第三章外界因素對(duì)操船的影響

1、第三章第三章 外界因素對(duì)操船的影響外界因素對(duì)操船的影響n第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)對(duì)操船的影響風(fēng)對(duì)操船的影響n第二節(jié)第二節(jié) 流對(duì)操船的影響流對(duì)操船的影響n第三節(jié)第三節(jié) 受限水域的影響受限水域的影響n第四節(jié)第四節(jié) 船間效應(yīng)船間效應(yīng)n一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩n二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩n三、風(fēng)致偏轉(zhuǎn)三、風(fēng)致偏轉(zhuǎn)n四、風(fēng)致漂移四、風(fēng)致漂移 n五、強(qiáng)風(fēng)中操船的可保向界限五、強(qiáng)風(fēng)中操船的可保向界限n1. 風(fēng)力風(fēng)力n船舶所受的風(fēng)力可用船舶所受的風(fēng)力可用Hughes公式予以公式予以估算：估算： 222)sincos(281. 9aaaaaaBACF式中： a 為空氣密度，

2、為0.125kgsec2/m4； 為相對(duì)風(fēng)舷角； Ca為風(fēng)力系數(shù)，其值隨風(fēng)舷角以及 船體水線以上受風(fēng)面 積的形狀的變化而變化； a 為相對(duì)風(fēng)速（m/s）； Aa為水線以上船體正投影面積（m2）； Ba為水線以上船體側(cè)投影面積（m2）； Fa為水線以上船體所受的風(fēng)力（N）；n1）風(fēng)力系數(shù)）風(fēng)力系數(shù)Can船型不同，同一相對(duì)風(fēng)舷角下的風(fēng)壓系數(shù)差別較大。從船型不同，同一相對(duì)風(fēng)舷角下的風(fēng)壓系數(shù)差別較大。從船體水上面積形狀來(lái)看，橫向受風(fēng)面積分布較為均勻的船體水上面積形狀來(lái)看，橫向受風(fēng)面積分布較為均勻的LNG、VLCC油船，它們的風(fēng)壓系數(shù)和較?。欢茱L(fēng)面油船，它們的風(fēng)壓系數(shù)和較小；而受風(fēng)面積較大的客船、集裝

3、箱船等的風(fēng)壓系數(shù)較大；同一船舶，積較大的客船、集裝箱船等的風(fēng)壓系數(shù)較大；同一船舶，吃水不同其風(fēng)壓系數(shù)也不相同，隨著吃水的增大，風(fēng)壓吃水不同其風(fēng)壓系數(shù)也不相同，隨著吃水的增大，風(fēng)壓系數(shù)值略有減小。系數(shù)值略有減小。VLCC船舶滿載時(shí)的風(fēng)壓力矩系數(shù)與船舶滿載時(shí)的風(fēng)壓力矩系數(shù)與其他類(lèi)型船舶比較，有明顯的差別，在其他類(lèi)型船舶比較，有明顯的差別，在=0180范圍內(nèi)范圍內(nèi)均為負(fù)值，這說(shuō)明，任何方向來(lái)風(fēng)均為負(fù)值，這說(shuō)明，任何方向來(lái)風(fēng)VLCC船首均向上風(fēng)船首均向上風(fēng)偏轉(zhuǎn)。其他船型的風(fēng)壓系數(shù)隨相對(duì)風(fēng)舷角的變化比較有偏轉(zhuǎn)。其他船型的風(fēng)壓系數(shù)隨相對(duì)風(fēng)舷角的變化比較有規(guī)律，且差別不是很大。規(guī)律，且差別不是很大。n風(fēng)力系

4、數(shù)Ca隨相對(duì)風(fēng)舷角的變化曲線為一馬鞍形曲線。當(dāng)風(fēng)舷角0度或180度時(shí)，風(fēng)力系數(shù)Ca值為最??；當(dāng)風(fēng)舷角3040度或140160度時(shí)，風(fēng)力系數(shù)Ca值為最大；當(dāng)風(fēng)舷角90度左右時(shí)，風(fēng)力系數(shù)Ca值較小，但船舶所受的風(fēng)力值達(dá)到最大。 n2）風(fēng)力作用中心位置a/Lppn風(fēng)壓力中心位置是指受風(fēng)面積中心沿縱向的位置，n風(fēng)力作用中心至船首的距離a與兩柱間船長(zhǎng)Lpp的比值隨風(fēng)舷角的增大近似呈線性增加，其值大約在0.30.8之間 n風(fēng)壓力中心的位置n由巖井聰給出一個(gè)估算式n當(dāng)由001800變化時(shí)，a/Lpp在都在0.30.8范圍之間。n當(dāng)=900左右即船舶正橫風(fēng)時(shí)，a0.5Lpp，即風(fēng)壓力中心在船中附近，當(dāng)900時(shí)

