船舶操縱與避碰-船舶操縱 第三章 外界因素對(duì)操船的影響

第三章外界因素對(duì)操船的影響第一節(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?qū)Σ俅挠绊懙谒墓?jié)船間效應(yīng)第一節(jié)風(fēng)對(duì)操船的影響風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)致偏轉(zhuǎn)風(fēng)致漂移強(qiáng)風(fēng)中操船的可保向界限一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力估算-Hughes公式：a為空氣密度，為1.25kg/m3；為相對(duì)風(fēng)舷角；Ca為風(fēng)力系數(shù)，與隨風(fēng)舷角、水線以上受風(fēng)面積的形狀有關(guān)；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）；一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力分解：一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力系數(shù)：一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力系數(shù)：為一馬鞍形曲線＝0度或180度時(shí)，Ca值為最??；＝30～40度或140～160度時(shí)，Ca值為最大；＝90度左右時(shí)，Ca值較小，但船舶所受的風(fēng)力值達(dá)到最大一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力中心a/Lpp：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0.3～0.8之間；

=900左右即船舶正橫風(fēng)時(shí)，a/Lpp0.5一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力角：風(fēng)壓力Fa與船首尾線的夾角一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力角：隨的增大而增大；當(dāng)處于40o～140o之間時(shí)，風(fēng)力角大體處于80o～100o范圍之內(nèi)一、風(fēng)力和風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩風(fēng)力轉(zhuǎn)船力矩估算根據(jù)風(fēng)力、風(fēng)力作用中心以及風(fēng)力角Na＝Fasin(lG－a)＝Fasin(L/2－a)二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船水動(dòng)力FW估算W為水密度，為1045kg/m3；

CW為水動(dòng)力系數(shù)，與漂角及船體水下形狀等因素有關(guān)；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）；二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船水動(dòng)力分解二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船水動(dòng)力角FW與首尾面的夾角與風(fēng)力角相類似由于縱向水動(dòng)力較小，tg趨向于無窮大，所以在900左右。二、水動(dòng)力與水動(dòng)力轉(zhuǎn)船水動(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；aW/L隨漂角的增大而增大。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。空載或壓載時(shí)往往尾傾較大，水動(dòng)力作用中心要比滿載平吃水時(shí)明顯后移。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；需要根據(jù)船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和風(fēng)向及風(fēng)速的具體條件確定偏轉(zhuǎn)情況；偏轉(zhuǎn)方向：迎（逆）風(fēng)偏和背（順）風(fēng)偏；首找風(fēng)和尾找風(fēng)。1.靜止中受風(fēng)2.前進(jìn)中受風(fēng)3.后退中受風(fēng)偏轉(zhuǎn)規(guī)律歸納靜止中或極低速船舶（來風(fēng)一端）將順風(fēng)偏轉(zhuǎn)以接近1000的風(fēng)舷角向下風(fēng)漂移。前進(jìn)中正橫前來風(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、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)正橫后來風(fēng)，船舶將呈現(xiàn)極強(qiáng)的迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)性。偏轉(zhuǎn)規(guī)律歸納船舶在后退中有一定的退速時(shí)（在一定風(fēng)速下），船舶迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)，即尾找風(fēng)（sterntowind）：正橫前來風(fēng)比正橫后來風(fēng)顯著；左舷來風(fēng)比右舷來風(fēng)顯著；左舷正橫前來風(fēng)最顯著；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)致漂移停船時(shí)的漂移速度航行中的風(fēng)致漂移速度1.停船時(shí)的漂移速度風(fēng)壓力Ya和水動(dòng)力Yw達(dá)到相等時(shí)，受風(fēng)漂移速度穩(wěn)定1.停船時(shí)的漂移速度空載時(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：航行中橫向漂移速度變化規(guī)律與靜止中相似；即隨航速提高，橫向漂移速度以指數(shù)規(guī)律下降。旋回中的漂移對(duì)轉(zhuǎn)首角速度影響較大：正橫前來風(fēng)不易向上風(fēng)轉(zhuǎn)向，前進(jìn)距離較大；容易向下風(fēng)轉(zhuǎn)向，前進(jìn)距離較小；正橫后來風(fēng)：不易向下風(fēng)轉(zhuǎn)向，前進(jìn)距離較大；容易向上風(fēng)轉(zhuǎn)向，前進(jìn)距離較小；風(fēng)致漂移較小五、強(qiáng)風(fēng)中可保向界限可保向界限風(fēng)速/船速與舵角有關(guān)

