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黑龙江省航道局 黑龙江省哈尔滨市
摘要：为了更好的保证船舶自身的运行安全，采用水槽开展遥控自航船模实验，同时在这一过程中业务对IV与V级航道横向的流速限制范围，在分析之后发现横流对船舶航行速度的影响程度和对岸的航速主要呈反比，同时和横流数值的大小以及区域的长度呈现出了正比的关系，此外，其和船型的大小也呈现出了反比的关系，驾驶员所处的航行位置以及航行经验也会对横流及船舶运行的速度产生一定的影响，本文主要分析了内河航道横流对船舶航行的影响，以供参考和借鉴。
关键词：航道工程；内核航道；横流；船模试验
船舶航行的过程中会受到横流的影响，比如船舶从此岸到彼岸横穿水流，在经过了河道交汇口与取排水口附近，在经过交错浅谈的弯道时或者是穿越到流水水域进出闸等通航道口门区的位置，所以，横流是船舶航行过程中可能会经常出现的一种断流的情况内河航道的横流通常也将船舶推到航线的位置之外，这样也就会对船舶航行的安全产生非常重大的影响，因此，我们需要采取有效的措施积极的研究横流对船舶航行速度的影响水平。
1、模型设计
1.1水槽设计
水槽的长度为40m，水槽的宽度为5m，其高度为0.22m，底坡的坡率为1.0‰，水槽观察段的长度达到了9m，上游由矩形量水堰对水量进行全面的控制，下游主要是横拉式的尾门对水位进行全面的控制，进出口段都设置了格墙和花墙，这样就能十分有效的调整平顺的水流，在顺水流的方向，主槽的内部设置6条航道中心线，各个航道与主槽边的距离如图1所示
图1主槽系统
为了能够更好的保证在宽水槽的内部产生横向水流，从水槽侧向正交的支槽的位置对水流进行控制，同时在这一过程中侧向支槽开口的宽度和主支槽的相对流量会对主槽横流的范围产生重大的影响，采用平面二维水流对其数学模型进行计算，将侧槽的宽度也控制在一个相对比较合理的范围当中，其宽度要控制在3m上下，如果船舶在主槽内沿着不同的航线航行的时候，我们通常可以通过不同的横流区域，试验测量系统的坐标原点通常在支槽进口上沿的位置。
1.2船模制作与运动性能校准
1.2.1船模的制作
船体通常采用的是玻璃钢材料制作，对船体水线以下部分的尺寸精度进行全面的控制，对上层结构的要尽量以简单的方式来完成，这样就能够有效的减轻结构的重量，将其应用在安装设备和电池以及对应的配载上。螺旋桨是按照实船多叶图和整块的黄铜对其进行加工处理，首先采用的机床加工，再采用人工修正的方式来对其进行全面的制作，舵叶通常是按照实船舵叶图进行设计，同时采用黄铜完成其制作。
1.2.2船模运动性能校准
在船模制作完成之后，还需要对船模进行适当的校准处理，这样也就使得船模和实船在净水当中的排水量以及平面重心的位置等达到设计的要求。在船舶航行的过程中，为了更好的减少船舶运行过程中所产生的消耗，驾驶员一定要匀速直线航行，而在预定的航线上如果出现了其他的障碍物或者是其他航行的船舶，为了防止船舶间的碰撞，我们必须要适当的改变航行的速度或者是航行的方向，所以在这样的情况下，我们就需要对船舶航行过程中具体的操作性能进行适当的改进。
船模静水航速的选择及其率定为：参照目前内河船舶的航行速度，试验船模的静水航速分别取2.5、3.0与3.5m·s-1；首先在静水中检验并调整船模的直航稳定性，然后按不同的数值，通过调整螺旋桨的转速，使船模的车速达到设定值。船模操纵性参数效应修正：为保证自航船模与实船的水动力相似，实际中通常以重力相似为主进行设计制作，但船模受到的阻力往往比实船要大，为保证航速相似，须提高螺旋桨转速，舵叶则处于较强的推进器尾流中，从而使船模的舵效较实船好，造成船模与实船的操纵性不相似，需进行尺度效应修正；因没有实船操纵性验证资料，现按类似船型和比尺船模的试验结果进行修正，主要采用减小舵叶面积的方式进行处理，500、300t级船模尺度效应修正后的舵叶面积分别为原舵叶面积的85%、75%。
