107 關務特考三等 船舶駕駛 船舶操作與船舶通訊 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗操船學（Ship Handling）中船舶操縱性能（Ship Maneuverability）之「迴轉性能」（Turning Ability）​的流體動力機制與實務影響因素。

評估船舶迴轉性能的核心指標包含：

1. 縱距（Advance）：自轉舵起，船體重心沿原航向線前進之最大距離。
2. 橫距（Transfer）：自轉舵起，船體重心垂直於原航向線之橫向位移。
3. 戰術直徑（Tactical Diameter）：轉向角達 $180^\circ$ 時，重心至原航線之垂直距離。
4. 穩定迴轉直徑（Final Diameter）：進入穩定迴轉階段後，旋迴圈之直徑。
5. 轉頭角速度（Rate of Turn, ROT）：單位時間內船首向改變之角度（$\text{deg/min}$）。

迴轉性能的物理本質是舵力（Rudder Force）產生的轉向力矩與船體橫向流體阻力矩（Hydrodynamic Resistance Moment）​之間的動態平衡。流體動力公式中，舵力 $F_R$ 與水流相對速度之平方及舵面積成正比： $F_R = \frac{1}{2} C_L \rho A_R V_R^2$ 其中 $C_L$ 為舵昇力係數、$\rho$ 為流體密度、$A_R$ 為舵面積、$V_R$ 為舵處之有效流速。

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解題方法

回答本題應採​「分類系統化」​之申論架構，切入點為流體力學受力變化與重心/轉心（Pivot Point）的相對位移。作答結構劃分為三大範疇：

1. 船體設計與幾何要素（內部固有因素）：船長、寬度、線型肥瘦度、舵面積比。
2. 裝載與操縱狀態要素（操作與配載因素）：排水量、吃水、縱傾、舵角、初始航速。
3. 外在環境要素（水文與氣象因素）：淺水效應、風、浪、流、受限水域（岸壁效應）。

透過此架構，可由靜態到動態、由內因到外因，全面解析各參數如何改變「阻力矩」、「舵力」與「轉頭角速度」。

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選項分析（要素剖析與影響機制）

本題為申論題，各項關鍵影響因素及其具體影響機制分析如下：

一、 船體設計與幾何要素

1. 長寬比（$L/B$）與船長：

• 影響機制：長度愈長或長寬比 $L/B$ 愈大，船體保向性（Directional Stability）愈佳，但橫向迴轉阻力矩增大。
• 影響結果：迴轉性變差，縱距、戰術直徑與穩定迴轉直徑顯著增大，轉頭角速度降低。

2. 方形係數（Block Coefficient, $C_b$）與船體線型：

• 影響機制：肥大型船舶（如油輪、散裝船，$C_b > 0.8$）首尾水流流線曲率大，進入迴轉時產生的流體漂角（Drift Angle）較大，船體橫向受水阻力大。
• 影響結果：相對於其船長倍數而言，肥大型船的相對迴轉半徑較小（通常為 $2.5 \sim 3.5$ 倍船長），但應舵反應較遲緩；瘦長型船（如貨櫃船，$C_b < 0.65$）相對迴轉直徑較大（約 $4 \sim 6$ 倍船長），但應舵敏捷。

3. 舵面積比（$A_R / (L \times d)$）：

• 影響機制：舵面積越大，在相同流速與舵角下產生的側向舵壓力愈大，對重心形成的轉向力矩愈強。
• 影響結果：迴轉性能提升，縱距縮短，迴轉直徑減小。

二、 裝載與操縱狀態要素

1. 排水量與吃水深度（Draft）：

• 影響機制：滿載時船舶質量與慣性矩大，水下阻力體積劇增；壓載（輕載）時慣性小，水下側面積小。
• 影響結果：滿載船開始轉頭的時間較晚（應舵慢），迴轉直徑一般大於輕載狀態；但輕載時受風面積增大，易受風向干擾。

2. 縱傾狀態（Trim）：

• 艉傾（Trim by the stern）：水下側阻力中心（Center of Lateral Resistance）後移，舵葉浸水深度增加，舵效提升，保向性佳。但因轉向阻力矩增大，迴轉直徑變大、轉頭變慢。
• 艏傾（Trim by the head）：水下側阻力中心前移，接近轉心，迴轉阻力臂縮短。迴轉極為靈敏，迴轉直徑顯著變小；但過度艏傾會導致保向性急遽惡化，易發生偏航難以把舵（Snake navigation）。

3. 使用舵角（Rudder Angle）：

• 影響機制：舵角在失速角（Stall angle，約 $35^\circ \sim 38^\circ$）以內增加時，舵的正壓力與轉向力矩隨之加大。
• 影響結果：滿舵（Hard over）能大幅縮小縱距、橫距及迴轉直徑；若超過失速角，舵葉發生流體分離，舵力反而下降。

核心觀念

本題的核心在於考查船舶流體動力學中的舵力成因以及船舶操縱實務中的應變處置。

1. 舵力產生原理與公式： 舵葉所產生的法向舵力（Normal Rudder Force）$F_N$ 可表示為： $F_N = \frac{1}{2} C_N \rho A V_R^2$ 其中：

