外界因素对船舶操纵的影响

1、外界因素对船舶操纵的影响 第三章第三章 外界因素对船舶操纵的影响外界因素对船舶操纵的影响 船舶在航行时，可能受到浅水、受限水域、风、流、过往船舶以及船舶在航行时，可能受到浅水、受限水域、风、流、过往船舶以及 本船首、尾波的影响，操船者应对这些影响进行全面正确的评估，以利本船首、尾波的影响，操船者应对这些影响进行全面正确的评估，以利 于船舶安全航行于船舶安全航行 第一节第一节 风对操船的影响风对操船的影响 第二节第二节 流对操船的影响流对操船的影响 第三节第三节 受限水域对操船的影响受限水域对操船的影响 第四节第四节 船间效应船间效应 第五节第五节 海浪对操船的影响海浪对操船的影响 外界因素对船

2、舶操纵的影响 第一节第一节 风对操船的影响风对操船的影响 一一 风动力与风动力转船力矩风动力与风动力转船力矩 二二 水动力与水动力转船力矩水动力与水动力转船力矩 三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律 四四 强风中操船的保向界限简介强风中操船的保向界限简介 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 1.1.风力及风力矩的计算公式风力及风力矩的计算公式 作用于作用于x,yx,y轴的风力和对重心的风力距为：轴的风力和对重心的风力距为： 222 sincos 2 1 aaa a a BACVF 相对风舷角 方向的面积投影， 相对风速 风压力系数 空气密度

3、 其中： yxBA V C mkg aa a a a , )/226.1( 3 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 作用于作用于x,yx,y轴的风力和对重心的风力距为轴的风力和对重心的风力距为： Aaa aa aa xYN FY FX sin cos 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 2.2.风力系数的表达方式及其特点风力系数的表达方式及其特点 风力系数风力系数CaCa由船模风洞试验求得，当船模一定时，由船模风洞试验求得，当船模一定时，CaCa表示为：表示为： 风速一定时，船模在风洞中在不同的风舷角下测得

4、其受力风速一定时，船模在风洞中在不同的风舷角下测得其受力FaFa，然后，然后 用上式计算出用上式计算出CaCa的大小，进而得到的大小，进而得到CaCa与风舷角之间的函数关系。其有下与风舷角之间的函数关系。其有下 列几种表达方式。列几种表达方式。 22 2 sincos 2 1 aaaa a a BAV F C 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 （1 1）列表法）列表法 将将CaCa与风舷角之间的对应关系列成表格的方式来表示，如某船的风洞试与风舷角之间的对应关系列成表格的方式来表示，如某船的风洞试 验结果如下：验结果如下： （2 2）曲线法）曲线法

5、将上表数据标绘成曲线，即得风力系数曲线图，见教材将上表数据标绘成曲线，即得风力系数曲线图，见教材P68P68。 02040608090100120140160180 Ca0.501.101.351.301.051.001.051.301.351.200.60 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 （3 3）近似估算法）近似估算法 当精度要求不太高的情况下，可按照下列近似公式计算：当精度要求不太高的情况下，可按照下列近似公式计算： 6cos133. 04cos367. 02cos142. 0142. 1 6cos117. 04cos25. 02cos08

6、3. 0200. 1 6cos175. 04cos35. 02cos05. 0325. 1 对于客船： 对于油轮： 对于一般货船： a a a C C C 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 （4 4）风力系数的特点）风力系数的特点 a. a. 当当0 0或或180180时，时，CaCa最小最小 b. b. 当当30304040或或140140160160时时, Ca, Ca最大最大 c. c. 船型不同，船型不同，CaCa曲线分布也不相同。曲线分布也不相同。 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 3.3.风

7、力作用中心风力作用中心 一般用无因次量一般用无因次量a/La/L表示，其大小也是风舷角的函数：表示，其大小也是风舷角的函数： （1 1）曲线法）曲线法 见见P68P68 （2 2）近似估算法）近似估算法 风力作用中心的特点：风力作用中心的特点： a/La/L基本是风舷角的线性函数基本是风舷角的线性函数 侧面积在纵向分布决定了风力作用中心的位置。侧面积在纵向分布决定了风力作用中心的位置。 f L a 0023. 0291. 0 L a 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 4.4.风力角与风舷角的关系风力角与风舷角的关系 风力角一般用风力角一般用表示，其

8、大小也是风舷角的函数：表示，其大小也是风舷角的函数： （1 1）曲线法）曲线法 见见P68P68 （2 2）近似估算法）近似估算法 风力角的特点：风力角的特点： a. a. 风舷角越大，风力角也越大；风舷角越大，风力角也越大； b. b. 除风舷角除风舷角0 0和和180180之外，风力角之外，风力角均大于风舷角均大于风舷角。 f 90 90 180. 0 90 115. 01 3 ）（）（ 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 5.5.风力系数及风力矩系数的其它表达方式风力系数及风力矩系数的其它表达方式 将风力将风力FaFa分解为分解为XaXa和和Y

9、aYa，力矩为，力矩为NaNa，则得到三个系数：，则得到三个系数： LBV X C BV Y C AV X C aaa a aN aaa a ay aaa a ax 2 2 2 2 1 2 1 2 1 外界因素对船舶操纵的影响 一、风动力与风动力转船力矩一、风动力与风动力转船力矩 6.6.船舶受风面积的估算船舶受风面积的估算 一般情况下，船舶正面和侧面受风面积应从船舶资料中查找。如果一般情况下，船舶正面和侧面受风面积应从船舶资料中查找。如果 船舶资料不全或无资料可查，在精度要求不高的情况下，可通过近似计船舶资料不全或无资料可查，在精度要求不高的情况下，可通过近似计 算求得：算求得： AaAaC

