第二章船舶操作基本知识船舶操纵是指船舶驾驶人员根据船舶操纵性能和客观环境因素，正确地控制船舶以保持或改变船舶的运动状态，以达到船舶运行安全的目的。
船舶操纵是通过车、舵并借助锚、缆和拖船来实现的。
要完成操纵任务，除保证所有操纵设备处于正常良好的技术状态外，操纵人员必须掌握船舶操纵性能(惯性和旋回性等)及对客观环境（风、流、水域的范围等）的正确估计。
第一节车的作用推动船舶向前运动的工具叫船舶推进器，推进器的种类很多，目前常见的有明轮、喷水器推进器螺旋桨、平旋推进器、侧推器等。
因为螺旋桨结构简单、性能可靠且推进效率高，所以被广泛应用于海上运输船舶。
一、螺旋桨的构造1、螺旋桨的材料和组成螺旋桨常用铸锰黄铜、青铜和不锈钢制作。
现在也有采用玻璃制作的。
螺旋桨有桨叶和浆毂两部分组成，连接尾轴上。
（1）桨叶，一般为三片和四片，个别也有五片甚至六片的，低速船采用宽叶，高速船采用窄叶。
（2）桨毂，多数浆毂与桨叶铸成一体。
浆毂中心又圆锥形空，用以套在尾轴后部。
（3）整流帽（4）尾轴2、螺旋桨的配置一般海船都采用单螺旋桨，叫单车船。
也有部分船舶（客船和军舰）采用双螺旋桨，叫双车船。
单桨船的螺旋桨通常是右旋转式的。
右旋是指船舶在前进时，从船尾向船首看，螺旋桨在顺车时沿顺时针方向转动的称为右旋，沿逆时针方向转动的称为左旋。
目前，大多数商船均采用右旋式。
双桨船的螺旋桨按其旋转方向可分为外旋式和内旋式两，对于双桨船，往舷外方向转动的称为外旋，反之称内旋。
通常采用外旋，以防止水上浮物卷入而卡住桨叶。
进车时，左舷螺旋桨左转，右舷螺旋桨右转，则称为外旋式；反之，称为内旋式。
二、推力、阻力和功率1、船舶推力在主机驱动下，螺旋桨正车旋转时推水向后运动，水对螺旋桨的反作用力在船首方向的分量就是推船前进的推力，倒车时则产生指向船尾的拉力。
流向螺旋桨盘面的水流称为吸入流（suction current）；离开螺旋桨盘面的水流称为排出流（discharge current）。
吸入流的特点是流速较慢，范围较广，流线几乎相互平行；排出流的特点是流速较快，范围较小，水流旋转激烈（如图1―2所示）。
图1—2由于螺旋桨及主机结构方面的原因，在相同的转速、航速条件下，一般船舶倒车拉力只有进车推力的60%～70%左右，大型船舶仅有30%～40%。
对于给定的船舶，其螺旋桨推力的大小与转速、船速以及螺旋桨桨轴在水中的沉深有关。
它们之间的关系通常是：（1）当船速一定时，转速越高，推力越大，且推力与转速的平方成正比；（2）当转速一定时，船速越低推力越大，随着船速的提高，推力逐渐下降，当船速为零（相当于系泊状态）时，推力最大。
2、船舶阻力(resistance)船舶以某一速度在水面上航行时，将受到空气和水的阻碍作用，这种与船体运动方向相反的流体作用力称为船舶阻力。
船舶阻力按其形成的性质可分为空气阻力和水阻力，按其特征又可分为基本阻力和附加阻力两部分。
（1）基本阻力是新出坞的裸体船（不包括附属体）在平静水面行驶时水对船体产生的阻力。
基本阻力由摩擦阻力、涡流阻力（形状阻力）和兴波阻力组成，后两者通常也称为剩余阻力也即压差阻力。
（2）附加阻力由污底阻力、附体阻力、空气阻力和汹涛阻力组成。
（3）对于给定船舶，基本阻力的大小与吃水及船速大小有关；附加阻力的大小则随风浪大小、船体污底及航道浅窄情况有关。
对于基本阻力来说通常是：①基本阻力随船速的增大而增大，且在船速较高时，增大的趋势比低速时大的多。
②吃水深比吃水浅时基本阻力大。
