毕业设计（论文）-航行船舶在浅水中的纵倾变化研究.doc

2011届宁波大学本科毕业(设计)论文宁波大学海运学院2011届本科毕业论文（设计）航行船舶在浅水中的纵倾变化研究analysis of the navigating shipschange of trim in shallow water姓名 学号 专业 航海技术 班级 07航海 指导教师 职称 副教授 助教 完成日期 2011.04.08 目录引言1浅水域的概况21.1浅水区界定21.2浅水效应产生的原因21.3浅水效应产生的现象2船舶纵倾变化的影响因素32.1船舶排水量及排水体积变化的影响32.2船体的线型（船舶的方形系数）的影响32.3舷外水密度变化的影响42.4船速大小的影响43船体下沉量的估计53.1基于傅汝德数的船体升沉和纵倾变化63.2船首下沉量的定量计算6利用纵倾变化提高船舶载货量74.1通过实例计算船舶可加载的载货量74.2提高载货量的具体建议85结束语10致谢11参考文献12附录13附录一、文献综述13附录二、外文翻译15航行船舶在浅水中的纵倾变化研究（专业：航海技术 学号：074120126）指导老师： 摘 要：基于航行船舶在浅水中的纵倾变化研究，首先当然是确定何为浅水区，然后通过对浅水效应产生的条件、原因和现象的分析来引出船舶在浅水中的纵倾变化。对于船舶的纵倾变化，主要考虑了几个比较重要的影响因素，例如船舶的排水量，船型系数，船体舷外的水密度变化，船舶速度大小等，从而对船舶的纵倾变化有了定性的认识。接着，根据现有的理论和经验公式对船舶的下沉量和纵倾变化进行定量的计算，最后利用计算结果来分析船舶因纵倾变化而可加载的载货量，并用实例进行了论证。在此基础上，再给出具体的建议，希望通过船舶浅水中的纵倾变化能够充分利用船舶的载货量从而提高船舶营运的效益，最终能为船公司带来一定的效益增长。关键词：航行船舶；浅水效应；纵倾变化；傅汝德数。analysis of the navigating shipschange of trim in shallow waterzheng jianwei( navigation department，maritime college of ningbo universitystudent number：074120126supervisor：hu yunping & zhang yuanqiang)abstract: the reseatch of the trim change in shallow water. of course, where is the shallow water should be defined first, and then through the analysis of the conditions, reasons and phenomenon of the shallow water effect leads to the ships trim change in shaollow water. for the change of the ships trim, we mainly congsider several of the more important factors , such as, displacement tonnage of the ship, ships coefficient, the change of water density outboard, ships speed, thus we can have a qualitative understanding of the ships trim. then we use the existing theory and empirical formula to calculate the amount of quantitative changes of the ships sinking and trimming, and then analyze the results of the calculation to decide the amount of cargo can be loaded due to the trim change and use the example to demonstrate the results. on this basis, and with the specific suggestions, we hope to use the changes of ships trim in shallow water to take full advantage of the ships cargo capacity and then improve the efficiency of the ship and finally it can bring some efficiency gains to the shipping companies.keywords: navigating ship; shollow water effect; the change of ships trim; froude coefficient.