船舶轉(zhuǎn)心是指船舶作旋回運(yùn)動(dòng)時(shí)，船舶的回轉(zhuǎn)中心。轉(zhuǎn)心的位置是旋回中某瞬時(shí)的旋回中心，因此轉(zhuǎn)心又稱為“瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心”。可以把船舶運(yùn)動(dòng)看作成一個(gè)保向斜航運(yùn)動(dòng)和繞轉(zhuǎn)心的旋回運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。船舶轉(zhuǎn)心是一個(gè)動(dòng)態(tài)的點(diǎn)，在船舶無左右橫傾時(shí)，對(duì)水運(yùn)動(dòng)速度V及船舶方型系數(shù)C將直接影響轉(zhuǎn)心在船舶首尾線上的位置。當(dāng)船舶對(duì)水前行時(shí)，船舶轉(zhuǎn)心移至重心之前，速度V越大則轉(zhuǎn)心前移得越多，反之亦然。對(duì)于船長和吃水相同的船舶，方型系數(shù)CB越小其轉(zhuǎn)心前移越多；由于軍艦的方型系數(shù)較小，因而其轉(zhuǎn)心的位置越靠前移，不利于船舶旋轉(zhuǎn)，因此需要安裝多部推進(jìn)器，加以克服。當(dāng)在離轉(zhuǎn)心越遠(yuǎn)處對(duì)船舶施加外力，則船舶越容易旋轉(zhuǎn)；而在轉(zhuǎn)心附近處對(duì)船舶施加外力，則船舶旋轉(zhuǎn)效應(yīng)差，越接近轉(zhuǎn)心處，旋轉(zhuǎn)效果越差。
在船舶掉頭、側(cè)推使用、船舶避讓、拖輪協(xié)助等多方面都涉及船舶的轉(zhuǎn)心。把握好船舶的轉(zhuǎn)心，利用好轉(zhuǎn)心的作用，能給船舶操縱帶來許多方便；但是，如果對(duì)轉(zhuǎn)心利用不好，則會(huì)給船舶駕駛帶來麻煩。
1 船舶轉(zhuǎn)心的變化規(guī)律
船舶運(yùn)動(dòng)的同時(shí)推開其周圍的流體，而周圍的流體又來填充之前被船舶所占據(jù)的空間。當(dāng)船舶相對(duì)于水向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，緊貼船艏處的水在瞬時(shí)被加速（即水壓力很大），當(dāng)該水流速度達(dá)到與船速相同時(shí)，可把水看作是一個(gè)與船舶融合在一起的一個(gè)整體，即無形中增加了船舶的虛擬質(zhì)量或稱附加質(zhì)量。而船尾處由于水流（伴流）速度已經(jīng)被提起來了，即加速度很小，其水壓力也就很小，因此其產(chǎn)生的附加質(zhì)量就小得多。船舶在靜止的情況下，船舶轉(zhuǎn)心隨船舶重心變化而作同向變化；當(dāng)船舶相對(duì)于水向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于船艏處增加了重量，重心前移，船舶轉(zhuǎn)心也就自然向前移動(dòng)。至此，我們可以得出以下轉(zhuǎn)心變化規(guī)律的解釋：船舶對(duì)水運(yùn)動(dòng)速度越快，其頂流的一面船舶受到的水壓力越大，產(chǎn)生的附加質(zhì)量也就越大，重心朝頂流面移動(dòng)，船舶轉(zhuǎn)心也就朝頂流面移動(dòng)。所以，當(dāng)船舶對(duì)水向前運(yùn)動(dòng)，則船舶轉(zhuǎn)心移至重心之前，相對(duì)速度越快，轉(zhuǎn)心前移越多；船舶對(duì)水朝后運(yùn)動(dòng)時(shí)，船舶轉(zhuǎn)心移至重心之后，且對(duì)水運(yùn)動(dòng)速度越快，船舶轉(zhuǎn)心后移也越多。
在研究船舶轉(zhuǎn)心時(shí)，通常不考慮風(fēng)壓力的影響。其實(shí)風(fēng)壓力對(duì)船舶轉(zhuǎn)心的變化也是有一定影響的，由于空氣密度遠(yuǎn)小于水密度，其所能產(chǎn)生的附加質(zhì)量要小得多，因此研究轉(zhuǎn)心變化規(guī)律時(shí)，對(duì)于船舶就只需要考慮水壓力的影響即可。
2轉(zhuǎn)心的運(yùn)用實(shí)例
2.1 拖輪協(xié)助船舶旋回掉頭時(shí)轉(zhuǎn)心的運(yùn)用