船模舵角的率定：通常35°的舵角使船舶具有最大转船力矩，故本次试验选取的最大舵角值为35°。通过调节船模的遥控器，使船模左、右最大舵角率定为35°。实际上船舶安全行驶时舵角不超过25°，使用了满舵才安全通过，表明船舶已经处于事故的临界状态。
2、测量设备与试验条件
2.1 试验测量设备
水位采用精度为±0.1mm的测针测量；垂线流速采用光电旋桨式流速仪测量；表面流场测量采用表面粒子实时图像自动采集与处理；船模航行参数的测量通过视频实时采集安置在船模船头、船尾的粒子来分析航行过程中的船位，并计算出漂角、漂距、对岸航速等航行参数；舵角通过安装在船模上的无线模块，将舵角值同步实时传输到船模软件，绘制船模航态图和航行参数变化图；通过系统实时采集的船位进行实际位置摆放校核，其测量精度满足试验要求。
2.2 试验条件
2.2.1 水流试验条件
本文主要研究横流大小和范围与船舶航行参数间的关系，而横流的大小和范围又与主、支槽流量比和主槽流量有直接关系，因而试验中水流的控制是首先调整主槽的纵向流速，再利用主、支槽流量比调整横流的大小和范围。主槽纵向流速的大小，因支流的汇入后沿程变化，上下游的流速大小不等，可按照船舶航行方向的流速进行控制，即船舶逆流上行时控制下游流速，船舶顺流下行时控制上游流速，以受汇流口影响较小处的流速控制。试验中的上下游纵向流速控制在0.5、1.0和1.5m·s-1（原型值）。
2.2.2 船模航行试验条件
船模采用3种静水航速、2种航行方式分别沿不同航线航行。车速1、2、3对应的静水航速分别为2.5、3.0、3.5m·s-1；2种航行方式分别为操纵舵角保持航向与设定航线平行的航行方式与操纵舵角限制船舶在航路中航行的方式。
3、受力与流速分析
3.1 受力分析
船舶跨越横流区时的受力主要有船舶自身的推力F、平行于船体的水流阻力R′y及船体侧向的横流作用力R′x。R′x可等效为作用于船舶重心的横流力R″x和扭矩Myx。船舶在平面上的运动既有平动又有转动，横流作用力R′x促使船舶横向漂移，当船体的前半部分与后半部分受到的横流作用力不同时，横流对船体产生的扭矩Myx使船舶转动。作用于船体上的扭矩大小与沿船体上的横流大小及其不均匀程度有关。当船舶受自身推力与水流作用力的合力作用而偏离航线方向时，船舶重心将偏离航线，此时需操纵舵角调整艏向角以保持船舶沿预定航线航行。
3.2 流速分析
船舶上下行过程中的流速见图3，Vs为纵、横向水流的合成速度，与船舶的车速V0合成后为船舶的对岸航速Vb，对岸航速可分解出垂直于船舶的横向速度V′x，横向水流速度Vx及垂直于船舶的横向速度V′x，分别为
Vx=Vssin（θ）（1）
V′x=Vssin（θ±α）（2）
式中：θ为水流合成速度与设定航线之间夹角；“+”表示船舶下行，“-”表示船舶上行。
4、结语
在船舶航行的过程中会受到很多因素的影响，同时在这一过程中，在众多的因素当中，内河航道横流就是非常重要的一个因素，它会对航行的速度以及航行的线路产生非常重大的影响，因此，在船舶航行的过程中，我们必须要对其予以高度的关注和重视。
参考文献：
[1]赵亮.浅谈如何加强内河航道管理[J].科技风.2014（23）
