《長江運輸船舶操縱性衡準》編制說明

一、工作簡況

（一）任務來源

交通行業(yè)標準JT/T258-2004《長江運輸船舶操縱性衡準》自頒布實施以來，對驗證

長江船舶實際操縱性能起了指導性作用。然后，因JT/T258-2004距上一次修訂已過去了

十幾年，從運輸船舶變化情況來看，JT/T258-2004頒布時，三峽船型平均噸位不足1000

噸。近年來，隨著通航條件的改善，船舶大型化發(fā)展趨勢明顯。目前，通航船舶平均噸位

已超過3500噸，船舶大型化對船舶操縱性提出了更高的要求。同時也看到，近年來船舶

操縱技術得到了長足的發(fā)展，襟翼舵、艏側推、全回轉等裝備在長江船舶上得到了應用，

加上長江定線制的實施，對降低船舶安全航行風險也提供了支撐。

交通運輸部在科技科發(fā)函[2015]114號文《交通運輸部關于下達2015年交通運輸標準

化計劃的通知》中，將該標準列入修訂項目（計劃編號JT2015-36），由長江航運科學研

究所有限公司承擔該國家標準的修訂工作。

（二）參編單位

由長江航運科學研究所有限公司所作為標準的主起草單位負責組織完成標準的修訂。

（三）主要工作過程

2017年3月——2017年5月，成立標準起草組，課題組通過走訪相關單位調研航道、

船型等的變化特點，結合已有船舶測試項目研究成果，對《長江運輸船舶操縱性衡準》2004

版進行了分析，提出了標準修訂的原則、主要依據(jù)及標準修訂的方法；

2017年6月——2018年3月，完成標準征求意見稿（初稿）。

2017年4月——2017年7月，編制組多次集中，對所收集的信息進行分析研究，

討論修訂內容、各項技術要求等，形成標準草稿。

2018年8月——2018年12月，組織內部審查，對初稿進行內部審核，并根據(jù)內部審

核意見，對標準進一步修改、完善和補充，形成征求意見稿初稿。

2019年1月——2019年8月，征求意見稿初稿報船標委和部標委審核，根據(jù)審核意

見修改完善形成征求意見稿。

1

（四）標準主要起草人及其所做的工作

本標準主要起草人：倪德先、曾勇、孫海文、何帆。上述人員承擔的主要工作如下：

序號項目參與人員承擔工作內容

1倪德先主要負責確定修訂的主要內容及框架，標準的審核、統(tǒng)稿

起草標準初稿、編寫標準計劃大綱、編寫標準編制說明。負責

2曾勇

標準的校對審核

3孫海文負責資料收集，參加標準編寫和校對工作

4何帆負責資料收集，參加標準編寫和校對工作

二、標準編制原則和確定標準主要內容

（一）標準制修訂原則

本標準制修訂工作遵循：先進性、科學性、規(guī)范性、協(xié)調性、適用性的原則，在原標

準框架下，編制組圍繞業(yè)界最新技術發(fā)展，較為廣泛收集業(yè)界反饋意見，結合標準承擔單

位已有船舶測試項目研究成果，結合航道、船型的變化特點，特別是三峽兩壩間急流航段

和庫區(qū)船型特點，同時兼顧考慮有利與不利的影響因素，進行《操縱性衡準》評估、修訂、

完善。編制過程中注重標準的適用性，標準內容嚴格按照標準化工作導則進行編寫和表達。

（二）標準修訂的主要內容

交通部發(fā)布的《長江運輸船舶操縱性衡準》（2004）已歷經(jīng)十五年，在此期間長江干

線通航環(huán)境條件和通航船舶發(fā)生較大的變化，自航單船基本替代了大型船隊成為長江運輸

船舶的主流，船舶規(guī)范法規(guī)也經(jīng)過了多次修訂和換版，因此，在這次的《長江運輸船舶操

縱性衡準》修訂內容中，一是按照現(xiàn)行的長江通航標準和船舶規(guī)范法規(guī)對本標準中“術語

和定義”進行修訂；二是按照自航單船大型化現(xiàn)狀、以及三峽成庫后通航環(huán)境特點，通過

理論分析、船模試驗、實船試驗提出自航單船的操縱性衡準限值及試驗方法；三是為了便

2

于船舶操縱性優(yōu)劣的評判，對船舶的常車進行了規(guī)范；四是結合地理物理信息技術發(fā)展，

在本標準中增加了CPS、北斗等試驗方法。具體修訂內容如下：

