外界因素對(duì)操船的影響和效應(yīng)

1、外界因素對(duì)操船的影響和效應(yīng)第一節(jié) 風(fēng)對(duì)操船的影響第二節(jié) 流對(duì)操船的影響第三節(jié) 受限水域的影響第四節(jié) 船間效應(yīng)一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩三、風(fēng)致偏轉(zhuǎn)四、風(fēng)致漂移 五、強(qiáng)風(fēng)中操船的可保向界限第一節(jié) 風(fēng)對(duì)操船的影響1. 風(fēng)力船舶水面以上面積(簡(jiǎn)稱受風(fēng)面積)的風(fēng)壓總和稱為風(fēng)壓力。風(fēng)壓力的作用改變了船舶的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，進(jìn)而改變了船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。船舶所受的風(fēng)力可用Hughes公式予以估算： 式中： a 為空氣密度，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

2、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）；作用于船舶的風(fēng)壓力大小與風(fēng)速、受風(fēng)面積、風(fēng)舷角以及船型(風(fēng)壓力系數(shù))等因素有關(guān)。風(fēng)速增加，風(fēng)壓力也增大。在風(fēng)速、風(fēng)向一定的情況下，受風(fēng)面積越大，風(fēng)壓力也就越大，例如，船舶壓載狀態(tài)比滿載狀態(tài)受風(fēng)面積大；集裝箱船和客船比油船和散貨船受風(fēng)面積大，則風(fēng)壓力也相應(yīng)較大。 1）風(fēng)力系數(shù)Ca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LNG、VLCC油船，它們的風(fēng)壓系數(shù)和較??；而受風(fēng)面積較大的客船、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

3、，隨著吃水的增大，風(fēng)壓系數(shù)值略有減小。VLCC船舶滿載時(shí)的風(fēng)壓力矩系數(shù)與其他類型船舶比較，有明顯的差別，在=0180范圍內(nèi)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)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。風(fēng)力系數(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。 除VLCC船外，對(duì)于同一類船型，風(fēng)壓系數(shù)取決于相對(duì)風(fēng)舷角的大小。當(dāng)相對(duì)風(fēng)舷角0或180時(shí)，風(fēng)壓系數(shù)最小。頂風(fēng)和順風(fēng)僅對(duì)船速有影響

4、，而對(duì)橫向運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)沒(méi)有影響；當(dāng)相對(duì)風(fēng)舷角30或160時(shí)，風(fēng)壓系數(shù)為最大，這時(shí)風(fēng)對(duì)船速的影響最大，并對(duì)橫向運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)都有影響；當(dāng)相對(duì)風(fēng)舷角5060或120140時(shí)，則風(fēng)不但對(duì)船速有影響，且對(duì)橫向運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)影響最大，當(dāng)相對(duì)風(fēng)舷角90時(shí)，這說(shuō)明橫風(fēng)對(duì)船速?zèng)]有影響，對(duì)橫向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響最大，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)影響較小。對(duì)于滿載VLCC船舶，當(dāng)相對(duì)風(fēng)舷角135140時(shí)，其風(fēng)壓力矩系數(shù)最大，說(shuō)明該方向來(lái)風(fēng)最不易保向。2）風(fēng)力作用中心位置a/Lpp風(fēng)壓力中心位置是指受風(fēng)面積中心沿縱向的位置， 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，其值大約在之間 風(fēng)壓力中心的位置

5、由巖井聰給出一個(gè)估算式當(dāng)由001800變化時(shí)，a/Lpp在都在范圍之間。當(dāng)=900左右即船舶正橫風(fēng)時(shí)，pp，即風(fēng)壓力中心在船中附近，當(dāng)900時(shí)，a中心之后平吃水時(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。 3）風(fēng)力角風(fēng)壓力Fa與船首尾線的夾角 ，稱為風(fēng)壓力角式中，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：風(fēng)壓力角取決于相對(duì)風(fēng)舷角、受風(fēng)面積以及船型等因素。一般船舶側(cè)面受風(fēng)面積遠(yuǎn)大于正面受風(fēng)面積，且在不是頂風(fēng)或順風(fēng)時(shí)，橫向風(fēng)壓力系數(shù)通常大于縱向風(fēng)壓力系數(shù)，因此，風(fēng)壓力的方向總是