[2]郭代明.浅谈内河航道维护与管理[J].科技资讯.2013（13）
摘要：为了更好的保证船舶自身的运行安全，采用水槽开展遥控自航船模实验，同时在这一过程中业务对IV与V级航道横向的流速限制范围，在分析之后发现横流对船舶航行速度的影响程度和对岸的航速主要呈反比，同时和横流数值的大小以及区域的长度呈现出了正比的关系，此外，其和船型的大小也呈现出了反比的关系，驾驶员所处的航行位置以及航行经验也会对横流及船舶运行的速度产生一定的影响，本文主要分析了内河航道横流对船舶航行的影响，以供参考和借鉴。
关键词：航道工程；内核航道；横流；船模试验
船舶航行的过程中会受到横流的影响，比如船舶从此岸到彼岸横穿水流，在经过了河道交汇口与取排水口附近，在经过交错浅谈的弯道时或者是穿越到流水水域进出闸等通航道口门区的位置，所以，横流是船舶航行过程中可能会经常出现的一种断流的情况内河航道的横流通常也将船舶推到航线的位置之外，这样也就会对船舶航行的安全产生非常重大的影响，因此，我们需要采取有效的措施积极的研究横流对船舶航行速度的影响水平。
1、模型设计
1.1水槽设计
水槽的长度为40m，水槽的宽度为5m，其高度为0.22m，底坡的坡率为1.0‰，水槽观察段的长度达到了9m，上游由矩形量水堰对水量进行全面的控制，下游主要是横拉式的尾门对水位进行全面的控制，进出口段都设置了格墙和花墙，这样就能十分有效的调整平顺的水流，在顺水流的方向，主槽的内部设置6条航道中心线，各个航道与主槽边的距离如图1所示
图1主槽系统
为了能够更好的保证在宽水槽的内部产生横向水流，从水槽侧向正交的支槽的位置对水流进行控制，同时在这一过程中侧向支槽开口的宽度和主支槽的相对流量会对主槽横流的范围产生重大的影响，采用平面二维水流对其数学模型进行计算，将侧槽的宽度也控制在一个相对比较合理的范围当中，其宽度要控制在3m上下，如果船舶在主槽内沿着不同的航线航行的时候，我们通常可以通过不同的横流区域，试验测量系统的坐标原点通常在支槽进口上沿的位置。
1.2船模制作与运动性能校准
1.2.1船模的制作
船体通常采用的是玻璃钢材料制作，对船体水线以下部分的尺寸精度进行全面的控制，对上层结构的要尽量以简单的方式来完成，这样就能够有效的减轻结构的重量，将其应用在安装设备和电池以及对应的配载上。螺旋桨是按照实船多叶图和整块的黄铜对其进行加工处理，首先采用的机床加工，再采用人工修正的方式来对其进行全面的制作，舵叶通常是按照实船舵叶图进行设计，同时采用黄铜完成其制作。
1.2.2船模运动性能校准
在船模制作完成之后，还需要对船模进行适当的校准处理，这样也就使得船模和实船在净水当中的排水量以及平面重心的位置等达到设计的要求。在船舶航行的过程中，为了更好的减少船舶运行过程中所产生的消耗，驾驶员一定要匀速直线航行，而在预定的航线上如果出现了其他的障碍物或者是其他航行的船舶，为了防止船舶间的碰撞，我们必须要适当的改变航行的速度或者是航行的方向，所以在这样的情况下，我们就需要对船舶航行过程中具体的操作性能进行适当的改进。
船模静水航速的选择及其率定为：参照目前内河船舶的航行速度，试验船模的静水航速分别取2.5、3.0与3.5m·s-1；首先在静水中检验并调整船模的直航稳定性，然后按不同的数值，通过调整螺旋桨的转速，使船模的车速达到设定值。船模操纵性参数效应修正：为保证自航船模与实船的水动力相似，实际中通常以重力相似为主进行设计制作，但船模受到的阻力往往比实船要大，为保证航速相似，须提高螺旋桨转速，舵叶则处于较强的推进器尾流中，从而使船模的舵效较实船好，造成船模与实船的操纵性不相似，需进行尺度效应修正；因没有实船操纵性验证资料，现按类似船型和比尺船模的试验结果进行修正，主要采用减小舵叶面积的方式进行处理，500、300t级船模尺度效应修正后的舵叶面积分别为原舵叶面积的85%、75%。