5、，a中心之后n平吃水時(shí)，受風(fēng)面積中心大多位于船中之后，則其風(fēng)壓力中心大多比較靠后；船舶壓載狀態(tài)尾傾較大時(shí)，受風(fēng)面積中心可能位于船中之前，則其風(fēng)壓力中心比較靠前。0.2910.0023ppaLn3）風(fēng)力角n風(fēng)壓力Fa與船首尾線的夾角 ，稱(chēng)為風(fēng)壓力角tgABccAcBcXYtgaaaxayaaaxaaaayaaa22cos21sin21式中，Cay為橫向風(fēng)力系數(shù)；Cax為縱向風(fēng)力系數(shù)。巖井聰也給出一個(gè)估算式：3o1 0.150.80 1909090n2.風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩n風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩與風(fēng)力有相類(lèi)似的表達(dá)形式，即：n式中，Na為風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩（Nm）；n CNa為風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩系數(shù)；n L為船長(zhǎng)

6、；LBACNaaaNaaa222)sincos(281. 9n當(dāng)已經(jīng)求得船舶所受的風(fēng)力、風(fēng)力作用中心以及風(fēng)力角時(shí)，風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩也可按下式計(jì)算。n NaFasin(lGa) Fasin(L/2a)n式中，lG為船舶重心至船首的距離。n在船舶靠泊中，當(dāng)船首或船尾處于一端用系纜固定于泊位時(shí)，估算船舶所受的風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩則應(yīng)根據(jù)船舶實(shí)際受約束狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。n NaFasina （船首固定時(shí)）n NaFasin(La) （船尾固定時(shí)）n另外：nl風(fēng)速變動(dòng)不明顯時(shí)，可取平均風(fēng)速；nl強(qiáng)風(fēng)中，可取1.25倍平均風(fēng)速；nl風(fēng)暴中，可取1.50倍平均風(fēng)速。二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩1.

7、水動(dòng)力水動(dòng)力n1）水動(dòng)力的大小n當(dāng)船舶與周?chē)乃嬖谙鄬?duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，船舶所受的水動(dòng)力FW可用下式估算：n式中，nFW為水動(dòng)力（N）；n W為水密度，為104.5kgsec2/m4；n CW為水動(dòng)力系數(shù)，其值隨漂角以及船體水下形狀等因素的變化而變化；為漂角，即相對(duì)水流與船舶首尾面的夾角；nW為船舶與水的相對(duì)速度（m/s）；n L為船舶水線長(zhǎng)度（m）；n d為船舶吃水（m）；29.82wwwy wYC V LdVwFwGaw2）水動(dòng)力角）水動(dòng)力角 ：水動(dòng)力角是指水動(dòng)力水動(dòng)力角是指水動(dòng)力合力方向與船舶首尾合力方向與船舶首尾線之間的交角線之間的交角 除了船舶進(jìn)行純縱向運(yùn)動(dòng)或純橫向運(yùn)動(dòng)，水動(dòng)力角總是較漂角更

8、接近正橫方向。n水動(dòng)力角是指水動(dòng)力FW與船舶首尾面的夾角。與風(fēng)力角相類(lèi)似，水動(dòng)力角取決于橫向水動(dòng)力和縱向水動(dòng)力的比值，即：WWXYtg3）水動(dòng)力作用中心）水動(dòng)力作用中心n水動(dòng)力作用中心距離船首的距離與船長(zhǎng)之比aW/L，隨漂角的增大而增大。即隨著漂角的增大，水動(dòng)力作用中心自距離船首0.25L漸次移至0.75L處。n空載或壓載時(shí)往往尾傾較大，尾部水下側(cè)面積較首部大得多，水動(dòng)力作用中心要比滿載平吃水時(shí)明顯后移。n當(dāng)900時(shí)，w在中心之后。2. 水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩n水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩可以表達(dá)成與水動(dòng)力相類(lèi)似的形式， 即：n式中，CNW為水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩系數(shù)，隨漂角、水深吃水比、船體水線以下形狀等的

9、變化而變化。22281. 9wNWWWdLCN三、風(fēng)致偏轉(zhuǎn)三、風(fēng)致偏轉(zhuǎn)n船舶在風(fēng)中的偏轉(zhuǎn)是船舶所受的風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩和水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩共同作用的結(jié)果。船舶的偏轉(zhuǎn)情況可以分為兩種，即迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)和背風(fēng)偏轉(zhuǎn)。按船舶各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)定性分析風(fēng)致偏轉(zhuǎn)規(guī)律n1. 船舶靜止中船舶靜止中GAFaWFwGAFaWFw船首順風(fēng)船首迎風(fēng)2. 船舶在前進(jìn)中船舶在前進(jìn)中GAFaWFw船首迎風(fēng)GAFaWFw偏轉(zhuǎn)不定3. 船舶在后退中船舶在后退中GAFaWFw船尾迎風(fēng)GAFaWFw船尾迎風(fēng)船舶在風(fēng)中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律，可以歸納為：船舶在風(fēng)中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律，可以歸納為：n（1）船舶在靜止中或船速接近于零時(shí)，船舶將順風(fēng)或逆風(fēng)偏轉(zhuǎn)至接近風(fēng)舷角1000