1.范圍（1）

按照《長江干線通航標準》（JTS180-4-2015）考慮船舶航行范圍定義將長江干線定義

宜至吳淞口修改成水富至長江口。

2.常車穩(wěn)速（2.6）

為了便于在同一工況比較船舶的操縱性水平，將船舶常規(guī)營運車速定義為主機額定轉

速的80%。

3.川江汽車滾裝船（2.7）

將取消川江汽車滾裝船定義。

“川江汽車滾裝船”在《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》中已將“川江汽車滾裝船”改

用“Ⅱ型客滾船”來替代?？紤]到《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》中對本標準中的所涉及

的船型均有定義，在船舶證書中的船舶類型也已明確，故本標準船型無需再定義。

按照船舶操縱性原理（詳見《船舶操縱性與耐波性》），增加“應舵轉首指數(shù)”定義來

表征航向改變性，用于船舶操縱性衡準。

4.衡準指標形式（3.1）

將衡準指標形式修訂分成自航單船和船隊，船隊衡準指標比自航單船多一個倒航穩(wěn)向

性，主要原因是船舶的舵在正航時居于船體之隨緣，而倒航時改居于船體之導緣后，倒航

時惡化了船舶的航向穩(wěn)定性和應舵性，當螺旋槳負荷較大時更甚，如船隊采用導管槳后倒

航穩(wěn)向性急劇惡化，且船隊編組時，低速倒航工況比較頻繁，需要較好的倒航穩(wěn)向性。而

自航單船的倒航工況較船隊有很大的改善，且可利用雙車雙舵組合控制倒航穩(wěn)向性，目前

的實船試驗也幾乎沒有進行倒航穩(wěn)向性試驗。故對船隊仍維持原來五個衡準指標，自航單

船減少倒航穩(wěn)向性衡準指標。

5.航向改變性指標形式（3.1.2）

原船隊航向改變性指標形式不變，自航單船的航向改變性指標形式修訂為應舵轉首指

數(shù)，主要是原指標形式僅表征了船舶初期回轉性，但沒表征回舵時船舶的追隨性，而應舵

3

轉首指數(shù)則綜合反映了船舶初期的回轉性和追隨性，這是其一。其二是由于長江自航單船

類型多、噸位分布廣，而原航向改變性指標形式是有因次量綱，其數(shù)值穩(wěn)定性不好，難以

客觀反映不同船型的航向改變性好壞。故采用應舵轉首指數(shù)作為自航單船航向改變性指標

形式。

6.衡準指標數(shù)值（3.2）

將原表1中的自航單船與頂推船隊衡準值分列于表1和表2，表1為自航單船衡準數(shù)

值，表2為船隊衡準數(shù)值。目前長江僅存原油船隊，其船隊編組沒有發(fā)生變化，故表2中

的衡準值不進行修訂；而自航單船隨著三峽庫區(qū)的形成和干線航道的改善，船舶朝著大型

化方向發(fā)展，根據(jù)長江主流船型數(shù)值計算分析，結合的船模試驗、實船試驗驗證，主要對

其航向改變性及倒車制動性衡準值進行了修訂，而航向穩(wěn)定性與定常旋回性衡準值仍適

用，不作修訂。

①將原標準中表1中的自航單船與頂推船隊衡準值分列于表1和表2，表1為自航單

船衡準數(shù)值，表2為船隊衡準數(shù)值。

②表1中船舶類型定義按照中國海事局《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》，將長江主要

運輸船型分為客船、客滾船、干散貨船、集裝箱船、液貨船、滾裝貨船。

③表1中的航向改變性采用應舵轉首指數(shù)P=1/2（K/T）表征，取消表1中倒航穩(wěn)向性。

④采用經(jīng)船模試驗驗證的數(shù)值計算方法，在對長江典型代表船型進行應舵轉首指數(shù)計

算分析的基礎上，作為自航單船航向改變性衡準標準列入表1。

⑤根據(jù)數(shù)值計算及實船試驗結果，結合長江典型代表船型主機倒車特性分析，對表1

中自航單船的倒車制動性作了修訂。

表2.1長江運輸自航單船操縱性衡準限值

航向穩(wěn)定性航向改變性定常旋回性倒車制動性

船舶類型航區(qū)/航段，

P0h

ΔC0(°)δ0(°)