航行船舶在浅水中的纵倾变化研究引言 1987年，渡轮”herald of free enterptis”在zeebrugge倾覆，导致近200人死亡。相关人员对船舶及自然环境等进行了全面的调查后发现，由于船舶在浅水域中高速航行时，船体下沉导致船首首尖舱进水，淹没了汽车甲板，最终导致了船舶稳性丧失而倾覆【】。随着航运的发展，此类事件发生的频率日渐增大。究其原因，则归咎于船舶在浅水域航行时所受的影响越来越大。我国是一个航运大国。近年来，国内航运业得到迅猛发展，随之便带动了我国造船业的发展。为了满足航运市场的需求，新造的船舶便逐渐朝着大型化发展，吃水越来越深。于是，可航水域的水深相对于船舶的吃水就越来越小，相对的浅水域也就越来越多了。因相对水深减小而引起的船舶的浅水效应也越来越显著，出现船体下沉量增加，船舶摇晃剧烈，船舶纵倾变化加剧等现象。而船舶的纵倾变化，不但影响到船舶在浅水域航行时的操纵性能，还对船舶安全和船舶效益等产生一定的影响。虽然国内外有许多专家都对船舶在受限水域的操纵性进行了大量的研究，但有针对性的对浅水中航行船舶的纵倾变化进行研究的却不多。而且与许多年前相比，由船舶纵倾变化带来的各方面影响也越来越大了。本文希望通过对浅水中船舶纵倾变化的研究，探寻船舶纵倾变化的规律及其影响因素，并以此来提高船舶的载货量最终增加船公司的营运效益。毕竟作为一家航运公司，追求的是安全、经济、高效这三者的完美结合，以达到获得高营业额的最终目标。浅水域的概况1.1浅水区界定虽然人们逐渐认识到相对于船舶的大型化，可航水域的相对水深正在逐渐变小，但怎样去定义浅水区一直没能给出一个明确的方式。以前，由于船舶小、船速低，浅水效应现象的发生较少，人们就根据水深数值的大小简单的定义了浅水区，超过某一常量便认为是深水区，而小于此值时则认为是浅水区【】。然而现在，随着船速的不断提高，船体的不断增大，浅水效应便常有发生，严重的甚至导致船舶毁损。所以人们不得不重新考虑浅水效应并进行深入的研究。那么，首先当然是给浅水域划个界限，在什么条件下可不考虑浅水效应，而在什么条件时则必须重视其带来的影响。目前，对于浅水区这个概念并没有给出一个定量的定义，因为出现浅水效应的水域跟船舶尺度、船速大小、船舶形状、航区水深等都存在着直接的关系【】。在航区水深较浅时，如果船舶吃水较小，航速较低并不一定出现浅水效应，相反的在航区水深较深而船速较高，吃水又较大时也是可能出现浅水效应的。于是，人们便想到了水深吃水比（h/d）这么一个相对概念。国际上也根据水深对于船舶操纵性的影响程度将水深划分为深水、中等水深、浅水（1.2h/d1.5）和超浅水【】。虽然这里定义了水深吃水比小于1.5倍时才视为我们通常所指的浅水，但根据实际的操船经验来判断，当水深吃水比小于4倍时船舶的操纵性能就开始受到影响了，当水深吃水比接近2时则将产生明显的影响。所以在实际的操船中，当水深吃水比接近4倍时便要引起注意了，应及早的采取相应的措施来减小浅水效应的影响。1.2浅水效应产生的原因船舶在浅水区航行时，船壳周围的水流与船体的相对运动跟深水中相比是有很大的区别的。当在深水中航行时，不论船舶首尾亦或是流经船底的水流由于不受空间上的限制而具有三维空间流动的特点，使得船舶相对于水的流速等于船速。在船首处水流既向两侧又向下方流动，并且向下的特点比较明显；而当接近船尾处时水流从两侧向纵中剖面又向上流动，并且向上的特点比较明显【】。而当船舶航经浅水域时，船舶首尾及船底受到空间上的限制，流经船底的水流的流态便发生了变化，从原来的三维空间流动变为了由两侧同时向内的二维平面流动，于是船体周围水压力的大小和分布便跟船舶在深水中时有很大不同，结果导致船舶阻力增加，使船体表面水动力的大小和分布发生了变化，进而产生了浅水效应。1.3浅水效应产生的现象浅水区航行的船舶，在船壳底部和河床之间形成了一个狭小的空间，导致流经船底的水流流速增大；并且又由于液体都具有一定的粘滞性，于是船在水中运动时，会带动船体周围部分水一起运动，在船体和河床处便形成了有一定厚度的边界层，使得船底过水断面减小，流速进一步增加。根据伯努利效应，当流体的速度增加时，其与物体接触的边界层上的压力会减小；反之，压力便会增大。于是，由于浅水中流经船底的水流流速的增加，使得船体周围水压力减小，从而出现船舶下沉，吃水增加，船体附加质量和附加惯性较深水中航行时增加的更加明显。并且，船底和河床的边界层的厚度都是渐变的，从船首到船尾逐渐的增加，使得船尾的过水断面比船首的小，因而流速在船尾处增加较船首明显，压力下降更多，故船尾下沉量比船首大，船舶呈尾倾状态，随船速提高，船舶的纵倾状态会发生改变【】。