10、1B2C1B2 Ba BaC2L2C2L2 C1, C2C1, C2与船型有关，见与船型有关，见P67P67 外界因素对船舶操纵的影响 二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩 水动力是由于船舶对水有相对运动而产生的水对船舶的作用力，其水动力是由于船舶对水有相对运动而产生的水对船舶的作用力，其 大小与船速、漂角等因素有关。与风力的表达方式相似，水动力可由下大小与船速、漂角等因素有关。与风力的表达方式相似，水动力可由下 式表示：式表示： 1.1.水动力及水动力距的计算公式水动力及水动力距的计算公式 作用于作用于x, yx, y轴的水动力和对重心的水动力距为：轴的水动力和对重心的水动力

11、距为： LdCVF WWW 2 2 1 www ww ww xYN FY FX sin cos 外界因素对船舶操纵的影响 二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩 2.2.水动力系数的数学表达方式水动力系数的数学表达方式 水动力系数水动力系数CwCw由船模循环水槽试验求得，当船型一定时，由船模循环水槽试验求得，当船型一定时，CwCw表示为：表示为： 相对流速一定时，船模在循环水槽中在不同的漂角下测得其受力相对流速一定时，船模在循环水槽中在不同的漂角下测得其受力FwFw， 然后用上式计算出然后用上式计算出CwCw的大小，进而得到的大小，进而得到CwCw与漂角之间的函数关系。其有与漂角

12、之间的函数关系。其有 下列几种表达方式。下列几种表达方式。 LdCV F C WW w W 2 2 1 外界因素对船舶操纵的影响 二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩 1 1）. .列表法列表法 将将CwCw与漂角之间的对应关系列成表格的方式来表示，如某船的循环水槽与漂角之间的对应关系列成表格的方式来表示，如某船的循环水槽 的深水试验结果如下：的深水试验结果如下： 2 2）. .曲线法曲线法 将上表数据标绘成曲线，即得水动力系数曲线图，见教材将上表数据标绘成曲线，即得水动力系数曲线图，见教材P62P62 3.3.水动力作用中心与漂角之间的关系水动力作用中心与漂角之间的关系 02

13、040608090100120140160180 Cw0.90.90.2 )(f L aw 外界因素对船舶操纵的影响 二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩 水动力作用中心一般用无因次量水动力作用中心一般用无因次量aw/Law/L表示，其大小也是漂角的函数：表示，其大小也是漂角的函数： 1).曲线表示法见曲线表示法见P63 2).2).水动力作用中心的特点水动力作用中心的特点 a aw w/L/L随着漂角的增大而增大；随着漂角的增大而增大； 一般一般a aw w/L/L值为值为0/25-0.750/25-0.75之间；之间； 尾倾越大，尾倾越

14、大，a aw w/L/L值越大。值越大。 4.4.水动力角与漂角之间的关系水动力角与漂角之间的关系 水动力角一般用水动力角一般用表示，其大小也是漂角的函数：表示，其大小也是漂角的函数： 由于船体水下侧面积形状沿由于船体水下侧面积形状沿x x轴方向变化不大，因此，轴方向变化不大，因此，较集中在较集中在 9090度附近。度附近。 )(f 外界因素对船舶操纵的影响 二、水动力与水动力转船力矩二、水动力与水动力转船力矩 5.5.水动力系数及水动力距系数的其它表达方式水动力系数及水动力距系数的其它表达方式 将风力将风力FwFw分解为分解为XwXw和和YwYw，力矩为，力矩为NwNw，则得到三个系数：，则

15、得到三个系数： dLV X C LdV Y C LdV X C W W WN W W Wy W W Wx 22 2 2 2 1 2 1 2 1 外界因素对船舶操纵的影响 三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律 风中偏转分析方法风中偏转分析方法 分析船舶风中偏转规律必须知道以下条件：分析船舶风中偏转规律必须知道以下条件： 船舶本身条件：船舶本身条件： 上层建筑形状、面积、船舶运动状态（系泊、锚泊或航行）、水下侧面上层建筑形状、面积、船舶运动状态（系泊、锚泊或航行）、水下侧面 积形状等。积形状等。 外界条件：外界条件： 风向、风速、相对流速、相对流向、水深等。风向、风速、相对流速、相对流向

16、、水深等。 综合上述条件，我们可以得出转船合外力距的大小及其方向，进而可以综合上述条件，我们可以得出转船合外力距的大小及其方向，进而可以 判断船舶的偏转方向。判断船舶的偏转方向。 外界因素对船舶操纵的影响 三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律 （1 1）重心、风力作用中心和水动力作用中心的确定）重心、风力作用中心和水动力作用中心的确定 重心、风力作用中心和水动力作用中心三者的位置决定了合外力距重心、风力作用中心和水动力作用中心三者的位置决定了合外力距 的方向，进而决定了船舶的偏转方向，因此，我们首先必须知道三者之的方向，进而决定了船舶的偏转方向，因此，我们首先必须知道三者之 间的关系

17、。间的关系。 船舶重心船舶重心G: G: 一般在船中稍后。一般在船中稍后。 风力作用中心风力作用中心A A： 正横前来风，在正横前来风，在G G之前；之前； 正横来风，在正横来风，在G G附近；附近； 正横后来风，在正横后来风，在G G之后。之后。 水动力作用中心水动力作用中心W W：船舶前进时，在：船舶前进时，在G G之前；之前； 船舶横移时，在船舶横移时，在G G附近；附近； 船舶后退时，在船舶后退时，在G G之后。之后。 （2 2）合外力距的方向确定）合外力距的方向确定 根据根据NaNa和和NwNw的代数和来确定。的代数和来确定。 外界因素对船舶操纵的影响 三三 风致偏转和漂移的规律风致

