大風(fēng)浪中的船舶操縱

1、2.5 大風(fēng)浪中的船舶操縱惡劣天氣下的船舶操縱及波浪概述 知識(shí)點(diǎn)1：惡劣天氣下的船舶操縱 惡劣天氣下的船舶操縱主要指大風(fēng)浪中的船舶操縱。船舶在海上航行，不但受到風(fēng)、流的影響，還受到波浪的影響。大的波浪不但影響船舶的運(yùn)行效率，而且還危及人命和船舶的安全。為避免船舶在大風(fēng)浪中的危險(xiǎn)情況，需要了解風(fēng)浪的特性、風(fēng)浪對(duì)船舶的影響以及風(fēng)浪中的操船。 知識(shí)點(diǎn)2：波浪概述 波浪是指水質(zhì)點(diǎn)在重力以及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軌圓運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，即波浪傳送能量不傳送質(zhì)量。 波形是指位移對(duì)于質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)的曲線形狀。它是在波的傳播過程中，由波線上一系列質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻的位移的點(diǎn)所連接而成的曲線圖

2、形。 圖2-2(a)給出了表示波形的空間坐標(biāo)系，其坐標(biāo)原點(diǎn)O位于靜水時(shí)的水平面上，z為指向上方垂直于該水平面的坐標(biāo)軸，x為指向波浪傳播方向的坐標(biāo)軸。表示波形的時(shí)間歷程的坐標(biāo)系。圖2-2(b)給出了表示波形的時(shí)間歷程的坐標(biāo)系。圖2-2 波形在空間的坐標(biāo) 用于描述海浪的特征的物理量稱為波浪要素，主要包括波高、波周期、波長(zhǎng)和波速等等。 1波峰、波谷、振幅與波高 波形最突起的地方或波面的最高處稱為“波峰”，波峰處的縱向位移為正向最大值。同理，波形最凹下的地方或波面的最低處稱為“波谷”，波谷處的縱向位移為反向最大值。振幅是用來表示波浪強(qiáng)弱的物理量，它是指從靜止水平面至波峰或波谷的距離，一般用符號(hào)a表示。

3、 波高指相鄰波峰或波谷間的垂直距離，一般用符號(hào)H表示，顯然，波高等于2倍的振幅，即Ha=2a。 2波浪周期 波浪完成一次波動(dòng)所需要的時(shí)間或兩個(gè)波峰（或波谷）相繼通過一固定點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為“波浪周期”，簡(jiǎn)稱“波周期”，一般用符號(hào)T表示。波浪的顯著特點(diǎn)是周期性，即位移、速度、加速度，經(jīng)過一定時(shí)間之后又重復(fù)地回到原來的數(shù)值。根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)原理，有T=2/ 其中，為“角頻率”，也稱波浪頻率。 3波速 波速指波傳播的速度，一般用符號(hào)c表示。波速取決于水的慣性和彈性，而與波的頻率無關(guān)。波速有兩種含義，在物理意義上有明顯的區(qū)別。 （1）相速度：等相位面或波峰（或波谷）在單位時(shí)間內(nèi)的水平位移。我們平時(shí)所說的

4、“波速”指的就是“相速度”。 （2）群速度：即群波傳播能量的速度。群波是由一系列波長(zhǎng)和頻率不同的波疊加而成的合成波，則群波的波形將隨時(shí)間變化。若各個(gè)分波在水中傳播的相速度各不相同，其振幅最大部分的運(yùn)動(dòng)速度稱為群波的群速度。其值約為相速度（波速）的一半。 4波長(zhǎng) 沿著波的傳播方向，兩相鄰的同相位水質(zhì)點(diǎn)或兩相鄰的波峰（或波谷）間的水平距離叫做“波長(zhǎng)”。一般用符號(hào)表示。波長(zhǎng)是指任意兩個(gè)相位差為2的水質(zhì)點(diǎn)之間的距離。由波速、波長(zhǎng)的定義可知：在水質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)，振動(dòng)狀態(tài)傳播的距離恰是一個(gè)波長(zhǎng)，所以=c/或=cT 式中，表示波頻率。波長(zhǎng)、波速和頻率，稱為波浪的三要素。 5波陡 指波高與波長(zhǎng)之比（H/

5、），它是用來描述波形的陡峭程度。 6波浪要素的估算 波浪前進(jìn)時(shí)，水面上每個(gè)水分子都沿直徑和波高相等的圓形軌道運(yùn)動(dòng)。波峰上水分子運(yùn)動(dòng)方向與波浪前進(jìn)方向一致，則波峰比較陡峭；波谷中水分子運(yùn)動(dòng)方向卻與波浪前進(jìn)方向相反，則波谷比較平坦，故稱為坦谷波。 （1）規(guī)則波 海浪可以被認(rèn)為由很多簡(jiǎn)單、規(guī)則的諧波所組成，每個(gè)諧波有其自身的振幅、波長(zhǎng)（或周期或頻率）以及傳播方向，這種簡(jiǎn)單、規(guī)則的諧波稱為規(guī)則波。規(guī)則波實(shí)際上是一種假定的波浪，盡管其與實(shí)際波浪有一定的差異，但它使復(fù)雜的船舶在波浪中的運(yùn)動(dòng)問題大為簡(jiǎn)化，故在許多研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 根據(jù)波浪余擺線理論，波浪可用正弦或余弦波表示，則波浪要素之間有如下