对于肥大型船和高速船，下沉和纵倾的变化更为剧烈。随着船舶下沉和纵倾变化的加剧，船舷两侧浸水面积增加，使得摩擦阻力增加，船速降低。阻力的增加使船舶的冲程减少。且兴波阻力的增加，使船尾涡流阻力增加，导致推进器效率下降；同时，浅水中伴流、涡流的增加使舵力下降、船速下降，而滑失比提高又使舵力增加，又接近海底的舵叶由于整流作用也提高了舵力，所以浅水中舵力变化不大，但舵效将变差。除此之外，由于船体周围水动力的分布和大小发生了变化，船舶会产生剧烈的振动，横移和转向困难，船舶的操纵性也将发生变化。船舶纵倾变化的影响因素船舶在浅水区航行时，由于船体周围水流流速的不同，首尾处较小而两舷侧较大，使得船体周围的水压力变化，首尾压力高而船中压力低，为了在相同的排水量下保持平衡，船体便要多下沉一些【】。又首尾船壳的形状（船中附近比较肥胖，向首尾逐渐瘦削）不同，于是就产生了纵倾变化。2.1船舶排水量及排水体积变化的影响船舶载重量越大，排水量越大，则船舶的纵倾变化就越大【】。现在的船舶大小已经不是几十年前的小型船可以相比的。为了提高船舶营运的效益，船公司总是希望能够最大限度的利用船舶的载重量，于是在一个港口卸货后便会另外装上一批运往其他港口的货物，并且由于淡水、食物、燃油的补给，船舶的总载重量便会发生变化。在驶进和驶出港口时，随着载重量的不同，船舶的纵倾变化也不同。又现在的大多数港口的水深相对于大型船舶而言均可视为是浅水区。于是受浅水效应的影响，在一般商船速度范围内，在船速较低时船体就开始下沉，随着船速的提高，下沉增加量变大，船首上浮的时机较早，且水越浅，船体达到首倾变为尾倾所需的船速就越低【】。并且，当船舶尾倾时，其操纵性比首倾时要好，所以大多时候人们习惯将船舶调成尾倾航行。于是，船舶在靠离港过程中如航经浅水区时，若船舶原来是尾倾的，那么随着船速的提高，船舶的尾倾将减轻，逐渐变为平吃水或者首倾；反之，如船舶原来是首倾，那么首倾将加剧。因为船壳并不是直上直下的形状，当船舶纵倾发生变化时，其吃水也随着改变，而船壳的形状是由下向上逐渐变大的，因此与小型船比较，当吃水增加量相同时，排水量大的船舶受到的影响更大，船壳所受的水动力变化也将更大，由此引起的纵倾变化也更加剧烈。当船舶的排水量一定时，排水体积的变化也将影响船舶纵倾的变化，这主要是船舶航经不同密度的水域时，由于船舶舷外水密度的改变而导致船舶出现上浮或下沉，由于船壳不同部位形状不同的原因，使得沉浮后的船体前后受力不一而出现了纵倾变化。2.2船体的线型（船舶的方形系数）的影响 船舶的航海性能和船体强度的优劣与船体的几何形状是有着密切的关系的。而船体的形状通常指的是船体的大小、外形、肥瘦程度和船体表面的光顺与否。为了研究方便，通常用型线图来表示船体的几何形状，用主尺度表示船体的大小，用船体系数表示船体的肥瘦程度。 船体系数中，水线面系数表示水线面的肥瘦，中横剖面系数表示中横剖面的肥瘦程度，棱形系数表示水下船体沿纵向分布的情况，垂向棱形系数表示水下船体沿垂向分布的情况，方形系数则表示水下船体的肥瘦程度。 而方形系数（，其中是排水体积，是船舶的型宽，是船长，是船舶的型吃水）则对船舶纵倾的变化存在着较大的影响。试想一下，如果方形系数为1即，船体形状为一长方体，则船舶的水线面面积为一常量，根据公式，（其中为船舶厘米吃水吨数，为船舶所处水域的水密度），当船舶处在某一固定水域时，即假设水密度不变，那么船舶的厘米吃水吨数将是一个定值，则船舶将出现平行下沉，也就不会出现所谓的船舶纵倾变化了。然而事实上，考虑了到船舶的操纵性能，方形系数为1的船舶很少，几乎是没有，当然除了一些专用的水上浮箱外。反之，船舶的方形系数也不是越小越好，假定船舶的方形系数接近于0，即船舶吃水很浅，排水体积很小，但水线面面积很大，则相当于一块很薄的铁板漂浮于水面，这样，不但无需考虑船体的纵倾问题，更不要说船舶的经营效益了。由于船壳的形状基本上都是由下向上逐渐展开变大的，所以其方形系数是随着吃水的增加会缓慢的变大。对于油船，其方形系数较大，水下船体较肥大，于是在浅水域船体下沉后，其纵倾变化并不是很大；反之，对于一些高速船，特别是高速集装箱船，方形系数较小，水下形状随吃水增加变化较大，纵倾变化也更为明显。据研究表明，利用uuska（1976）公式所对应的船型在1.2的条件下，其计算结果表明方形系数对下沉量影响较大，总体上表现为方形系数越大，航行船舶的下沉量就越大，至于纵倾变化则取决于水线面下船壳的形状【】。2.3舷外水密度变化的影响 因业务的需要，船舶可能经常航行在大洋、近海、沿岸或港口内。从一个港口到另一个港口，船舶会经过不同的水域，于是在航行的过程中，船舶舷外的水密度便会经常发生变化。水密度的改变必然导致船舶平均吃水的改变。假定船舶从海水进入淡水，密度变小，由于排水量不变，则排水体积必然增大，于是船舶下沉，吃水增加；反之，船舶从淡水进入海水，则船舶上浮，吃水减少。又船体水线面上船首方向和船尾方向面积分布是不同的，存在差异，则船体在上浮或下沉时将引起船舶吃水差的改变，即纵倾变化。