(無量綱)(無量綱)(無量綱)

J級航段＜3.0＜4.0＞4.0＜3.0＜9.0

客船、客滾船

B級航區(qū)＜3.0＜4.0＞3.5＜3.5＜9.0

4

A級航區(qū)＜3.0＜4.0＞3.5＜3.5＜11.0

J級航段＜3.5＜4.5＞3.5＜3.5＜9.0

貨船（散貨、

集裝箱、液貨、B級航區(qū)＜3.5＜4.5＞3.0＜4.0＜9.0

商品車）

A級航區(qū)＜3.5＜4.5＞3.0＜4.0＜11.0

表2.2長江運輸船隊操縱性衡準限值

航向航向定常倒車倒航

船舶航區(qū)/

穩(wěn)定性改變性旋回性制動性穩(wěn)向性

類型航段

ΔC(°)δ(°)

000-15(°/s)0(無量綱)h(無量綱)A(°)

2.2＜D0＜

J級航段＜4.0＜5.5＞0.62＜2.1＜20

3.5

頂推2.5＜D0＜

B級航區(qū)＜4.0＜5.5＞0.33＜2.3＜20

船隊3.6

2.6＜D0＜

A級航區(qū)＜4.0＜5.5＞0.25＜2.3＜20

4.2

7.航向改變性試驗（4.1.2.1、4.1.2.2）

由于單船的航向改變性采用應舵轉首性表征，通過Z形試驗測量數(shù)據(jù)換算而得，同時

考慮長江干線船舶航行已采用定線制，對船舶進行Z形試驗的水域增加了約束，故增加自

航單船航向改變性試驗原理和試驗要求。

8.旋回、制動試驗要求（4.1.3.2，4.1.4.2）

目前，船舶的位置及航速確定普遍采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)完成，故增加衛(wèi)星定位法進行船

舶試驗，可采用GPS或北斗系統(tǒng)。

9.航向改變性數(shù)據(jù)取定（4.2.2）

由于標準中新增了應舵轉首性作為單船航向改變性衡準指標，故增加自航單船航向改

變性數(shù)值取定。

5

（三）解決的主要問題

長江航道屬限制域航道，船舶的航行安全主要受內河通航環(huán)境條件、內河船舶固有操

縱性能、船員駕引操作技術的共同影響。從長江通航環(huán)境來看，隨著長江三峽大壩的建成，

長江干線通航條件得到了較大的改善，目前的主要瓶頸在三峽兩壩間河道，汛期隨著上游

來流的增加，“管道效應”導致航道出現(xiàn)超急流和高比降，同時，湍急的水流受不規(guī)則岸

線的作用，在有限的航道內出現(xiàn)大面積紊亂的水流、回流、斜流、泡漩等不良水勢流態(tài)，

給船舶安全操縱增添了較大難度，成為長江航道的“咽喉”。從運輸船舶變化情況來看，

2004年版《長江運輸船舶操縱性衡準》（以下簡稱《操縱性衡準》）頒布時，三峽船型平均

噸位不足1000噸。近年來，隨著通航條件的改善，船舶大型化發(fā)展趨勢明顯。目前，通

航船舶平均噸位已超過3500噸，船舶大型化對船舶操縱性提出了更高的要求。同時也看

到，近年來船舶操縱技術得到了長足的發(fā)展，襟翼舵、艏側推、全回轉等裝備在長江船舶

上得到了應用，加上長江定線制的實施，對降低船舶安全航行風險也提供了支撐。綜上所

述，《操縱性衡準》的修訂應結合航道、船型的變化特點，特別是三峽兩壩間急流航段和

庫區(qū)船型特點，同時兼顧考慮有利與不利的影響因素，進行《操縱性衡準》評估、修訂、

完善。

三、主要試驗（或驗證）的分析、技術經(jīng)濟認證或預期的經(jīng)濟效果

本標準主要目的是在原版《長江運輸船舶操縱性衡準》的基礎上對衡準指標和指標限

值的適應性兩方面進行了研究。

（一）衡準指標的適應性分析

1.國內外內河通航條件與通航船舶對比分析

國外具有代表性的內河通航河流主要包括密西西比河、萊茵河、多瑙河和伏爾加河，

其通航環(huán)境條件和通航代表船型見表2.1。

表3.1國內外內河通航環(huán)境條件和通航代表船型對比

密西西比河萊茵河多瑙河伏爾加河長江

維護水深m2.742.52.53.653.5-12.5

航道寬度m91.440408580

6

曲率半徑m1000350350600560-1000

33.5×（12-24）×（11-25）×

船閘尺度m16.6×25634×280

（l83-366）（l10-185）（l10-184）

運輸船型基本是船隊貨船和船隊基本是船隊貨船和船隊基本是貨船

16.2×l30

貨船尺度m——11.4×l10——16×(96-l40)