18、偏转和漂移的规律 2.2.船舶静止中受风偏转规律船舶静止中受风偏转规律 （1 1）正横前来风（）正横前来风（909090） 静止中的船舶在风力静止中的船舶在风力FaFa的作用下，使船舶以的作用下，使船舶以 一定的船速一定的船速V V，某一漂角，某一漂角向下风运动，进而产生向下风运动，进而产生 水动力水动力FwFw。这时，。这时，A A在在G G之后，之后，W W在在G G之前，合外力矩之前，合外力矩 为为NaNaNwNw，在其作用下，产生旋转角角速度，使船，在其作用下，产生旋转角角速度，使船 尾向下风旋转。尾向下风旋转。 随着船舶的转动，随着船舶的转动，A A点和点和W W点都向点都向G G点

19、靠拢，点靠拢， 当船舶转为横风附近时，当船舶转为横风附近时，A A点、点、W W点、和点、和G G点重合，合点重合，合 外力距外力距NaNaNwNw0 0。当。当FaFaFwFw时，船舶将以正横附近时，船舶将以正横附近 受风匀速向下风漂移。受风匀速向下风漂移。 外界因素对船舶操纵的影响 三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律 （3 3）偏转规律结论）偏转规律结论 船舶静止中受风时，无论是正横前来风还是正衡后来风，船舶都将船舶静止中受风时，无论是正横前来风还是正衡后来风，船舶都将 转向正横附近受风，最终将匀速向下风飘移。转向正横附近受风，最终将匀速向下风飘移。 外界因素对船舶操纵的影响

20、三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律 （4 4）静止中受风船舶向下风漂移速度）静止中受风船舶向下风漂移速度 根据上述结论，船舶受横风匀速向下风漂移时，其运动方程为：根据上述结论，船舶受横风匀速向下风漂移时，其运动方程为： a a wawa a ww aaa wwaaaa wa V Ld B CC V LdC BC LdCBCV YYrvmm 041. 0 , 4 . 1/900012. 0/ 2 1 2 1 0 2 2 则时，在设 经过整理得： 则： 外界因素对船舶操纵的影响 三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律 经验数据：经验数据： 超大型船舶空载时超大型船舶空载时Ba/

21、Ld=1.8,Vy=1/20VaBa/Ld=1.8,Vy=1/20Va；满载时；满载时Ba/Ld=0.8,Vy=1/30Va;Ba/Ld=0.8,Vy=1/30Va; 外界因素对船舶操纵的影响 三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律 3.3.船舶前进中受风偏转规律船舶前进中受风偏转规律 （1 1）正横前来风（）正横前来风（90NaNwNa时，船首向受风偏转（逆风偏转）时，船首向受风偏转（逆风偏转） 当当NwNaNw9090） 船舶有前进速度船舶有前进速度，在风力，在风力FaFa的作用下，使船舶以一定船速的作用下，使船舶以一定船速V V，某，某 一漂角一漂角向下风运动，进而产生水动力向下

22、风运动，进而产生水动力FwFw。这时，。这时，A A在在G G之后，之后，W W在在G G之前，之前， 其合外力距为其合外力距为NwNwNaNa，在其作用下，产生的旋转角加速度，使船首向上，在其作用下，产生的旋转角加速度，使船首向上 风偏转。风偏转。 外界因素对船舶操纵的影响 三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律 （3 3）偏转规律结论）偏转规律结论 正横前来风：正横前来风： 空载、慢速、尾倾、船首受风面积大时，船首多数为顺风偏转；空载、慢速、尾倾、船首受风面积大时，船首多数为顺风偏转； 反之，满载、快速、首倾、船尾受风面积大时，船首多数为逆风偏转，反之，满载、快速、首倾、船尾受风面

23、积大时，船首多数为逆风偏转， 或称为或称为“首找风首找风”或或“首迎风首迎风”。 正横后来风正横后来风 船首向上风偏转。船首向上风偏转。 外界因素对船舶操纵的影响 三三 风致偏转和漂移的规律风致偏转和漂移的规律 4.4.船舶后退中受风偏转规律船舶后退中受风偏转规律 正横前来风分析正横前来风分析 正横后来风分析正横后来风分析 偏转规律结论偏转规律结论 外界因素对船舶操纵的影响 四四 强风中操船的保向界限简介强风中操船的保向界限简介 1.1.航行中的风压差角航行中的风压差角 船舶航行中，若风舷角船舶航行中，若风舷角不为不为0 0或或180180，则在风力的作用下，船舶做，则在风力的作用下，船舶做

24、下风漂移和旋转运动，其运动方程为：下风漂移和旋转运动，其运动方程为： 假定操舵可以使船舶在风中保持航向，在合外力和合外力距为假定操舵可以使船舶在风中保持航向，在合外力和合外力距为0 0时，时， 船舶只有匀速平移运动，而没有旋转运动，即船舶只有匀速平移运动，而没有旋转运动，即r=0, u=r=0, u=常量，常量，v v常常 量。根据经验公式：量。根据经验公式： NNNrJI YYYvrumm TXYXvrumm azz ay ax )( )( )( Ve Ld B u a 14. 0 097. 0 外界因素对船舶操纵的影响 四四 强风中操船的保向界限简介强风中操船的保向界限简介 由此可见，在风