10、左右向下風(fēng)漂移。n（2）船舶在前進(jìn)中，正橫前來(lái)風(fēng)、慢速、空船、尾傾、船首受風(fēng)面積較大的船舶，船首順風(fēng)偏轉(zhuǎn)；前進(jìn)速度較大的船舶或滿載或半載、首傾、船尾受風(fēng)面積較大的船舶，船首將迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)；正橫后來(lái)風(fēng)，船舶將呈現(xiàn)極強(qiáng)的迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)性。n（3）船舶在后退中，在一定風(fēng)速下并有一定的退速時(shí)，船舶迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)，這就是我們通常所說(shuō)的尾找風(fēng)現(xiàn)象，正橫前來(lái)風(fēng)比正橫后來(lái)風(fēng)顯著，左舷來(lái)風(fēng)比右舷來(lái)風(fēng)顯著；退速極低時(shí)，船舶的偏轉(zhuǎn)與靜止時(shí)的情況相同，并受倒車(chē)橫向力的影響，船尾不一定迎風(fēng)。四、風(fēng)致漂移四、風(fēng)致漂移 n靜水中的船舶因風(fēng)的直接作用和水動(dòng)力的間接作用而產(chǎn)生的橫向運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為風(fēng)致漂移。 n1. 停船時(shí)的漂移速度n2. 航行中的風(fēng)

11、致漂移速度1. 停船時(shí)的漂移速度停船時(shí)的漂移速度n停船時(shí)，受風(fēng)漂移，其漂移速度由風(fēng)壓力Ya和水動(dòng)力Yw達(dá)到相等來(lái)決定：n有估算式：nVa為風(fēng)速（m/s）；n L為船舶水線面長(zhǎng)度（m）；n d船舶實(shí)際平均吃水（m）；n Ba船體水線以上側(cè)面積（m2）。221 2() 1 2aaaayaywwwyyYB CVVYLdC V0.041ayaaayaawwyCBBVVVCLdLdn 空載時(shí)：n 滿載時(shí)：BLdaya/ ().18120BLdaya/ ().081302. 航行中的風(fēng)致漂移速度航行中的風(fēng)致漂移速度n根據(jù)實(shí)船試驗(yàn)，船舶航行中受正橫風(fēng)影響的漂移速度與停船時(shí)的漂移速度有如下關(guān)系：n式中，n 為

12、船舶航行中的漂移速度（m/s）；n 為停船時(shí)的漂移速度（m/s）；n 為船舶航行速度（kn）。)14. 0exp(/xyyy/yx五、強(qiáng)風(fēng)中操船的可保向界限五、強(qiáng)風(fēng)中操船的可保向界限n圖319 強(qiáng)風(fēng)中操船的可保向界限曲線 由圖可知：n1）風(fēng)舷角6001200時(shí)，曲線位置較低，可保向范圍小。 n2）當(dāng)相對(duì)風(fēng)向逐漸向首、尾靠攏時(shí)，曲線位置升高，可保向范圍擴(kuò)大。 n3）船首附近來(lái)風(fēng)時(shí)的可保向曲線要比船尾附近來(lái)風(fēng)時(shí)的曲線要高得多。 n4）強(qiáng)風(fēng)中船舶保向性總的說(shuō)來(lái)隨風(fēng)速的降低而提高，隨船速的降低而降低，增大舵角可提高保向性。n另外，對(duì)于不同類(lèi)型的船舶而言，水線上下側(cè)面積之比較大的船舶其保向性較差；淺水對(duì)

13、強(qiáng)風(fēng)中船舶的可保向界限的影響甚微。 圖320 低速航進(jìn)中可保向的極限風(fēng)速 第二節(jié)第二節(jié) 流對(duì)操船的影響流對(duì)操船的影響n一、流對(duì)船速、沖程的影響一、流對(duì)船速、沖程的影響n二、流對(duì)舵效和旋回的影響二、流對(duì)舵效和旋回的影響圖321 斜頂流靠泊時(shí)的速度合成n頂流中，沖程較小，流速越大沖程越小；順流中則沖程增大，因此在順流進(jìn)港時(shí)，針對(duì)停車(chē)后降速過(guò)程非常緩慢的特點(diǎn)，一方面應(yīng)及早停車(chē)淌航，另一方面應(yīng)及時(shí)地運(yùn)用倒車(chē)、拋錨或拖輪進(jìn)行減速制動(dòng)。 二、流對(duì)舵效和旋回的影響二、流對(duì)舵效和旋回的影響n1. 流對(duì)舵力、舵效的影響流對(duì)舵力、舵效的影響n舵力及其轉(zhuǎn)船力矩與舵對(duì)水的相對(duì)速度的平方舵力及其轉(zhuǎn)船力矩與舵對(duì)水的相對(duì)速