25.8×l56

32×

船隊尺度m22.8×18522×18423×308——

（l78-343）

航寬/船寬2.861.751.823.704.17

曲率半徑/船

2.921.891.841.955.1/6.4

長

從表2.1中航寬/船寬，以及曲率半徑/船長指標來看，國外內河船舶操縱性主要表現(xiàn)

為航道尺度對其制約，目前，隨著長江干線船隊退出營運市場，航道尺度對船舶的制約相

對較小，但由于長江汛期季節(jié)性變化、水流湍急、不規(guī)則岸線產生紊流、及主流流壓作用

等，導致船舶碰撞、觸礁等險情事故時有發(fā)生，因此長江船舶操縱性主要表現(xiàn)為船舶對水

流環(huán)境條件的適應性。

2.國內外內河船舶操縱性衡準性能指標對比分析

目前，除美國密西西比河外，萊茵河、多瑙河、伏爾加河和我國對內河船舶的操縱性

衡準均有要求，船舶的操縱性衡準指標對比見表2.2。

表3.2操縱性衡準性能指標對比

歐盟內部多瑙河委員會俄羅斯《操縱性衡準》

航向穩(wěn)定性√√√

航向改變性√√√√

回轉性√√√√

7

制動性√√√√

倒航穩(wěn)向性√√

從表2.1、表2.2可以看出：

①航向改變性、回轉性、制動性是國內外各內河水域對船舶操縱性的共同要求；

②就航向穩(wěn)定性來說，除歐盟內部外，多瑙河、俄羅斯、中國均提出了限制要求，分

析其原因，由于萊茵河船型的長寬比（L/B）較伏爾加河船及我國內河船大得多，故其航

向穩(wěn)定性較好，在歐盟內部標準中未提出限制性要求具有一定的客觀性；

③就倒航穩(wěn)向性來說，多瑙河及過去長江干線的主要運輸方式為船隊，相比自航船，

船隊編解隊及錨泊作業(yè)時的倒航工況較多，由于船隊L/B較小，倒航穩(wěn)向性較差，故此在

操縱性標準中均提出了限制性要求。

3.衡準指標適應性分析

目前的《操縱性衡準》的衡準指標包括航向穩(wěn)定性、航向改變性、回轉性、制動性、

倒航可操性，按表2.2中的國內外操縱性標準差異性，結合我國內河航道通航環(huán)境條件和

船型特點，對《操縱性衡準》中的操縱性衡準指標逐項分析如下。

①航向穩(wěn)定性：

從長江等航道來看，其渠化程度總體上較歐洲萊茵河差，航道水流受不規(guī)則天然岸線

的作用，在航道上形成了紊亂的回流斜流，同時由于長江季節(jié)性落差較大，水流湍急，出

于經(jīng)濟性考慮船舶多選擇近岸航行，這就需要船舶具有良好的直線穩(wěn)定性，因此，直線穩(wěn)

