張宇辰，孫國亮，丁 浩

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇 江陰 214431）

0 引言

海上補給是指船舶由于較長時間遠海作業(yè)，以致自身所攜帶的燃油、淡水、食品、備件等物資消耗較大，從而需要利用各型設備在海上對船舶實施物資補給和人員換乘的作業(yè)方式。在未來航海領域中，海上補給能力至關重要，因此，海上補給性能的優(yōu)劣性已然成為衡量海上船舶執(zhí)行任務及高速機動能力的重要標志。同時，海上補給在現(xiàn)實應用中被廣泛使用，已成為針對遠洋船舶日漸成熟的補給模式。

1 發(fā)展歷程

國外海上補給最早出現(xiàn)在19世紀末20世紀初，歐美一些海洋強國首先在遠洋船舶上進行海上補給實驗，同時進行物料補充及油料補充。19世紀40年代，有的國家組建了自己的海上補給運輸船隊，隨后各國開始研制專門的海上補給裝置及海上補給船，海上補給從設備到操作都上升了一個新臺階。國內海上補給發(fā)展較晚，1970年前后，我國第一代大型遠洋補給船905型應運而生。

補給方式按形式可分為橫向補給、縱向補給、航行垂直補給、靠幫補給4種，其優(yōu)缺點如表1所示。

表1 補給方式及其優(yōu)缺點

1.1 橫向補給

橫向補給可以在海況環(huán)境較復雜情況下進行補給作業(yè)，其補給品類多，補給效率高，因此在所有補給模式中使用率最高，占據(jù)主導地位。在現(xiàn)代船舶上均帶有現(xiàn)代化補給裝置，可在兩舷同時開展作業(yè)，并通過專用補給站，進行快速高效的補給作業(yè)。

1.2 縱向補給

縱向補給是較為普遍使用的一種補給模式，具有可操作性高、技術要求低等特點，但是這種補給方式所補給的貨品較為單一，效率不高，在實際應用中較為受限。自1925年起，美國拖帶膠管研制成功，成為縱向補給方式的首創(chuàng)者。

1.3 垂直補給

垂直補給是指利用直升機或航空器進行補給的作業(yè)模式，被公認為是最迅速且有效的補給方式。在現(xiàn)實作業(yè)中應用廣泛。1959年，美國首次利用直升機將應急物資快速運轉傳達，開創(chuàng)了垂直補給的先河。這種補給方式雖然成本較高，但是其可操作性較強，對環(huán)境海況的要求較低，因此在實際應用中也占有較大比例。

1.4 靠幫補給

靠幫補給是最古老、歷史最悠久的補給模式，是指在漂航或者系泊狀態(tài)下利用簡單的補給工具，進行補給。這種補給方式雖然可靠性高，安全性強，補給貨品種類多，但是在復雜海域中難以控制，機動性不強。

2 海上補給過程中的安全注意事項

2.1 進入補給海域

國內針對航行編組的單船運動模式、耐波運動模型、航行間距離測算、兩船漸近模型等內容進行研究。

李嘉寧等[1]構建了船舶編組的耐波性運動模型，通過分析編組船舶在規(guī)則波中的運動響應，以及多船間水動力干擾效應和不同運動模式下的交叉影響，求解得出船舶編組在12個不同維度下的耦合頻率運動方程。同時構建船舶編組的航態(tài)決策模型，利用三維頻域格林函數(shù)法對某一航態(tài)下的補給編組的耐波性進行預報，得出在不同參數(shù)情況下的優(yōu)選航向航速。

孫靈遠等[2]在對編組船舶航行距離測算時，通過激光測距技術實現(xiàn)對兩船相對位置的持續(xù)性自動化跟蹤測距。利用穩(wěn)定云臺，通過調整云臺方位角、俯仰角精度等計算兩船舶的實際距離。在海上實船試驗進行驗證，證明該系統(tǒng)不僅能完成目標的距離測量，還可獲得補給狀態(tài)下兩船的水平速度。相對位置的自動化跟蹤測距為橫向補給作業(yè)和船舶的編組航態(tài)決策提供數(shù)據(jù)基礎。

何瑤[3]在海上橫向補給中船艇接近自動化控制中構建系統(tǒng)結構模型，利用航跡PID控制器，輸出方向舵令指示，角度控制器輸出速度控制指令，分析得出在不同速度階段下船艇航速示意圖，以及距離PID控制器控制效果示意圖。建立了基于PID控制理論的船艇航跡、角度距離自動化控制模塊，從而更好地實現(xiàn)海上補給過程中兩船的同向同速。

2.2 形成補給條件

在兩船逐漸靠近，形成補給條件過程中，要注意船間效應的產生，一旦操作不當，容易產生碰撞的危險，合理規(guī)避并采取正確的措施來減少船間效應對兩船的影響。

高孝日等[4]曾對船間效應影響的船舶運動數(shù)學模型進行仿真分析，提出了船體水動力計算模型、螺旋槳計算模型、舵力計算模型、舵機計算模型以及船間效應力及力矩計算模型。仿真結果表明，船間效應力與力矩足夠改變船舶運動狀態(tài)，并且在一定距離下用舵可控制船舶運動狀態(tài)，相應地使用控制舵角，可以達到抵消船間作用力的目的。

谷元全等[5]將船舶運動模型與船間效應模型結合起來，將船間效應添加到兩船的運動方程中，從而得出在不同船間距下兩船軌跡圖。該運動方程可根據(jù)不同的船間距離，模擬出不同的局面，從而得出某一特定型號船舶在某一特定距離時船間效應最大。由此運動方程在實踐中加以應用，輸入不同運動狀態(tài)下的船舶航行參數(shù)值，得出安全距離。