與風(fēng)舷角有關(guān)五、強(qiáng)風(fēng)中可保向界限可保向界限風(fēng)舷角＝600～1200時(shí)，曲線位置較低，可保向范圍小。當(dāng)相對(duì)風(fēng)向逐漸向首、尾靠攏時(shí)，可保向范圍擴(kuò)大。船首附近來風(fēng)時(shí)的可保向曲線要比船尾附近來風(fēng)時(shí)的曲線要高得多。強(qiáng)風(fēng)中船舶保向性總的說來隨風(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。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。第二節(jié)流對(duì)操船的影響流對(duì)船速的影響流對(duì)沖程的影響流對(duì)舵效的影響流對(duì)掉頭水域的影響一、流對(duì)船速的影響對(duì)水船速相同時(shí)，頂流對(duì)地船速與順流相差兩倍流速注意船速與航速的差別二、流對(duì)沖程的影響沖程的定義：對(duì)水移動(dòng)距離進(jìn)出港、狹水道航行、錨泊操縱，避讓錨泊船等情況下：需要考慮對(duì)地移動(dòng)速度或距離，需要考慮流速。頂流中，對(duì)地沖程較?。豁樍髦袆t對(duì)地沖程增大因此在順流進(jìn)港時(shí)，針對(duì)停車后降速過程非常緩慢的特點(diǎn)，一方面應(yīng)及早停車淌航，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)。在航中的船舶之間通常不需要考慮流的影響。三、流對(duì)舵效的影響舵力舵力及其轉(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;舵效(狹義上)：操一舵角后船舶在一定時(shí)間、一定水域內(nèi)船首轉(zhuǎn)過的角度大??；三、流對(duì)舵效的影響通常說法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)過較大的角度，且易把定，操縱為靈活此時(shí)考慮對(duì)地的運(yùn)動(dòng)。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（實(shí)質(zhì)上是不均勻流的影響）.頂流靠泊操縱斜頂流靠泊時(shí)的速度合成四、流對(duì)掉頭水域的影響流對(duì)旋回的影響對(duì)地的旋回軌跡因流壓產(chǎn)生漂移漂移距離估算Dd：流致漂移距離（m）；c：流速（m/s）；t：為掉頭時(shí)間（s）。四、流對(duì)掉頭水域的影響掉頭所用的時(shí)間t噸位：旋回1800約需時(shí)間：0.5萬噸3.0min1.0萬噸3.5min5.0萬噸4.5min10.0萬噸5.5min20.0萬噸6.5min第三節(jié)受限水域?qū)Σ俅挠绊懯芟匏蚴侵笇?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主要內(nèi)容影響船舶操縱的水深及航道寬度淺水影響阻力增加及降速船體下沉與縱傾變化操縱性變化富余水深（ukc）一、水深及航道寬度水深阻力：低速船以H/d≤4，高速船以H/d≤10，作淺水域?qū)Υ?；操縱性：以H/d≤2.5為界作淺水域?qū)Υ黠@影響操縱性，H/d≤1.5。航道寬度（航道的底部寬度）岸壁效應(yīng)，W/L≤2，作為窄水域?qū)Υ?。明顯影響操縱性，W/L≤1來界定。二、淺水影響阻力增加及降速船體下沉與縱傾（squat）變化操縱性變化富余水深（ukc）1.阻力增加及降速淺水中同船速阻力增大；船尾伴流增強(qiáng)；同轉(zhuǎn)速下船速較深水域?yàn)榈?；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)。2.船體下沉與縱傾深水中的船體下沉與縱傾肥大型船舶下沉劇烈航速：傅汝德數(shù)Fr=V/(gL)0.5Fr=0.06時(shí)開始下沉；Fr<0.3,首尾均下沉，但首下沉大于尾下沉Fr>0.3,尾下沉開始大于首下沉Fr>0.6,尾傾增大，船舶開始上浮。2.船體下沉與縱傾淺水中的船體下沉與縱傾水深與船速：傅汝德數(shù)Fnh=V/