14、度的平方成正比，不論頂流還是順流，只要對(duì)相對(duì)速度成正比，不論頂流還是順流，只要對(duì)相對(duì)速度相等、舵角和槳轉(zhuǎn)速等條件相同，舵力及力矩相等、舵角和槳轉(zhuǎn)速等條件相同，舵力及力矩就相同，但頂流舵效好，其原因是，頂流時(shí)可就相同，但頂流舵效好，其原因是，頂流時(shí)可在較短的距離上使船首轉(zhuǎn)過(guò)較大的角度，且易在較短的距離上使船首轉(zhuǎn)過(guò)較大的角度，且易把定，操縱為靈活。把定，操縱為靈活。n注意：重載船在強(qiáng)流中，由于流壓力矩的作用，注意：重載船在強(qiáng)流中，由于流壓力矩的作用，船舶迎流轉(zhuǎn)向時(shí)，舵效反而變差船舶迎流轉(zhuǎn)向時(shí)，舵效反而變差.2. 流對(duì)旋回的影響流對(duì)旋回的影響x0/Ly0/L11223344無(wú)流流速 2 knn根據(jù)經(jīng)

15、驗(yàn)，船舶在有流水域中旋回掉頭的漂移距離，可用下式估算：nDd c t80n式中：Dd為旋回中的流致漂移距離（m）；n c為流速（m/s）；n t為掉頭所用的時(shí)間（s）。%80tDcdn掉頭所用的時(shí)間t因船而異，主要取決于船舶的排水量，船舶滿載時(shí)的掉頭時(shí)間可估算為：n 噸位： 旋回1800約需時(shí)間：n 0.5萬(wàn)噸 3.0min n 1.0萬(wàn)噸 3.5minn 5.0萬(wàn)噸 4.5minn 10.0萬(wàn)噸 5.5minn 20.0萬(wàn)噸 6.5min第三節(jié)第三節(jié) 受限水域的影響受限水域的影響n 一、受限水域影響的概況一、受限水域影響的概況n 二、移動(dòng)阻力的增加及航行于淺水時(shí)的降速二、移動(dòng)阻力的增加及航行

16、于淺水時(shí)的降速n 三、航行中船體下沉與縱傾變化三、航行中船體下沉與縱傾變化n 四、淺水對(duì)操縱性的影響四、淺水對(duì)操縱性的影響n 五、岸壁效應(yīng)與狹水道保向五、岸壁效應(yīng)與狹水道保向n 六、淺水域航行時(shí)的富余水深六、淺水域航行時(shí)的富余水深 一、受限水域影響的概況一、受限水域影響的概況n1. 出現(xiàn)受限水域影響的水深及航道寬度 n2. 淺水影響概要n3. 窄水影響概要 1出現(xiàn)受限水域影響的水深及航道寬度出現(xiàn)受限水域影響的水深及航道寬度n 1）水深）水深n 相對(duì)而言，因船有大小之分，故是否屬于淺水域應(yīng)依水深與船舶吃水之比H/d而定, H/d值，也稱(chēng)為相對(duì)水深，在船舶操縱中是一個(gè)很重要的概念。根據(jù)霍夫特的研究

17、可作如下界定。n（1）從對(duì)船體前進(jìn)時(shí)阻力的影響來(lái)區(qū)分，低速船以H/d4，高速船以H/d10，即可作淺水域?qū)Υ?。n（2）從出現(xiàn)對(duì)船體橫向運(yùn)動(dòng)的影響來(lái)區(qū)分，以H/d2.5為界作淺水域?qū)Υ煌瑫r(shí)，該數(shù)值也可作為對(duì)船舶前進(jìn)中的操縱性有影響的水深界限。n（3）對(duì)操縱性有較明顯影響，并達(dá)到易發(fā)現(xiàn)程度的水深則應(yīng)以H/d1.5來(lái)界定。n 2）航道寬度）航道寬度n 從操船角度分析，通常認(rèn)為應(yīng)以航道有效寬度W與船長(zhǎng)之比而定。n （1）考慮到出現(xiàn)岸壁效應(yīng)時(shí)，應(yīng)以W/L2來(lái)界定，作為窄水域?qū)Υ （2）對(duì)操縱性有明顯影響，并達(dá)到易發(fā)現(xiàn)程度的航道寬度則應(yīng)以W/L1來(lái)界定。n 應(yīng)注意的是，上述航道寬度W是指航道的底部寬