25、速一定的情况下，船速由此可见，在风速一定的情况下，船速u u越大，船舶向下风横向漂越大，船舶向下风横向漂 移速度越小，反之，船速移速度越小，反之，船速u u越小，船舶向下风横向漂移速度越大，则，船越小，船舶向下风横向漂移速度越大，则，船 舶风中航行时的风压差角为：舶风中航行时的风压差角为： v tg 1 外界因素对船舶操纵的影响 四四 强风中操船的保向界限简介强风中操船的保向界限简介 2.2.船舶风中航行保向界限船舶风中航行保向界限 由上图可见，合外力距为：由上图可见，合外力距为： 在一定的风速和风舷角的情况下，船舶水动力距和舵产生的力矩能在一定的风速和风舷角的情况下，船舶水动力距和舵产生的力

26、矩能 够克服风产生的力矩。随着风力的增大，风力距也增大，需要增大舵角够克服风产生的力矩。随着风力的增大，风力距也增大，需要增大舵角 来增加舵力矩，水动力距与船速的大小有关。当风力超过某一值时，舵来增加舵力矩，水动力距与船速的大小有关。当风力超过某一值时，舵 力矩到达最大，船舶水动力距和舵产生的力矩已经不能克服风力矩。这力矩到达最大，船舶水动力距和舵产生的力矩已经不能克服风力矩。这 个界限称为船舶风中保向界限。个界限称为船舶风中保向界限。 NNNN 外界因素对船舶操纵的影响 第二节第二节 流对操船的影响流对操船的影响 一一 流对航速、冲程的影响流对航速、冲程的影响 二二 流对旋回、航效的影响流对

27、旋回、航效的影响 外界因素对船舶操纵的影响 一一 流对航速、冲程的影响流对航速、冲程的影响 1.1.顺流时，船舶对地的速度为：顺流时，船舶对地的速度为： V Vu uVcVc 2.2.顶流时，船舶对地的速度为：顶流时，船舶对地的速度为： V=uV=uVcVc 3.u3.u与流速成某一角度时，船舶对地的速度为：与流速成某一角度时，船舶对地的速度为： c VuV 外界因素对船舶操纵的影响 二二 流对旋回、航效的影响流对旋回、航效的影响 1.1.流对航效的影响流对航效的影响 根据舵速的定义，舵速是舵相对于水的速度。由于舵与船体同时随根据舵速的定义，舵速是舵相对于水的速度。由于舵与船体同时随 流漂移，

28、舵相对于水的速度与没有流时相同，因此，舵力和舵力转船力流漂移，舵相对于水的速度与没有流时相同，因此，舵力和舵力转船力 矩没有变化。矩没有变化。 根据舵效的定义，它与距离有关，顶流可以使船舶转过同样角度的根据舵效的定义，它与距离有关，顶流可以使船舶转过同样角度的 距离比顺流时小，或在同样距离内顶流比顺流转过的角度大。距离比顺流时小，或在同样距离内顶流比顺流转过的角度大。 因此，顶流比顺流舵效好。因此，顶流比顺流舵效好。 外界因素对船舶操纵的影响 二二 流对旋回、航效的影响流对旋回、航效的影响 2.2.流对旋回的影响流对旋回的影响 根据以上分析，船舶在有流水域中旋回时，由于船舶整体有漂移，根据以上

29、分析，船舶在有流水域中旋回时，由于船舶整体有漂移， 其对地的旋回圈大小在流的方向上按时间比例拉长或缩短了一定的距离，其对地的旋回圈大小在流的方向上按时间比例拉长或缩短了一定的距离， 也就是在旋回过程中船舶顺流漂移的距离。也就是在旋回过程中船舶顺流漂移的距离。 外界因素对船舶操纵的影响 第三节第三节 受限水域对操船的影响受限水域对操船的影响 一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响 二二 岸壁效应岸壁效应 三三 浅水域航行时的富余水深浅水域航行时的富余水深 外界因素对船舶操纵的影响 一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响 1.1.浅水对船速的影响浅水对船速的影响 （1 1）浅水对附

30、加质量的影响）浅水对附加质量的影响 在深水中，附加质量一般为：在深水中，附加质量一般为： mxmx0.070.070.1m0.1m mymy0.750.751.0m1.0m 在浅水中附加质量较深水中有所增大。在浅水中附加质量较深水中有所增大。 外界因素对船舶操纵的影响 一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响 （2 2）浅水对水动力的影响）浅水对水动力的影响 浅水中水动力比深水中有所增大，如图浅水中水动力比深水中有所增大，如图 这时由于三维流场变为二维流场，导致流速增加的缘故。除此之外，这时由于三维流场变为二维流场，导致流速增加的缘故。除此之外， 船舶在浅水中会发生下列现象：船体下沉、纵

31、倾增大、兴波增强、流速船舶在浅水中会发生下列现象：船体下沉、纵倾增大、兴波增强、流速 加快（相对流速）等现象。加快（相对流速）等现象。 综上所述，浅水导致船速下降。综上所述，浅水导致船速下降。 外界因素对船舶操纵的影响 一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响 2. 2. 浅水对船体下沉和纵倾变化的影响浅水对船体下沉和纵倾变化的影响 船舶在海上航行，船体周围由静水压变为动水压，则会导致船体浮船舶在海上航行，船体周围由静水压变为动水压，则会导致船体浮 态的变化。态的变化。 （1 1）深水中船体下沉与纵倾）深水中船体下沉与纵倾 船舶航行中，由于动水压，使船体下沉，由于压力纵向分布不同，使船船

