第3章外界因素对船舶操纵的影响

1、第三章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。第一节风对操船的影响一、 风动力与风动力转船力矩1. 风力及风力矩的计算公式2 2 2F=aV aCa A,cos&sin2其中：a 空气密度(1 . 226 kg / m 3)C a 风压力系数Va 相对风速A a, B a x, y方向的面积投影 -相对风舷角作用于x,y轴的风力和对重心的风力距为：Xa= Fa cosYa= Fa sinNa= Ya Xa2. 风力系数的表达方式及其特点 风力系数Ca由船模风洞试验

2、求得，当船模一定时，Ca表示为:Ca= 7乩1 曲线法将上表数据标绘成曲线，即得风力系数曲线图，见教材P68 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： 2 2aVa Aa cosBasin风速一定时，船模在风洞中在不同的风舷角下测得其受力Fa, 然后用上式计算出 Ca的大小，进而得到 Ca与风舷角之间的 函数关系。其有下列几种表达方式。1) 列表法将Ca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：e02040608090100120140160180Ca对于一般货船:Ca=1.3250.05cos20.35cos40.仃 5cos6对于油轮:Ca=

3、1.2000.083cos20.25cos40.117cos6对于客船:Ca=1.1420.142cos20.367cos40.133cos64）风力系数的特点a. 当9 = 0或180时，Ca最小b. 当9 = 30 - 40 或 140- 160 时,Ca 最大C.船型不同，Ca曲线分布也不相同。3. 风力作用中心一般用无因次量a/L表示，其大小也是风舷角的函数：1）曲线法见P682）近似估算法0.2910.0023风力作用中心的特点a. a/L基本是风舷角的线性函数b. 侧面积在纵向分布决定了风力作用中心的位置。4. 风力角与风舷角的关系风力角一般用a表示，其大小也是风舷角的函数:f1)

4、 曲线法见P682) 近似估算法10.15(1900.80(1903) 风力角的特点a.风舷角越大，风力角也越大；b.除风舷角9= 0和180之外，风力角a均大于 风舷角B。5. 风力系数及风力矩系数的其它表达方式将风力Fa分解为Xa和Ya,力矩为Na,则得到三个系数：CaxXa1 2八2 aVa AaCayYa；aV&aCaNXa2 aVaS6. 船舶受风面积的估算般情况下，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，可通过近似计算求得:Aa= C1B2Ba= C2L2Cl, C2与船型有关，见 P67水动力与水动力转船力矩水动

5、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，水动力可由下式表示：1.水动力及水动力距的计算公式V 2Cw Ld作用于x, y轴的水动力和对重心的水动力距为:Xw= Fw cosYw= Fw sinNw= Yw Xw2.水动力系数的数学表达方式FwwV cw Ld水动力系数Cw由船模循环水槽试验求得，当船型一定时，Cw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Fw，然后用上式计算出 Cw的大小，进而得到 Cw 与漂角之间的函数关系。其有下列几种表达方式。1) 列表法将Cw与漂角之间的对应关系列成表格的方式来表

6、示，如某船的循环水槽的深水试验结果如下：02040608090100120140160180Cw0,80,90,950,90,80,60,22) 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P623. 水动力作用中心与漂角之间的关系awLf()水动力作用中心一般用无因次量aw/L表示，其大小也是漂角的函数:1) 曲线表示法见P632) 水动力作用中心的特点 aw/L随着漂角的增大而增大; 一般aw/L值为0/之间； 尾倾越大，aw/L值越大。4. 水动力角与漂角之间的关系水动力角一般用Y表示，其大小也是漂角的函数:f()由于船体水下侧面积形状沿 x轴方向变化不大，因此，Y 较集中

7、在90度附近。5. 水动力系数及水动力距系数的其它表达方式将风力Fw分解为Xw和Yw，力矩为Nw，则得到三个系数:XwCWNXw12 21 wV2L2d三、风致偏转和漂移的规律1.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：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) 水下侧面积形状等。外界条件：风向、风速、相对流速、相对流向、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，进而可以判断船舶的偏转方向。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，