特别是当船舶从海水进入淡水时，如果忽视舷外水密度的变化，船体下沉后有可能触底甚至搁浅进而危及船舶的安全。以船舶从海水进入淡水为例，设由于船舶舷外水密度减少而引起的平均吃水增加量为d，则可以认为在初始水线面上将有一薄水层被淹没，水层厚度为，面积大小跟水线面相同。被该薄水层淹没的船体所受到的浮力大小可近似的认为是，该浮力的作用点坐标可认为是，即漂心的纵坐标。由于船舶排水量不变，初始水线面下船体所受到的浮力因着舷外水密度的减小而减小的量刚好等于上述增加的薄水层所产生的浮力，该部分的浮力从原先的浮心处转移至初始水线面上的漂心处，作用点则沿船舶纵向移动了（）。于是，由于船舶舷外水密度改变而引起的吃水差改变量为： （2-1）式中：水密度变化引起的平均吃水改变量（） 初始水线面下船舶浮心距离船中的距离（） 船舶漂心距船中的距离（） tpc船舶厘米吃水吨数（） mtc船舶厘米纵倾力矩（）然后根据公式： 计算新的船舶首尾吃水 式中，、分别表示水密度变化前后的船舶首吃水 、分别表示水密度变化前后的船舶尾吃水【】 通过计算，我们会发现，由于船舶舷外水密度的变化而引起的船体纵倾变化是不可忽视的，因此当船舶航经密度不同的水域时应特别注意。特别是出发港和目的港的及航经水域的密度如果存在较大差异的话，船舶航行过程中将产生更加明显的纵倾变化。2.4船速大小的影响 在浅水区航行时，随着船速的提高，船体下沉量增加，船舶的纵倾变化更为显著【】。几十年前，我们主要的水上交通工具不是舢板就是一些装个小型发动机的小船，尽管在航行的过程中，理论上也该出现下沉和纵倾的变化，但对船舶的影响可谓是微乎其微的；然而，随着现代航运的发展，新造的船舶不但尺寸大，而且速度快，特别是一些高速集装箱船，为了追求效益最大化，其速度甚至可以开到30节（马士基博特蒙号，虽然由于其只有四到五年的船龄现已停运，但船舶大型化、高速化发展必将是今后船舶发展的趋势）。而在这么高的速度下，船体出现下沉和纵倾变化都较低速时明显。再者，在浅水区中，高速航行时船体周围水流相对船体的流速更大，使得原来二维流动的水流流速进一步提高，船体周围水压力改变，船体下沉，然后船体和河床之间的过水断面变得更加小，船体下沉和纵倾变化加剧。总之，浅水中航行的船舶其纵倾变化是跟多个因素有关的，而现代船舶的大型化发展是其产生的根本原因。船舶排水量的增加，使得相对水深减小，浅水效应加剧。于是，当船舶载重量改变、船舶方形系数不同、船舶舷外水密度改变和船速变化时，都将对船体的纵倾变化产生一定的影响，而且载重量越大，方形系数越大，舷外水密度改变越大，船速越高时，其产生的纵倾变化将是不可忽视的。3船体下沉量的估计船舶在浅水区航行可视为受限水域航行的一种特殊情况，有其独特的航行规律，特别是因对船体下沉量的估计不足，导致船舶触底、搁浅等海损事故也较为常见。而船舶在浅水区安全航行的一个重要因素便是富余水深，对于某一船型，从安全和经济角度出发，设计可航水域的水深时也应先考虑船舶的富余水深。而与富余水深相关的众多因素中，船体的下沉量在传统上是比较难以确定的。然而船体下沉量的计算精度又对船舶安全航行所需的水深确定有着极其重要的影响。目前，对于船体下沉量的估计方法其基本思路有以下几种：第一种是以流体力学为基础，结合船舶的操纵性，利用计算机进行模拟，从而探寻其规律。第二种是以船模试验结果为基础，根据船舶操纵性的理论进行分析和研究。第三种则是凭借现有的理论和实验研究成果，或者一些经验公式给出结论【】。对于经验方法，英版航海手册给出了三个经验公式：（）下沉量=10%吃水，此公式一般适用于船速为10kn的船舶下沉量估计，并不适用于所有船舶；（）下沉量=每5kn前进速度下沉0.3m，此公式表明在一定的速度范围内，船体下沉量与船速保持的一定的线性关系；（）下沉量=，式中的单位是kn，此公式说明下沉量与船速平方成正比，但并没有考虑到船型、水深等问题【】。因此作为一种经验公式，是有其较大的局限性的，但如若只需粗略的估计船体下沉量时，运用该公式是比较方便的，从某种角度讲也是有其积极意义的。然而，经验公式有时可能有较大出入，相比较而言，定量的数值计算则更具科学性和实用性。从1967年到1977，tuck应用细长体理论首先给出了船体下沉量和纵倾变化的一个理论计算方法。而后，在1970年，tuck和aylor提出了一种近似的计算公式： (3-1)式中：为船体平均下沉量，t为吃水差的改变量，为船舶垂线间长，为船舶排水体积，水深傅汝德数，为船速（），为水深（），为平均下沉量系数，为吃水差变化量系数【】。随后在此基础上衍生出了许多的解析式或一些经验公式，如hooft（1974）公式、huuska（1976）公式、eryuzlu和hausser（1978）公式、barrass（1981）公式、romisch（1989）公式、millward（1990）公式、millward（1992）公式、eryuzlu（1994）公式、ankudinov（1996）公式等。