船舶操縱第六章

船舶操縱第六章1第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)船舶在波浪中的運動一、波浪及其要素二、波浪要素的簡單估算三、波浪的分類及其特點四、船在波浪中的運動2第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、波浪及其要素

波浪是指水質(zhì)點在重力和表面張力作用下以其原有平衡位置為中心，在垂直方向上作周期性圓周運動的現(xiàn)象。

表征波浪特征的幾何要素見圖。波高H—波形最高點與波形最低點之間的垂直距離(m)。波浪周期T—水質(zhì)點每回轉(zhuǎn)一次所需時間(s)。波速C—波形向前移動的速度(m/s)波長λ—兩個相鄰波峰或波谷間的水平距離(m)波陡H/λ—波高與波長的比。3第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月二、波浪要素的簡單估算1、規(guī)則波波數(shù)和波頻率的計算：2、不規(guī)則波波列：經(jīng)過一定時間的觀測，將觀測到的波高按從大到小依序排列起來即為波列。其中有1/10波的波高是平均波高的2倍，稱之為最大波高(hw/10）；有1/3波的波高是平均波高的1.6倍，稱之為三一平均波高或有義波高(hw/3）。人們在海上目測的波高很接近有義波高?？梢杂脕泶_定最大有義波的波長：4第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三、波浪的分類及其特點1、風(fēng)浪及涌浪按成因分類：風(fēng)浪、海嘯、潮波和船行波。海洋中的波浪主要是風(fēng)浪，風(fēng)區(qū)內(nèi)的波稱為波浪(T<10s)，離開風(fēng)區(qū)的波為涌浪(T>10s)當水深h與波長λ的比即h/λ≤20時的波浪稱為淺水波。淺水波的波速,可見淺水波的波速與波長和周期無關(guān)，與水深的平方根成正比。按波長分類：長波（淺水波）和短波（深水波）。2、淺水區(qū)波浪5第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三、波浪的分類及其特點3、波浪破碎4、波浪的折射與干擾當波浪由深海傳播至淺海時，由于水深變淺，波谷處水分子速度下降，波形向前傾倒，導(dǎo)致波浪破碎。波浪破碎時約有60%的波浪能量逸出，會對船舶產(chǎn)生較大的沖擊力。波浪折射將導(dǎo)致波峰線與海岸平行。波浪的相互干擾將形成三角浪，或周期性的幾個小浪后接著幾個大浪。5、災(zāi)害性海浪可能對船舶引起災(zāi)害的海浪稱為災(zāi)害性海浪。是一個相對的概念。小型船如游艇，漁船2.5-3m;1000-10000t的沿海近海船4-6m;50000t級的遠洋船6-8m;20萬噸以上的大船，9m以上。6第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月四、船在波浪中的運動1、船舶在波浪中的搖蕩2、波浪遭遇周期1）定義：波浪相對于運動中的船舶的周期稱為波浪遭遇周期，一般用TE表示。7第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月四、船在波浪中的運動2）波浪遭遇周期的計算遭遇周期：上式中當船速V為零時，遭遇周期即為波浪周期。相對波速：8第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月四、船在波浪中的運動3、波向角及船舶搖擺程度4、諧搖運動及其危害當船舶自由搖擺周期及（或頻率）近似等于遭遇周期（或頻率）時，船舶將發(fā)生諧搖運動。橫向諧搖可能造成船舶橫傾角過大，甚至傾覆?？v向諧搖可能產(chǎn)生拍底、飛車以及船體結(jié)構(gòu)強度受損。9第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)船舶搖擺幅度及影響因素一、橫搖運動二、縱搖運動三、垂蕩運動10第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、橫搖運動1、橫搖擺幅式中：——最大波面角，；

TR——船舶橫搖周期（s）；

TE——波浪周期（s）。

船舶在規(guī)則波中的強制橫搖擺幅一般用橫搖角表示，近似計算公式為：11第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、橫搖運動

從上式可見，船在波浪中橫搖的大小，除與最大波面角有關(guān)外，主要取決于船舶本身的固有橫搖周期TR與波浪周期的比值。當舶的橫搖周期比波浪周期小，則船舶橫搖較快，甲板與波面經(jīng)常保持平行，很少上浪，但船體所受慣性力較大。當船舶的橫搖周期比波浪周期大，則橫搖較慢，并且與波浪不協(xié)調(diào)，船舷易與波浪撞擊，甲板上上浪較多。當二者的周期接近相等，船舶搖擺最劇烈，橫搖角越搖越大，將會導(dǎo)致船舶傾覆。這種現(xiàn)象稱為橫諧搖。12第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、橫搖運動2、減輕橫搖的措施1）調(diào)整船舶自由橫搖周期2）調(diào)整波浪遭遇周期船舶自由橫搖周期公式為：調(diào)整航向和航速式中：TR—船舶固有橫搖周期(s)即自一舷橫傾至另一舷再回到初始橫傾位置所需的時間；