(gh)0.5

亞臨界區(qū)(SubcriticalRange)：近似平吃水下沉臨界區(qū)(CriticalRange)Fnh≤1：船首上浮，船尾下沉超臨界區(qū)(SupercriticalRange)Fnh>1：船舶上浮2.船體下沉與縱傾淺水中squat2.船體下沉與縱傾淺水與深水對(duì)比淺水中劇烈；尾傾與上浮提前。原因淺窄航道的阻塞效應(yīng)2.船體下沉與縱傾淺水域船體下沉量的估算Tuck2.船體下沉與縱傾淺水域船體下沉量的估算Hooft2.船體下沉與縱傾淺水域船體下沉量的估算Barrass（超大型船）2.船體下沉與縱傾淺水域船體下沉量的估算查曲線圖2.船體下沉與縱傾淺窄水域船體下沉量的估算Barrass公式阻塞系數(shù)3.淺水對(duì)操縱性的影響淺水對(duì)舵力的影響總的來看，舵力有所下降但下降不大原因渦流和伴流的增強(qiáng)螺旋槳滑失比得以提高舵的下緣距海底較近導(dǎo)致舵的整流作用得以加強(qiáng)3.淺水對(duì)操縱性的影響淺水對(duì)旋回性、追隨性的影響虛慣矩、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旋回性變差穩(wěn)定性變好3.淺水對(duì)操縱性的影響淺水中旋回初徑變化DW27.8萬噸油輪旋回試驗(yàn)記錄3.淺水對(duì)操縱性的影響淺水中旋回初徑變化3.淺水對(duì)操縱性的影響淺水中螺旋試驗(yàn)結(jié)果的變化3.淺水對(duì)操縱性的影響淺水對(duì)停船性能的影響有一定程度的減小船體下沉、首傾、興波增強(qiáng)、二維流增速等原因，船體阻力將有所增加螺旋槳推進(jìn)效率的某些降低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4.富余水深UKC富余水深：富余水深＝海圖水深+潮高-靜止吃水應(yīng)考慮的主要因素船體下沉和縱傾變化，淺水域尤應(yīng)注意首沉量；船體在波浪中的搖蕩，吃水增量；圖標(biāo)水深精度：20m以下，0.3m；20～100m；1.0m主機(jī)冷卻水進(jìn)口1.5～2倍；操縱性所需海水與淡水4.富余水深UKC富余水深的經(jīng)驗(yàn)估算：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：吃水的20%；港外水道：吃水的15%；港內(nèi)：吃水的10%荷蘭的Europoort港，VLCC采用較上述值低5%的標(biāo)準(zhǔn)。4.富余水深UKC富余水深的經(jīng)驗(yàn)估算：馬六甲海峽、新加坡海峽對(duì)VLCC（DW＞15萬噸）油輪及深吃水（d＞15m）船舶，規(guī)定3.5m富余水深。日本獺戶內(nèi)海：吃水在9m以內(nèi)，吃水的5%；吃水在9~12m，吃水的8%；吃水在12m以上，吃水的10%。第三節(jié)受限水域?qū)Σ俅挠绊懹绊懘安倏v的水深及航道寬度淺水影響寬度影響三、寬度影響岸壁效應(yīng)（bankeffect）岸推（repulsion）岸吸（suction、attraction）影響因素岸壁效應(yīng)與保向斜底效應(yīng)1.岸壁效應(yīng)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)。岸推（repulsion）船首轉(zhuǎn)向中央航道而“離岸”的現(xiàn)象稱為岸推。岸吸（suction、attraction）船體被岸壁“吸攏”的現(xiàn)象稱為岸吸。2.影響因素距岸越近、偏離中心航道越遠(yuǎn)岸壁效應(yīng)越明顯。水道寬度越窄，岸壁效應(yīng)越激烈。水深越淺、岸壁效應(yīng)越明顯。船速越高，岸壁效應(yīng)越激烈。船型越肥大，岸壁效應(yīng)越明顯。影響岸壁效應(yīng)3.岸壁效應(yīng)與保向船舶一舷接近岸壁航行時(shí)，為保向需向岸壁一側(cè)操舵；在中等舵角難以保向時(shí)，應(yīng)加大離岸距離；岸推岸吸力較強(qiáng)，出現(xiàn)危險(xiǎn)的轉(zhuǎn)頭時(shí)，不應(yīng)盲目減速，以免喪失舵效4.斜底效應(yīng)亦稱斜坡效應(yīng)當(dāng)船舶航行于水深在船寬方向上不等時(shí)，會(huì)出現(xiàn)船體吸向淺水而船首轉(zhuǎn)向深水的現(xiàn)象；原理及相關(guān)的因素與岸壁效應(yīng)類似；為保向，需向淺水一舷操舵。第四節(jié)船間效應(yīng)船間效應(yīng)的現(xiàn)象吸引、排斥、轉(zhuǎn)頭、波蕩影響因素具體的局面追越對(duì)遇駛過系泊船一、船間效應(yīng)的現(xiàn)象現(xiàn)象船舶在近距離上對(duì)駛會(huì)船、或追越、或駛過系泊船時(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)（interaction）原因船體周圍壓力分布發(fā)生變化船行波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；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.波蕩波浪的水質(zhì)點(diǎn)以一定的速度作軌園運(yùn)動(dòng)，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，稱之為波蕩或無索牽引。興波越激烈、追越船的吃水越小，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)的因素兩船間距一般當(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。兩船過度接近則有碰撞的危險(xiǎn)。船速：船間作用與船速的平方成正比。作用時(shí)間：航向相同比航向相反時(shí)影響大。小船受到的影響大。淺窄水域船間效應(yīng)更為激烈。三、追越中的船間效應(yīng)危險(xiǎn)的現(xiàn)象追越船A接近被追越船B船尾時(shí)，B船內(nèi)轉(zhuǎn)，擋住A船進(jìn)路；A，B