而不同的公式有其不同的适用条件，对于不同的水域、不同的船型误差大小也不尽相同，所以在估算下沉量时应视具体情况而定。3.1基于傅汝德数的船体升沉和纵倾变化在无限深水域，船体的升沉和纵倾变化主要取决于船型和船速，而其改变量则可以用傅汝德数（其中，为船速（），为船长（）来衡量。随着船速的提高，逐渐增大，在不同的区间，船舶表现出不同的浮态。（）0.10.25时，船体开始出现下沉，船尾吃水基本不变，主要表现为首下沉。（）0.250.3时，船尾开始下沉，但其下沉量小于首下沉量，即船舶在该速度区间主要表现为船体下沉和首倾。而一般的船舶其0.3，所以在船舶航行过程中，原来平吃水的船舶状态将变为首倾状态。（）=0.3时，是一个过渡状态，此时船首停止下沉，而船尾下沉则继续增大。（）0.30.6时，船尾因已降至最低点而开始上浮，而船首则继续上升。随船速提高，船首上升至一定程度便开始下沉。总体上，船舶浮态表现为尾倾并上浮，当达到某一程度将保持某一浮态不变而处于水面滑行状态【】。而在浅水区航行时，由于船舶周围水流态势由三维空间流动变为二维平面流动而导致船体周围水动力的分布和大小的改变，船底水流速度的变大使得船体的下沉量比深水中大。长期的实践也表明，浅水区航行，船底富余水深变小，不但船舶操纵性能降低，严重时船舶因下沉和纵倾变化加剧而触底甚至搁浅以致造成财产损失和人员伤亡。3.2船首下沉量的定量计算 在一般商船速度范围内，船首的下沉量往往要大于船尾下沉量。所以，在计算船舶浅水中航行时的最大下沉量，一般就计算船首下沉量。1974年hooft利用tuck在1970提出的计算公式，将取1.41.53，取1.0，给出以下开敞水域浅水中船首下沉量的计算公式：(3-2)式中： 船首下沉量 船舶排水体积 船长（垂线间长） 水深傅汝德数，为船速（m/s）， 为水深（m）【】对于长江口航行的船舶，我们可以运用此公式进行首下沉量的计算，但考虑到长江口航道的宽度有限，因此受其航道宽度影响，首下沉量将受到影响，大小视航道宽度而定。但总体上航行在宽度受限的航道中，船体的下沉量比无限水域中要大。如图3-1表示船舶在宽度受限的航道中航行时，船体下沉量和与在无限水域中相比吃水差变化的增加率。图3-1航行船体下沉量和吃水差变化的增加率利用纵倾变化提高船舶载货量4.1通过实例计算船舶可加载的载货量长江口地跨江苏省和上海市，有着优越的地理位置，做为长江沿线港口和上海港的唯一通道有着举足轻重的作用。据不完全统计，我国华东地区的煤、油和其他一些原料等有将近百分之八十是由船舶乘潮过长江口来完成的，因此长江口航道的深浅便制约着船舶运输。自改革开放以来，长江三角洲地区社会经济得到飞快的发展，沿岸重要建筑的不断增多，使得长江口的治理越来越迫切。经过三期治理，长江口的水深由原来的6米多增加到了现今的12.5米，可以靠离的船舶吨数也增加到近10万吨。然而，长江口虽经治理，航道加深，但对于大型船舶来讲，航经此处时仍旧将产生浅水效应，使船体下沉，首尾吃水改变，纵倾变化加剧。为安全起见，大型船舶都要等涨潮时才能过长江口，以防触底搁浅【】。为此，当船舶抵达长江口时若还没涨潮，则既延误了船期，又降低了船舶的经营效益，这对于船公司来讲是最不愿意发生的事。那么，既然如此，我们除了在船期安排上做工作外，还可以考虑船舶因纵倾变化而损失的载货量，使船舶在这个问题上能多争取一些主动。下面将通过实例来进行计算船舶因纵倾变化而损失的载货量。（）设散货船轮，船长200米，垂线间长为190米，型宽32米，型深18米，吃水11米，载重55000吨。进港船速12。由3.1船舶深水中的升沉变化可知，当0.3时，船体下沉，但总体上表现为首倾。而多数商船船速在该速度范围内，所以静水中平吃水的船舶，在深水中将表现为平均吃水增加，并出现首倾。由变化得。而一般出于燃料消耗的考虑，航行中船速基本都在26以内，再加上长江口船舶密度变大，为了安全，进出长江口的船舶速度将进一步减小，一般都在12左右。所以根据的变化规律，航行在长江口的船舶远小于0.3，基本上都将出现船首下沉的情况。于是，我们可以利用船舶首倾，再结合船舶吃水和船舶的初始浮态来增加载货量。由水深傅汝德数可知，根据公式(3-2)可得船首下沉量：因为此公式适用于开敞水域，故当船舶进入长江口时还需考虑航道宽度受限带来的影响。根据公式(3-1)得吃水差变化量又由图3-1可知，当船舶下沉量为0.78时，船舶吃水差变化的增加率为7.5%，即船舶吃水差变化增加了0.04，则变为0.57，即相对于开敞水域，船首下沉量增加了0.06。（）已知下沉量求吃水的改变假定轮入长江口前处于尾倾，则当进入长江口航道时，由于船速的降低，使得船舶的傅汝德数0.3，于是，船舶表现为首下沉量大于尾下沉量，而后逐渐变为平吃水。由上面的计算可知，在船舶变为平吃水时相对于船舶平吃水进入长江口而后变为首倾，船舶的吃水减少了0.42，因此，船舶在进入长江口前还可以适当的增加一定的货物。