8、我 们首先必须知道三者之间的关系。船舶重心G:般在船中稍后。风力作用中心A:正横前来风，在 G之前;正横来风，在G附近;正横后来风，在 G之后。G之前;水动力作用中心 W:船舶前进时，在船舶横移时，在G附近;船舶后退时，在G之后。2) 合外力距的方向确定根据Na和Nw的代数和来确定。2.船舶静止中受风偏转规律1)正横前来风(B <90)静止中的船舶在风力Fa的作用下，使船舶以一定的船速 V,某一漂角B向下风运动，进而产生水动力 Fw。这时，A在G之前，W在G之后，合外力矩为 Na+ Nw，在其作用下，产生旋转 角角速度，使船首向下风旋转。随着船舶的转动，A点和W点都向G点靠拢，当船舶转为

9、 横风附近时，A点、W点、和G点重合，合外力距 Na+ Nw =0。当Fa= Fw时，船舶将以正横附近受风匀速向下风漂移。2) 正横后来风(B >90)静止中的船舶在风力 Fa的作用下，使 船舶以一定的船速 V,某一漂角B向下 风运动，进而产生水动力 Fw。这时，A 在G之后，W在G之前，合外力矩为 Na + Nw,在其作用下，产生旋转角角速 度，使船尾向下风旋转。随着船舶的转动，A点和W点都向G点靠拢，当船舶转为 横风附近时，A点、W点、和G点重合，合外力距 Na+ Nw =0。当Fa= Fw时，船舶将以正横附近受风匀速向下风漂移。3) 偏转规律结论船舶静止中受风时，无论是正横前来风还

10、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。4) 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:m m v r 驚 Y,0则：aVaS 22CwLd经过整理得:aCaBaVaw CwLd设 a/ w=0.0012 在90时，Ca/Cw 1.4,则=0.041Va经验数据: 超大型船舶空载时 Ba/Ld=,Vy=020Va ;满载时Ba/Ld=,Vy=130Va;3. 船舶前进中受风偏转规律 1） 正横前来风（B <90）与静止中受风不同，船舶有前进速度 卩，在风力Fa的作用下，使船舶以一定 船速V,某一漂角B向下风运动，进而 产生

11、水动力Fw。这时，A和W都在G 之前，其合外力距为Nw Na,船舶的旋 转角加速度方向根据合外力距的符号决定：当Nw>Na时，船首向受风偏转（逆风偏转）当NwVNa时，船首向下风偏转（顺风偏转）随着船舶的转动，A点和W点两点逐渐靠拢，当两点重 合，且合外力距Na + Nw = 0时，船舶将以某一风舷角、某一 漂角和一定船速作匀速斜航运动。水动力距Nw与漂角、吃水、风速等因素有关，而漂角为：tg船舶受风时，纵向速度卩和横向速度V又与风力有关，因 此，前进中的船舶正横前来风时，船舶的偏转方向取决于风 速，风舷角、船速和船舶装载状态等因素。根据经验：空载、慢速、尾倾、船首受风面积大时，船首多数

12、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，或称为“首找风”或“首迎风”。2）正横后来风（B >90）船舶有前进速度卩，在风力Fa的作用下， 使船舶以一定船速 V,某一漂角B向下风 运动，进而产生水动力 Fw。这时，A在G 之后，W在G之前，其合外力距为 Nw +Na ,在其作用下，产生的旋转角加速度， 使船首向上风偏转3)偏转规律结论 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；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，或称为“首找风”或“首迎风”。正横后来风船首向上风偏转4. 船舶后退中受风偏转规律1)