6、關(guān)系： （2-1） 其中：k波數(shù)（rad/m）； 波的頻率（rad/s）； 根據(jù)勢(shì)流理論，對(duì)于深水中的波浪，有 （2-2） k由上述公式，得到坦谷波的波速和波浪周期與波長(zhǎng)間的如下關(guān)系： （2-3） 值得注意的是，式（2-3）僅適用于深水中的規(guī)則波。 （2）不規(guī)則波 實(shí)際上，海浪是極其不規(guī)則的。對(duì)于不規(guī)則波的描述采用實(shí)際觀測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來表示。經(jīng)過一定時(shí)間觀測(cè)，將觀測(cè)到的波高按從大到小依序排列起來，形成一個(gè)波列，則該波列中最大的波高稱為最大波，記為Hmax，對(duì)應(yīng)的周期為Tmax。 取該波列中最高的一部分波的波高的算術(shù)平均值，稱為“部分大波的平均波高”。如取波列中波高較大的1/10個(gè)波高算術(shù)平均值，稱

7、為1/10最大波高，記為H1/ 10，所對(duì)應(yīng)之周期之平均值稱為1/10最大周期，記為T1/10，據(jù)對(duì)海上不規(guī)則波進(jìn)行統(tǒng)計(jì)1/10最大波高是平均波高的2.0倍；如取波列中波高較大的1/3個(gè)波高算術(shù)平均值，稱為1/3最大波高，也稱為有義波高，有時(shí)也稱作有效波，記為H1/3，它是波浪預(yù)報(bào)的一個(gè)重要指標(biāo)。人們?cè)诤Ｉ夏繙y(cè)的波高非常接近有義波高。所對(duì)應(yīng)周期的平均值稱為1/3最大波周期，記為T1/3，也稱為有義波周期。 常把有義波高H1/3設(shè)為1，則用統(tǒng)計(jì)法可求得平均波高Hm為0.63，H1/10為1.27，H1/100為1.61。 有義波高可用來確定最大有義波長(zhǎng)和最大能量波長(zhǎng)，即 最大有義60H1/3 最

8、大能量40H1/3 根據(jù)這兩個(gè)波長(zhǎng)可以估計(jì)出某船在該不規(guī)則波中航行時(shí)的搖擺情況。 船舶在波浪的運(yùn)動(dòng) 知識(shí)點(diǎn)1：船舶在波浪的運(yùn)動(dòng) 船舶在波浪作用下，沿著和圍繞著通過船舶重心的X、Y、Z軸作線性運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。各搖蕩運(yùn)動(dòng)的名稱為： X軸縱蕩和橫搖； Y軸橫蕩和縱搖； Z軸垂蕩和首搖； 其中對(duì)船舶安全有威脅的搖擺是橫搖、縱搖和垂蕩。改變航向和（或）船速，可以改變船舶的搖蕩程度。船舶在波浪中的搖蕩程度取決于作用于船舶的外力和外力矩以及船舶本身的運(yùn)動(dòng)性能。 知識(shí)點(diǎn)2：波浪遭遇周期 設(shè)船舶以與波浪方向成一定的交角和船速V在波浪中運(yùn)動(dòng)，則波浪相對(duì)于船舶的傳播速度為VE=c + Vcos （2-4）式中：VE

9、相對(duì)波速（m/s）； c波速（m/s）； 船首向與波向的交角，簡(jiǎn)稱波向角。 波浪相對(duì)于運(yùn)動(dòng)中船舶的周期稱為波浪遭遇周期，它就是船上人員所看到的波浪周期，故也稱為波浪視周期，簡(jiǎn)稱為“遭遇周期”。 遭遇周期可用下式表示， （2-5）式中：TE遭遇周期（s）； 波長(zhǎng)（m）； 知識(shí)點(diǎn)3：波向角及船舶搖擺程度 當(dāng)船速V0時(shí)，遭遇頻率取決于波向角。在海上，船舶遭遇不同的波向角分別稱為頂浪、偏頂浪、橫浪、偏順浪和順浪。以右舷受浪說明如下。 當(dāng)0º30º時(shí)，稱為頂浪，也稱為“迎浪”，其遭遇頻率比波浪頻率要高，縱搖擺幅較大，橫搖擺幅較小。在=0º時(shí)遭遇頻率最高，相應(yīng)的縱搖擺幅最大。

10、 當(dāng)30º60º時(shí)，稱為偏頂浪，其遭遇頻率比頂浪時(shí)要低，縱搖擺幅比頂浪時(shí)要小，但橫搖擺幅比頂浪時(shí)有所增大。 當(dāng)60º120º時(shí)，稱為橫浪，其遭遇頻率比偏頂浪時(shí)要低，縱搖擺幅較小，橫搖擺幅較大。在=90º或270º時(shí)遭遇頻率等于波浪頻率，相應(yīng)的橫搖擺幅最大，縱搖擺幅最小。 當(dāng)120º150º時(shí)，稱為偏順浪，其遭遇頻率比橫浪時(shí)要低，縱搖擺幅比橫浪時(shí)要大，橫搖擺幅比橫浪時(shí)要小。 當(dāng)150º180º時(shí)，稱為順浪，其遭遇頻率比偏順浪時(shí)要低，縱搖擺幅比偏順浪時(shí)要大，橫搖擺幅比偏順浪時(shí)要小。 在=180