32、舶航行中，由于动水压，使船体下沉，由于压力纵向分布不同，使船 首尾下沉量不同，而产生纵倾。首尾下沉量不同，而产生纵倾。 外界因素对船舶操纵的影响 一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响 对于中低速船舶（如一般商船），对于中低速船舶（如一般商船），V V较小，较小，L L较大，船舶航行时首尾较大，船舶航行时首尾 均有下沉现象。一般首下沉大于尾下沉。即静态吃水差为均有下沉现象。一般首下沉大于尾下沉。即静态吃水差为0 0时，航行时将时，航行时将 呈现首倾现象。呈现首倾现象。 对于高速船舶，对于高速船舶，V V较大，船舶航行时，随着船速的提高，首下沉量较大，船舶航行时，随着船速的提高，首下沉量

33、 达到最大值后，开始呈现上浮。而尾下沉量先是增大，达到最大值后逐达到最大值后，开始呈现上浮。而尾下沉量先是增大，达到最大值后逐 渐减小，船体将呈现尾倾现象。渐减小，船体将呈现尾倾现象。 外界因素对船舶操纵的影响 一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响 （2 2）浅水中船体下沉与纵倾）浅水中船体下沉与纵倾 船舶从深水进入浅水后，由于三维水流变为二维水流，船体周围的船舶从深水进入浅水后，由于三维水流变为二维水流，船体周围的 流速相对加快，船体周围的压力分布比深水中有较大的变化，水深流速相对加快，船体周围的压力分布比深水中有较大的变化，水深 越浅，纵向压力分变化大，兴波也越大，船速越高，纵向

34、压力分变越浅，纵向压力分变化大，兴波也越大，船速越高，纵向压力分变 化大，兴波也越大。则船体会加剧下沉和纵倾。化大，兴波也越大。则船体会加剧下沉和纵倾。 由上图可见：由上图可见： 在浅水中，低速时船体就开始下沉；在浅水中，低速时船体就开始下沉； 在浅水中，低速时首倾比深水中大；在浅水中，低速时首倾比深水中大； 水深越小，达到最大首倾的船速越低，也就是说，浅水中船首开始水深越小，达到最大首倾的船速越低，也就是说，浅水中船首开始 时的船速比深水中低。时的船速比深水中低。 在实际工作中，有一些经验公式可以利用；还可以查阅一些经典曲线。在实际工作中，有一些经验公式可以利用；还可以查阅一些经典曲线。 外

35、界因素对船舶操纵的影响 一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响 3.3.浅水对操纵性的影响浅水对操纵性的影响 （1 1）浅水对接附加惯性矩的影响（）浅水对接附加惯性矩的影响（2 2）浅水对水动力距系数的影响）浅水对水动力距系数的影响 由上两图可见：船舶在浅水中，附加转动惯量和水动力距都随着水由上两图可见：船舶在浅水中，附加转动惯量和水动力距都随着水 深的变浅而增大。这说明船舶在浅水中阻尼力矩比深水中大，船舶不易深的变浅而增大。这说明船舶在浅水中阻尼力矩比深水中大，船舶不易 转动，或转动之后不易控制。转动，或转动之后不易控制。 外界因素对船舶操纵的影响 一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船

36、舶操纵的影响 （3 3）浅水对舵力的影响）浅水对舵力的影响 试验表明：在一定水深范围内，舵的转船力矩试验表明：在一定水深范围内，舵的转船力矩NRNR随着水深的减小而随着水深的减小而 降低，例如：某船在降低，例如：某船在H/dH/d1.651.65时，其舵力转船力矩仅为深水中的时，其舵力转船力矩仅为深水中的7070。 （4 4）浅水对旋回性的影响）浅水对旋回性的影响 由于浅水中，舵力转船力矩减小，而旋回阻尼力矩增大，因此，由于浅水中，舵力转船力矩减小，而旋回阻尼力矩增大，因此，K K 指数（指数（K KC/NC/N）减小，旋回性能下降，旋回圈增大。）减小，旋回性能下降，旋回圈增大。 一般情况下：

37、一般情况下：H/dH/d2.02.0时，旋回直径急剧增大时，旋回直径急剧增大 H/dH/d2.02.0时，旋回直径为深水中的时，旋回直径为深水中的1.8倍倍 外界因素对船舶操纵的影响 一一 浅水对船舶操纵的影响浅水对船舶操纵的影响 （5 5）浅水对航向稳定性的影响）浅水对航向稳定性的影响 由螺旋试验表明，浅水中不稳定滞后环明显比深水中小。这些都说由螺旋试验表明，浅水中不稳定滞后环明显比深水中小。这些都说 明浅水中船舶航向稳定性比在深水中好。这是由于浅水中船舶旋回阻尼明浅水中船舶航向稳定性比在深水中好。这是由于浅水中船舶旋回阻尼 力矩比深水中大的缘故。力矩比深水中大的缘故。 （

38、6 6）浅水对冲程的影响）浅水对冲程的影响 浅水中，由于船舶阻力增加，船体下沉，兴波增大，因此，浅水中浅水中，由于船舶阻力增加，船体下沉，兴波增大，因此，浅水中 冲程比深水中小。特别是高速船在浅水中停车后，其速度衰减得特别快。冲程比深水中小。特别是高速船在浅水中停车后，其速度衰减得特别快。 外界因素对船舶操纵的影响 二二 岸壁效应岸壁效应 1.1.岸推的概念岸推的概念 当船舶埃狭水道中航行时，如果一舷靠岸距离太近，该舷相对流速当船舶埃狭水道中航行时，如果一舷靠岸距离太近，该舷相对流速 的加快，将受到岸壁一侧横向力的作用，这个横向力称为的加快，将受到岸壁一侧横向力的作用，这个横向力称为“岸吸力岸