18、度，而非平均寬度和水面寬度。 2淺水影響概要淺水影響概要n從船舶運(yùn)動(dòng)來(lái)看，由深水域駛?cè)霚\水域?qū)⒊霈F(xiàn)以下現(xiàn)象。n 1）船舶阻力增大，船速降低；同轉(zhuǎn)速下船速較深水域?yàn)榈?。n 2）船體中部低壓區(qū)向船尾擴(kuò)展，船體下沉，并伴隨縱傾變化。n 3）船尾伴流增強(qiáng)，螺旋槳上下槳葉推力之差較深水明顯，因此將出現(xiàn)較深水更為明顯的船體振動(dòng)。n 4）船舶在淺水域內(nèi)旋回時(shí)，因旋回阻矩增加，旋回性將變差，而航向穩(wěn)定性反而變好。 3窄水影響概要窄水影響概要n當(dāng)船舶偏離航道中央而接近航道一側(cè)岸壁時(shí)，將出現(xiàn)偏航和偏轉(zhuǎn)效應(yīng)，即岸壁效應(yīng)。此效應(yīng)主要表現(xiàn)是：n l) 船舶整體將被吸（壓）向岸壁（所謂岸吸作用）n 2)船首將轉(zhuǎn)向航道中央

19、（所謂岸推作用） 二、移動(dòng)阻力的增加及航行于淺水時(shí)的降速二、移動(dòng)阻力的增加及航行于淺水時(shí)的降速n 1移動(dòng)阻力的增加n 1）船舶的虛質(zhì)量及虛慣矩n在深水中，船舶沿其前后方向的附加質(zhì)量?jī)H為船舶質(zhì)量的0.070.10倍；橫向附加質(zhì)量為船舶質(zhì)量的0.751.00倍；繞Z軸的附加慣矩則為船體慣矩的1.00倍左右。n由圖可知，隨著相對(duì)水深變淺，船體越肥大，則附加質(zhì)量及附加慣矩比深水中增加的倍數(shù)越顯著。當(dāng)H/d2時(shí)這種增加即不容忽視，當(dāng)H/d1.5時(shí)，這種增加倍數(shù)將急劇增大。圖圖3一一22 淺水中船舶的附加質(zhì)量淺水中船舶的附加質(zhì)量 圖圖3一一23 淺水中船舶的附加慣矩淺水中船舶的附加慣矩n圖3一24 淺水域

20、有岸壁影響時(shí)的橫向阻力系數(shù) 3）航行于淺水時(shí)的降速n從深水域以船速駛?cè)霚\水域時(shí)，其船速的表達(dá)式為：降速率1shs圖中， 為船中水線下橫剖面積的平方根與水深之比 為深水域船速的平方與水深和重力加速度之比。圖3一25 淺水域中的船舶降速率n圖3一25 淺水域中的船舶降速率HAx/)/(2gHsHAx/ 三、航行中船體下沉與縱傾（三、航行中船體下沉與縱傾（trim）變化）變化n 1航行于深水域中的船體下沉與縱傾n 1）與船型的關(guān)系 n 2）與船速的關(guān)系n 傅汝德數(shù)Fr=V/gLn Fr=0.06時(shí)開(kāi)始下沉；n Fr0.3,尾下沉開(kāi)始大于首下沉n Fr0.6,尾傾增大，船舶開(kāi)始上浮。n圖3一28 船舶

21、在淺水域與深水域中航行時(shí)船體下沉的比較2 航行于淺水域中的船體下沉與縱航行于淺水域中的船體下沉與縱傾成因：傾成因：n主要是由于淺窄航道的阻塞效應(yīng)，導(dǎo)致船舶相對(duì)于周?chē)浇Ｋ钠骄俣扰c船速值不相等，其差值稱(chēng)為回流速度(排開(kāi)流)，而引起水位下降，又由于船舶應(yīng)維持正浮狀態(tài)，船體就出現(xiàn)下沉。bowsternnhF0.41.02.01.8Subcritical rangeCritical rangeSupercritical range上浮下沉傅汝德數(shù)對(duì)首尾下沉量的影響亞臨界區(qū)臨界區(qū)超臨界區(qū)n船體下沉量的變化與船速有關(guān)，一般船速用傅汝德數(shù)Fnh=V/gh 表示，稱(chēng)為

22、水深傅汝德數(shù)n其變化的典型曲線見(jiàn)圖。一般將水深傅汝德數(shù)Fnh從0到首下沉量最大對(duì)應(yīng)的Fnh間，稱(chēng)為亞臨界區(qū) ，而將從此到 Fnh=1 間，稱(chēng)為臨界區(qū)，而將Fnh1間，稱(chēng)為超臨界區(qū)。n在亞臨界區(qū)，船舶近似平吃水下沉。通常，細(xì)長(zhǎng)型船會(huì)略有尾傾；對(duì)于豐滿型船，如油輪、內(nèi)河船，會(huì)略有首傾。在超臨界區(qū)，出現(xiàn)水位上升，因此，船舶上浮。n隨著船速的增加，從亞臨界向超臨界區(qū)過(guò)渡不是突然地出現(xiàn)，而是慢慢過(guò)渡，所以，將該區(qū)稱(chēng)為臨界區(qū)。在這個(gè)區(qū)中，船排開(kāi)的水不能繞過(guò)船舶的橫截面，將有一部分迅速升起的在船的前部而成為首波，因此，導(dǎo)致船首上浮，船尾下沉，所以，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的尾傾。n 3淺水域船首下沉量的估算淺水域船首下沉

