摘要：当船舶处于航行状态时，其附近水体受到船舶运动影响而出现的，随船舶行驶方向而运动的水流叫做船舶伴流。因此在航行过程中，船舶驾驶与船舶伴流之间具有紧密联系，船舶伴流的出现会严重影响到船舶行驶速度并对舵效产生一定阻碍。本文将对船舶伴流产生原理极其主要概念进行阐述，分析其与船舶驾驶之间的关系，探讨船舶伴流对船舶驾驶的影响，提出有效利用措施，为船舶驾驶水平提升提供参考。
关键词：船舶；伴流；船舶驾驶
当船舶在水中行驶时，水体跟随船体运动而在船体附近产生的水流叫做船舶伴流，根据其产生原因不同通常被分为摩擦伴流、形状伴流以及船舶波浪伴流这三种伴流状态。伴流速度的大小与伴流和船体间距离有关，距离船体越近的地方，伴流速度越大，具体船体越远，伴流速度越小；伴流速度还与船舶行驶速度有关，船速越快则伴流速度越大，反之则越小，当船舶行驶速度为零时，其伴流速度同样为零；在船舶螺旋桨附近，位于其盘面上半部分的伴流速度大，处于其下半部分的伴流速度相对较小。因此可以看出，船舶伴流与船舶驾驶之间具有密切联系，船舶驾驶会影响船舶伴流状态与速度，船舶伴流也会影响船舶驾驶速度、操作水平以及舵效。因此要对船舶伴流进行深入了解，全面掌握其发生规律，从而把握船舶驾驶方法，为船舶驾驶速度提升、驾驶水平提高提供帮助。以下将对船舶伴流主要内容进行探讨，分析其与船舶驾驶之间的关系。
1船舶伴流的概念和分布
1.1船舶伴流的概念和种类
船舶伴流也称为附随水流，是指当船舶航行时，会出现一股随着船舶运动而运动的水流[2]。假设船舶的速度为V，那么船舶附近某点的伴流速度V1就等于船舶速度V与该点实测流速V2的差，V1=V-V2。船舶附近某点的伴流分数等于该点的伴流速度V1与船舶速度V的比值，由此可以推出，船体周围某点的流速V2=V（1-V1/V）。
船舶伴流的种类非常多，主要有以下几种：（1）当船舶开动时，水质点的粘性会让水分子粘附在船舶的壳板上，外层的水分子粘附在内层的水分子上并产生摩擦，我们将这种随着船舶运动而运动的水流叫做摩擦伴流。（2）受船舶形状和粘性的影响，水流从船头向船尾运动的过程中，会由势能变成动能，再由动能变成势能。受摩擦的影响，船舶尾端的势能会低于船舶前端的势能，与此同时，受船舶形状变化引起流线变化导致涡流出现，这种伴流被成为形状伴流。（3）由于船舶前端和尾端的压力较高，船舶中部压力较低，会导致兴波出现，由兴波产生的伴流被称为船舶波浪伴流。
1.2船舶伴流分布
伴流的速度受船舶的形状和船体表明的粗糙度等因素的影响，经研究发现，伴流速度与船舶的距离呈正相关，越靠近船舶，伴流速度越大，反之亦然；螺旋桨盘面处上半圆和下半圆的伴流速度不同，螺旋桨盘面处上半圆的伴流速度大，螺旋桨盘面处下半圆的伴流速度小。不仅如此，船速和伴流的速度也呈正相关，船速越大，伴流速度越大；当船舶停止不动，即船速为零的时候，伴流速度为零。
2船舶伴流与船舶驾驶的相关联系
2.1与船舶快速性间的关系
船舶伴流是由于船舶在行驶过程中受到阻力而产生的现象，船舶伴流与船舶所受阻力之间关系为正相关，当船速处于同一数值时，产生伴流速度越大，则船舶所受阻力越大，此种状态下，若要使航行速度保持一致，则船舶主机需要产生更大功率，因此会造成更多油耗，不仅不利于船舶行驶速度提升，还会使航行成本增加。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆船舶伴流现象不可避免，因此在进行船舶设计生产时，为了降低船舶伴流的影响，会将船体设计为流线型，尽量减少船体外表面的突出部件，从而保证船体外表光滑整齐，减少船舶伴流对船舶行驶速度的阻碍。在行驶过程中，要优化船舶制造工艺，转变行驶方式，实现对船舶伴流的充分利用，促进行驶速度提升。通过某驳船编队在河流中的系数研究，得到以下结果；