• $C_N$：舵力係數（受舵角 $\alpha$ 及舵葉形狀、展弦比影響）
• $\rho$：海水密度
• $A$：舵水下受風受水面積
• $V_R$：流經舵面的相對水流速度（Effective Inflow Velocity）

轉頭力矩（Turning Moment）則為： $M_T = F_N \cdot L_R \cdot \cos \alpha$ 其中 $L_R$ 為舵壓力中心至船舶轉向中心（旋迴中心）的縱向力臂長度。

2. 舵效不足或喪失的物理成因：

• 相對流速 $V_R$ 過小：船速過低（如在微速或停車漂航狀態），且無螺槳排流沖擊舵面。
• 舵葉失速（Stall Effect）：舵角超出臨界失速角，舵背水流產生嚴重剝離與漩渦。
• 外力干擾超載：強風、湧浪、淺水效應（Shallow Water Effect）、岸壁效應（Bank Effect）產生的轉頭外力矩大於舵力矩。
• 舵葉露出水面或吸氣（Air Drawing）：船身縱傾不當或波浪起伏導致舵葉有效進水面積 $A$ 銳減。

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解題方法

本題為申論題，解題切入點應從「流體力學的關鍵變數（$V_R$、$\alpha$、力矩補償）」由內而外推展至實務操船手段，架構分為三大層次：

1. 本船推進與車舵操縱（直接改變 $V_R$ 與 $\alpha$）。
2. 輔助操船設備與技術（提供額外轉向橫向力與力矩）。
3. 船舶狀態與環境適應（改變水下姿態與降低外部干擾阻力）。

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選項分析（申論答題要點剖析）

雖然本題非選擇題，但於國家考試評分中，各項答題要點均有其流體力學意義與操作限制，剖析如下：

1. 利用主機衝車（Kick Ahead / Burst of Engine）

• 原理解析：即使船速極低，立即短暫加大前進轉速（如自微速進突然進全速，隨即拉回慢車或原車），螺旋槳後方的強大排出流（Propeller Slipstream / Race）​會以極高流速直接沖擊已轉向的舵面，瞬間提高 $V_R$，在船體尚未顯著加速累積前進衝量之前，即獲得強大轉向力矩。
• 限制：水域前方須有安全衝程餘裕；操舵角度應預先放定再加車。

2. 使用滿舵並避免舵面失速（Hard Over within Stall Angle）

• 原理解析：一般常規船舶的舵角在 $0^\circ \sim 35^\circ$ 之間，舵力與舵角呈正比增加。舵效不彰時應下達滿舵（Hard over，約 $35^\circ$）。
• 限制：舵角不可過大（超過 $35^\circ \sim 38^\circ$ 臨界失速角），否則舵背水流剝離、阻力激增但有效升力暴跌。若已失速，應適度回舵至 $30^\circ \sim 32^\circ$ 恢復層流。

3. 雙俥船異向運轉（Twin Screw Differential Steering）

• 原理解析：雙螺槳船舶若舵效不足，可採取「一正一倒」（例如欲右轉時：右俥後退、左俥前進），利用兩軸推力產生的橫向偶力矩（Couple Moment）強制船舶轉頭。

4. 啟用側推力器（Bow / Stern Thruster）

• 原理解析：在低船速（通常 2～5 節以下）常規舵效極低時，側推器能直接在艏或艉提供垂直於船體縱中線的側向推力，其力臂極長，可產生龐大的旋迴力矩。
• 限制：船速超過 5 節以上時，側推器推水會受船底沿流水層干擾，效能顯著衰退。

核心觀念

本題考查全球海上遇險及安全系統（GMDSS）之核心通訊架構與規範（以命題當年民國 107 年國際電信聯盟《無線電規則》（ITU RR）及 ITU-R M.585 建議書為準，現行編碼架構與頻率配置一致未變）：

1. 水上行動業務識別碼（MMSI）之定義：國際電信聯盟（ITU）與國際海事組織（IMO）為自動化海上通訊設備（DSC、AIS、Inmarsat、EPIRB 等）制定的唯一識別代碼。
2. MMSI 編碼規則：全碼長度固定為 9 位十進位數字，依電台性質（岸台、單船台、群呼台等）配置不同的前綴零與國籍識別碼（Maritime Identification Digits, MID）。
3. DSC 遇險與安全通訊頻率：國際公約規定之專用 DSC 遇險警戒頻道與載波頻率，嚴禁作為一般常規通話呼叫使用。

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解題方法

本題為標準記憶型申論題，切入點應鎖定「精準性」與「層次感」，依序回答三項提問：

1. MMSI 意義：寫出中英文全稱、位元長度（9 位數）及其在 GMDSS 體系中的角色（相當於海上數位電話號碼／電台身分證）。
2. 編碼規則：

• 說明 MID（國籍識別碼，3 位數，例如台灣為 416、577）。
• 分別列出「船台」與「岸台」的 9 位數結構公式，說明首碼特性（有無前綴 0）與其餘流水號之配置。