11、86;時(shí)遭遇頻率最低，相應(yīng)的縱搖擺幅較大，橫搖擺幅較小。 知識(shí)點(diǎn)4：橫搖運(yùn)動(dòng) 1自由橫搖周期 船舶在規(guī)則波中小角度（小于15º）無阻尼橫搖周期（船舶自由橫搖周期）可用下式近似求得： （2-6）式中：B船寬（m）； GM初穩(wěn)性高度（m）； C橫搖周期系數(shù)，客船為0.750.85；貨船為0.70.8；油船重載時(shí)為0.70.75；油船壓載時(shí)為0.740.94；漁船為0.760.88。其也可按下式計(jì)算： C 0 746 + 0.046 （ B/d ）0.086（L/100） （2-7） 各類船舶的橫搖周期如表2-2所示。 表2-2 大型油船的橫搖周期，空載時(shí)都在6s以下，滿載時(shí)在14s以上。

12、 從船舶設(shè)備承受情況及船員的舒適程度和船舶安全考慮，一般來說，GMB/10橫搖過于劇烈，而GMB/30橫搖過于緩慢，當(dāng)B/30GMB/10時(shí)比較適中。 由式（2-7）可見，船舶自由橫搖周期與船寬、船型以及橫穩(wěn)性高度等因素有關(guān)，其中只有初穩(wěn)性高度是可以調(diào)整的。實(shí)際上，對(duì)于航行中的船舶，調(diào)整初穩(wěn)性高度幾乎是不可能的，故一般采取調(diào)整遭遇周期的措施。 2橫搖擺幅 船舶在波浪中橫向搖擺的幅度稱為橫搖擺幅，一般用橫搖角來表示。在規(guī)則波中的強(qiáng)迫橫搖擺幅可以近似地用下式表示： （2-8）式中：0最大波面角（º）0=180H/； TR船舶自由橫搖周期（s）； 當(dāng)船舶橫搖周期小于遭遇周期，即TR/TE1

13、時(shí)，則船舶橫搖頻率大于遭遇頻率，船舶橫搖較快，甲板平面與波面經(jīng)常保持平行，很少上浪，但船舶所受慣性力較大。 當(dāng)船舶橫搖周期大于遭遇周期，即TR/TE1時(shí)，則船舶橫搖頻率小于遭遇頻率，船舶橫搖較慢，甲板平面與波面經(jīng)常不平行，上浪較多，且船舶經(jīng)常受到波浪的沖擊。 當(dāng)船舶橫搖周期近似等于遭遇周期，即TR/TE1時(shí)，則船舶橫搖頻率近似等于遭遇頻率，船舶橫搖劇烈，橫搖角越來越大，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致船舶傾覆，這種現(xiàn)象稱為諧搖或諧振。 諧搖時(shí)的橫傾角可用下式估算： （2-9）式中：a0最大波面角。 實(shí)際上，一般在TR/TE0.71.3區(qū)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生諧搖，該區(qū)間稱為“諧搖區(qū)間”或“諧振區(qū)間”。因此，船舶在海上航行時(shí)

14、，應(yīng)盡可能避免船舶橫搖頻率與遭遇頻率相近的情況。 3避免橫向諧搖的措施 船舶在波浪中橫搖劇烈時(shí)，不但會(huì)危及人員、設(shè)備、貨物和船舶的安全，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生諧搖而使船舶傾覆。則需要采取減搖措施，避免諧搖的產(chǎn)生。從船舶操縱角度出發(fā)，減搖措施包括調(diào)整船舶自由橫搖周期和遭遇周期。 （1）調(diào)整船舶自由橫搖周期 由公式（2-6）可知，船舶航次計(jì)劃確定之后，可根據(jù)本航次各海區(qū)、各季節(jié)可能的波浪遭遇周期，在裝載時(shí)適當(dāng)調(diào)整GM值，即選擇船舶自由橫搖周期，使船舶的橫搖避開諧振區(qū)間。 （2）調(diào)整波浪遭遇周期 由式（2-5）可見，波浪遭遇周期與船速、波向角、波速和波長(zhǎng)等因素有關(guān)，其中只有船速和波向角是可以調(diào)整的。實(shí)際上，

15、對(duì)于航行中的船舶，調(diào)整船速和（或）航向?qū)τ跍p輕橫搖是行之有效的措施。 但是，當(dāng)波向角=90º或270º，即正橫受浪時(shí)，遭遇周期等于波浪周期，這時(shí)改變船速對(duì)調(diào)整波浪遭遇周期不起作用。 知識(shí)點(diǎn)5：縱搖運(yùn)動(dòng) 1縱搖周期 船舶的縱搖周期可用下列近似公式估算。 （2-10）式中：TP船舶縱搖周期（s）： L船長(zhǎng)（m）； CP縱搖周期系數(shù)，客船為0.450.55，客貨船為0.540.64，貨船為0.540.72，油船為0.800.91。 2縱搖擺幅 船舶在波浪中的縱向搖擺幅度稱為縱搖擺幅，一般用縱搖角來表示。 一般風(fēng)浪中航行的船舶，在縱搖周期和遭遇周期不變的情況下，當(dāng)L1.5時(shí)縱搖擺幅

16、最小，而當(dāng)L遠(yuǎn)小于時(shí)縱搖擺幅最大。 船長(zhǎng)與波長(zhǎng)的關(guān)系對(duì)船舶相對(duì)縱搖振幅有決定性影響。L1.3時(shí)，相對(duì)縱搖振幅小于0.6；L1.5時(shí)，相對(duì)縱搖振幅小于0.4，縱搖角較小；船長(zhǎng)越大，越趨平穩(wěn)。L，相對(duì)縱搖振幅急劇增大，正如小船遇長(zhǎng)波，船舶縱搖很大，不論船速如何，無法避免。 3船舶在不規(guī)則波中的縱搖情況 船舶在不規(guī)則波中頂浪前進(jìn)，它相當(dāng)于遭遇一系列波長(zhǎng)變化的規(guī)則波的作用，這時(shí)不再適用諧搖的概念，而需用臨界狀態(tài)的概念來說明船舶的搖擺情況。 當(dāng)船舶的縱搖周期Tp和波浪TE相等時(shí)，將發(fā)生諧搖。如已知船舶的航行速度，則諧搖區(qū)間可推算出諧搖波長(zhǎng)syn （2-11） 根據(jù)諧搖波長(zhǎng)和船長(zhǎng)的關(guān)系，可以確定船舶所處的