39、吸力”。 简称为岸吸现象；同时，如果岸吸力不是作用在船舶的重心处，则船首简称为岸吸现象；同时，如果岸吸力不是作用在船舶的重心处，则船首 还受到推离岸壁的力矩的作用，该力矩称为还受到推离岸壁的力矩的作用，该力矩称为“岸推力矩岸推力矩”，简称岸推现，简称岸推现 象。岸吸现象和岸推现象合称为象。岸吸现象和岸推现象合称为“岸壁效应岸壁效应”。 外界因素对船舶操纵的影响 二二 岸壁效应岸壁效应 2.2.岸吸力与岸推力矩岸吸力与岸推力矩 ）（式中系数查图 75194 2 1 P aYN LdaVCY ss wsws 外界因素对船舶操纵的影响 二二 岸壁效应岸壁效应 3.3.影响岸壁效应的因素影响岸壁效应的

40、因素 （1 1）试验表明：岸壁效应与下列因素有关：）试验表明：岸壁效应与下列因素有关： （2 2）靠岸越近，效应越大，过于靠近，难以保向；）靠岸越近，效应越大，过于靠近，难以保向； （3 3）航道越窄，效应越大；）航道越窄，效应越大； （4 4）船速越高，效应越大；）船速越高，效应越大； （5 5）水深越浅，效应越明显；）水深越浅，效应越明显； （6 6）方形系数越大，效应越明显，超大型船舶较一般船舶保向舵角要大。）方形系数越大，效应越明显，超大型船舶较一般船舶保向舵角要大。 外界因素对船舶操纵的影响 三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时的富余水深 浅水域操船，有时会出现舵效极度降低甚至

41、无舵效，即不能自力操浅水域操船，有时会出现舵效极度降低甚至无舵效，即不能自力操 纵的局面；横移阻力因水浅而过分增大，不得不依赖多艘拖轮支援；浅纵的局面；横移阻力因水浅而过分增大，不得不依赖多艘拖轮支援；浅 水域航行中船体进一步下沉会危及船体、舵和推进器的安全，甚至危及水域航行中船体进一步下沉会危及船体、舵和推进器的安全，甚至危及 主机的正常工作。因此，在浅水域中为保证船舶安全航行，应使水深超主机的正常工作。因此，在浅水域中为保证船舶安全航行，应使水深超 过实际吃水，过实际吃水， 并保有一定安全余量，这余量通常称之为富余水深并保有一定安全余量，这余量通常称之为富余水深 （under keel c

42、learanceunder keel clearance：UKCUKC）。富余水深如图）。富余水深如图3 3一一3838所示。所示。 富余水深可由下式求出：富余水深可由下式求出： 富余水深海图水深十当时当地潮高一船舶静止时的吃水富余水深海图水深十当时当地潮高一船舶静止时的吃水 外界因素对船舶操纵的影响 三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时的富余水深 1 1确定富余水深应考虑的主要因素确定富余水深应考虑的主要因素 1 1）船体下沉和纵倾变化，浅水域尤应注意首沉量。）船体下沉和纵倾变化，浅水域尤应注意首沉量。 2 2）船体在波浪中的摇荡，包括横摇、纵摇及垂荡造成的实际吃水的可能）船体在波浪中

43、的摇荡，包括横摇、纵摇及垂荡造成的实际吃水的可能 变化。其下沉量可分别近似求得如下：变化。其下沉量可分别近似求得如下： 横摇时的吃水增量：横摇时的吃水增量： 纵摇时的吃水增量：纵摇时的吃水增量： 垂荡时的吃水增量：垂荡的位移量垂荡时的吃水增量：垂荡的位移量 3 3）图标水深精度。按照国际测深标准，海图的图标水深可能有如下等级）图标水深精度。按照国际测深标准，海图的图标水深可能有如下等级 的误差：的误差： 水深范围：水深范围：20 m20 m以下；允许误差以下；允许误差0.3m0.3m 水深范围：水深范围：2020100m 100m ；允许误差；允许误差1.0m1.0m 横摇角船宽sin 2 1

44、 纵摇角船长sin 2 1 外界因素对船舶操纵的影响 三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时的富余水深 4 4）其它方面）其它方面 （1 1）气压，每升高）气压，每升高1hp1hpa a，水面下降，水面下降1cm1cm。 （2 2）潮高变化时，应按实际潮位计算。）潮高变化时，应按实际潮位计算。 （3 3）海水密度的变化。设船舶由海水（）海水密度的变化。设船舶由海水（1 1）进入淡水（）进入淡水（2 2），则吃水），则吃水 增加：增加： 其中，其中，d d为船舶原平均吃水，为船舶原平均吃水，C CB B、C CW W分别为船舶的方形系数和水线面系数。分别为船舶的方形系数和水线面系数。 5 5

45、）主机冷却水进口，如使用船底的海水进口时，至少需有冷却水进口直）主机冷却水进口，如使用船底的海水进口时，至少需有冷却水进口直 径径1.51.52 2倍的船底富余水深。倍的船底富余水深。 6)6)为安全操船而确保必要的操纵性所需的富余水深。富余水深应能保证为安全操船而确保必要的操纵性所需的富余水深。富余水深应能保证 船舶能够安全而且有效地进行保向、改向或移动。船舶能够安全而且有效地进行保向、改向或移动。 1 2 1 W B C C dd 外界因素对船舶操纵的影响 三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时的富余水深 2 2富余水深的确定富余水深的确定 在确定富余水深时，一方面必须保证船体底部不会