定性仍應作為長江運輸船舶操縱性衡準指標。

②航向改變性、回轉性、制動性：

長江庫區(qū)及中游航道彎曲狹窄，中下游船舶密度大，航行過程中需要經(jīng)常操舵變向，

避讓制動，在彎道及順水靠離碼頭時需要旋回，因此，航向改變性、回轉性、制動性仍應

作為長江運輸船舶操縱性衡準指標。

③倒航穩(wěn)向性

對于船舶的倒航航向穩(wěn)定性，采用短翼理論分析船舶倒航運動可知，舵在正航時居于

8

船體之隨緣而倒航時改居于船體之導緣后，惡化了船舶倒航時的航向穩(wěn)定性和應舵性，當

螺旋槳負荷較大時更甚，如船隊采用導管槳后倒航穩(wěn)向性急劇惡化。目前，長江運輸自航

船一般采用雙機雙槳，采用鴛鴦車操作方式改善倒航穩(wěn)向性。因此，倒航可操性可不作為

長江自航船操縱性衡準指標，考慮目前長江船隊尚存在油運船隊，故對于船隊仍保留倒航

穩(wěn)向性衡準指標。

綜上所述，將航向穩(wěn)定性、航向改變性、回轉性、制動性、倒車穩(wěn)向性（僅船隊）組

成長江運輸船舶操縱性衡準指標是合理的。

(二)衡準指標限值的適應性分析

1.衡準適用工況

現(xiàn)行的《操縱性衡準》對主機工況的要求是常車工況，而不同航區(qū)、不同類型和不同

公司的船舶的常車工況是不一樣的，不便于實船測試，也不好評價船舶的操縱性能，需要

對衡準工況進行協(xié)調一致。

由于燃油成本占長江船舶總成本的50%，船公司為此制訂航次油耗定額以減少燃油耗

量，目前，船舶主機的常用轉速即常車一般為額定轉速的80%，對應主機工況為50%的MCR。

因此，擬將現(xiàn)行的《操縱性衡準》的常車進行統(tǒng)一，規(guī)范為主機額定轉速的80%。

2.衡準指標限值表達方式

船舶操縱性指標的表達方式或稱“判據(jù)”可分為兩大類，一類是“直接判據(jù)”，它是

由試驗直接測定的參數(shù)，如旋回試驗中的回轉直徑、Z形試驗中的超越角和滯后時間、停

船試驗中的最短停船距離等。另一類是“間接判據(jù)"，如回轉性指數(shù)K、追隨性指數(shù)T、應

舵轉首性P=1/2(K/T)等?！爸苯优袚?jù)”比較直觀，便于船員掌握，但某些參數(shù)的屬性不清

晰，不能正確地衡量船舶的操縱性能。因此，在特征參數(shù)的評價方法研究中，擬采用“直

接判據(jù)”與“間接判據(jù)”相結合的方式，進行《操縱性衡準》修訂，并以“直接判據(jù)”為

主。對各衡準指標的表達方式的適應性進行具體分析如下。

（1）航向穩(wěn)定性

對于航向穩(wěn)定性，《操縱性衡準》或采用零舵航行3min的航向改變來評價航向穩(wěn)定性，

或采用保持航向5min的平均轉舵角來評價航向穩(wěn)定性。前一個方法主要存在的問題是，

在順直航道內進行實船試驗時或實際航行時，由于航道紊流、斜流、回流、以及來往船舶

9

航行波的作用，加上試驗時為避讓來往船舶，船長常常需操舵保向，因此，零舵角直線穩(wěn)