6、較風(fēng)的來(lái)向更接近于正橫方向。風(fēng)壓力角隨相對(duì)風(fēng)舷角的變化而變化，當(dāng)相對(duì)風(fēng)舷角0或180時(shí)，風(fēng)壓力角0或180，即頂風(fēng)或順風(fēng)時(shí)不產(chǎn)生橫向風(fēng)壓力；當(dāng)90時(shí)，風(fēng)壓力角90，即橫風(fēng)時(shí)不產(chǎn)生縱向風(fēng)壓力；當(dāng)風(fēng)舷角為40140時(shí)，風(fēng)壓力角80100。 2.風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩與風(fēng)力有相類似的表達(dá)形式，即：式中，Na為風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩（Nm）； CNa為風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩系數(shù)； L為船長(zhǎng)；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。 NaFasin(lGa) Fasin(L/2a)式中，lG為船舶重心至船首的距離。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

7、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。 NaFasina （船首固定時(shí)） NaFasin(La) （船尾固定時(shí)）另外：l風(fēng)速變動(dòng)不明顯時(shí)，可取平均風(fēng)速；l強(qiáng)風(fēng)中，可取倍平均風(fēng)速；l風(fēng)暴中，可取倍平均風(fēng)速。二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩1. 水動(dòng)力1）水動(dòng)力的大小當(dāng)船舶與周圍的水存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，船舶所受的水動(dòng)力FW可用下式估算：式中，F(xiàn)W為水動(dòng)力（N）； W為水密度，為sec2/m4； 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；W為船舶與水的相對(duì)速度（m/s）； L為船舶水線長(zhǎng)度（m）； d為船舶吃水（m）；在深水中，超大型船舶的

8、縱向附加質(zhì)量mxm；橫向附加質(zhì)量mym；附加慣性矩Jzm。2）水動(dòng)力角：水動(dòng)力角是指水動(dòng)力合力方向與船舶首尾線之間的交角 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)力角總是較漂角更接近正橫方向。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：3）水動(dòng)力作用中心水動(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漸次移至處?？蛰d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。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)船力矩可以表達(dá)

9、成與水動(dòng)力相類似的形式， 即：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變化而變化。影響船體水動(dòng)力的因素 船舶的幾何特征船舶的運(yùn)動(dòng)特征航行水域的幾何特征三、風(fēng)致偏轉(zhuǎn)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1. 船舶靜止中GAFaWFwGAFaWFw船首順風(fēng)船首迎風(fēng)2. 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：（1）船舶在靜止中或船速

10、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左右向下風(fēng)漂移。（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。（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，并受倒車橫向力的影響，船尾不一定迎風(fēng)。四、風(fēng)致漂移 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)稱為風(fēng)致漂移。 1. 停

11、船時(shí)的漂移速度2. 航行中的風(fēng)致漂移速度1. 停船時(shí)的漂移速度停船時(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：有估算式：Va為風(fēng)速（m/s）； L為船舶水線面長(zhǎng)度（m）； d船舶實(shí)際平均吃水（m）； Ba船體水線以上側(cè)面積（m2）。 空載時(shí)： 滿載時(shí)：2. 航行中的風(fēng)致漂移速度根據(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：式中， 為船舶航行中的漂移速度（m/s）； 為停船時(shí)的漂移速度（m/s）； 為船舶航行速度（kn）。五、強(qiáng)風(fēng)中操船的可保向界限圖319 強(qiáng)風(fēng)中操船的可保向界限曲線 由圖可知：1）風(fēng)舷角6001200時(shí)，曲線位置較低，可保向范圍

12、小。 2）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。 3）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。 4）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。另外，對(duì)于不同類型的船舶而言，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)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) 流對(duì)操船的影響一、流對(duì)船速、沖程的影響二、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)停車后降速過(guò)程非常緩慢的特點(diǎn)，一方面應(yīng)及早

13、停車淌航，另一方面應(yīng)及時(shí)地運(yùn)用倒車、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1. 流對(duì)舵力、舵效的影響舵力及其轉(zhuǎn)船力矩與舵對(duì)水的相對(duì)速度的平方成正比，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，且易把定，操縱為靈活。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.2. 流對(duì)旋回的影響根據(jù)經(jīng)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：Dd c t80式中：Dd為旋回中的流致漂移距離（m）； c為流速（m/s）； t為掉頭所用的時(shí)間（s）。掉頭所用的時(shí)

