妈的摇篮”的惬意。这种左右摇摆基本上维持在2°-3°的幅度中。

当海面有开花浪,船舶又是顶风浪航行时,会产生轻微的左右摇摆、前后颠簸。中耳平衡系统敏感的旅客开始感觉头昏脑胀,有点焦虑和坐立不安了,但基本上还能自我稳定情绪。此刻邮轮上称为旅客恐慌临界点,左右摇摆大约在5°。

邮轮开始左右摇摆达10°时,前后颠簸不规则、筛沙子运动状态了,旅客生理上感到难受,心理情绪达到了超出临界点的“不可承受”情绪中。船上有些旅客开始呕吐,并且躺在床上不敢动了。还有旅客担心船舶摇晃是否会出现意外?即便服务员给予心理辅导般的安慰或者提供晕船药,旅客们的心情更趋向于摇摆恐慌中,接近心理崩溃了。

零航速减摇鳍原理(航海科普船舶)(7)

“喜悦”号豪华游轮上

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“喜悦”豪华邮轮

因为施放减摇鳍会导致主机负荷陡然上升,加之减摇鳍在高速航行时会受到强大的海浪拍击。根据邮船的操作规范,船长在船舶摇摆幅度接近5°时,为遏制旅客恐慌和稳定情绪,就会事先要求机舱轮机员将主机处于备车机动操纵状态,并将主机降低到允许施放减摇鳍的速度,做好施放减摇鳍的准备。

当机舱轮机员做好一切准备工作后,再通知驾驶台。船长、驾驶员可以通过驾驶台操纵手柄施放减摇鳍。只要减摇鳍伸出船体,加上舭龙骨的合力,邮轮的摇摆马上就会减轻。但船舶主机负荷马上上升。因此,船长应该在施放减摇鳍时,先把船速下降到容许伸出减摇鳍的速度。当减摇鳍完全伸出后,观察船速变化。然后再慢慢加速至减摇鳍适应的速度,为保护减摇鳍,切记不能开全速了。

以上减摇鳍操控,仅供参考。

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在邮轮上做保驾船长时与旅客合影

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