摘 要：基于野本一阶控制运动原理，结合驾引人员实际操舵策略计算大型散货船操纵运动。结果表明，该方法具有一定的准确性，可为船舶安全航行提供理论依据和技术保障。 关键词：散货船 操纵运动 控制策略 安全航行
随着航运事业的发展，船舶朝着大型化、高速化、智能化方向发展。大型船舶航行时，具有很大的惯性，船舶操控难度较大。由于航运量的不断增大，船舶航行密度越来越大，航行的安全性得到人们的日益重视。因而，采用控制理论和技术，研究船舶的操纵运动，特别驾引人员操舵策略下船舶运动响应对于保证船舶安全航行有着重要的意义。
传统的研究方法，如实时模拟，主要通过大型视景全功能船舶操纵模拟实现，即让有一定船舶操纵经验的驾引人员在模拟器所设置的环境中实时操纵通航设计中的代表船舶，最后根据多人次模拟的结果给出论证结果。由于这种研究方法耗时和投资大。本文结合引航实际工作，通过一艘大型散货船实船操作数据，基于KT方程计算出船舶运动轨迹。
基本方法
日本学者野本谦作通过大量的实船试验，认为船舶的受控运动基本上是一个质量很大的物体在惯性力矩、阻尼力矩和舵力作用下进行的一种缓慢的转首运动。在这种情况下对于单纯因改变舵角而引起的各种操纵运动，可看作是对“输入”舵角的响应而产生的“输出”操纵运动，因此船舶运动具有低频特征。在低频下由舵角到航向角之间的模型简化为式1，即野本（Nomoto）模型。
(1)
式中K，T即通常说的操纵性指数，可以通过实船Z形操舵试验的数据计算得到。?追为船舶与目标航向的偏差，即偏航角， 表示偏航角变化率，即船舶转动角速度（Rate of turning ）。
从上述模型出发，不难画出船舶操舵控制原理如图1所示。其中的控制器，可以是常用的人的大脑、PID控制器等。控制器主要通过反馈的航向信息（如偏航角大小及其变化率）输入给控制器，经过运算得到相应的舵角，以实现对船舶航向的控制。
实船数据
计算船舶的原型为意大利籍散货船“尤丽爱娃”。船舶尺度与实测K,T指数如表1所示，控制对象船舶动力模型如式（1）所示。
根据引航时实测，在30秒处给出转向5度和10度转向命令，舵工操舵情况如下表2和表3所示。
计算结果
1、航向响应
根据控制方程，和表2和表3中的输入数据，可计算出得驾引人员操舵后的船舶5度和10度时转向船首向的变化趋势如图2、图3、图4所示。
2、轨迹分析
根据计算，5度和10度人工操作转向船舶偏航距离分别为25.3米和43米。综合考虑船宽，航迹带宽度分别为：76.4米和112.9米。在转向过程中，船舶重心轨迹如图5和图6。
对比引航的实际经验和上述各图中各计算，计算精度较好。因为，在海况较好的情况下，小角度转向，KT方程可以很好用于实际计算。
结论
通过大型散货船的实船操纵运动计算研究，笔者发现：基于野本一阶方程的船舶运动计算，可有效地应用于驾引人员小角度转向时的船舶艏向变化和轨迹演变，这对于实际驾引船舶可以起到很好的指导作用，同时也可为港口航道设计、事故回演和机理探索、优秀引航经验的归纳总结等工作提供重要的技术手段。
(作者单位：营口引航站)