13、 正横前来风分析2) 正横后来风分析3) 偏转规律结论四、强风中操船的保向界限简介1. 航行中的风压差角船舶航行中，若风舷角B不为0或180,则在风力的作用下，船舶做下风漂移和旋 转运动，其运动方程为：(m mx)(u vr)Xa Y X T(m my)(u vr)Ya 丫 丫(IzJz)rNaN N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时，船舶只有匀速平移运动，而没有旋转运动，即r=0, u= 常量，v =常量根据经验公式:=0.097由此可见，在风速一定的情况下，船速 u越大，船舶向下风 横向漂移速度越小，反之，船速 u越小，船舶向下风横向漂 移速度越大，贝畀船舶风中航行

14、时的风压差角为：tg2. 船舶风中航行保向界限由上图可见，合外力距为：N=N -N +N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。第二节 流对操船的影响水流的作用是使船舶随水流漂移，其漂移速度与水流速度相 同。一、 流对航速、冲程的影响1) 顺流时，船舶对地的速度为：V= u + Vc2) 顶流时，船舶对地的速度为：V=uVc3) u 与流速成某一角度时，船

15、舶对地的速度为：V u V c二、 流对旋回、航效的影响1 流对航效的影响因此，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， 舵相对于水的速度与没有流时相同， 舵力和舵力转船力矩没有变化。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。2 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，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。第三节 受限水域对操船的影响一、浅水对船舶操纵的影响1. 浅水对

16、船速的影响1) 浅水对附加质量的影响在深水中，附加质量一般为：mx= my= 在浅水中附加质量较深水中有所增大。2) 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、纵倾 增大、兴波增强、流速加快(相对流速)等现象。综上所述，浅水导致船速下降。2. 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 致船体浮态的变化。1）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，使船首尾下沉量不同，而产生纵倾。L2 to TS对于中低速船舶

17、（如一般商船），V较小，L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0时，航行时将呈现首倾现象对于高速船舶，V较大，船舶航行时，随着船速的提高， 首下沉量达到最大值后，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。2）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，纵向压力分变化大，兴波也越大。则船体会加剧下沉和纵倾。、* h二x"上萍flf O 1下沉*由上图可见：a. 在浅水中，低速时

18、船体就开始下沉；b. 在浅水中，低速时首倾比深水中大；c. 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。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。3. 浅水对操纵性的影响.1）浅水对接附加惯性矩的影响3）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。4）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 Nr随着水深 的减小而降低，例如：某船在H/d =时，其舵力转船力矩仅 为深水中的70%。5）浅水对旋

19、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，K指数（K= C/N）减小，旋回性能下降，旋回圈增 大。一般情况下：H/d =时，旋回直径急剧增大H/d =时，旋回直径为深水中的一倍6）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。7）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。二、岸壁效应船舶受浅水影响的同时，有时还受到1 . 与岸推的概念当船舶埃狭水道中航行时

20、，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“岸吸力”。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，贝U船首还受到推离岸壁的力矩的作 用，该力矩称为“岸推力矩”，简称岸推现象。岸吸现象和 岸推现象合称为“岸壁效应”。2. 岸吸力与岸推力矩1丫尸 2 wVCwsLdaNs Ys a式中系数查图41（P753. 影响岸壁效应的因素试验表明：岸壁效应与下列因素有关：1）靠岸越近，效应越大，过于靠近，难以保向；2）航道越窄，效应越大；3) 船速越高，效应越大；4) 水深越浅，效应越明显；5) 方形系数越大，效应越明显，超大型船舶较一般船舶 保

21、向舵角要大。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 ( under keel clearance: UK0。富余水深如图 3 一 38所示。图 3 一 38 浅水域中船舶的富余水深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1确定富余水深应考虑的主要因素1)船体下沉和