14、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： 噸位： 旋回1800約需時(shí)間： 萬(wàn)噸 3.0min 萬(wàn)噸 萬(wàn)噸 萬(wàn)噸 萬(wàn)噸 第三節(jié) 受限水域的影響 一、受限水域影響的概況 二、移動(dòng)阻力的增加及航行于淺水時(shí)的降速 三、航行中船體下沉與縱傾變化 四、淺水對(duì)操縱性的影響 五、岸壁效應(yīng)與狹水道保向 六、淺水域航行時(shí)的富余水深受限水域是指對(duì)于所操縱的船舶而言水深較淺的水域和寬度較窄的水道。 一、受限水域影響的概況1. 出現(xiàn)受限水域影響的水深及航道寬度 2. 淺水影響概要3. 窄水影響概要 1出現(xiàn)受限水域影響的水深及航道寬度 1）水深 相對(duì)而言，因船有大小之分，故是否屬于淺水域應(yīng)依水

15、深與船舶吃水之比H/d而定, H/d值，也稱為相對(duì)水深，在船舶操縱中是一個(gè)很重要的概念。根據(jù)霍夫特的研究可作如下界定。（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?。?）從出現(xiàn)對(duì)船體橫向運(yùn)動(dòng)的影響來(lái)區(qū)分，以為界作淺水域?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。（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)以來(lái)界定。 2）航道寬度 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。 （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/L

16、1來(lái)界定。 應(yīng)注意的是，上述航道寬度W是指航道的底部寬度，而非平均寬度和水面寬度。 2淺水影響概要從船舶運(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。 1）船舶阻力增大，船速降低；同轉(zhuǎn)速下船速較深水域?yàn)榈汀?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。 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)。 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： l) 船舶整體將被吸（壓）向岸壁（所謂岸吸作用） 2)船首

17、將轉(zhuǎn)向航道中央（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 1移動(dòng)阻力的增加 1）船舶的虛質(zhì)量及虛慣矩在深水中，船舶沿其前后方向的附加質(zhì)量?jī)H為船舶質(zhì)量的倍；橫向附加質(zhì)量為船舶質(zhì)量的倍；繞Z軸的附加慣矩則為船體慣矩的倍左右。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/d時(shí)，這種增加倍數(shù)將急劇增大。圖3一22 淺水中船舶的附加質(zhì)量 圖3一23 淺水中船舶的附加慣矩圖3一24 淺水域有岸壁影響時(shí)的橫向阻力系數(shù) 3）航行于淺水時(shí)的降速?gòu)纳钏蛞源亳側(cè)霚\水域時(shí)，其船速的表達(dá)式為：圖中， 為船中水線下橫剖面積的平

18、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圖3一25 淺水域中的船舶降速率 三、航行中船體下沉與縱傾（trim）變化 1航行于深水域中的船體下沉與縱傾 1）與船型的關(guān)系 2）與船速的關(guān)系 傅汝德數(shù)Fr=V/gL 時(shí)開(kāi)始下沉； Fr0.3,尾下沉開(kāi)始大于首下沉 Fr0.6,尾傾增大，船舶開(kāi)始上浮。圖3一28 船舶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傾成因：主要是由于淺窄航道的阻塞效應(yīng)，導(dǎo)致船舶相對(duì)于周圍附近海水的平均速度與船速值不相等，其差值稱為回流速度(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

19、現(xiàn)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)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，稱為水深傅汝德數(shù)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，稱為亞臨界區(qū) ，而將從此到 Fnh=1 間，稱為臨界區(qū)，而將Fnh1間，稱為超臨界區(qū)。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。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

20、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。 3淺水域船首下沉量的估算1）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： 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）；2）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 式中，為船舶排水量（m3）。3)美國(guó)Barrass對(duì)大型船下沉量計(jì)算公式：S為重心處平均下沉量，V為船速（kn) 3）查曲線 求取首 尾下沉 量法圖3一29 求取首、尾下沉量曲線5）在有限寬淺航道中下沉量的計(jì)算Bar

21、rass的公式 阻塞系數(shù)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)稱為阻塞效應(yīng)。阻塞效應(yīng)與船舶橫截面積和航道橫截面積之比有關(guān)。該比值越大，阻塞效應(yīng)越明顯。 四、淺水對(duì)操縱性的影響 1淺水對(duì)舵力的影響 2淺水對(duì)旋回性、航向穩(wěn)定性的影響 3淺水對(duì)停船性能的影響1淺水對(duì)舵力的影響在淺水中航行，由于渦流和伴流的增強(qiáng)導(dǎo)致了舵力的降低， 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