（）根据吃水变化量求可增加的载货量根据静水力曲线图，我们可以查得55000吨的散货船，其厘米吃水吨数约为41.00那么由公式得可以增加的货物量约为1722吨。从计算结果我们可以看出，利用船舶进入浅水区前后纵倾的变化可以给船舶适当增加一部分载货量。而这只是一个航次的增加量。如果从船舶一年的载运量考虑的话，不同的季节都尽量将船舶配至满载，在长江口涨潮时就有足够的富余水深可以安全的通过了，再在进入长江口前配载好货物使船舶具有一定量的尾倾，进入长江口航道时则刚好变为平吃水。这样，对于55000吨的散货船而言，每个航次都可以考虑增加载货1722吨左右。而以上海和秦皇岛之间的航线为例，由于航线较短，一般船舶每月可跑四个航次，考虑到气象原因，此航线一年可跑十个月左右。于是，对于55000吨的散货船来讲，正常情况下一年可以跑40个航次，按照每个航次增加1722吨货物，则一年下来可以增加近68880吨货物。而如果忽视掉这部分载货量，在进长江口前就已经调成平吃水的话，进入长江口航道则将受浅水效应影响，船速降低，船体下沉，出现首倾。这样，为了船舶安全，不得不用压载水来调整船舶纵倾，在无形中便损失了一部分的载货量。由此可见，利用好船舶的纵倾变化是可以给船舶营运带来一定的效益的。4.2提高载货量的具体建议作为一家航运公司，实现利润最大化当然是所追求的最终目标。而利润要由支出和收入来衡量，对于支出，船公司需考虑除了正常的船员工资，船舶各项开销外还应尽量减少不必要的消耗，这主要是船公司方面要解决的问题。而对于收入，除了船公司考虑货物的运输价格外，对于船舶本身来讲，当然是尽量达到满舱满载，使得船舶的利用率达到最大。那么作为船舶本身要怎样才能实现对船舶舱容的充分利用。首先，当然是开航前的货物配积载问题。大副应充分的考虑船舶将要航经的水域的密度，船舶所装货物的积载因素。在尽量多装货的前提下，使船舶具有一定的尾倾。这样不但使改善了船舶的操纵性，还能够充分利用舱容。其次，便是确定船舶的初始尾倾量。过大，在浅水区航行时由于纵倾的变化，虽然尾倾现象减轻但船舶的吃水相对于平吃水将增大，甚至超过规定的载重线；过小，则浅水区航行中可能出现一定的首倾，不但船舶操纵性变差，而且将损失一部分舱容。那么，在计算船舶的尾倾量时，我们应根据船舶的具体参数，通过对船舶的船型系数、船速等进行分析，再结合航经浅水域的情况，开敞或宽度受限等条件选择合适的下沉量计算公式。最后再以经验公式作为参考，确定最终的一个结果。最后，便是准确的把握船期。以长江口为例，由于其涨潮的时间不一定跟人们的生物钟吻合，那么船长应根据长江口潮汐的规律确定好航行过程中船舶的行驶速度，使得船舶抵达长江口外时刚好涨潮，这样就避免了候潮而浪费时间，于是，在有足够的富余水深的前提下，船舶按时乘潮过长江口，其浮态也有初始的尾倾变为平吃水，使船舶的舱容得到了充分利用。5结束语船舶的大型化使得相对的浅水区越来越多，当船舶航经此处时，受浅水效应影响将产生各种影响。本文主要针对船舶航行于浅水区时其纵倾的变化，通过对船舶载重量、船型系数、船舶舷外水密度的变化和船速的大小等因素的分析，了解了纵倾变化的影响因素。又从数学计算的角度，利用现有的理论和经验公式进行了定量的计算，从计算结果来推导出船舶可以利用纵倾变化而增加的载货量。通过航行于长江口的船舶的实例分析可以看出，原先尾倾的船舶进入长江口后变为平吃水，因船舶纵倾变化而可增加的载货量是非常可观的。因此，充分的利用好船舶在浅水中航行时的纵倾变化对于提高船舶的营运效益是有一定的现实意义的。致谢本课题在选题及研究过程中得到胡云平老师和张远强老师的悉心指导和大力支持，最终能够顺利的完成。胡云平老师和张远强老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、大胆创新的进取精神对我产生了重要影响，并且耐心的指出论文写作中的不足，且经常能给出宝贵而有意义的建议。他们开阔的视野，渊博的知识使我深深的受到启发。另外，我还要特别感谢对我的论文提出宝贵意见的老师和同学。同时，通过此次对船舶在浅水中航行时的纵倾变化研究，不但加深了我对课本上的理论知识的理解，也让我的各方面能力得到了锻炼和提高。最后，再次对关心、帮助我的老师和同学并表示衷心地感谢。参考文献：1 雷涛，郭国平浅水航行船舶下沉量的确定j航海技术，2002：242周华兴，郑宝友关于深水、浅水与限制性航道界定的探讨j水运工程，2006：54583 朱伟浅谈浅水道航行对船舶工况的影响j天津航海，2007：1，314 洪碧光船舶操纵原理与技术m大连：大连海事大学出版社，2007.5：192198，2102235 招定友船舶浅水效应的研究j天津航海，2009（2）：466 陈哲，谢世平浅析浅水对船舶操纵的影响n重庆交通学院学报，2002（12）：1191227 乔归民一种不可忽视的纵倾变化j中国航海，2004（1）：59618 洪碧光，于洋船舶在浅水中航行下沉量的计算方法n大连海事大学学报，2003：159 沈玉如船舶货运m大连，大连海事大学出版社，1998：687710 