定性實船試驗在長江繁忙河道很難實現(xiàn)，與船舶實際航行保向工況也存在較大差異，因此，

建議《操縱性衡準》對自航船取消直線穩(wěn)定性，僅采用操舵穩(wěn)定性表達，按原《操縱性衡

準》表達方式操舵保向航行5min，連續(xù)測定轉舵角對應時間的變化，取平均操舵角來評價

航向穩(wěn)定性能。

（2）航向改變性

《操縱性衡準》采用15°操舵角下從首動到轉首15°時船舶的平均變向角速度來評

價自航船的航向改變性，該表達方式主要是表征船舶初期回轉性，不能表征船舶的延遲性，

即回舵時船舶的追隨性。對于長江有水流速的限制性航道，追隨性是一個極其重要的指標，

T指標可以讓船長判定船舶在什么時間能夠到達什么位置。鑒于K/T指數(shù)由回轉性指數(shù)K

和延遲性指數(shù)T組成，K值越大，T值越小，船舶的航向改變性越好，且船型特征相似的

船舶其K/T指數(shù)相對穩(wěn)定。此外，由于長江船舶航行采用定線制，對大型船舶來說，±15°

Z形試驗受到試航水域制約，因此擬采用±10°Z形試驗作為航向改變性衡準工況。由于

K/T屬“間接判據(jù)”，使用上沒有“直接判定”的方便，為此，擬在附錄中增加K/T計算方

法。

（3）回轉性

《操縱性衡準》采用35°舵角下的相對回轉直徑來評價船舶的回轉性，該參數(shù)既直觀、

也便于標準制訂與應用，因此，仍采用35°舵角下的相對回轉直徑來評價回轉性能。

（4）制動性

《操縱性衡準》采用相對倒車停船縱距來評價船舶的制動性，該參數(shù)既直觀、也便于

標準制訂與應用，因此，仍采用相對倒車停船縱距來評價制動性能。

（5）倒車穩(wěn)向性

取消自航船的該衡準指標，維持原《操縱性衡準》中船隊的該衡準指標。

3.操舵穩(wěn)向性

操舵穩(wěn)定性是指船舶在順直河段受到外部環(huán)境干擾時通過操舵保向能力。三峽兩壩間

喜灘河段是長江典型的順直河段，汛期急流對船舶正常航行時的操舵穩(wěn)向性要求很高，可

10

借助不同船舶在該河段的運動軌跡及平均操舵角來分析船舶的操舵穩(wěn)定性，作為修訂操舵

穩(wěn)定性限值的依據(jù)。表3.1是典型船舶汛期在喜灘河段的實船試驗操舵具體情況，圖3.1～

3.6是船舶的航行軌跡情況。其中，上水船舶每30秒觀測一個船位的操舵角及航行軌跡，

下水船舶每20秒觀測一個船位的操舵角及航行軌跡。

表3.3平均操舵角統(tǒng)計情況（單位:度）

船名與渝海-上水秭歸-上水平原-上水富華-下水正漢-下水鄂宜都-下水

船位序列平均操舵角平均操舵角平均操舵角平均操舵角平均操舵角平均操舵角

13.92.70.40.21.71.9

22.52.51.42.22.52.8

32.56.80.23.80.81.3

40.64.51.80.45.23.7

55.02.33.91.52.71.6

64.40.61.61.31.24.3

72.51.01.13.42.23.3

82.81.71.03.05.81.8

91.80.54.52.21.93.0

103.81.20.62.46.02.2

111.31.40.90.99.42.2

121.52.52.20.53.0

130.11.12.06.2

142.04.40.93.3

152.81.72.50.2

11

160.92.92.20.9

171.03.87.82.1

180.42.75.03.4

191.60.41.6

202.20.32.7

平均2.22.32.21.93.32.6

新路口

30號

30號

三條溝

腳踏步

長

喜灘

江30號

31號

黃桑洞

長

江

白馬沱

圖3.1“渝海61”散裝貨船上行喜灘段航行軌跡圖

圖3.2“秭歸898”散裝貨船上行喜灘段航行軌跡圖

12

新路口

30號

三條溝30號

長

腳踏步

江

喜灘

30號

31號

長

黃桑洞

江

白馬沱

圖3.3“平原1098”散裝貨船上行喜灘段航行軌跡圖

新路口

30號

三條溝30號

長

腳踏步

江

喜灘

30號

31號

長

黃桑洞

江

白馬沱

圖3.4“富發(fā)66”散貨船下行喜灘段航行軌跡圖

圖3.5“正漢03”散貨船下行喜灘段航行軌跡圖

13

新路口

30號

三條溝30號

長

腳踏步

江

喜灘

30號

31號

長

黃桑洞

江

白馬沱

圖3.6“鄂宜都貨雙亞”散貨船下行喜灘段航行軌跡圖

從試驗統(tǒng)計結果可以看出：長江典型船舶在順直河道航行，其保向平均操舵角均在

3.5°以內?？紤]到集裝箱船受風面積較散貨船大，其平均操舵角會大于散貨船，因此《操

縱性衡準》中要求貨船的平均操舵角δ≤4.5°是合適的。同時考慮到目前的客滾船均采

用三槳三舵、客船均采用采用襟翼舵或全回轉，其舵效遠高于散貨船的普通舵，因此《操

縱性衡準》中要求客（滾）船的平均操舵角δ≤4.0°也是合適的。

4.航向改變性與回轉性

目前，長江船舶進行船模或實船Z形試驗和回轉性試驗的極少，因此無法驗證原《操

縱性衡準》中航向改變性和回轉性限值對逐步大型化船舶的適應性。船舶操縱運動方程（數(shù)