46、触及海底，另一在确定富余水深时，一方面必须保证船体底部不会触及海底，另一 方面又必须保证船舶具备一定的操纵性能，以确保安全操船。因此富余方面又必须保证船舶具备一定的操纵性能，以确保安全操船。因此富余 水深应根据当时的船舶状态（如航速、吃水、纵倾等）和环境条件（如水深应根据当时的船舶状态（如航速、吃水、纵倾等）和环境条件（如 海况、气象、水道形状及宽度、船舶通航密度等）加以确定。海况、气象、水道形状及宽度、船舶通航密度等）加以确定。 例如：例如： 欧洲引水协会（欧洲引水协会（EMPAEMPA），对进出鹿特丹、安特卫普港的船舶建议采），对进出鹿特丹、安特卫普港的船舶建议采 用如下的富余水深：用如下

47、的富余水深： 外海水道外海水道 港外水道港外水道 港内港内 船舶吃水的船舶吃水的20% 20% 船舶吃水的船舶吃水的15% 15% 船舶吃水的船舶吃水的10% 10% 外界因素对船舶操纵的影响 三、浅水域航行时的富余水深三、浅水域航行时的富余水深 荷兰的荷兰的EuropoortEuropoort港，对于港，对于VLCCVLCC采用较上述值低采用较上述值低5%5%的富余水深标准。的富余水深标准。 马六甲海峡、新加坡海峡对马六甲海峡、新加坡海峡对VLCCVLCC（DWDW1515万吨）油轮及深吃水（万吨）油轮及深吃水（d d 15m15m）船舶过境，规定了至少应确保）船舶过境，规定了至少应确保3.

48、5m3.5m富余水深的义务。富余水深的义务。 日本獭户内海主要港口的富余水深标准为：日本獭户内海主要港口的富余水深标准为： 吃水在吃水在9m9m以内的船舶，取吃水的以内的船舶，取吃水的5%5% 吃水在吃水在912m912m的船舶，取吃水的的船舶，取吃水的8%8% 吃水在吃水在12m12m以上的船舶，取吃水的以上的船舶，取吃水的10%10% 外界因素对船舶操纵的影响 第四节第四节 船间效应船间效应 一、船间效应的现象及产生原因一、船间效应的现象及产生原因 二、影响船间效应的因素二、影响船间效应的因素 三、追越中两船间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防 四、两船对驶时的船间效应及

49、其防止四、两船对驶时的船间效应及其防止 外界因素对船舶操纵的影响 一一. .船间效应的现象及产生原因船间效应的现象及产生原因 船舶在近距离上对驶会船、或追越、或驶过系泊船时，在两船之间船舶在近距离上对驶会船、或追越、或驶过系泊船时，在两船之间 产生的流体作用，将使船舶出现互相吸引、排斥、转头、波荡等现象，产生的流体作用，将使船舶出现互相吸引、排斥、转头、波荡等现象， 称之为船间效应（称之为船间效应（interactioninteraction）。）。 1.1.吸引与排斥吸引与排斥 航进中的船舶，首尾处水位升高，压力增高从而给靠近航行的他船航进中的船舶，首尾处水位升高，压力增高从而给靠近航行的他

50、船 以排斥作用，而船中部附近的水位下降，压力降低，则给靠近航行的他以排斥作用，而船中部附近的水位下降，压力降低，则给靠近航行的他 船以吸引作用。船以吸引作用。 外界因素对船舶操纵的影响 一一. .船间效应的现象及产生原因船间效应的现象及产生原因 2.2.波荡波荡 当两船平行接近处于追越关系时，就要受到追越船或被追越船所造当两船平行接近处于追越关系时，就要受到追越船或被追越船所造 成的发散波（首尾兴波）的作用。与其它波浪一样，船舶航行所产生的成的发散波（首尾兴波）的作用。与其它波浪一样，船舶航行所产生的 兴波之水质点本身并不随波形移动，在深水中，波浪的水质点以一定的兴波之水质点本身并不随波形移动

51、，在深水中，波浪的水质点以一定的 速度作轨园运动，当水质点处于波峰时，其运动方向与波的传播方向相速度作轨园运动，当水质点处于波峰时，其运动方向与波的传播方向相 同（向前运动）、处于波谷时则与波浪的传播方向现反。因此，如图同（向前运动）、处于波谷时则与波浪的传播方向现反。因此，如图3 3 3939所示，当追越船处于被追越船的发散波之波峰之前时，即图中位置所示，当追越船处于被追越船的发散波之波峰之前时，即图中位置 （a a）时，由于水质点的运动方向与波的传播方向即船舶前进方向一致，）时，由于水质点的运动方向与波的传播方向即船舶前进方向一致， 使船被加速；当处于波谷时即如图（使船被加速；当处于波谷时

52、即如图（b b）的位置时，由于水质点运动方向）的位置时，由于水质点运动方向 与波的传播方向相反而被减速。与波的传播方向相反而被减速。 外界因素对船舶操纵的影响 一一. .船间效应的现象及产生原因船间效应的现象及产生原因 这种处于他船发散波中的船舶，由于相对于波的位置不同而受到加这种处于他船发散波中的船舶，由于相对于波的位置不同而受到加 速或减速的现象，称之为波荡或无索牵引。显然，兴波越激烈、追越船速或减速的现象，称之为波荡或无索牵引。显然，兴波越激烈、追越船 的吃水越小，波荡现象越明显。的吃水越小，波荡现象越明显。 图图3 339 39 波荡现象波荡现象 外界因素对船舶操纵的影响 一一. .船

53、间效应的现象及产生原因船间效应的现象及产生原因 3.3.转头转头 处于他船发散波中的船舶，当其船首向与他船发散波方向存在夹角处于他船发散波中的船舶，当其船首向与他船发散波方向存在夹角 时，即船舶斜向与发散波遭遇时，由于波中水质点作轨园运动，导致波时，即船舶斜向与发散波遭遇时，由于波中水质点作轨园运动，导致波 峰处的船体部分受波的前进方向的力，而波谷处的船体部分则受相反方峰处的船体部分受波的前进方向的力，而波谷处的船体部分则受相反方 向的力，其结果构成了力矩使船首转头。例如兴波自左前方来时，当船向的力，其结果构成了力矩使船首转头。例如兴波自左前方来时，当船 首处于波峰、船尾处于波谷时，船首将向右