22、因素的影響，又使前述舵力降低得到了補(bǔ)償?？偟膩?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。圖3一30 淺水中Z形試驗(yàn)超越角的變化圖3一31 螺旋試驗(yàn)中航向不穩(wěn)定區(qū)域的變化圖3一32 同航速等舵角條件下淺水域與深水域中旋回初徑的比較圖3一萬(wàn)噸油輪旋回試驗(yàn)記錄 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

23、的減小。特別表現(xiàn)在剛停車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 1岸壁效應(yīng)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)象稱為岸壁效應(yīng)。 2.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）與岸吸力近岸壁航行時(shí)，船體被岸壁“吸攏”的現(xiàn)象稱為岸吸。其原因在于作用于船體而其方向指向岸壁

24、的岸吸力。該力F可按下式估算：式中，F(xiàn)為岸吸力（N）； W為水密度，為sec2/m4； L為船舶水線長(zhǎng)度（m）； d為船舶吃水（m）； CF為時(shí)的岸吸力系數(shù)； Vs為船舶速度（m/s）； 為水深修正系數(shù)。 2）岸推（repulsion）與岸推力矩與岸吸產(chǎn)生的同時(shí)，船首轉(zhuǎn)向中央航道而“離岸”的現(xiàn)象稱為岸推。其原因在于岸推力矩的作用，該力矩可按下式估算： 3）岸壁效應(yīng)相關(guān)因素實(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)： （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。（2）水道寬度越窄，岸壁效應(yīng)越激烈。（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，

25、在之間時(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。 。（4）船速越高，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。（5）船型越肥大，岸壁效應(yīng)越明顯。(6)螺旋槳的作用：右舷螺旋槳正車時(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”。(7)岸壁的幾何形狀的影響：岸壁的坡度、淹沒(méi)率、穿透率等幾何參數(shù)(如圖3-3-4所示對(duì)岸壁效應(yīng)影響較大。 2狹水道岸壁效應(yīng)的影響與保向 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

26、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。 2）水道寬度越小岸壁效應(yīng)越激烈，保向越困難 3）船速越高越激烈 4）水深越淺越激烈 5）船型越肥大越激烈，保向越困難，要求保向舵角越大 六、淺水域航行時(shí)的富余水深 富余水深可由下式求出： 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 1）船體下沉和縱傾變化，淺水域尤應(yīng)注意 首沉量。 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：3）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

27、： 水深范圍：20 m以下；允許誤差 水深范圍：20100m ；允許誤差4）主機(jī)冷卻水進(jìn)口，如使用船底的海水進(jìn) 口時(shí)，至少需有冷卻水進(jìn)口直徑2倍 的船底富余水深。5）為安全操船而確保必要的操縱性所需的富 余水深。 6) 其它方面 海水與淡水的影響假設(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 其中，d 為船舶靜止時(shí)的吃水；h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；h1 為船舶在靜水中運(yùn)動(dòng)時(shí)引起的吃水變化；h2 為海浪引起船舶搖蕩而產(chǎn)生的吃水變化；h3 為維持船舶有足夠的操縱能力應(yīng)保有的水深余量；h4 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

28、的變化h5 為海水、淡水比重變化而引起的吃水的變化。2. 富余水深的確定經(jīng)驗(yàn)估算法歐洲引水協(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% 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)。 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)確保富余水深的義務(wù)。日本獺戶內(nèi)海主要港口的富余水深標(biāo)準(zhǔn)為： 吃水在9m以內(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) 船間效應(yīng)一、

29、船間效應(yīng)的現(xiàn)象及產(chǎn)生原因船舶在近距離上對(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，稱之為船間效應(yīng)1.吸引與排斥航進(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。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，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

30、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1.兩船間距越小，相互作用越大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)。2. 船速越大，則興波越激烈

31、，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。3. 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。4. 大小不同的兩船互相接近時(shí)，小船受到 的影響大。5. 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，而導(dǎo)致與B船船首觸碰的危險(xiǎn)。三、追越中兩船間的船間效應(yīng)及其預(yù)防2. A，B兩船有部分重疊時(shí)，兩船回轉(zhuǎn)力矩先后達(dá)到最大值，將出現(xiàn)危險(xiǎn)的轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)。在這種情況下易出現(xiàn)追越船A船船首突然內(nèi)轉(zhuǎn)，碰撞被追越船B的船中或船尾的現(xiàn)象。同理，當(dāng)A船船首追過(guò)B船，兩船有部分重疊時(shí)，也將出現(xiàn)危險(xiǎn)的轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)，被追越船B船的船首碰撞追越船