（1）当驳船处于同一队形且其数量较多时，能够有效减少船舶阻力。主要因素为，同队形驳船在行驶过程中，位于队形前排的驳船所产生的伴流会带动后排驳船进行运动，使后排所受阻力减小。此外，驳船在行驶中会出现高压区与低压区，因而在行驶过程中，前排驳船尾产生的低压区会影响后排驳船船头，使其高压区降低，而后排船头高压区又会影响前排船尾，使其低压区被抬高，其船头与船尾间的相互影响使前后排驳船的压差缩小，从而有效降低阻力，因此，当处于较大航道范围中时，应尽量扩大船队规模，使其行驶效率得到提升，为船舶驾驶水平提升提供条件。
（2）驳船数量相同时，首尾尖窄的队形阻力较小。通过调查研究发现，驳船数量相同时，顶推型船队的阻力比吊拖型船队的阻力小，也就是说，采用首尾尖窄队形的船队受到的阻力较小。为了使阻力更小，还应该让各个驳船紧密接触，减少驳与驳之间的空档，从而避免前后驳船偏转摆动。
2.2伴流与舵效的关系
当船舶的敞水舵和船后舵以某一舵角与水作相对运动的时候，舵压力P1和P2可以用下列公式表达：P1=C11/2ρV32S；P2=C21/2ρV32（1-W）2S2。其中C1和C2分别表示敞水舵和船后舵的舵压力系数，ρ表示水的密度，V3表示舵叶对水的相对速度，S表示舵叶的面积，W为伴流分数。通过计算可以发现，船后舵的舵压力要小于敞水舵的舵压力，因此，当船舶滑行时，尽管船舶的对水速度较大，受船舶伴流的影响，舵叶对水的相对速度会降低很多，特别是肥大型的船舶，在这种情况下，航向难以用舵来操作。
2.3伴流效应横向力
螺旋桨盘面处上半圆的伴流速度较大，因此，攻角会有所增加，而下半圆的伴流速度比上半圆的伴流速度小，攻角的增加度要小于上半圆的攻角增加度。通过机翼水动力特性的曲线可以发现，水动力系数会随着攻角的增加而增大。综合各项数据进行计算可以发现，螺旋桨伴流效应的横向力受到螺旋桨盘面处上半圆和下半圆伴流速度的影响，当右旋的单螺旋桨船在航行的时候，伴流效应横向力会推动船尾往左边偏转，而左旋的单螺旋桨船在航行的时候，伴流效应横向力会推动船尾往右边偏转。
伴流的速度和伴流的区域与船舶航行速度呈正相关，因此，伴流效应横向力也会随着船舶速度的增加而增大。当船舶航行速度为零的时候，伴流速度为零，伴流效应横向力也为零，如果舵角为零，螺旋桨的水面效应横向力会决定船尾的偏转方向。当右旋单螺旋桨船启动的时候，船尾会往右偏，随着船速逐渐增加，伴流效应横向力会让船尾偏右的现象减弱。
3结语
综上所述，船舶伴流对船舶驾驶有较大影响，会使其驾驶速度降低，带来更多油耗，不利于航行安全。因此，为了促使驾驶效率提升，降低航行成本，保障行驶安全，需要全面掌握船舶伴流规律，实现对伴流的充分利用，从而降低因伴流出现而对船舶驾驶产生的影响。
参考文献：
[1]陈哲，谢世平.浅析浅水对船舶操纵的影响[J].重庆交通学院学报，2011（14）.
[2]杨亚东.船舶伴流与船舶驾驶关系的探讨[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2010（4）.
[3]张志荣，李百齐，赵峰.船舶粘性流动计算中湍流模式应用的比较[J].水动力学研究与进展，2011（15）.
论文作者:李桂林
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/4
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