朱红波，邱云明浅水航行船舶限速的探讨j天津航海，2005：12，611 吴明，庄毅，代亮，杨波，石爱国，杨宝章试论纵倾对舰船操纵性能的影响c船舶航泊安全的新经验新技术论文集（下册），2007：36937912 董存义，吴东江浅论船体下沉量与富余水深的确定c海洋船舶安全理论与实践论文集，2008：21822313 闫伟大型船舶在浅水域操纵性能的探讨j航海技术，2008：4614 张大有，李绍波关于浅水影响及其改善技术j船还工程，2006：1415 俞嘉虎船舶进入限制航道后的操纵性变化和安全防范j航海技术，2005：282916 潘浩关于船舶航行中的船体下坐j航海技术，1996：272817 t.p.gourlay and e.o.tuckthe maximum sinkage of a shipjjourmal of ship research，2001：505818dr c.b.barrassship design and performance for masters and matesmbutterworth-heinemann，2004：148179附录附录一、文献综述一 材料来源通过学校的图书馆中西文数据库及互联网，阅读了期刊、学报、著作上的相关文章二十余篇，直接参考文献十八篇，其中外文文献两篇。阅读的期刊包括航海技术（由上海市航海学会主办的面向海员、面向航海科技、面向航运实践的科技期刊）、中国航海（由中国航海学会主办的专业性刊物，反映我姑航海科技领域的科研成果）、天津航海（由天津航海学会主办）、水运工程（由交通部主管中交水运规划设计院主办）、船舶工程（即中国造船工程学会会刊，国家技术类核心期刊）等；阅读的学报包括重庆交通学院学报等；阅读的著作包括洪碧光（教授、硕士生导师，主要从事船舶操纵，船舶避碰，船舶安全管理，港口水域船舶运动安全评估领域的工作）的船舶操纵原理与技术（本书全面、系统地论述了船舶操纵原理和实践的基本内容）及沈玉茹的船舶货运。二 研究历史及现状文献4和文献8中明确了浅水的定义，浅水只是一个相对概念，同一水深对于小船可能是深水，而对于大船可能是浅水。通常，采用水深吃水比（h/d）来表示水深的深浅。当1.2h/d1.5时，该水深就是我们通常所指的浅水。船舶航行于该水域时，可发现船舶操纵性将收到明显影响，并达到了易发现的程度。作者认为，船舶在浅水中运动时，与深水中的运动比较，船底的流态明显不同。深水中的船舶其船底的水流不受空间限制而具有三维空间流动的特点，而在浅水中，此种流态由于空间限制由三维流动变为了二维平面流动，使得船体表面的水动力的大小和分布发生变化，从而使船体出现了纵倾变化加剧等现象。无限水域深水中，根据傅汝德数（fn=v/），按照船速的高低，船体升沉与纵倾分为三个区域，即浮力支撑区、过渡区和滑行区。而在浅水中这种现象的加剧，使得船舶航行下沉量的计算精度对估计安全航行所需的富余水深有着积极重要的影响。因此，很多专家提出一些根据参数估算船体下沉量方法。有hooft（1974）公式、huuska（1976）公式、eryuzlu和hausser（1978）公式、barrass（1981）公式、romisch（1989）公式、millward（1990）公式、millward（1992）公式、eryuzlu（1994）公式、ankudinov（1996）公式。而在比较了结果发现，各公式使用的船型略有区别，得出数值的大小也是不同的，但却为船舶下沉量的估计提供了一个量化的结果。文献5和文献6中作者认为我国港口和内河航道普遍存在着水深不足，致使船舶航行是经常出现浅水效应，造成船舶的周围水场分布、水阻力、航速、吃水和操纵性等发生了一系列对船舶的安全操纵很不利的变化。船舶在浅水区航行中，由于周围水流流速变动，沿舷侧水流较首尾快，使船体周围水压发生变化，船首尾部高，中间低，船舶如果要保持其排水量，为了取得新的均衡，就要比静止时多下沉一些。与此同时，由于船体首尾线的不同，必然引起纵倾的变化。其实，在深水中航行也会有下沉和纵倾的变化。但这种变化改变的程度在浅水中就变得更加激烈。在商船速度范围内，浅水中低速时就出现船体下沉，随着船速的增高，下沉的增加率也很快，首上浮时机较早。而且，越是水浅，达到最大首纵倾和开始变为尾倾所需的船速越低。因此，船舶通过浅水时，对船体下沉及纵倾现象必须引起重视，并应根据估计，求出剩余水深，以防船舶搁浅或触底。文献7作者分析了船舶由海水进入淡水港或航道是吃水增加的问题，指出随船型、尺度、排水量越来越大等因素影响导致的船舶纵倾变化已不可忽视，分析了与这种纵倾变化的大小相关的因素，通过模拟计算定量的反映了纵倾变化的大小，并提出了预防造成的严重后果的对策。文献1和文献12作者通过对浅水域中航行船舶吃水增加而产生下沉现象分析，包括船舶在临界、亚临界、超临界速度段相应阻力、纵倾以及下沉的探讨，给出了下沉量确定的几种方法，对于计算船舶的首位下沉量具有积极的意义。