23、量的估算n1）塔克（Tuck）等人在對(duì)船型作適當(dāng)假定的條件下給出了求平均下沉量S和縱傾變化的公式： 232)/)(30)/)(5.1rhBrhBFBLCLdLFBLCLdLS式中，CB為方形系數(shù)； L、B、d分別為船長(zhǎng)、船寬和船舶吃水（m）； L/B船舶長(zhǎng)寬比； Frh為水深的傅汝德數(shù)， ； H水深（m）；gHFsrh/n2）霍夫特結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了估算相對(duì)縱傾變化的公式 n式中，為船舶排水量（m3）。n3)美國(guó)Barrass對(duì)大型船下沉量計(jì)算公式：nS為重心處平均下沉量，V為船速（kn)n 322322)1 .0(1100.0(%)1 .0(1146.0(%)pprhrhpprhrhLFFL

24、LFFLS502VCSbn 3）查曲線n 求取首n 尾下沉n 量法n圖3一29 求取首、尾下沉量曲線n5）在有限寬淺航道中下沉量的計(jì)算1W1y1A1m2y2Ab1y1V2y2VnBarrass的公式n 阻塞系數(shù)n當(dāng)深度和寬度同時(shí)受到限制時(shí)，將同時(shí)發(fā)生淺水效應(yīng)和岸壁效應(yīng)，這兩種效應(yīng)相互疊加，使岸壁效應(yīng)和淺水效應(yīng)更加嚴(yán)重，這種效應(yīng)稱(chēng)為阻塞效應(yīng)。3008.2322sBVnCS122AAn 四、淺水對(duì)操縱性的影響四、淺水對(duì)操縱性的影響n 1淺水對(duì)舵力的影響n 2淺水對(duì)旋回性、航向穩(wěn)定性的影響n 3淺水對(duì)停船性能的影響1淺水對(duì)舵力的影響淺水對(duì)舵力的影響n在淺水中航行，由于渦流和伴流的增強(qiáng)導(dǎo)致了舵力的降低

25、， 且水深吃水比越小，舵力下降得越多；然而，當(dāng)螺旋槳轉(zhuǎn)速仍保持定值，考慮到淺水域中因船速減低導(dǎo)致螺旋槳滑失比得以提高，提高了螺旋槳的排出流的速度，以及淺水域中舵的下緣距海底較近導(dǎo)致舵的整流作用得以加強(qiáng)等因素的影響，又使前述舵力降低得到了補(bǔ)償。總的來(lái)看，舵力有所下降但下降不大。 2淺水對(duì)旋回性、航向穩(wěn)定性的影響淺水對(duì)旋回性、航向穩(wěn)定性的影響n淺水域，船舶虛慣矩、旋回阻矩均有較大增加，其中旋回阻矩的增加較虛慣矩增加得更快。故淺水中船舶旋回性變差，航向穩(wěn)定性變好。n圖3一30 淺水中Z形試驗(yàn)超越角的變化n圖3一31 螺旋試驗(yàn)中航向不穩(wěn)定區(qū)域的變化n圖3一32 同航速等舵角條件下淺水域與深水域中旋回初

26、徑的比較n圖3一33 DW27.8萬(wàn)噸油輪旋回試驗(yàn)記錄 n 圖3一34 淺水對(duì)加速旋回的影響 3淺水對(duì)停船性能的影響淺水對(duì)停船性能的影響n船舶駛于淺水域時(shí)，因船體下沉、首傾、興波增強(qiáng)、二維流增速等原因，船體阻力將有所增加。另外，也由于螺旋槳推進(jìn)效率的某些降低，故總的看來(lái)沖程會(huì)有一定程度的減小。特別表現(xiàn)在剛停車(chē)后余速較高的一段時(shí)間內(nèi)，淺水阻力較大的特點(diǎn)將有利于較快降速減小沖程，當(dāng)降速至較低船速時(shí)，因?yàn)樯鲜鲎饔靡蛩氐臏p弱，減速情況趨緩，所以對(duì)減小沖程的作用也將減弱。 五、岸壁效應(yīng)與狹水道保向五、岸壁效應(yīng)與狹水道保向n 1岸壁效應(yīng)岸壁效應(yīng)n水道寬度受限時(shí)，當(dāng)船舶偏航接近水道岸壁，因船體兩舷所受水動(dòng)力