17、臨界狀態(tài)，從而判斷船舶的搖蕩情況。 （1）亞臨界區(qū)域 船舶以某一速度頂流航行，當(dāng)諧搖波長(zhǎng)syn小于3/4船長(zhǎng)時(shí)，該船處于亞臨界區(qū)域，這一速度相當(dāng)于低速。此時(shí)，縱搖和垂蕩都比較緩和，甲板干燥。不產(chǎn)生砰擊。 （2）超臨界區(qū)域 當(dāng)諧搖波長(zhǎng)syn大于最大有義時(shí)，該船處于超臨界區(qū)域，船舶的縱搖和垂蕩中等。這相當(dāng)于中速貨船在小波中航行，或快艇頂著中等海浪航行的情況。但在大浪中一般商船難以達(dá)到這么高的速度。 （3）臨界區(qū)域 當(dāng)諧搖波長(zhǎng)syn介于船長(zhǎng)和最大能量波長(zhǎng)最大能量之間時(shí)，該船處于臨界區(qū)域。此時(shí)，船舶的縱搖和垂蕩都非常嚴(yán)重，可能出現(xiàn)強(qiáng)烈的拍底和上浪。所有船舶都有可能處于臨界區(qū)域。為了減輕搖蕩，須避開臨界

18、區(qū)域，其有效的方法是將船速降低到保持舵效的速度。 根據(jù)以上臨界狀態(tài)的劃分，我們可以根據(jù)遭遇的波浪要素來判斷頂浪航行時(shí)船舶的搖蕩情況。 4減輕縱搖的措施 在船舶縱搖周期與遭遇周期相等，即TP/TE1時(shí)，船舶將發(fā)生縱向諧搖。由于船舶縱搖慣性矩、阻尼力矩和穩(wěn)性高度都比較大，故船舶在波浪的作用下產(chǎn)生的縱搖擺幅比橫搖擺幅要小，縱傾角一般不超過最大波面角。縱向諧搖的擺幅取決于波長(zhǎng)與船長(zhǎng)之比、波向角和船型等因素。 船舶自由縱搖周期與船長(zhǎng)有關(guān)。實(shí)際上，調(diào)整自由縱搖周期是不可能的，故一般采取調(diào)整遭遇周期，即調(diào)整船速和（或）航向的措施來減小縱搖擺幅。 知識(shí)點(diǎn)6：垂蕩運(yùn)動(dòng) 1垂蕩周期 船舶垂蕩周期可用下列近似公式估

19、算： （2-12）式中：TH船舶垂蕩周期（s）； d船舶平均吃水（m）。 船舶垂蕩周期和縱搖周期很接近，后者稍大于前者。一般有TRTPTH的關(guān)系。且2TPTR。 2減輕垂蕩的措施 在船舶縱搖周期與遭遇周期相等，即TH/TE1時(shí)，船舶將發(fā)生垂蕩諧振。由于垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)水運(yùn)動(dòng)的阻尼很大，則重力垂蕩使運(yùn)動(dòng)衰減很快。 由式（2-12）可見，船舶自由垂蕩周期與吃水有關(guān)。實(shí)際上，調(diào)整船舶自由垂蕩周期是不可能的，故一般采取調(diào)整遭遇周期，即調(diào)整船速和（或）航向的措施來減小垂蕩振幅。 綜上所述，船舶在波浪中的搖蕩取決于船舶自由搖擺周期與波浪遭遇周期的相互關(guān)系，一般情況下船舶的橫搖周期大于縱搖周期，縱搖周期略大于垂

20、蕩周期，橫搖周期的大小約為縱搖周期或垂蕩的兩倍。航行中減輕船舶橫搖、縱搖和垂蕩幅度的有效操縱措施是改變船速和（或）改變航向。比較來看，橫搖的危害最大，且當(dāng)船舶橫向受浪時(shí)，這種危害性將進(jìn)一步增大，特別是發(fā)生橫搖諧振或大幅度橫搖時(shí)，將危及船舶的安全，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致船舶傾覆。因此，當(dāng)船舶遭遇巨浪時(shí)，應(yīng)盡可能避免橫向受浪。 大風(fēng)浪中航行時(shí)所遭受的危害 知識(shí)點(diǎn)1：頂浪或偏頂浪的危害 船舶在頂浪或偏頂浪航行時(shí)，遭遇周期要比順浪或偏順浪時(shí)短，遭遇頻率也比較高，其產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)在拍底、螺旋槳空轉(zhuǎn)、甲板上浪等。 1拍底 在激烈的縱搖和垂蕩中，當(dāng)船首升起后在下落過程中與波浪表面的向上運(yùn)動(dòng)相撞擊時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象，稱