船模舵角的率定：通常35°的舵角使船舶具有最大转船力矩，故本次试验选取的最大舵角值为35°。通过调节船模的遥控器，使船模左、右最大舵角率定为35°。实际上船舶安全行驶时舵角不超过25°，使用了满舵才安全通过，表明船舶已经处于事故的临界状态。
2、测量设备与试验条件
2.1 试验测量设备
水位采用精度为±0.1mm的测针测量；垂线流速采用光电旋桨式流速仪测量；表面流场测量采用表面粒子实时图像自动采集与处理；船模航行参数的测量通过视频实时采集安置在船模船头、船尾的粒子来分析航行过程中的船位，并计算出漂角、漂距、对岸航速等航行参数；舵角通过安装在船模上的无线模块，将舵角值同步实时传输到船模软件，绘制船模航态图和航行参数变化图；通过系统实时采集的船位进行实际位置摆放校核，其测量精度满足试验要求。
2.2 试验条件
2.2.1 水流试验条件
本文主要研究横流大小和范围与船舶航行参数间的关系，而横流的大小和范围又与主、支槽流量比和主槽流量有直接关系，因而试验中水流的控制是首先调整主槽的纵向流速，再利用主、支槽流量比调整横流的大小和范围。主槽纵向流速的大小，因支流的汇入后沿程变化，上下游的流速大小不等，可按照船舶航行方向的流速进行控制，即船舶逆流上行时控制下游流速，船舶顺流下行时控制上游流速，以受汇流口影响较小处的流速控制。试验中的上下游纵向流速控制在0.5、1.0和1.5m·s-1（原型值）。
2.2.2 船模航行试验条件
船模采用3种静水航速、2种航行方式分别沿不同航线航行。车速1、2、3对应的静水航速分别为2.5、3.0、3.5m·s-1；2种航行方式分别为操纵舵角保持航向与设定航线平行的航行方式与操纵舵角限制船舶在航路中航行的方式。
3、受力与流速分析
3.1 受力分析
船舶跨越横流区时的受力主要有船舶自身的推力F、平行于船体的水流阻力R′y及船体侧向的横流作用力R′x。R′x可等效为作用于船舶重心的横流力R″x和扭矩Myx。船舶在平面上的运动既有平动又有转动，横流作用力R′x促使船舶横向漂移，当船体的前半部分与后半部分受到的横流作用力不同时，横流对船体产生的扭矩Myx使船舶转动。作用于船体上的扭矩大小与沿船体上的横流大小及其不均匀程度有关。当船舶受自身推力与水流作用力的合力作用而偏离航线方向时，船舶重心将偏离航线，此时需操纵舵角调整艏向角以保持船舶沿预定航线航行。
3.2 流速分析
船舶上下行过程中的流速见图3，Vs为纵、横向水流的合成速度，与船舶的车速V0合成后为船舶的对岸航速Vb，对岸航速可分解出垂直于船舶的横向速度V′x，横向水流速度Vx及垂直于船舶的横向速度V′x，分别为
Vx=Vssin（θ）（1）
V′x=Vssin（θ±α）（2）
式中：θ为水流合成速度与设定航线之间夹角；“+”表示船舶下行，“-”表示船舶上行。
4、结语
在船舶航行的过程中会受到很多因素的影响，同时在这一过程中，在众多的因素当中，内河航道横流就是非常重要的一个因素，它会对航行的速度以及航行的线路产生非常重大的影响，因此，在船舶航行的过程中，我们必须要对其予以高度的关注和重视。
参考文献：
[1]赵亮.浅谈如何加强内河航道管理[J].科技风.2014（23）
[2]郭代明.浅谈内河航道维护与管理[J].科技资讯.2013（13）