船舶操纵与避碰-船舶操纵 第三章 外界因素对操船的影响

第三章外界因素对操船的影响第一节风对操船的影响第二节流对操船的影响第三节受限水域对操船的影响第四节船间效应第一节风对操船的影响风力和风力转船力矩水动力与水动力转船力矩风致偏转风致漂移强风中操船的可保向界限一、风力和风力转船力矩风力估算-Hughes公式：a为空气密度，为1.25kg/m3；为相对风舷角；Ca为风力系数，与随风舷角、水线以上受风面积的形状有关；a为相对风速（m/s）；Aa为水线以上船体正投影面积（m2）；Ba为水线以上船体侧投影面积（m2）；Fa为水线以上船体所受的风力（N）；一、风力和风力转船力矩风力分解：一、风力和风力转船力矩风力系数：一、风力和风力转船力矩风力系数：为一马鞍形曲线＝0度或180度时，Ca值为最小；＝30～40度或140～160度时，Ca值为最大；＝90度左右时，Ca值较小，但船舶所受的风力值达到最大一、风力和风力转船力矩风力中心a/Lpp：至船首的距离a与两柱间船长Lpp的比值；随风舷角的增大近似呈线性增加；其值大约在0.3～0.8之间；

=900左右即船舶正横风时，a/Lpp0.5一、风力和风力转船力矩风力角：风压力Fa与船首尾线的夹角一、风力和风力转船力矩风力角：随的增大而增大；当处于40o～140o之间时，风力角大体处于80o～100o范围之内一、风力和风力转船力矩风力转船力矩估算根据风力、风力作用中心以及风力角Na＝Fasin(lG－a)＝Fasin(L/2－a)二、水动力与水动力转船水动力FW估算W为水密度，为1045kg/m3；

CW为水动力系数，与漂角及船体水下形状等因素有关；W为船舶与水的相对速度（m/s）；

L为船舶水线长度（m）；

d为船舶吃水（m）；二、水动力与水动力转船水动力分解二、水动力与水动力转船水动力角FW与首尾面的夹角与风力角相类似由于纵向水动力较小，tg趋向于无穷大，所以在900左右。二、水动力与水动力转船水动力作用中心水动力作用中心距离船首的距离与船长之比aW/L；aW/L随漂角的增大而增大。随着漂角的增大，水动力作用中心自距离船首0.25L渐次移至0.75L处。空载或压载时往往尾倾较大，水动力作用中心要比满载平吃水时明显后移。三、风致偏转船舶在风中的偏转是船舶所受的风力转船力矩和水动力转船力矩共同作用的结果；需要根据船舶运动状态和风向及风速的具体条件确定偏转情况；偏转方向：迎（逆）风偏和背（顺）风偏；首找风和尾找风。1.静止中受风2.前进中受风3.后退中受风偏转规律归纳静止中或极低速船舶（来风一端）将顺风偏转以接近1000的风舷角向下风漂移。前进中正横前来风慢速、空船、尾倾、船首受风面积较大的船舶，船首顺风偏转；前进速度较大、满载或半载、首倾、船尾受风面积较大的船舶，船首将迎风偏转正横后来风，船舶将呈现极强的迎风偏转性。偏转规律归纳船舶在后退中有一定的退速时（在一定风速下），船舶迎风偏转，即尾找风（sterntowind）：正横前来风比正横后来风显著；左舷来风比右舷来风显著；左舷正横前来风最显著；退速极低时，船舶的偏转与静止时的情况相同，并受倒车横向力的影响，船尾不一定迎风。四、风致漂移船舶因风的直接作用和水动力的间接作用而产生的横向运动称为风致漂移停船时的漂移速度航行中的风致漂移速度1.停船时的漂移速度风压力Ya和水动力Yw达到相等时，受风漂移速度稳定1.停船时的漂移速度空载时：满载时：2.航行中的风致漂移速度根据实船试验，船舶航行中受正横风影响的漂移速度与停船时的漂移速度有如下关系：航行中横向漂移速度变化规律与静止中相似；即随航速提高，横向漂移速度以指数规律下降。旋回中的漂移对转首角速度影响较大：正横前来风不易向上风转向，前进距离较大；容易向下风转向，前进距离较小；正横后来风：不易向下风转向，前进距离较大；容易向上风转向，前进距离较小；风致漂移较小五、强风中可保向界限可保向界限风速/船速与舵角有关