見圖1所示：①至④為拖輪的四個(gè)作用點(diǎn)，既可拖也可頂，當(dāng)船舶對(duì)水朝前運(yùn)動(dòng)時(shí)，即SPD>0，當(dāng)利用拖輪來控制船舶朝右轉(zhuǎn)向時(shí)，我們來比較①至④四個(gè)作用點(diǎn)的旋回效果（朝右轉(zhuǎn)向則圖示中①和④為頂推點(diǎn)，②和③為拖拉點(diǎn)）。由于船舶朝前運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)心前移至接近船艏位置，③和④的作用力臂遠(yuǎn)大于①和②的作用力臂，因此③和④的作用效果遠(yuǎn)大于①和②的作用效果。而一般施加的拖力其效果僅為頂推力的70%左右。因此，我們很容易得出以上四點(diǎn)受力的旋回效果的大小順序?yàn)椋孩?gt;③>①>②。
在引言中我們提到船舶運(yùn)動(dòng)的軌跡是一個(gè)保向斜航運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)軌跡。①和②的頂拖作用力的作用點(diǎn)越接近轉(zhuǎn)心點(diǎn)其作用效果越接近于船舶靜止時(shí)在重心處的頂推效果，即無旋轉(zhuǎn)效果，容易導(dǎo)致整個(gè)船舶只保留斜航運(yùn)動(dòng)朝右前方移動(dòng)。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，30萬噸級(jí)滿載油輪（VLCC），當(dāng)SPD＜1kn，其轉(zhuǎn)心幾乎與重心重合，即類似于靜止?fàn)顟B(tài)。而當(dāng)速度達(dá)到一定值，在圖1中，在③和④處施力會(huì)大大增加其旋轉(zhuǎn)效果，易導(dǎo)致整個(gè)船舶朝左前方移動(dòng)。因此當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)左前方水域受限或右舷受風(fēng)流壓影響時(shí)，應(yīng)采取在①或②處施頂拖力；而當(dāng)發(fā)現(xiàn)右正橫附近水域受限或左舷受風(fēng)流壓影響時(shí)，應(yīng)采取在③或④處施力而避免在①和②處施力。
2.2 側(cè)推及拖輪作用時(shí)對(duì)船速控制的要求
在首側(cè)推器操縱儀盤面上，常標(biāo)有“SPD<3kn”字樣，意思是要使側(cè)推器能有效發(fā)揮其側(cè)推效果必須將船速控制在3kn以下。其道理很簡單，我們在上一節(jié)提到當(dāng)船速朝前時(shí)，轉(zhuǎn)心位置前移，速度越快則轉(zhuǎn)心距首側(cè)推距離越近，相當(dāng)于靜止時(shí)在重心附近施加一推力，其側(cè)推作用效果自然就差。同時(shí)，由于存在前進(jìn)速度，側(cè)推器橫向排出流在船舶縱向伴流的沖擊下減小其流壓效果，此時(shí)側(cè)推力也遠(yuǎn)不及靜止時(shí)的側(cè)推力大。
拖輪在船艏帶纜協(xié)助轉(zhuǎn)向，一般來說，應(yīng)盡可能將大船船速SPD降至6kn以下，其原因有二：一是，拖輪的作用點(diǎn)在船艏，船速越快，轉(zhuǎn)心向船首移動(dòng)越多，轉(zhuǎn)心點(diǎn)就越接近拖輪作用點(diǎn)，因此拖輪的作用效果就越差；二是，拖輪為保持正橫方向的頂推而須隨大船一起運(yùn)動(dòng)，這樣也大大削減了其頂推力。從上面分析可以得出以下結(jié)論：船速越慢拖輪的頂推效果就越好。因此，為發(fā)揮拖輪的最大效應(yīng)，應(yīng)對(duì)本船船速有所控制。
2.3 對(duì)“尾找風(fēng)”和“首迎流”的原理解析
船舶后退時(shí)， 當(dāng)船尾來風(fēng)則船尾將朝來風(fēng)的方向偏轉(zhuǎn)，直至船尾穩(wěn)定在正對(duì)來風(fēng)的方向上。
假定船舶左船尾受風(fēng)，船舶首尾受力均勻，其風(fēng)力F 可分解成船首、船尾兩個(gè)同方向的力F1、F2（如圖2 所示）。由于船舶后退，船舶轉(zhuǎn)心后移至船尾約1/3L（L 為船長）處，因此F1的作用力臂遠(yuǎn)大于F2的作用力臂，從而F1的旋轉(zhuǎn)力矩也遠(yuǎn)大于F2的旋轉(zhuǎn)力矩，因此船首向右旋轉(zhuǎn)，即出現(xiàn)船尾迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)，也就是所謂的“尾找風(fēng)”。