21、為拍底。它使船首底部，甚至在整個(gè)首垂線后1/4船長(zhǎng)區(qū)域和波浪表面發(fā)生沖擊，進(jìn)而產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致船首部位結(jié)構(gòu)受損。拍底時(shí)船體發(fā)生劇烈的振動(dòng)。船舶是否發(fā)生拍底及其嚴(yán)重程度取決于波長(zhǎng)與船長(zhǎng)之比、船舶載重狀態(tài)、船速，以及船型等因素。 （1）波長(zhǎng)：當(dāng)/L1，即波長(zhǎng)與船長(zhǎng)接近時(shí)容易產(chǎn)生劇烈的拍底。海上的波長(zhǎng)一般在80140m之間，因此，如果船長(zhǎng)在這個(gè)范圍內(nèi)，則易發(fā)生拍底；反之，大型船舶船長(zhǎng)較大，不易發(fā)生拍底。 （2）吃水：d/L5%，即吃水與船長(zhǎng)之比值小時(shí)易產(chǎn)生拍底。一般空船時(shí)拍底嚴(yán)重，吃水為2/3以上滿載吃水時(shí)不易發(fā)生拍底。 （3）船速：當(dāng)傅汝德數(shù)Fr=0.140.21范圍內(nèi)時(shí)，容易產(chǎn)生拍底

22、。 （4）船型：方形系數(shù)及棱形系數(shù)大的船，拍底沖擊力也大。U型船首比V型船首遭受拍擊的次數(shù)多，強(qiáng)度也大。 產(chǎn)生拍底的條件是上述幾個(gè)因素的綜合影響結(jié)果，單獨(dú)一個(gè)或兩個(gè)因素不一定能引起船舶產(chǎn)生拍底。 綜上所述，為了減少拍底，一般采取如下措施：保持船首吃水大于1/2滿載吃水；避免縱搖和垂蕩的諧振；減速，保持船速在Fr=0.1左右。 2甲板上浪 打在甲板上的海水可看作是自由液面對(duì)穩(wěn)性的影響，嚴(yán)寒時(shí)還有結(jié)冰的危險(xiǎn)。同時(shí)浪的作用還會(huì)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(shí)，易造成貨物移動(dòng)，危及船舶的安全。 甲板上浪的程度與干舷高度、船速及相對(duì)波高（H1/3/L）等因素有關(guān)。船舶干舷越低，船速越

23、高，波高越大，甲板上浪也越嚴(yán)重。 為了減少甲板上浪，一般首先采取降低船速的措施；其次是適當(dāng)調(diào)整船舶航向。 3螺旋槳空轉(zhuǎn) 劇烈的縱搖和垂蕩會(huì)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(shí)，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(dòng)，同時(shí)使它們受到很大的沖擊應(yīng)力，隨時(shí)有可能受損?？沾瑺顟B(tài)更容易產(chǎn)生螺旋槳空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 為了減輕螺旋槳空轉(zhuǎn)現(xiàn)象和防止槳葉等受損，應(yīng)保持槳葉沒入水中2030螺旋槳直徑，壓載船舶的吃水差以1.52.0為宜。當(dāng)出現(xiàn)螺旋槳空轉(zhuǎn)時(shí)，可及時(shí)調(diào)整航向和船速以減輕船舶搖蕩。 知識(shí)點(diǎn)2：順浪或偏順浪的危害 船舶在順浪或偏順浪的海況下航行其主

24、要危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)有沖浪和打橫、穩(wěn)性降低、諧搖等等，簡(jiǎn)要介紹如下： 1沖浪和打橫 船舶位于波峰的前部時(shí)，可能被波浪加速而騎在波峰上，這種現(xiàn)象類似于沖浪運(yùn)動(dòng)員位于波峰之前的情況，故稱為“沖浪”現(xiàn)象。當(dāng)船舶發(fā)生沖浪時(shí)，波浪力的作用可能使船舶發(fā)生航向突變，即發(fā)生所謂“打橫”現(xiàn)象，使船舶遭受橫浪的作用而產(chǎn)生突發(fā)性橫傾，嚴(yán)重時(shí)有船舶傾覆的危險(xiǎn)。 當(dāng)船速在波浪傳播方向上的分量約等于波浪“相速度”時(shí)，這時(shí)的船速較高，船舶將被波浪加速而發(fā)生沖浪和打橫現(xiàn)象。一般認(rèn)為這時(shí)的船速V1.8（v單位為kn,L單位為m），故稱其為發(fā)生沖浪或打橫現(xiàn)象的臨界速度。在臨界速度以下有一個(gè)區(qū)域，其船速范圍為：1.4V1.8，在該速度范圍內(nèi)

25、盡管不大可能發(fā)生沖浪或打橫，但可能發(fā)生較大的縱蕩運(yùn)動(dòng)，其危險(xiǎn)程度與沖浪或打橫幾乎相同，故稱這個(gè)區(qū)域?yàn)椤芭R界區(qū)域”。在臨界區(qū)域內(nèi)，船舶穩(wěn)性明顯降低，且這種穩(wěn)性降低的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。 2橫穩(wěn)性降低 當(dāng)船舶位于波峰時(shí)，由于排水體積的減小，將使橫穩(wěn)性降低。其降低程度與船型有關(guān)。穩(wěn)性的降低量基本上與有義波高成正比。當(dāng)/L=12時(shí)，且波高很大時(shí)，船舶可能完全喪失橫穩(wěn)性。這種情況下，順浪和偏順浪時(shí)尤其危險(xiǎn)，這是因?yàn)樵庥鲋芷谳^長(zhǎng)，即船舶在波峰處的時(shí)間較長(zhǎng)，也就是說，穩(wěn)性降低的時(shí)間變長(zhǎng)了。 3諧搖運(yùn)動(dòng) 當(dāng)船舶自由橫搖周期與波浪遭遇周期一致（TETR）時(shí)，將加大橫搖擺幅。順浪和偏順浪航行時(shí)，橫穩(wěn)性處于臨界狀態(tài)，故橫