B—船寬（m）；

GM—初穩(wěn)性高度（m）；

C—橫搖周期系數(shù)，客船為0.75~0.85；貨船為

0.7~0.8；油船（重載）為0.7~0.75；油船（空載）為0.74~0.94；漁船為0.76~0.88；13第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月二、縱搖運動1、縱搖擺幅船舶在波浪中的縱搖幅度為縱搖擺幅。一般用縱搖角表示，其大小與遭遇周期、船速、以及波長與船速的比λ/L有關(guān)。14第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月二、縱搖運動2、減輕縱搖的措施船舶自由縱搖周期近似估算公式為：式中：TP——船舶縱搖周期（S）：

L——船長（m）；

CP——縱搖周期系數(shù)，客船為0.45～0.55，客貨船為0.54～0.64，貨船為0.54～

0.72，油船（尾機）為0.80~0.91。減小縱搖擺幅的措施為調(diào)整船速和(或)航向?？v向受浪時，由于船舶的縱搖質(zhì)量慣矩和水的阻尼力矩很大，同時縱向穩(wěn)性也較大，所以在波浪的作用下產(chǎn)生的縱搖擺幅比橫搖的小，縱傾角一般不超過最大波面角。15第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三、垂蕩運動1、垂蕩振幅船舶在波浪中的垂蕩幅度成為垂蕩振幅。一般用垂蕩位移表示。其大小與遭遇周期、船速、以及波長與船速的比λ/L有關(guān)。16第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月三、垂蕩運動船舶垂蕩周期的估算公式為：2、減輕垂蕩的措施式中：TH—船舶垂蕩周期（s）；

d—船舶平均吃水（m）。減小縱搖擺幅的措施為調(diào)整船速和(或)航向。17第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)縱向受浪的危害一、頂浪或偏頂浪的危害二、順浪或偏順浪的危害三、順浪或偏順浪避免危險的方法18第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、頂浪或偏頂浪的危害1、拍底在激烈的縱搖和垂蕩中，當船首升起后下落而與波的向上運動相撞擊時產(chǎn)生的現(xiàn)象，稱為拍底。它使船首底部，甚至在整個首垂線后1／4船長區(qū)域和波浪表面發(fā)生沖擊，產(chǎn)生很大的應(yīng)力，將導(dǎo)致首部結(jié)構(gòu)的損傷。拍底時船體發(fā)生劇烈的振動。1）船長與波長相當?shù)臅r會產(chǎn)生劇烈的拍底。海上的波長在80～140m之間，因此，如船長在這個范圍內(nèi)，則易發(fā)生拍底。19第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、頂浪或偏頂浪的危害2）d/L＜5%。吃水與船長之比值小時易產(chǎn)生拍底。一般空船時拍底嚴重，2/3載以上則不易發(fā)生拍底。3）船速是產(chǎn)生拍底的重要因素，根據(jù)Lehman的研究，當Fr處于0.14~0.21范圍內(nèi)時容易產(chǎn)生拍底。3）方形系數(shù)及棱形系數(shù)大的船，沖擊力也大。U型船首比V型船首遭受拍擊的次數(shù)多，強度也大。依上所述，為了減少拍底，應(yīng)：①保持船首吃水大于1/2滿載吃水；②避免縱搖和垂蕩的諧振；③減速，保持船速在Fn=0.1左右。20第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、頂浪或偏頂浪的危害2、甲板上浪3、螺旋槳空轉(zhuǎn)

打在甲板上的海水可看作是自由液面對穩(wěn)性的影響，嚴寒時還有結(jié)冰的危險。同時浪的作用還會使甲板設(shè)備、上層建筑直接遭受破壞。特別是裝有甲板貨時，易造成貨物移動，危及船舶的安全。甲板上浪與船首干舷高度、船速及相對波高（/L）有關(guān)。船首干舷越低，船速越大，波高越高，甲板上浪也越厲害。為了減少甲板上浪，首先要降低船速；其次是選擇盡可能緩解搖擺的航向。21第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、頂浪或偏頂浪的危害3、螺旋槳空轉(zhuǎn)

劇烈的縱搖和垂蕩會使螺旋槳的一部分或全部周期性地露出水面，發(fā)生螺旋槳空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，俗稱打空車?？辙D(zhuǎn)時，螺旋槳效率顯著下降，船速下降，螺旋槳、軸系和船體產(chǎn)生很大的震動，同時使它們受到很大的沖擊應(yīng)力，隨時有可能受損?？沾瑺顟B(tài)更容易產(chǎn)生空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為了減輕空轉(zhuǎn)現(xiàn)象和防止槳葉等受損，應(yīng)保持槳葉沒入水中20～30%軸的螺旋槳直徑，當出現(xiàn)空轉(zhuǎn)時，可及時調(diào)整航向和速度以減輕船舶搖蕩。22第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月二、順浪或偏順浪的危害1、沖浪和打橫2、橫穩(wěn)性降低當船舶位于波峰時，由于排水體積減少，將使穩(wěn)性降低。當波長為船長的1～2倍時，且波高很大，船舶可能完全喪失穩(wěn)性。船舶位于波峰的前部時，可能被波浪加速而騎在波峰上，類似于沖浪運動員位于波峰之前的情況，故稱沖浪。當發(fā)生沖浪時，波浪力的作用可能使船舶航向發(fā)生突變，即發(fā)生打橫現(xiàn)象。23第23頁，課件共