“首迎流”與“尾找風(fēng)”的原理一樣。當(dāng)船舶向前航行時(shí)，發(fā)現(xiàn)船首將迎向來流方向偏轉(zhuǎn)，即“首迎流”。如圖3所示：將流壓力F分解成船舶首尾兩個(gè)同方向的分力F1和F2，當(dāng)船舶向前航行時(shí)，轉(zhuǎn)心位于船首約1/3L處，F(xiàn)2的作用力臂遠(yuǎn)大于F1的作用力臂，從而F2的旋轉(zhuǎn)力矩遠(yuǎn)大于F1的旋轉(zhuǎn)力矩，因此出現(xiàn)船首迎流偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
“首迎流”與“尾找風(fēng)”在實(shí)踐中，既要注意到又可以加以利用，現(xiàn)以實(shí)例來說明。
如圖4所示：船舶在內(nèi)檔泊位離泊，由于受左船尾的來風(fēng)，最初船舶后退速度較慢時(shí)，整個(gè)船舶將被吹向岸壁A區(qū)。由于船舶后退速度越快則“尾找風(fēng)”越明顯，因此此時(shí)如果加速后退，則船舶受“尾找風(fēng)”影響，船尾將向左轉(zhuǎn)向，逐步退出港池而不至于退向岸壁B區(qū)。在這個(gè)實(shí)例中我們利用了“尾找風(fēng)”的作用而安全的退出港池，但運(yùn)用時(shí)必須要加速后退，才能讓“尾找風(fēng)”充分發(fā)揮其作用，否則有可能退至岸壁A和B交匯區(qū)，則成為一個(gè)困局。但如果此時(shí)右船尾來風(fēng)則需注意盡量避免“尾找風(fēng)”的影響，應(yīng)慢速后退，當(dāng)然退速過慢則可能出現(xiàn)船舶被風(fēng)吹向碼頭，要加以注意。
2.4 船舶在彎道中避讓漁船時(shí)轉(zhuǎn)心的運(yùn)用
在航道或狹水道中航行時(shí)遇到如圖5所示的情況：小漁船停泊在航道彎道處的水域中央，船頭朝右，而彎道左邊是淺水區(qū)，小漁船與淺水區(qū)之間的可用水域十分狹窄。此時(shí)我們應(yīng)如何既安全讓清小漁船又不至于沖入淺灘或船尾甩向航道外呢！首先要選擇從小漁船的船尾處繞航，但要注意是否撒有漁網(wǎng)；其次要提前降速，甚至停車淌航，當(dāng)船頭駛過小漁船，并過1/3L位置時(shí)，立即施以一定的向右的舵角并用慢車右轉(zhuǎn)，以確保安全繞航。如果船舶把定直航至船尾駛過小漁船再向右轉(zhuǎn)，就可能發(fā)生船舶因前沖而來不及右轉(zhuǎn)就駛?cè)肭胺綔\水處導(dǎo)致擱淺。另一方面，如果船首1/3L過小漁船時(shí)就施以大舵角及用快車，船尾將可能甩出航道外導(dǎo)致擱淺。
解析原因：在本例中轉(zhuǎn)心處于距船首約1/3L處，因此當(dāng)船舶過小漁船1/3L位置就應(yīng)立即向右轉(zhuǎn)，船尾將向左甩，不至于觸碰小漁船，而大船將繞著小漁船航行，又不至于沖入前方淺灘。因此，在距船艏1/3L處就右轉(zhuǎn)向的避讓效果比船尾駛過小漁船之后再向右轉(zhuǎn)更安全。同時(shí)，由于前進(jìn)時(shí)船舶轉(zhuǎn)心前移，船尾向左甩出的距離將遠(yuǎn)超過船首右轉(zhuǎn)的距離，所謂“首動(dòng)一尺，尾動(dòng)一丈”，因此右轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)施以小舵角及慢車方可保證船尾的安全。對(duì)于超大型船舶，由于其船長較長，船尾向外甩開的距離比一般尺度的船舶大得多，因此在航道及狹水道航行時(shí)應(yīng)特別引起注意。
3 結(jié)束語
在船舶操縱實(shí)踐中還可發(fā)現(xiàn)許多蘊(yùn)藏著船舶轉(zhuǎn)心的重要運(yùn)用。船舶駕駛員掌握好船舶轉(zhuǎn)心的原理和影響因素，合理分析船舶偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，及時(shí)用車、舵、拖輪或側(cè)推器給予配合，對(duì)于船舶的安全航行具有十分重要的意義。船舶駕駛員在船舶靠離泊、掉頭和避碰的過程中巧妙地利用轉(zhuǎn)心的變化規(guī)律， 能使船舶操縱變得更便捷，航行更安全。
作者：陳國平 張?jiān)A 來源：航海技術(shù)