26、搖周期變長(zhǎng)，可能發(fā)生這種橫揺諧搖運(yùn)動(dòng)。 4大幅度橫搖 當(dāng)遭遇周期約等于船舶自由橫搖周期的一半，即TR2TE時(shí)，將可能發(fā)生不穩(wěn)定的大幅度的橫搖運(yùn)動(dòng)。這種橫搖可能發(fā)生在遭遇周期較短的頂浪航行中。在順浪和偏順浪的情況下，特別是在船舶初穩(wěn)性高度較小，即自由橫搖周期較長(zhǎng)時(shí)，也可能會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。 5組合危險(xiǎn) 船舶在順浪和偏順浪中的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜，其運(yùn)動(dòng)是三維六自由度的，上述各種因素或危險(xiǎn)現(xiàn)象都可能同時(shí)或先后發(fā)生，如甲板浸水、甲板上浪并滯留在甲板上或由于貨物移動(dòng)而增大橫傾力矩等，都可能使船舶處于危險(xiǎn)之中，嚴(yán)重時(shí)造成傾覆。 當(dāng)船速在波浪傳播方向上的分量接近波浪群速度時(shí)，一般群速度為群波主波相速度的1/2。這時(shí)

27、的船速較低，船舶將受到巨浪的連續(xù)沖擊，遭遇這種連續(xù)的巨浪沖擊的最大波高可達(dá)有義波高的2倍。這時(shí)，上述穩(wěn)性降低，諧搖運(yùn)動(dòng)、不穩(wěn)定橫搖或綜合危險(xiǎn)現(xiàn)象都可能發(fā)生，進(jìn)而可能產(chǎn)生導(dǎo)致船舶傾覆的危險(xiǎn)。 知識(shí)點(diǎn)3：順浪或偏順浪避免危險(xiǎn)的方法 IMO海上安全委員會(huì)在1995年10月19日提出了一份建議，以707號(hào)通函（MSC/Circ.707）進(jìn)行發(fā)布。該通函對(duì)船舶在順浪和偏順浪航行中避免危險(xiǎn)情況的操縱方法提出了一些建議，這些建議對(duì)保證船舶安全具有促進(jìn)作用。但該建議中特別指出：該操作指南絕對(duì)不是確保安全的標(biāo)準(zhǔn)。如果船舶沒有足夠的穩(wěn)性，以及順浪和偏順浪的幾種危險(xiǎn)情況同時(shí)發(fā)生時(shí)，即使船舶在非危險(xiǎn)區(qū)域也可能是不安全

28、的，因此，船長(zhǎng)應(yīng)確保船舶保持良好的穩(wěn)性狀態(tài)，謹(jǐn)慎駕駛。 MSC/Circ.707對(duì)船舶不同船速下的危險(xiǎn)范圍以矢量圖的形式表示，并提出了避免危險(xiǎn)局面的指導(dǎo)意見。該指導(dǎo)適用于各種船舶在波向角為135º180º范圍內(nèi)的順浪或偏順浪的情況。建議采取下列操縱措施避免發(fā)生危險(xiǎn)： 1防止沖浪和打橫的措施 將船速降低至1.8以下，則可避免沖浪和打橫。但如果船速在1.41.8范圍內(nèi)如果船舶仍發(fā)生較大的搖擺，搖擺周期增大是船舶橫搖幅度增大的重要標(biāo)志。為了避免危險(xiǎn)，應(yīng)進(jìn)一步降低船速，即不但要避開 “沖浪區(qū)域”，還要避開“臨界區(qū)域”。 2防止巨浪連續(xù)沖擊的措施 當(dāng)平均波長(zhǎng)大于0.8L、有義波高大于

29、0.04L，且船舶的上述危險(xiǎn)現(xiàn)象較為顯著時(shí)，應(yīng)注意不要使船舶進(jìn)入“危險(xiǎn)區(qū)域”。當(dāng)遭遇周期約為波浪周期的2倍（約1.52.8）時(shí)，一般認(rèn)為船舶位于危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)。當(dāng)船舶位于該危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，應(yīng)降低船速以避免巨浪的連續(xù)抨擊。 為了避免船舶位于危險(xiǎn)區(qū)域，也可采取改變航向的措施。但是，航向的改變量不宜過大，否則可能對(duì)船舶穩(wěn)性產(chǎn)生不利影響。適當(dāng)降低船速及較小的航向變化相結(jié)合，是安全操縱船舶的有效措施之一。 3避免諧搖和大幅度橫搖 如前所述，當(dāng)TE/TR1時(shí)，船舶將發(fā)生諧搖。據(jù)有關(guān)資料，當(dāng)TE/TR1/2時(shí)，將發(fā)生大幅度橫搖。因此，船舶不但要避免發(fā)生諧搖，而且要避免大幅度橫搖。遭遇周期TE為V/T的函數(shù)，利用這一關(guān)