3. 遇險頻率／頻道：

• 分別寫出 VHF 與 MF DSC 專用遇險頻率，並附上標準單位（$\text{MHz}$、$\text{kHz}$）與 VHF 專屬頻道代號（Channel 70）。

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試題要點拆解（非選擇題重點解析）

本題非選擇題，各小題閱卷給分關鍵剖析如下：

• 第一子題（MMSI 定義）：必須明確點出「9 位數字」與「唯一識別性」，若僅回答「身分代號」而未提位元長度及應用設備（DSC/AIS），評分會失分。
• 第二子題（岸台與船台編碼）：
• 船台（單船）標準格式為：$\text{MID}XXXXXX$（首位非 0，後接 6 位台號）。
• 岸台標準格式為：$00\text{MID}XXXX$（雙零開頭，後接 MID 及 4 位台號）。
• 若混淆前綴零的數量（例如誤將群呼船台的單零 $0\text{MID}XXXXX$ 寫入岸台），為嚴重失誤。
• 第三子題（VHF 與 MF 遇險頻率）：
• VHF 必須寫出 CH 70 及頻率 $156.525\text{ MHz}$。
• MF 必須精確寫出 $2187.5\text{ kHz}$。切忌將 MF DSC 頻率與 MF 語音遇險頻率（$2182\text{ kHz}$）混為一談。

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核心觀念

本題測驗「全球海上遇險及安全系統」（GMDSS）下，中頻（MF）遇險呼叫與後續語音通訊之標準作業程序，涉及法源與國際規範包括：

1. 法規依據：以命題當年（民國 107 年）之國際海事組織（IMO）《國際海上人命安全公約》（SOLAS）第 IV 章、國際電信聯盟《無線電規則》（ITU Radio Regulations, RR）第 32 條，以及我國《船舶無線電台管理規則》（現行法部分條文歷經修正，解題仍以命題當年為準）。
2. 中頻 DSC 頻率：中頻數位選擇呼叫（MF DSC）遇險與安全專用頻率為 $2187.5\text{ kHz}$。發出 DSC 遇險警報後，收發機將自動跳頻至對應的無線電話語音頻率 $2182\text{ kHz}$（J3E）進行後續語音聯絡。
3. DSC 遇險警報架構：包括遇險船 MMSI、遇險性質（Nature of Distress）、遇險船位與時間（Position and Time），以及後續通訊方式（Telephony）。
4. 語音遇險訊息格式：依據國際海事組織《標準航海通信用語》（IMO SMCP）及 ITU-R 規範，遇險通訊分為「遇險呼叫」（Distress Call）與「遇險電文」（Distress Message），其標準格式為：

• 遇險信號：MAYDAY（連呼 3 次）
• 遇險呼叫：THIS IS + 船名（3 次）+ 呼號（3 次）
• 遇險電文：MAYDAY + 船名／呼號 + 船位與時間 + 遇險性質 + 所需救助 + 其他補充資訊（天候、船員動態等）+ OVER。

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解題方法

本題要求完成兩大任務：一是「敘述使用 DSC 發出遇險的求救步驟」，二是「用英文寫出完整的遇險信息」。

1. 第一部分：DSC 發報步驟

• 檢查／設定參數：若有足夠時間，先在 DSC 終端機選定遇險性質（Fire/Explosion），並確認 GPS 連線之船位與時間（若無自動更新則手動輸入）。若情況極度緊急，亦可直接使用預設模式發送未指定性質（Undesignated）的警報。
• 操作專用按鈕：掀開專用遇險按鈕（Distress Button）的保護彈簧蓋，持續長按至少 3 秒鐘，直到聲光警報響起且螢幕顯示傳送完成。
• 自動監聽與備用語音：發報完成後，設備自動調諧至 $2182\text{ kHz}$，值守 DSC 確認信號（Distress ACK）；發報後應立即在 $2182\text{ kHz}$ 備便無線電話話筒，準備發送語音遇險訊息。

2. 第二部分：英文遇險電文撰寫

• 採用標準 IMO SMCP 結構，將題幹給定資訊完全代入：
• 船名：LINDA
• 呼號：JKMI
• 船位：$\phi=26^\circ21.6'\mathrm{N}$、$\lambda=122^\circ26.7'\mathrm{E}$
• 時間：1630 UTC
• 事故：Engine room fire and explosion
• 現場狀況：Wind northeast Beaufort force 6, visibility 7 nautical miles
• 呼救目的：Require immediate assistance

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選項分析

本題為非選擇題（實務申論題），以下針對評分關鍵要素進行逐項分析：

1. 遇險頻率與工作頻率的區分：

• 若寫錯頻率（如誤寫為 VHF Ch.70、HF 或 VHF Ch.16）將遭嚴重扣分。MF DSC 遇險頻率為 $2187.5\text{ kHz}$，隨後的語音頻率為 $2182\text{ kHz}$。

2. DSC 長按機制（3 秒）：

• DSC 求救按鈕必須具備防誤觸保護蓋，並設有「按住 3 秒以上」的硬體防呆延遲設計，考生在步驟敘述中必須明確提及此細節。

3. 英文電文結構層次：