当推力大于阻力时，船舶作加速行驶运动；当推力等于阻力时，船舶作匀速行驶运动；当推力小于阻力时，船舶作减速行驶运动。
值得注意的是，船舶在高速前进中突然高速倒车，后退中突然高速进车，或者静止中突然高速进车或倒车，往往会使主机超负荷工作，容易引起主机损坏，应予避免。
3、功率要是螺旋桨产生推力，除螺旋桨要有一定的螺距角外，还必须是螺旋桨转动。
转动的螺旋桨机器叫主机。
主机所发出的功率称为机器功率（MHP）。
主机功率经过轴系的损失，最后传送到螺旋桨，螺旋桨得到的功率称为收到功率（DHP）。
主机带动螺旋桨是旋转运动，而螺旋桨推船是直线运动，船舶直线运动的功率称为有效功率（EHP）。
通常收到功率只有机器功率的95%-98%；而有效功率只有机器功率的50%-70%。
也就是说，把主机的旋转运动变为船舶的直线运动，其功率将近损失一半功率。
三、航速与冲程1、船速船速，是指船舶在水中的航行的速度，在无风流影响下的静水航速称船速。
（1）额定船速：根据一定标准验收后的主机，其标称输出功率，也就是可供海上长期安全使用的最大功率，即为该主机的额定功率。
在可以忽略水深影响的平静深水域中，在主机功率为额定功率稳定输出的条件下，所得到的主机稳定的转速称为主机的额定转速。
在可以忽略水深影响的深水中，在额定功率和额定转速的条件下，船舶所能达到的静水中航速，即为该船的额定船速。
它是船舶在深水中可供使用的最高船速。
（2）海上船速为适应海上和船舶本身各种情况的变化，确保长期安全航行，需留有适当的主机功率储备，因而主机的海上常用功率通常为额定功率的90%；相应的海上常用转速则定为额定转速的96%～97%。
在主机的海上常用输出功率和海上常用转速运转时，所得到的静水中船速即为海上船速。
（3）港内船速港内航行时，船舶密集，水浅弯多，用舵频繁。
为保护主机以及便于操纵和避让，港内航行的最高船速应比海上船低为低。
通常所说的备车船速、操纵船速和港内船速都是将主机输出功率降为常用功率的一半左右所得到的船速，此时的转速最高约为海上常用转速的80%。
应当指出的是，在港内或是某些内海航区或水道内，为保证安全，往往规定有最高限速。
对高速船舶而言，如本船所用的港内船速高于该限速时，则应遵照相应水域内的限速规定行驶。
（4）经济船速在海上航行中，以节约燃料消耗、降低营运成本、提高营运效率为目的，根据航线条件等特点而采用的船速称为经济航速。
通常，经济船速较海上船速为低。
2、冲程（1）船舶在前进中停车或倒车，需要经过一段时间和前冲一段距离才能使船停止，这段时间叫冲时（惯性冲时），这段距离叫冲程（惯性冲程）。
根据经验，船舶在以常速航进中，主机从停车到降至余速2kn 时，一般船舶停车冲程约为8~20L；超大型船舶，在以海上常速航进中停车至余速降至3kn，则停车冲程约为23L，冲时近30min。
当然，正常的进出港或接近泊地仍以逐级降速为妥，以利于主机的养护。
（2）冲程测定：尽量选择无风、无流的海域或选择海面平静、海流潮流较小的水域；试验水域要有足够的水深，至少大于5倍吃水；一般应在满载状态进行试验，油轮和散货船还应进行压载状态的试验；试验前主机转速、航速均应达到稳定的试验速度；船舶必须以稳定的航向、转速作直线运动，当驾驶台下令停车（或倒车）时，可以开始测定。
测定的方法，通常采用抛木块法。
（3）船舶冲程大小与下列因素有关：①排水量越大，冲程越大；②航速越大，冲程越大；③顺风顺流时冲程增大，逆风逆流冲程减小；④船底污底增厚，冲程越小；⑤主机倒车功率越大，冲程越小；⑥浅水中，冲程减小；⑦主机换向时间越短，冲程越小。