30、系，我們知道船舶是否會(huì)發(fā)生諧搖或大幅度橫搖。 上述可見，為避免以上嚴(yán)重情況船舶需要減速，但應(yīng)注意的是，船速也不宜過低，無論如何要確保船舶在大風(fēng)浪中保持航向的最低航速。 4流程圖及其應(yīng)用 （1） 已知參數(shù) L 垂線間長(zhǎng)Lpp（m）； B 船寬（m）； d 船舶吃水（m）； GM 初穩(wěn)性高度（m）。 （2） 估計(jì)或計(jì)算參數(shù) V 船舶的實(shí)際速度（kn），以適當(dāng)?shù)姆椒ü烙?jì)實(shí)際船速。 波浪遭遇角（º），即前述波向角。可通過視覺觀察的方法獲得。一般風(fēng)向與浪向基本相同。若海上能見度不良，雷達(dá)影像可顯示波峰的船舶方向。 平均波長(zhǎng)（m）?？赏ㄟ^視覺觀測(cè)并與本船長(zhǎng)度對(duì)比獲得波長(zhǎng)，或通過雷達(dá)測(cè)量波峰之間的

31、距離獲得波長(zhǎng)。 T 平均波浪周期（s）。使用秒表測(cè)量海面上浪花的起伏運(yùn)動(dòng)周期。在一定時(shí)間內(nèi)測(cè)量n次，將時(shí)間被n除，得出平均波浪周期。在已知波長(zhǎng)的情況下，也可通過計(jì)算獲得平均波浪周期，即T= 0.8 。 TR 船舶自由橫搖周期（s）。它取決于船舶裝載情況?？墒褂妹氡碓诖把b卸貨離港后在平靜的海面上測(cè)量船舶的橫搖周期。也可利用公式進(jìn)行估算。 TE 遭遇波周期（s），可使用秒表測(cè)量船舶在波浪中的縱搖周期獲得，也可通過TE=/（c +Vcos）， c=/T計(jì)算獲得。 H1/3 有義波高（m）。 大風(fēng)浪航行的準(zhǔn)備工作 知識(shí)點(diǎn)1：大風(fēng)浪航行的準(zhǔn)備工作 航行中的船舶應(yīng)經(jīng)常處于適航狀態(tài)。當(dāng)預(yù)測(cè)到將有大風(fēng)浪來臨

32、時(shí)，必須采取相應(yīng)措施。檢查并保證做好下列工作： 1保證水密 （1）檢查甲板開口封閉的水密性，必要時(shí)進(jìn)行加固。 （2）檢查各水密門是否良好，不需用的一律關(guān)閉拴緊。 （3）將通風(fēng)口關(guān)閉，并加蓋防水布。 （4）天窗和舷窗都要蓋好，并旋緊鐵蓋。 （5）錨鏈管蓋好，防止海水灌進(jìn)錨鏈艙。 2排水暢通 （1）檢查排水管系、抽水機(jī)、分路閥等，保證處于良好工作狀態(tài)。 （2）清潔污水溝（井），保證黃蜂巢暢通。 （3）甲板上的排水孔應(yīng)保持暢通。 3綁牢活動(dòng)物 （1）吊貨設(shè)備、主錨、備錨，舷梯、救生艇筏以及一切未固定的甲板物件都要綁牢。 （2）散裝貨及燒煤要扒平。 （3）各水艙及燃油艙應(yīng)盡可能注滿或抽空，以減少自由液

33、面。 （4）艙內(nèi)或甲板裝有重件貨物時(shí)，應(yīng)仔細(xì)檢查加固，必要時(shí)加固綁扎。 4做好應(yīng)急準(zhǔn)備 （1）保證駕駛臺(tái)和機(jī)艙、船首、舵機(jī)室在緊急情況下通信聯(lián)系暢通。 （2）檢查應(yīng)急電機(jī)、天線、舵設(shè)備等處于良好狀態(tài)。 （3）保證消防和堵漏設(shè)備隨時(shí)可用。 （4）保證人身安全，如拉扶手繩、甲板鋪砂等。 （5）加強(qiáng)全船巡視檢查，勤測(cè)各液體艙及污水溝等。 5空船壓載 空船在大風(fēng)浪中有很多不利之處，例如：風(fēng)壓增大了傾側(cè)力矩，保向性下降，拍底增大，空轉(zhuǎn)加劇，失速嚴(yán)重，易發(fā)生橫搖諧振等等。為確保航行安全，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲狠d，以提高船舶抗風(fēng)浪的能力和改善船舶的性能。 空船壓載量可參考下列數(shù)字： 夏季：為夏季滿載排水量的50%；

34、 冬季：為夏季滿載排水量的53%； 在吃水差方面，既要防止空轉(zhuǎn)，又要減輕拍底，一般以尾傾吃水差1.52.0m較為理想。 大風(fēng)浪中的操船方法及其注意事項(xiàng) 知識(shí)點(diǎn)1：“Z”字航法 如果在航線上遭遇頂浪或偏頂浪（波向角為300º060º），則可采用“Z”字航行方法。頂浪或偏頂浪航行時(shí)，波浪與船的相對(duì)速度較大，波浪對(duì)船體造成較大的沖擊，嚴(yán)重時(shí)，造成大幅度橫搖、甲板大量上浪以及拍底、螺旋槳空轉(zhuǎn)等。頂浪航行一般要降低船速和調(diào)整航向，以減輕搖擺幅度。 廣大海員總結(jié)的“Z”字航法在實(shí)踐中證明是行之有效的。即適當(dāng)調(diào)整船速，以船首一舷10º30º的受浪角航行一段距離后再改為