文献13作者主要讨论了为减小浅水效应对船舶的影响而需采取的一些实际措施做了阐述。描述了浅水的界定，大型船舶浅水效应的具体表现及相应的注意问题。对于船舶纵倾的变化，作者从理论上进行了说明，相对水深h/d越小，首尾下沉量越大。而大型船舶吃水大，进出港口或浅滩时受实际水深的制约，因而往往需要通过调节吃水差，尽可能保持平吃水，以满足最大装货量的需要。文献3中作者对浅水航道的定义进行了理论上的讨论，并结合长江口钱吃水航道情况进行了总结。文献2作者通过对船舶阻力的分析和计算，根据影响阻力的主要因素，航速、水深与船舶吃水比、断面系数，由换算系数来界定深水、浅水与限制性航道。文献14中也提出了浅水影响的判别。两者对浅水的概念进行了理论上的说明，使得何为浅水域更加的明晰。文献10作者根据船舶在浅水区航行时的限制航速的原则，建立了限速数学模型，分析了船速与船舶下沉量的关系，为驾驶员在浅水区航行时提供了参考依据。为进一步研究航行船舶在浅水中的纵倾变化提供了一种思路。文献15中作者分析了限制航道中出现的多种不安全现象对船舶操纵性的影响，提出了安全防范措施。对于浅水引起的船舶下沉和纵倾变化，作者只从理论层面上进行了解释并提出了相应的防范措施。文献16中作者对于由于浅水效应引起的船舶尾倾在理论上进行了推导，得出了相应的结论：平均下沉量随着船速的增加而增加，随着水深的减少而增加。这位计算船体下沉量提供了借鉴。文献11中作者使用别尔舍茨方法，对纵倾对舰船操纵性的影响做了更精确的定量计算，得出其量化规律，为船舶驾驶提供了参考。四发展方向及趋势由于船舶趋于大型化，相对的浅水区域也越来越多，人们不得不重新审视由于浅水而产生的各种效应。特别是船舶的下沉和纵倾的变化使得搁浅、触礁的危险性越来越大。于是，人们从对于船舶纵倾的定性研究开始转为对其的定量研究，通过建立数学模型来模拟计算由于船速、船型、吃水等的影响因素而导致的船舶的下沉和纵倾变化量。同时，在实际生活中，基于浅水效应引起的船舶纵倾变化，大多的船舶采用的都是打压载水来调节，这便在无形中损失了部分货物的仓容，而对于大型船舶这种损失是很可观的，若加以利用便可带来不俗的效益。所以，对于船舶在浅水区航行纵倾变化的研究的发展趋势，除了使船舶能够安全的通过浅水区外，还可以更多的结合船公司的经济利益考虑船舶的积载问题，使船舶在装载后尽可能以平吃水过浅水区，从而提高了船舶的经济效益。而现在，对于本课题的研究，是希望通过现有的资料和数据对航行船舶在浅水中的纵倾变化有一个定量的认识，分析其影响的因素再结合具体的数学模型进行定量分析，从而得到浅水中船舶纵倾变化的规律。在此基础上，便可以考虑船舶的积载问题，通过始发港和目的港的水域情况，利用吃水差调整的相关公式进行配载，尽量使得船舶进入浅水区时达到平吃水，省去用压载水调节的麻烦，也可以充分利用舱容提高船舶载货量，进而提高船舶的效益。附录二、外文翻译ship squat in open water and in confined channelswhat exactly is ship squat?when a ship proceeds through water, she pushes water ahead of her. in order not to leave a hole in the water, this volume of water must return down the sides and under the bottom of the ship. the streamlines of return flow are speeded up under the ship. this causes a drop in pressure, resulting in the ship dropping vertically in the water. as well as dropping vertically, the ship generally trims ford or aft. ship squat thus is made up of two components, namely mean bodily sinkage plus a trimming effect. if the ship is on even keel when static, the trimming effect depends on the ship type andbeing considered. the overall decrease in the static underkeel clearance (ukc), ford or aft, is called ship squat. it is not the difference between the draughts when stationary and the draughts when the ship is mo