22、纵倾变化，浅水域尤应注意首沉量。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变化。其下沉量可分别近似求得如下:横摇时的吃水增量：1船宽sin横摇角 2纵摇时的吃水增量：1船长sin纵摇角2垂荡时的吃水增量：垂荡的位移量3）图标水深精度。按照国际测深标准，海图的图标水深 可能有如下等级的误差：水深范围：20 m以下；允许误差水深范围：20100m ;允许误差与此同时尚需考虑碍航物、海底地形及其变化。4 ）其它方面（1）气压，每升高1hpa，水面下降1cm。（2）潮高变化时，应按实际潮位计算。（3） 海水密度的变化。设船舶由海水（pi ）进入淡水（p 2）,则吃水增加:d d

23、CB 1（3 28）CW 2其中，d为船舶原平均吃水，Cb、Cw分别为船舶的方形系数和水线面系数。5）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2倍的船底富余水深。6）为安全操船而确保必要的操纵性所需的富余水深。富余水深应能保证船舶能够安全而且有效地进行保向、改向或移动。2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。例如欧洲引水协会（EMPA）,对进出鹿特

24、丹、安特卫普 港的船舶建议采用如下的富余水深： 外海水道港外水道港内船舶吃水的 20% 船舶吃水的 15% 船舶吃水的 10%荷兰的Europoort港，对于VLCC采用较上述值低5%的 富余水深标准。马六甲海峡、新加坡海峡对 VLCC（ DW> 15万吨）油轮 及深吃水（d > 15m）船舶过境，规定了至少应确保富余水深 的义务。日本獭户内海主要港口的富余水深标准为：吃水在 9m 以内的船舶，取吃水的 5%吃水在 912m 的船舶，取吃水的 8%吃水在 12m 以上的船舶，取吃水的 10%第四节 船间效应一、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，

25、 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，称之为船间效应（ interaction ）。1. 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。2.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

26、图 3 39 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）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（b ）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。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、追越船的吃水越小，波荡现象越明显。图 3 39 波荡现象3.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

27、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。二、影响船间效应的因素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 4 次方成反比；船间作用力矩约与两船间横距 的 3 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；两船间横距小于两船船长之和的一 半时，相互作用明显

28、增加。两船过度接近则有碰撞的危险。2. 船速越大，则兴波越激烈，相互作用也越大。船间作用 力和力矩约与船速的平方成正比。3. 双方航向相同比航向相反作用时间长，相互作用也更 大。4. 大小不同的两船互相接近时，小船受到的影响大。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。三、追越中两船间的船间效应及其预防1.试验结果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， 1960 年进行了深水中的船模试验， 1977 年 进行了浅水中的船模试验。两个试验结果比较接近，双方的 回转力矩倾向几乎是相同的。

29、图 340 是 Dand 在 1977 年在 H/d =的浅水中，当船速为时所作的模型试验结果。图 3 40 追越中两船间的作用力和力矩系数2 .对试验结果的定性分析如图所示，A船为追越船，而 B船为被追越船。位置 1：B 船尾部受到 A 首部高压排斥使船首内转，可能 档住 A 船进路，而与 A 船之首部发生碰撞。 A 首部受 B 尾部 高压排斥，同时 A 首部处于 B 船发散波之波谷，而尾部处于 波峰致使 A 船首内转。位置2: B船整体受A首部高压排斥而外移。与此同时，B 船尾受 A 中部低压吸引以及 A 船发散波的转头作用而使 B 船首外转。 A 船整体受 B 船中部低压吸引而内移，同时

30、由于 A 船首受 B 船中部低压吸引以及 B 船发散波的转头作用而导 致 A 船首内转。此位置两船转船力矩最大，极易发生大幅度回转而使A船首与 B 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。位置 3：两船并驶，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。与此同时，两船首部高压互相排斥而导致外 转。位置4： B船整体受A船中低压吸引而内移；与此同时，B 船首处于 A 船发散波之波谷且受 A 船中低压吸引，船尾处 于A船尾部发散波之波峰而使船首内转。 A船整体受本船首 高压排斥而外移；与此同时， A 船尾处于 B 船发