27、不同，而出現(xiàn)的船舶整體吸向岸壁、船首轉(zhuǎn)向中央航道的現(xiàn)象稱(chēng)為岸壁效應(yīng)。 n2.彈性(Cushion)效應(yīng)：船舶以一定橫向速度接近岸壁過(guò)程中，作用于船體上的水動(dòng)力隨離岸距離的減小而增加。 1）岸吸（suction、attraction）與岸吸力n近岸壁航行時(shí)，船體被岸壁“吸攏”的現(xiàn)象稱(chēng)為岸吸。其原因在于作用于船體而其方向指向岸壁的岸吸力。該力F可按下式估算：n式中，F(xiàn)為岸吸力（N）；n W為水密度，為104.5kgsec2/m4；n L為船舶水線長(zhǎng)度（m）；n d為船舶吃水（m）；n CF為H/d=1.4時(shí)的岸吸力系數(shù)；n Vs為船舶速度（m/s）；n 為水深修正系數(shù)。2281. 9sFWVdLC

28、F 2）岸推（）岸推（repulsion）與岸推力矩）與岸推力矩n與岸吸產(chǎn)生的同時(shí)，船首轉(zhuǎn)向中央航道而“離岸”的現(xiàn)象稱(chēng)為岸推。其原因在于岸推力矩的作用，該力矩可按下式估算： xLYNB 3）岸壁效應(yīng)相關(guān)因素）岸壁效應(yīng)相關(guān)因素n實(shí)船操縱和模型試驗(yàn)均表明，岸壁效應(yīng)與下列因素有關(guān)： n（1）距岸越近、偏離中心航道越遠(yuǎn)岸壁效應(yīng)越明顯。但距離很小時(shí)，首搖力矩可能會(huì)減小。n（2）水道寬度越窄，岸壁效應(yīng)越激烈。n（3）水深越淺、岸壁效應(yīng)越明顯;當(dāng)h/d達(dá)到某一臨界值，在1.11.25之間時(shí)，船舶將發(fā)生“岸吸”現(xiàn)象；當(dāng)h/d小于上述數(shù)值范圍時(shí)，船舶將發(fā)生“岸推”現(xiàn)象，且岸推力矩顯著增大。 。n（4）船速越高，

29、岸壁效應(yīng)越激烈,橫向力和首搖力矩大致與前進(jìn)速度的平方成正比。特別在淺水中，船速的影響更加明顯。n（5）船型越肥大，岸壁效應(yīng)越明顯。n(6)螺旋槳的作用：右舷螺旋槳正車(chē)時(shí)，船尾將發(fā)生“岸吸”；在h/d較小，螺旋槳轉(zhuǎn)速為0時(shí)，“岸吸”可能會(huì)變成“岸推”。 2狹水道岸壁效應(yīng)的影響與保向狹水道岸壁效應(yīng)的影響與保向n 1）越近岸壁航行時(shí)，岸壁效應(yīng)越激烈，越難以保向,平均壓舵角高達(dá)5以上仍不足以保向，應(yīng)引起操船者重視，需盡可能使船舶的近岸距離增大，或降低船速，以保持船舶直航。n 2）水道寬度越小岸壁效應(yīng)越激烈，保向越困難n 3）船速越高越激烈n 4）水深越淺越激烈n 5）船型越肥大越激烈，保向越困難，要求

30、保向舵角越大 六、淺水域航行時(shí)的富余水深六、淺水域航行時(shí)的富余水深n 富余水深可由下式求出：n 富余水深海圖水深+當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)爻备叽办o止時(shí)的吃水 1確定富余水深應(yīng)考慮的主要因素確定富余水深應(yīng)考慮的主要因素n 1）船體下沉和縱傾變化，淺水域尤應(yīng)注意 首沉量。n 2）船體在波浪中的搖蕩，包括橫搖、縱搖 及垂蕩造成的實(shí)際吃水的可能變化。其 下沉量可分別近似求得如下： 橫搖時(shí)的吃水增量： 縱搖時(shí)的吃水增量：n3）圖標(biāo)水深精度。按照國(guó)際測(cè)深標(biāo)準(zhǔn)，海圖 的圖標(biāo)水深可能有如下等級(jí)的誤差： 水深范圍：20 m以下；允許誤差0.3m 水深范圍：20100m ；允許誤差1.0mn4）主機(jī)冷卻水進(jìn)口，如使用船底的海水

31、進(jìn) 口時(shí)，至少需有冷卻水進(jìn)口直徑1.52倍 的船底富余水深。n5）為安全操船而確保必要的操縱性所需的富 余水深。 n6) 其它方面n 海水與淡水的影響n假設(shè)為船舶可安全通過(guò)航道的最小水深 ，根據(jù)研究表明，可表示為n n其中，d 為船舶靜止時(shí)的吃水；nh為水深的誤差，包括海況、氣象等條件的變化引起的水深變化及海圖的水深誤差等；nh1 為船舶在靜水中運(yùn)動(dòng)時(shí)引起的吃水變化；nh2 為海浪引起船舶搖蕩而產(chǎn)生的吃水變化；nh3 為維持船舶有足夠的操縱能力應(yīng)保有的水深余量；nh4 為操縱負(fù)荷的不穩(wěn)定和操船引起縱傾和橫傾而使吃水的變化nh5 為海水、淡水比重變化而引起的吃水的變化。minhhhdhii51m