与风舷角有关五、强风中可保向界限可保向界限风舷角＝600～1200时，曲线位置较低，可保向范围小。当相对风向逐渐向首、尾靠拢时，可保向范围扩大。船首附近来风时的可保向曲线要比船尾附近来风时的曲线要高得多。强风中船舶保向性总的说来随风速的降低而提高，随船速的降低而降低，增大舵角可提高保向性。对于不同类型的船舶而言，水线上下侧面积之比较大的船舶其保向性较差；浅水对强风中船舶的可保向界限的影响甚微。第二节流对操船的影响流对船速的影响流对冲程的影响流对舵效的影响流对掉头水域的影响一、流对船速的影响对水船速相同时，顶流对地船速与顺流相差两倍流速注意船速与航速的差别二、流对冲程的影响冲程的定义：对水移动距离进出港、狭水道航行、锚泊操纵，避让锚泊船等情况下：需要考虑对地移动速度或距离，需要考虑流速。顶流中，对地冲程较小；顺流中则对地冲程增大因此在顺流进港时，针对停车后降速过程非常缓慢的特点，一方面应及早停车淌航，另一方面应及时地运用倒车、抛锚或拖轮进行减速制动。在航中的船舶之间通常不需要考虑流的影响。三、流对舵效的影响舵力舵力及其转船力矩与舵对水的相对速度的平方成正比；不论顶流还是顺流，只要对相对速度相等、舵角和桨转速等条件相同，舵力及力矩就相同;舵效(狭义上)：操一舵角后船舶在一定时间、一定水域内船首转过的角度大小；三、流对舵效的影响通常说法顶流舵效好其原因是，顶流时可在较短的距离上使船首转过较大的角度，且易把定，操纵为灵活此时考虑对地的运动。重载船在强流中，由于流压力矩的作用，船舶迎流转向时，舵效反而变差（实质上是不均匀流的影响）.顶流靠泊操纵斜顶流靠泊时的速度合成四、流对掉头水域的影响流对旋回的影响对地的旋回轨迹因流压产生漂移漂移距离估算Dd：流致漂移距离（m）；c：流速（m/s）；t：为掉头时间（s）。四、流对掉头水域的影响掉头所用的时间t吨位：旋回1800约需时间：0.5万吨3.0min1.0万吨3.5min5.0万吨4.5min10.0万吨5.5min20.0万吨6.5min第三节受限水域对操船的影响受限水域是指对于所操纵的船舶而言水深较浅的水域和宽度较窄的水道主要内容影响船舶操纵的水深及航道宽度浅水影响阻力增加及降速船体下沉与纵倾变化操纵性变化富余水深（ukc）一、水深及航道宽度水深阻力：低速船以H/d≤4，高速船以H/d≤10，作浅水域对待；操纵性：以H/d≤2.5为界作浅水域对待，明显影响操纵性，H/d≤1.5。航道宽度（航道的底部宽度）岸壁效应，W/L≤2，作为窄水域对待。明显影响操纵性，W/L≤1来界定。二、浅水影响阻力增加及降速船体下沉与纵倾（squat）变化操纵性变化富余水深（ukc）1.阻力增加及降速浅水中同船速阻力增大；船尾伴流增强；同转速下船速较深水域为低；螺旋桨上下桨叶推力之差较深水明显，因此将出现较深水更为明显的船体振动。2.船体下沉与纵倾深水中的船体下沉与纵倾肥大型船舶下沉剧烈航速：傅汝德数Fr=V/(gL)0.5Fr=0.06时开始下沉；Fr<0.3,首尾均下沉，但首下沉大于尾下沉Fr>0.3,尾下沉开始大于首下沉Fr>0.6,尾倾增大，船舶开始上浮。2.船体下沉与纵倾浅水中的船体下沉与纵倾水深与船速：傅汝德数Fnh=V/