四、螺旋桨产生的船舶偏转螺旋桨的主要功能是产生前后方向的推力，以控制船舶的前后运动。
同时，它对舵速有重大的影响，因而对增强或减低舵效，改变船舶对舵的响应运动方面起着重大作用。
除此之外，螺旋桨转动时，即使操正舵，船首也会出现向左或向右的偏转现象，这就是螺旋桨的致偏作用。
由于这种横向力的存在，一方面是航行中的船舶偏离航向，因而，需要不断的用舵来修正，以保持船舶的航向；另一方面，操纵者若能掌握这种横向力的规律，并正确地运用它，就能把它变为对船舶操纵有利的因素。
1、螺旋桨旋转时产生横向力包括：1）沉深横向力（transverse force of propeller submergence）沉深横向力又称侧压力、侧推力或水面效应横向力。
螺旋桨盘面中心距水面的垂直距离为螺旋桨的沉深h，它与螺旋桨直径口之比h/D称为沉深比。
实验表明，即使桨叶不露出水面，当h/D<0.65~0.75时，由于螺旋桨在其旋转过程中会出现空气吸入和产生空泡现象，将使其推力和转距下降，并出现上部桨叶所受的阻力较下部桨叶为小的现象，如图1—23所示。
上下螺旋桨阻力的差值，构成了沉深横向力。
以右旋单车船为例，进车时，该作用推尾向右，使船首向左偏转；倒车时使船首向右偏转。
左旋式单车船的偏转方向相反。
图1—23影响沉深横向力的因素有：(1)沉深比：当h/D>0.65~0.75时，该力很小，当h/D<0.65~0.75时，随着h/D逐渐减小，该力将明显增大。
(2)螺旋桨的进速、转速及滑失：滑失越大，该力越大，即该力随着桨叶进速的降低、转速的提高而增大。
螺旋桨启动时，该力显著，随着船速的增加逐渐减小。
(3)螺旋桨旋转方向：该力在倒车时比正车大。
(4)该力受螺旋桨工况影响（螺旋桨处水面遮蔽程度、桨叶切面形状等）极为明显，而与操舵无关。
（2）伴流横向力船舶前进时，由于具有粘性，受船体摩擦及运动的影响产生追随船体运动的水流叫伴流（或称追迹流）。
这种伴流在船舶前进时，其大小和厚度自船首向船尾逐渐增大，船尾附近最大。
船尾螺旋桨盘面处的伴流速度分布具有左右对称、上大下小的特点，如图1—24所示。
因此，螺旋桨工作时，上部桨叶的转力也要下部桨叶的转力要大，这种因伴流的影响而出现的上下桨叶的旋转阻力之差而构成的横向力称为伴流横向力。
图1—24右旋单车船，前进中进车，伴流横向力与沉深横向力相反，推尾向左，使船首向右偏转；倒车时方向相反。
船舶静止时，由于不存在伴流，故无该力；船舶后退时，因舵叶形成的伴流极小，所以几乎不产生该力。
船速越高，伴流上下的速度差也就越大，则伴流横向力也就越大。
在伴流存在的前提下，该力随着转速的提高而增大。
此外，V型船尾伴流上下相差较大，伴流横向力大；而具有U型船尾、导流管的船舶，因桨叶处伴流小，该力也很小。
（3）排出流横向力（transverse force of discharge current）船舶前进中操舵时，如图1—25(1)所示，舵叶左上部与右下部分别受到排出流的有力冲击。
如无伴流影响，则舵叶左右两侧所受排出流水动力相等，不存在排出流横向力。
若存在伴流时，由于伴流上大下小并与排出流反向，致使右下部排出流的冲角明显大于左上部，使右侧的水动力高于左侧。
因此，舵叶两侧水动力产生差异，构成排出流横向力。
船舶前进中进车，该力推尾向左，使船首右偏。
而且船速越高，伴流越大，该力越大。
此外，V型船尾、转速快、伴流上下分布差异较大，该力则大。
船舶后退中进车，舵叶处伴流极弱，故该力很小，可忽略不计。
船舶进速较低、或静止中、或后退中倒车，如图1—25(2)所示，排出流将冲向尾部船体两侧。