31、散波之波谷 且受 B 船中部低压吸引而使船首外转。此时，回转力矩也较大容易使 B 船首与 A 船中、尾部发 生碰撞。位置 5： A 船尾受 B 船首高压排斥而外移并船首内转， B 船首受A船尾高压排斥而外移。与此同时，B船首处于A船发散波之波谷，B船尾处于A船发散波之波峰而使船首内转。 但因 B 船首受排斥产生的外转对发散波引起的内转有所抵 消，故整体偏转不大。3.追越中为避免激烈的船间效应而发生碰撞的预防措施（1）尽量避免在狭窄弯段或浅滩处追越，应选择平直、 通航密度小的允许追越的航段进行追越。（2）追越前必须用 VHF或声号征得被追越船的同意后方 可追越。（ 3）被追越船如同意追越，应尽量

32、让出航道，减速至能 维持舵效的速度行驶；追越船应适当加车，尽可能加大两船 的间距，以便增大两船间的速度差，减小两船平行的时间。（ 4）深水中快速追越时，两船间应至少保持大船的一倍 船长，最好能大于两船船长之和。在港内低速追越时，两船 间的横距可以减少到最少保持一倍船宽。但若考虑到操船上 的安全，最好能大于大船的一倍船长。（ 5 ）一旦出现明显的相互作用而有碰撞的危险时，则追 越船应减速、停车或倒车，并用相应的舵角制止偏转；而被 追越船则应适当地加车以增加舵效，抵制偏转。四、两船对驶时的船间效应及其防止两船对驶会船时的相互作用情况，有人曾结合巴拿马运 河扩建工程作过船模试验，其结果可用图341

33、简要表示。图 3 41 两船对驶时的船间效应位置 1；两船船首内侧高压互相排斥，船首各自外转。位置 2：两船首部各被对方中部的低压所吸引， 船首各自 内转。位置 3：两船内侧各为低压，互相吸引。位置 4：两船尾部各被对方中部的低压所吸引， 船首外转。 位置 5：两船的尾部内侧高压相互排斥，船首各自内转。 两船间的这种相互作用力和力矩非常大。所幸的是，在 对驶会遇的情况下，这种非常大的力和力矩的出现是短暂 的。在其所产生的运动发展之前，两船已经相互驶过了，使 这种力和力矩的作用效果大大减轻。对驶会船时，为避免激烈的船间效应而发生碰撞的预防 措施是：（1）应避免在复杂的航段会船。（2）对驶前应减速

34、缓慢行驶，尽量保持两船间的横距大 于大船的船长（3）待两船船首相平时，切忌用大舵角抑制船首外转， 否则将导致船首进入对方船中部低压区时加速内转而引起 碰撞。正确的措施时适当加车以增加舵效，稳定船首向，减 少通过的时间，使相互作用迅速消失而安全通过。第四节船间效应一、 船间效应的产生原理1. 船间效应的概念船间效应包括：波荡、转头、吸引和排斥。1) 波荡处于他船兴波之中的船舶，受到兴波的作用，引起加速和减 速现象，尤其是小船，这种影响越加严重(如图)。当小船处于大船的兴波波谷时，波的作用使其减速。这种现象好象 船舶处于被牵引的状态下航行，因此，称为波荡或无索牵引。由试验可知，大船兴波越大，小船吃

35、水越小，波荡越大。2) 转头3) 吸引与排斥? 1tt_ .一力/Lk严V :伽f J:£r .jk307(S2110 4110&0就尔集卑 醐诸輕«1*3 2 ; L>0、影响船间效应的因素1.船速2.船间横向距离3.同航向与反向4.船型大小三、预防船吸、浪损的方法及其措施3.浅水对操纵性的影响1) 浅水对附加惯性矩的影响2) 浅水对舵力的影响3) 浅水对旋回性的影响4) 浅水对航向稳定性的影响5)浅水对冲程的影响三、岸壁、航道宽度、富裕水深对操船的影响船舶受浅水影响的同时，有时还受到1岸吸与岸推的概念2岸吸力与岸推力矩3防止浪损二、影响船间效应的因素1船速