學模型）加計算機模擬的方法是通過建立船舶操縱運動方程并采用Runge-Kutta方法等對

微分方程求解方法數(shù)值求解，在計算機上數(shù)值模擬標準操縱試驗，得到船舶運動軌跡和相

關運動參數(shù)，從而對船舶操縱性進行理論預報。采用該方法的前提條件是建立何時的船舶

操縱運動方程（數(shù)學模型）。從而確定其中的水動力系數(shù)是關鍵。隨著計算機技術的發(fā)展

和各種有效求解操縱運動水動力系數(shù)的方法出現(xiàn)，數(shù)學模型加計算機模擬的方法已經(jīng)成為

目前船舶操縱預報最常用也是最實用的方法。

（1）計算方法

船舶操縱運動個基本運動方程為

}

14

采用MMG分離型模型，并考慮到相關慣性力類的附連水質量，可得到：

對于慣性力的求解，可采用元良誠三圖譜：根據(jù)船型資料求取。為便于計算，周昭明

已經(jīng)將化為回歸公式：

船體橫向粘性力采用井上模型

線性導數(shù)：井上于70年代末，對10艘各種使用船型，24種狀態(tài)進行了廣泛的旋臂試

驗。并且考慮了吃水差對線型水動力導數(shù)的影響，得到以下無量綱的公式：

15

對于非線性水動力導數(shù)，周昭明對井上圖譜進行了回歸，給出如下公式：

dd

式中：Cb為方型系數(shù)；dm為平均吃水，，F(xiàn)、A分別為首、尾吃水；

τ′為無量綱吃水差，，；為船體的展弦比，

定義為。

16

螺旋槳水動力

Xp=(1-t)T

式中：t——推力減額系數(shù)；

n——螺旋槳轉速，r/s；

D——螺旋槳直徑，m；

KT——螺旋槳敞水推力系數(shù)，螺旋槳敞水特征曲線求得。

舵水動力

式中：

運動方程求解

利用四階精度的“龍格－庫塔”法求解方程組，即可獲得下列船舶的操縱運動要素：

沿Ox軸的速度：

17

沿Oy軸的速度：

繞Oz軸的角速度：

首向角：

在解得船舶運動要素后，可按下式計算船舶在各時間的運動軌跡x0(t)和y0(t)值

根據(jù)船舶操縱運動要素和運動軌跡，繪制船舶回轉運動軌跡和Z型運動曲線。在此基

礎上進行K、T指數(shù)和回轉直徑計算。

（2）計算方法驗證

為驗證船舶操縱性預報及操縱指數(shù)計算方法的準確性，特選取內河典型通航船舶

（3500t油化船、6700t干散貨船）在進行自航模操縱性試驗，試驗內容包括回轉試驗和Z

形試驗。試驗結果和操縱性數(shù)值模擬對比結果如下列圖表所示：

圖3.73500T油化船回轉試驗數(shù)值模擬和自航模試驗對比

18

圖3.86700T干散貨船回轉試驗數(shù)值模擬和自航模試驗對比

表3.4滿舵回轉直徑對比

相對定?；剞D直徑（D/L）

船型相對誤差

項目試驗計算

右352.1852.2734.03%

3500t油化船

左352.0842.1653.89%

右351.8151.8793.52%

6700t散貨船

左351.6801.7976.96%

圖3.93500T油化船10°/10°Z形試驗結果對比

19

圖3.106700T干散貨船10°/10°Z形試驗結果對比

表3.53500T油化船10°/10°Z形試驗各項特征指數(shù)對比

試驗計算試驗計算

超01v2.863.147轉首TL11.451.189

越02v4.954.130滯后TL22.132.228

角03v4.453.859時間TL32.062.137

試驗計算試驗計算

特te8.086.799K’1.3911.235

操縱

征te’20.2618.788T’0.6840.644

指數(shù)

點te’’33.6431.617P1.0170.959

表3.66700T干散貨船10°/10°Z形試驗各項特征指數(shù)對比

試驗計算試驗計算

超01v4.496.70轉首TL11.332.62

越02v6.658.48滯后TL21.913.17

角03v5.967.21時間TL31.693.06

20

試驗計算試驗計算

特te8.167.845K’1.3821.724

操縱

征te’19.6220.88T’0.5570.794

指數(shù)

點te’’33.2534.856P1.2411.085

對于典型內河通航船舶回轉試驗計算結果來看，定?；剞D直徑和試驗基本吻合良好，

平均誤差分別為：3.96%、5.24%。Z形試驗結果不如回轉試驗結果好，主要反映在特征點

位置差別較大，但是超越角大小差別不大，數(shù)值模擬操縱性指數(shù)和試驗結果相比，K、T總

體偏大，但P指數(shù)（即K/T）相當。

（3）航向改變性及回轉性指標限值分析

2016年7～9月，長江航務管理局組織了三峽兩壩間汛期試航工作，試航選取了長江

典型代表貨船船型進行試驗，從試航情況來看，代表船型的操縱性能可以適應汛期兩壩間

通航環(huán)境。因此，本《操縱性衡準》標準的航向改變性及回轉性限值修訂擬以代表船型為

基礎進行分析確定，代表船型的航向改變性及回轉性指標計算見表3.4。

表3.7試航代表船舶操縱性指標計算結果

回轉性航向改變性

舵面積系數(shù)