泰勒通過對船長相同的兩船并航實驗，得出兩船并航時橫向吸力最大，其計算公式為：

式中：Fs為橫向吸力，L為船長，f為兩船橫向間距，R為船舶阻力。

假設有補給船A和接收船B，如表2所示。船長均約為220 m，推進系數(shù)0.5～0.7，航速10 kn，有效主機功率為14 MW，船間距為66 m，噸位均約為30000 t。在此假定情景下，依據(jù)泰勒所做試驗得出公式可得兩船橫向吸力約為73 t。

表2 補給船與受補船船型參數(shù)

2.3 補給作業(yè)實施

1）設備使用前檢查。設備使用前，應對其進行安全檢查，干貨主要包括高架索、纜繩、貨柜，對補給裝置動力配電等進行檢查，液貨還應包括對液體輸送管系密性進行檢查，確保作業(yè)安全。

2）補給作業(yè)的實施。在補給作業(yè)實施過程中，要注意兩船保持同向同速，并且兩船現(xiàn)場調度員與值班駕駛員保持甚高頻通話，依據(jù)實際情況調整兩船的航行姿態(tài)。干貨補給采用通索法架設高架索，在實際操作中兩船間距在不影響船舶保向能力的前提下，應采取較大的保向舵角進行保向，在操舵時，務必做到早用舵，早回舵，并且要注意減小興波。液體貨補給采用軟管進行液體貨的輸送，在實際操作中使用跨索連接軟管，使得軟管在作業(yè)時，全程不接觸海面。

3）補給設備注意事項。高架索補給連接是指采用1根高架索將補給船與受補給船相連接，并承載補給物資載荷，并且由牽引索控制物資在補給物資在高架索上的運動軌跡，高架索補給法是目前最為常見的海上補給方式。由于船舶在波浪作用下會產生不同維度的運動，其索道張力也會隨之變化。在實際操作中索道張力變化與船舶運動狀態(tài)、海況等因素有關。任愛娣等[6]基于力學基本原理并借助Mathematic軟件，建立靜態(tài)情況下干貨補給高架索受力方程，通過對張力參數(shù)的變化進行分析，得到了影響索道張力變化的主要參數(shù)。因此可根據(jù)得出拖點所能承受的最大張力值，通過計算出的最大張力，加以配載操作及船舶操控，最終達到避免拖曳過程中臍帶纜索斷裂的目的。何學軍等[7]曾建立高架索撓度方程，通過對基本方程的建立及求解，對高架索最大撓度及相關參數(shù)和貨物運行軌跡及集中載荷點撓度進行分析。從靜力學角度對高架索進行分段分析，得到高架索撓度在貨物實際運行中的張力及臨界點影響，用以計算高架索最大受力，避免斷裂。

2.4 兩船駛離補給海域

作業(yè)結束后，應先停止設備，進行停機檢查，包括對裝置本身以及高架索等索纜的檢查，確認其外觀無明顯損傷后回收補給裝置，在裝置回收時要注意導纜索、高架索不要觸碰到海面。

3 補給接收裝置的操作使用與安全要求

3.1 補給接收裝置操作流程

補給接收裝置的使用，其操作流程大致有設備開機、架設索纜、接收補給、解脫索纜、設備關機等步驟。

橫向干貨補給作業(yè)中索纜的架設步驟可細分為導纜繩的收放、高架索的架設與張緊、外牽索繩傳送與張緊外牽索。索道的解脫應先解除外牽索張力并回收外牽索及導輪架在解除高架索張力并解脫回收高架索。在接收補給的過程中先由接收頭上升，在傳送過程中傳送貨物至接收船，接收頭下降并卸貨完成一次補給傳遞作業(yè)。接收完貨物后，將空框上升小車傳送回補給船，進行第2次補給，直到補給結束。

橫向液貨補給過程與橫向干貨補給過程的區(qū)別在于索道架設、接收補給、解脫索道3個過程，索道架設過程基本一致，區(qū)別在于由補給船釋放加油探頭，加油探頭與受油頭接觸并鎖住，連接快速接頭。在接收補給過程中首先進行輸送前掃線，再進行油料與淡水的輸送，最后在輸送完畢后再進行掃線。解脫索道過程可按快速接頭、加油探頭的順序進行解脫，解脫完成后回收油水輸送軟管與跨索。

3.2 補給接收裝置安全要求

1）設備功能性能要求

①高架索具有額定最大張力，并配備合適的安全銷。

②橫向干貨接收裝置所具備的整體抗拉強度應在出廠前進行試驗驗證，并保證大于補給索道最大破斷力。

③橫向液貨補給裝置應有較高的密性要求，且設備連接可以實現(xiàn)快速掛脫。

④電氣設備應有接地保護、聯(lián)鎖功能、過載保護等，應設置自動觸動行程開關。

2）設備操作過程注意事項

①所有位于甲板上的操作人員須佩戴安全帽和救生衣，對于作業(yè)禁區(qū)設置安全提示。

②在接收撇纜操作時，甲板上作業(yè)人員須隱蔽至安全位置，防止被撇纜槍打中后發(fā)生危險。

③必須在高架索連接確認好之后，才可以發(fā)出通知張緊索道。

④補給索道進行施加張力或者去除張力時，人員須避開，防止索道斷裂造成人員誤傷。

4 結語

本文分析航行時橫向補給的兩船溝通、船間位置、設備保護、安全操作等方面的注意事項。結論如下：

1）橫向補給要注意船間效應及船位選擇。注意在兩船實時溝通，根據(jù)實時船距、橫向、航速、位錯角等信息，及時協(xié)調船位。

2）補給操作過程中要注意補給接收裝置的使用及高架索的架設使用與脫鉤。補給作業(yè)流程及安全操作應符合相關規(guī)范流程要求。