36、2船间横向距离3同航向与反向4船型大小四、预防船吸、浪损的方法及其措施第五节 海浪对操船的影响海浪引起船舶的摇荡，剧烈的摇荡会降低船速，造成货物 移动，引起船体的结构、设备的损坏等等。因此，船舶在波 浪中的摇荡是有害的。严重的摇荡，特别是船舶在波浪中的 谐摇，可能危及船舶的安全。研究船舶在波浪中的运动性能 的学科称为船舶耐波性。本节就波浪对船舶操纵的影响的有 关问题进行讨论。一、 海浪的概述 1 深水波形深水波浪的运动是由于水质点作轨园运动的结果，所 以，波浪表面的移动仅仅是波形的移动，而水质点并不随 波形移动，其只是在原点作轨园运动。深水波的特点是波峰比较陡峭，波谷比较平坦，理论上 称为这种

37、波为“坦谷波”，如图所示。2. 波浪要素波长为入，波高 h,波面角a。对于坦谷波，可证明：波速 和波周期的公式为：C=1.25、0.80、3. 不规则波实际上，波浪的大小与风力、 水域、季节等许多因素有关， 实际海浪是不规则的，即波浪要素是随时间变化的。进观 测统计表明：有1/10的波高是平均波高的2倍，该波高称为最大波高（hw/10 ）；有1/3的波高时平均波高的倍，该波高三一波高或有义波高（hw/3）人们在海上目测的波高很难接近有义波高。有义波高（hw/3 ）可以用来确定最大有义波长（入最大有义）和最大能量的波长（入 最大能量）:最大有义 =60hw /3最大能量 40hw /34 波形的

38、变化 波浪由深水传向浅水域时，水质点的轨园运动变为椭圆运 动，另外，水质点的椭圆运动与海底之间的摩擦力使波速 降低，但周期不便，这就引起波长减小，波高增大，而且 是一种移动的水波。不同传播方向的海浪在某一海域相遇时，会产生干扰， 形成合成波，可能使波速变得很小，而波高很大。风向与海浪方向不一致而成某一交角时，就会产生波高 周期性变化的“群波” 。在海上经常遇到这种波浪，周期 性出现 3 5 个大浪，随后出现几个小浪。 二、传播在波浪中的运动 船舶在波浪中的运动包括六个自由度的运动：沿x轴的线性运动（surging）和绕x轴的转动（rolling ）沿x轴的线性运动（swaying）和绕x轴的转

39、动（pitching ） 沿x轴的线性运动（heaving）和绕x轴的转动（yawing） 其运动方程为：m my v ur = Y m mx z= ZIz Jz = M lx Jx = MI y Jy = M*上式中有错误四、遭遇频率和遭遇周期船舶经历两个相邻波峰的时间间隔，称为遭遇周期T eo由图可见：e V cos = eC或写成：C V cos22 C Vcos ee当书=0 90度或270 - 360度时，船舶为顶浪航行；当书=90 180度或180 270度时，船舶为顺浪航行；= 90度或270度时，船舶为横浪航行。由上式可见，改变船速 V,可以改变遭遇频率和周期；改变 航向与波浪方向的交角书，也可以改变遭遇频率和周期；但 是，在横向受浪时（书=90度或270 度）,改变船速V对改 变遭遇频率和周期无效。五、横摇的影响1.横摇周期Te船舶的横摇周期为:B.GM可以证明，船舶在波浪中的横摇摆幅（横摇角）可以由下列 公式计算： 0e由横摇摆幅的计算公式可见：当Te/ T e<1时，船舶横摇较快，甲板与波面经常保持平行，很少上浪；当Te/ T e>1时，船舶横摇较慢，甲板与波面不一致，船舷易于波浪撞击，上浪较多；当Te/ T e- 1时，船舶横摇剧烈，横摇角