船名相對回轉直徑轉首指數(shù)（10°/10°）

（%）D/LP′

富發(fā)663.562.880.444

益豐9683.452.680.455

正漢3號3.602.770.444

路航174.602.700.505

華銀6192.402.910.390

鄂宜都貨雙亞3.202.830.443

21

由于理論計算方法存在誤差，以10%的精度來看，代表船舶的相對回轉直徑均D/L≦

3.5，應舵轉首指數(shù)P′≥0.35。

從回轉性來看，代表船舶與原《操縱性衡準》對J級航段貨船要求的回轉性比較適應。

按《長江干線通航標準》中的干線航道的曲率半徑最小為750m，適應船舶的最大長度150m，

而目前庫區(qū)貨船的最大長度130m，因此，維持原《操縱性衡準》對J級航段貨船D/L≦3.5

的要求，相對航道最小750m的曲率半徑尚有一定的余度，故本次不作修訂。

從航向改變性來看，代表船舶如采用新的應舵轉首指數(shù)P′替代，按照《船舶操縱性

與耐波性》（吳秀恒主編）相關結論，當應舵轉首指數(shù)P′≥0.30時，船舶的航向改變性

滿足要求。兼顧考慮到長江限制性航道特征及長江航道定線制管理規(guī)定，擬將應舵轉首指

數(shù)P′≥0.35作為對J級航段貨船航向改變性要求具有其合理性。

對于A、B級航區(qū)貨船的回轉性和航向改變性，由于其航道條件好于J流航段，故其

衡準限值應有所放寬。同時，雖下游A級航道條件好于中游B級航道條件，但由于長江下

游船舶密度遠高于長江中游，因此對于A、B級航區(qū)船舶采用相同的回轉性和航向改變性

衡準限值也具有其實際意義。綜合以上分析結論，擬將D/L≦4.0，P′≥0.30作為長江于

A、B級航區(qū)貨船的回轉性和航向改變性的限值。

對于旅游客船及客滾船來說，其安全性涉及重大人命安全，同時，隨著生活水平的提

高，客（滾）船的尺度規(guī)模越來越大，黃金系列旅游客船的長度已接近150m，因此，其回

轉性和航向改變性要求理應高于貨船。目前，庫區(qū)客（滾）船采用襟翼舵、全回轉、三槳

三舵等高效操縱裝置，其回轉性和航向改變性得到了大大的改善。綜合以上分析，擬將D/L

≦3.0，應舵轉首指數(shù)P′≥0.40作為J級航段客（滾）船的回轉性和航向改變性衡準限

值。A、B航區(qū)客（滾）船限值擬定為D/L≦3.5，應舵轉首指數(shù)P′≥0.35。

5.倒車制動性

（1）分析方法

內河水域船舶航行密度較大，為了航行安全，船長通常借助倒車實施制動。目前，內

河船舶的柴油機倒車轉速最大只能達到正車的75%以下，因此，選擇倒車轉速為正車的65%

作為核定工況比較適當。倒車制動一般采用順水危險工況進行測試，采用制動沖程與船長

之比作為衡準指標。由于實船試驗受水流的影響，不同人員對船舶是否停止的觀測結果差

22

異很大，且試驗數(shù)據(jù)較少，無法通過實船試驗建立實用預報方法。

目前，根據(jù)以往的船模試驗和實船試驗數(shù)據(jù)，認為船舶在倒車制動過程中“船速是線

性遞減的”，即可用一條直線近似表示。因此，本項目根據(jù)內河典型船型的倒車制動試驗

結果，按照模型和實船傅汝德相似（Fns=Fnm），對6700t干散貨船和3500t油化船進行實

船換算，得到的貨船船型的實船全航速全功率倒車速降曲線，并以此為基礎，計算分析典

型代表船型的倒車制動性。

（2）計算結果

選擇內河代表船型作為計算對象，計算船型相關參數(shù)見表3.5。

表3.8倒車制動計算船型參數(shù)

滿載排水

垂線間長計算航速轉速直徑

序號量

mm/srpsm

t

153.524.041425.003.301.82