35、船首另一舷10º30º的受浪角的航行方法。其中航向和船速的調(diào)整以減小船舶搖擺幅度為準(zhǔn)?！癦”字航法既可以保證一定的航速，又可以減輕船舶的搖擺幅度。它適用于耐波性較好的中、大型船舶，特別是大型集裝箱船舶。對(duì)于小型船舶或經(jīng)不起波浪沖擊的船舶，宜改用“漂滯”方法。 知識(shí)點(diǎn)2：滯航 如果船舶在頂浪航行時(shí)經(jīng)不起波浪沖擊，則可采用“滯航”方法。即以能保持航向的最低船速將風(fēng)浪放在船首23個(gè)羅經(jīng)點(diǎn)（波向角為20º30º）的方位上迎浪（或頂浪）前進(jìn)的方法。這時(shí)的船舶實(shí)際上是處于緩進(jìn)或不進(jìn)，甚至是微退的狀態(tài)。而隨著風(fēng)向的改變需將航向不斷地進(jìn)行調(diào)整。 這種方法可以緩解波浪對(duì)船

36、舶的沖擊和甲板上浪，使船滯留在原地附近，以等待海況的好轉(zhuǎn)。對(duì)于下風(fēng)側(cè)海域不大充裕，船長(zhǎng)較長(zhǎng)，船舶干舷較高的船采用此法較為有利；大風(fēng)浪中為放救生艇可采用此操船法。滯航中要根據(jù)風(fēng)浪的情況選擇最佳的風(fēng)浪舷角，以減輕船舶的搖擺幅度。并根據(jù)風(fēng)浪的變化及時(shí)調(diào)整航速，保證有足夠的舵效，以免船舶“打橫”。 知識(shí)點(diǎn)3：順浪 如果在航線上遭遇順浪或偏順浪（波向角為120º240º），則可采用“順浪”方法。即以船尾部受浪前進(jìn)的方法，稱為“順浪”。順浪航行時(shí)，波浪與船的相對(duì)速度較小，可以大大減輕波浪對(duì)船體的沖擊。滯航中經(jīng)不起波浪襲擊的船舶，可改用順航。順浪航行的船舶可以保持相當(dāng)?shù)乃俣?，有利于擺脫大

37、風(fēng)浪海域或臺(tái)風(fēng)中心。 但要注意，如前所述，當(dāng)平均波長(zhǎng)大于0.8L、有義波高大于0.04L，且船速V1.8時(shí)，則極易發(fā)生沖浪及打橫等危險(xiǎn)情況，波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于或遠(yuǎn)大于船長(zhǎng)時(shí)，船舶搖擺都能得到緩和。因此，當(dāng)遇到順浪航行的危險(xiǎn)情況時(shí)，應(yīng)果斷地減速或小量地調(diào)整航向，并選擇船尾方向12羅經(jīng)點(diǎn)（波向角為160º170º或190º200º）的受浪角航行。 尾突出、舵面積較小的船，在順浪中不易保持航向，可采用在船尾拖曳其他物件（如大纜等）來提高保向性。 知識(shí)點(diǎn)4：漂滯 船舶主機(jī)停止隨風(fēng)浪漂流的狀態(tài)，稱為漂滯。從動(dòng)力學(xué)上講，漂滯中，波浪對(duì)船體的沖擊力大為緩解，甲板上浪不多。但是

38、，嚴(yán)格來講，漂滯不是一種操縱方法，它是船舶的一種被動(dòng)漂浮狀態(tài)。在大風(fēng)浪中，只要主機(jī)和舵機(jī)不出現(xiàn)故障，極少采用主動(dòng)停車進(jìn)行漂滯的操縱方法，如前所述，主動(dòng)停車將使船舶在波浪中處于失控狀態(tài)，船舶極易處于橫浪狀態(tài)，很難預(yù)料船舶將會(huì)發(fā)生的危險(xiǎn)情況，歷史上也有由于船舶在大風(fēng)浪中失去動(dòng)力而傾覆沉沒的事故。 因此，船舶一般不主動(dòng)采取“漂滯”。但船體老舊的船舶，為減少波浪對(duì)船體的沖擊，應(yīng)主動(dòng)采取漂滯的操船法。不得不采用此操船法時(shí)，應(yīng)保證船舶具有良好的水密性和較大的復(fù)原力矩。 當(dāng)船舶在大風(fēng)浪中主機(jī)發(fā)生故障而被動(dòng)停車之后，關(guān)鍵是采取措施避免船舶處于橫向受浪狀態(tài)，如將錨鏈送出一定的長(zhǎng)度，盡可能使船舶處于頂浪或偏頂浪狀

39、態(tài)，以等待救援。 知識(shí)點(diǎn)5：大風(fēng)浪中掉頭 船舶在大風(fēng)浪中由頂浪轉(zhuǎn)為順浪或反之，都要進(jìn)行掉頭操縱。在整個(gè)掉頭操縱過程中，其遭遇周期隨著航向改變而發(fā)生變化，當(dāng)船舶轉(zhuǎn)至橫浪時(shí)，若旋回引起的橫傾與波浪造成的橫傾相位一致時(shí)，則過大的橫傾將危及船舶的安全。而且橫向受浪還容易出現(xiàn)橫搖諧振，掉頭時(shí)間越長(zhǎng)，出現(xiàn)橫搖諧振的幾率越高。就更增加了這種危險(xiǎn)。因此，必須嚴(yán)格掌握掉頭時(shí)機(jī)，控制掉頭時(shí)間，避免操舵引起的橫傾與波浪引起橫傾的相位相同，謹(jǐn)慎地進(jìn)行操縱。 1掉頭操縱時(shí)機(jī) 海浪大小的變化是有規(guī)律的，一般情況下，連著三四個(gè)大浪之后，會(huì)接七八個(gè)小浪，俗稱三大八小。要利用這個(gè)規(guī)律，選擇在海面較平靜的時(shí)機(jī)進(jìn)行掉頭操縱。 2掉頭操縱方法 開始時(shí)慢速中舵（15°左右），掉