54、偏转。这种现象称之为转头。首处于波峰、船尾处于波谷时，船首将向右偏转。这种现象称之为转头。 显然，他船的船速越高、兴波越激烈时，这种转头作用越大；越接近他显然，他船的船速越高、兴波越激烈时，这种转头作用越大；越接近他 船时，这种作用也越明显；越是较小的船舶所受的影响也就越突出。船时，这种作用也越明显；越是较小的船舶所受的影响也就越突出。 上述吸引与排斥、波荡、转头等现象有时是同时出现的。上述吸引与排斥、波荡、转头等现象有时是同时出现的。 外界因素对船舶操纵的影响 二、影响船间效应的因素二、影响船间效应的因素 1.1.两船间距越小，相互作用越大。船间作用力的大小约与两船间横距的两船间距越小，相互

55、作用越大。船间作用力的大小约与两船间横距的 4 4次方成反比；船间作用力矩约与两船间横距的次方成反比；船间作用力矩约与两船间横距的3 3次方成反比。一般当两次方成反比。一般当两 船间的横距小于两船船长之和时，就会直接产生这种作用；两船间横距船间的横距小于两船船长之和时，就会直接产生这种作用；两船间横距 小于两船船长之和的一半时，相互作用明显增加。两船过度接近则有碰小于两船船长之和的一半时，相互作用明显增加。两船过度接近则有碰 撞的危险。撞的危险。 2.2.船速越大，则兴波越激烈，相互作用也越大。船间作用力和力矩约与船速越大，则兴波越激烈，相互作用也越大。船间作用力和力矩约与 船速的平方成正比。

56、船速的平方成正比。 3.3.双方航向相同比航向相反作用时间长，相互作用也更大。双方航向相同比航向相反作用时间长，相互作用也更大。 4.4.大小不同的两船互相接近时，小船受到的影响大。大小不同的两船互相接近时，小船受到的影响大。 5.5.在浅窄的受限水域航行时，由于船体周围的水压力的变化及兴波均较在浅窄的受限水域航行时，由于船体周围的水压力的变化及兴波均较 深敞水域中更为激烈，因此船间效应也就比深水中更为激烈。深敞水域中更为激烈，因此船间效应也就比深水中更为激烈。 外界因素对船舶操纵的影响 三、追越中两船间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防 1.1.试验结果试验结果 关于追越中

57、两船的吸引与排斥、内侧转头与外侧转头的力矩变化情关于追越中两船的吸引与排斥、内侧转头与外侧转头的力矩变化情 况，况，19601960年年R.E.NewtonR.E.Newton进行了深水中的船模试验，进行了深水中的船模试验，19771977年年I.W.DandI.W.Dand进行进行 了浅水中的船模试验。两个试验结果比较接近，双方的回转力矩倾向几了浅水中的船模试验。两个试验结果比较接近，双方的回转力矩倾向几 乎是相同的。图乎是相同的。图3 34040是是DandDand在在19771977年在年在H/dH/d1.31.3的浅水中，当船速为的浅水中，当船速为 9.1kn9.1kn时所作的模型试验

58、结果。时所作的模型试验结果。 图图3 340 40 追越中两船间的作用力和力矩系数追越中两船间的作用力和力矩系数 外界因素对船舶操纵的影响 三、追越中两船间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防 2 .2 .对试验结果的定性分析对试验结果的定性分析 如图所示，如图所示，A A船为追越船，而船为追越船，而B B船为被追越船。船为被追越船。 位置位置1 1：B B船尾部受到船尾部受到A A首部高压排斥使船首内转，可能档住首部高压排斥使船首内转，可能档住A A船进路，船进路， 而与而与A A船之首部发生碰撞。船之首部发生碰撞。A A首部受首部受B B尾部高压排斥，同时尾部高压排斥，同时

59、A A首部处于首部处于B B船船 发散波之波谷，而尾部处于波峰致使发散波之波谷，而尾部处于波峰致使A A船首内转。船首内转。 位置位置2 2：B B船整体受船整体受A A首部高压排斥而外移。与此同时，首部高压排斥而外移。与此同时，B B船尾受船尾受A A中中 部低压吸引以及部低压吸引以及A A船发散波的转头作用而使船发散波的转头作用而使B B船首外转。船首外转。A A船整体受船整体受B B船中船中 部低压吸引而内移，同时由于部低压吸引而内移，同时由于A A船首受船首受B B船中部低压吸引以及船中部低压吸引以及B B船发散波船发散波 的转头作用而导致的转头作用而导致A A船首内转。船首内转。 此

60、位置两船转船力矩最大，极易发生大幅度回转而使此位置两船转船力矩最大，极易发生大幅度回转而使A A船首与船首与B B船中、船中、 尾部发生碰撞。追越中碰撞事故的统计分析充分说明了这一点。尾部发生碰撞。追越中碰撞事故的统计分析充分说明了这一点。 外界因素对船舶操纵的影响 三、追越中两船间的船间效应及其预防三、追越中两船间的船间效应及其预防 位置位置3 3：两船并驶，其间流速加快，压力下降，产生最大的吸引力，：两船并驶，其间流速加快，压力下降，产生最大的吸引力， 导致两船互相接近，因此该位置也是容易发生碰撞的位置之一。与此同导致两船互相接近，因此该位置也是容易发生碰撞的位置之一。与此同 时，两船首部