32、in2. 富余水深的確定經(jīng)驗(yàn)估算法富余水深的確定經(jīng)驗(yàn)估算法n歐洲引水協(xié)會(huì)（EMPA），對(duì)進(jìn)出鹿特丹、安特衛(wèi)普港的船舶建議采用如下的富余水深：外海水道 港外水道 港內(nèi) 船舶吃水的20% 船舶吃水的15% 船舶吃水的10% n荷蘭的Europort港，對(duì)于VLCC采用較上述值低5%的富余水深標(biāo)準(zhǔn)。 n馬六甲海峽、新加坡海峽對(duì)VLCC（DW15萬(wàn)噸）油輪及深吃水（d15m）船舶過(guò)境，規(guī)定了至少應(yīng)確保3.5m富余水深的義務(wù)。n日本獺戶(hù)內(nèi)海主要港口的富余水深標(biāo)準(zhǔn)為： 吃水在9m以?xún)?nèi)的船舶，取吃水的5% 吃水在912m的船舶，取吃水的8% 吃水在12m以上的船舶，取吃水的10%第四節(jié)第四節(jié) 船間效應(yīng)船間效

33、應(yīng)n一、船間效應(yīng)的現(xiàn)象及產(chǎn)生原因一、船間效應(yīng)的現(xiàn)象及產(chǎn)生原因n船舶在近距離上對(duì)駛會(huì)船、或追越、或駛過(guò)系泊船時(shí)，在兩船之間產(chǎn)生的流體作用，將使船舶出現(xiàn)互相吸引、排斥、轉(zhuǎn)頭、波蕩等現(xiàn)象，稱(chēng)之為船間效應(yīng)1.吸引與排斥吸引與排斥n航進(jìn)中的船舶，首尾處水位升高，壓力增高從而給靠近航行的他船以排斥作用，而船中部附近的水位下降，壓力降低，則給靠近航行的他船以吸引作用。（2）2.波蕩波蕩當(dāng)水質(zhì)點(diǎn)處于波峰時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向相同（向前運(yùn)動(dòng)）、處于波谷時(shí)則與波浪的傳播方向現(xiàn)反。n處于他船發(fā)散波中的船舶，由于相對(duì)于波的位置不同而受到加速或減速的現(xiàn)象，稱(chēng)之為波蕩或無(wú)索牽引。顯然，興波越激烈、追越船的吃水越小，

34、波蕩現(xiàn)象越明顯。引起興波的船舶排水量越大，船速越高，興波越激烈，而受到波蕩的船舶的船長(zhǎng)及排水量越小，波蕩現(xiàn)象越明顯3.轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)頭n處于他船發(fā)散波中的船舶，當(dāng)其船首向與他船發(fā)散波方向存在夾角時(shí)，即船舶斜向與發(fā)散波遭遇時(shí)，由于波中水質(zhì)點(diǎn)作軌園運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致波峰處的船體部分受波的前進(jìn)方向的力，而波谷處的船體部分則受相反方向的力，其結(jié)果構(gòu)成了力矩使船首轉(zhuǎn)頭。 二、影響船間效應(yīng)的因素n1.兩船間距越小，相互作用越大n船間作用力的大小約與兩船間橫距的4次方成反比；船間作用力矩約與兩船間橫距的3次方成反比。一般當(dāng)兩船間的橫距小于兩船船長(zhǎng)之和時(shí)，就會(huì)直接產(chǎn)生這種作用；兩船間橫距小于兩船船長(zhǎng)之和的一半時(shí)，相互作用明顯增加。兩船過(guò)度接近則有碰撞的危險(xiǎn)。n2. 船速越大，則興波越激烈，相互作用也 越大。船間作用力和力矩約與船速的平 方成正比。n3. 雙方航向相同比航向相反作用時(shí)間長(zhǎng)， 相互作用也更大。n4. 大小不同的兩船互相接近時(shí)，小船受到 的影響大。n5. 在淺窄的受限水域航行時(shí)，由于船體周 圍的水壓力的變化及興波均較深敞水域 中更為激烈，因此船間效應(yīng)也就比深水 中更為激烈。三、追越中兩船間的船間效應(yīng)及其預(yù)防三、追越中兩船間的船間效應(yīng)及其預(yù)防1. 當(dāng)追越船A接近被追越船B船尾時(shí)，易出現(xiàn)B船內(nèi)轉(zhuǎn)，擋住A船進(jìn)路而導(dǎo)致與A船近乎觸碰的危險(xiǎn)。同理，當(dāng)A船船尾接近B船首時(shí)，易出現(xiàn)A船內(nèi)轉(zhuǎn)，擋住B船進(jìn)路