(gh)0.5

亚临界区(SubcriticalRange)：近似平吃水下沉临界区(CriticalRange)Fnh≤1：船首上浮，船尾下沉超临界区(SupercriticalRange)Fnh>1：船舶上浮2.船体下沉与纵倾浅水中squat2.船体下沉与纵倾浅水与深水对比浅水中剧烈；尾倾与上浮提前。原因浅窄航道的阻塞效应2.船体下沉与纵倾浅水域船体下沉量的估算Tuck2.船体下沉与纵倾浅水域船体下沉量的估算Hooft2.船体下沉与纵倾浅水域船体下沉量的估算Barrass（超大型船）2.船体下沉与纵倾浅水域船体下沉量的估算查曲线图2.船体下沉与纵倾浅窄水域船体下沉量的估算Barrass公式阻塞系数3.浅水对操纵性的影响浅水对舵力的影响总的来看，舵力有所下降但下降不大原因涡流和伴流的增强螺旋桨滑失比得以提高舵的下缘距海底较近导致舵的整流作用得以加强3.浅水对操纵性的影响浅水对旋回性、追随性的影响虚惯矩、旋回阻矩均有较大增加其中旋回阻矩的增加较虚惯矩增加得更快旋回性变差稳定性变好3.浅水对操纵性的影响浅水中旋回初径变化DW27.8万吨油轮旋回试验记录3.浅水对操纵性的影响浅水中旋回初径变化3.浅水对操纵性的影响浅水中螺旋试验结果的变化3.浅水对操纵性的影响浅水对停船性能的影响有一定程度的减小船体下沉、首倾、兴波增强、二维流增速等原因，船体阻力将有所增加螺旋桨推进效率的某些降低刚停车后余速较高的一段时间内，浅水阻力较大的特点将有利于较快降速减小冲程4.富余水深UKC富余水深：富余水深＝海图水深+潮高-静止吃水应考虑的主要因素船体下沉和纵倾变化，浅水域尤应注意首沉量；船体在波浪中的摇荡，吃水增量；图标水深精度：20m以下，0.3m；20～100m；1.0m主机冷却水进口1.5～2倍；操纵性所需海水与淡水4.富余水深UKC富余水深的经验估算：欧洲引水协会（EMPA），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：外海水道：吃水的20%；港外水道：吃水的15%；港内：吃水的10%荷兰的Europoort港，VLCC采用较上述值低5%的标准。4.富余水深UKC富余水深的经验估算：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，规定3.5m富余水深。日本獭户内海：吃水在9m以内，吃水的5%；吃水在9~12m，吃水的8%；吃水在12m以上，吃水的10%。第三节受限水域对操船的影响影响船舶操纵的水深及航道宽度浅水影响宽度影响三、宽度影响岸壁效应（bankeffect）岸推（repulsion）岸吸（suction、attraction）影响因素岸壁效应与保向斜底效应1.岸壁效应岸壁效应水道宽度受限时，当船舶偏航接近水道岸壁，因船体两舷所受水动力不同，而出现的船舶整体吸向岸壁、船首转向中央航道的现象称为岸壁效应。岸推（repulsion）船首转向中央航道而“离岸”的现象称为岸推。岸吸（suction、attraction）船体被岸壁“吸拢”的现象称为岸吸。2.影响因素距岸越近、偏离中心航道越远岸壁效应越明显。水道宽度越窄，岸壁效应越激烈。水深越浅、岸壁效应越明显。船速越高，岸壁效应越激烈。船型越肥大，岸壁效应越明显。影响岸壁效应3.岸壁效应与保向船舶一舷接近岸壁航行时，为保向需向岸壁一侧操舵；在中等舵角难以保向时，应加大离岸距离；岸推岸吸力较强，出现危险的转头时，不应盲目减速，以免丧失舵效4.斜底效应亦称斜坡效应当船舶航行于水深在船宽方向上不等时，会出现船体吸向浅水而船首转向深水的现象；原理及相关的因素与岸壁效应类似；为保向，需向浅水一舷操舵。第四节船间效应船间效应的现象吸引、排斥、转头、波荡影响因素具体的局面追越对遇驶过系泊船一、船间效应的现象现象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，称之为船间效应（interaction）原因船体周围压力分布发生变化船行波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；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。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。兴波越激烈、追越船的吃水越小，波荡现象越明显。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则受相反方向的力，其结果构成了力矩使船首转头。

二、影响船间效应的因素两船间距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，相互作用明显增加。两船过度接近则有碰撞的危险。船速：船间作用与船速的平方成正比。作用时间：航向相同比航向相反时影响大。小船受到的影响大。浅窄水域船间效应更为激烈。三、追越中的船间效应危险的现象追越船A接近被追越船B船尾时，B船内转，挡住A船进路；A，B