船舶操作课件第六章

1、第六章 恶劣天气下的操船 第一节 大风浪中的船舶操纵 一 、波浪概述 波浪是水质点在外力作用下所形成的波动运动。 在深水中波浪的水质点以一定的速度作轨圆运 动，其波形以某一速度传播出去，而水质点本 身并不随波形移动。 水质点的轨圆运动方向，当处于波峰时与波的 传播方向相同, 处于波谷时则与波的传播方向 相反。这种波的波峰比较陡峭，波谷比较平坦， 因此称为坦谷波。 1. 波浪的要素 Vw: 波形向前传播的速度 Tw:波浪周期，水质点每回转一周所需的时间，即波形向 前传播一个波长所需的时间 :波面角，波面上某一点的切线与水平线间的夹角，用 来表示波表面的倾斜度 ：陡度，波高与波长之比H/，用来表示

2、波的陡峭程度 根据摆线理论，可以得到： 由上述公式，得到坦谷波的波速和波浪 周期与波长间的如下关系： 大洋中最容易产生的波浪的波长是80 140m，波周期为710s最陡的波的倾 斜度为1/10。一般为1/301/40。 ) 16(;2 wwww TVgTV )36()(80. 0 2 )26()/(25. 1 2 s g T sm g V w w 海上波浪实际上是不规则的，它们是由 各种不同波长、波高和陡度的波组成的。 经观测统计表明，其中有1/10波的波高是 平均波高的2倍，称之为最大波高(hw/10）； 有1/3波的波高是平均波高的1.6倍，称之 为三一平均波高或有义波高(hw/3）。 人

3、 们在海上目测的波高很接近有义波高。 有义波高（hw/3）可以用来确定最大有义 波的波长 最大有义=60 hw/3 （64） 和最大能量波的波长 最大能量=40 hw/3 （65） 根据这两个波长可以估计出某船在该不 规则波中航行时的摇荡情况。 2 2波形的变化波形的变化 1）浅水区的波形变化 波浪从深海向浅海接近时，由于水质点的垂直 移动受阻，水质点的运动轨迹将由圆形变为椭 圆。同时，由于回转运动与海底之间的摩擦阻 力使波速降低。在浅水域中波速只随水深变化， 但波浪的周期不变。因此，当波速减小时，波 长变短，波高增大。而且海岸的倾斜越急，这 种变化越剧烈。此外，由于波谷与海底的摩擦 部分的行

4、进速度变缓，而波峰的行进较快，使 波峰向前卷起，同时在行进中破碎。这种波浪 俗称为开花浪，对船舶的冲击力较大。 2）干扰引起的波形变化 当从大海上远处袭来的大浪与本海区相反 方向的波浪相遇；或袭来的波与该处的反射波 相互干扰时，形成合成波，它的波速变得很小， 而波高可能增加一倍。这种波浪俗称为三角浪。 对小型船舶危害较大。 由于风向的变化，使所产生的两个不同方 向的波浪形成某一交角时，就会发生波高作周 期性变化的群波。在海上经常遇到的，周期性 的3个或5个大浪，随后又出现几个小浪，就是 这种群波。通过仔细观察，掌握住海浪的这个 规律，就能够选择在较小的波浪时进行操纵较 为有利。 二、船在波浪中

5、的运动 1.船舶在风浪中的运动 x0 z y0o x x w q z x0 y0 z0 o0 w u v r p q x y O y w z0z p u r y v G 由图可见，船舶运动分为三个平动 和三个转动，如下 三个平动：x轴：u, surging （前进） y轴：v, swaying （横移） z轴：w, heaving（升沉） 三个转动：x轴：p, rolling （横摇） y轴：q, swaying （纵摇） z轴：r, yawing （首摇） 2. 横摇 1) 横摇摆幅 船舶在规则波中的强制横摇摆幅可以近似 地用下式表示： 式中： 最大波面角， ； TR船舶横摇周期（s）； T

6、w波浪周期（s）。 2 0 )(1 w R T T a 0 a H 180 从上式可见，船在波浪中横摇的大小，除与最 大波面角有关外，主要取决于船舶本身的固有 横摇周期TR与波浪周期Tw的比值。 当TR/Tw1 ，即船舶的横摇周期比波浪周期大， 则横摇较慢，并且与波浪不协调，船舷易与波 浪撞击，甲板上上浪较多。 当TR/Tw=1 ，即二者的周期接近相等，船舶摇 摆最剧烈，横摇角越摇越大，将会导致船舶倾 覆。这种现象称为横谐摇。 谐摇时的横倾角可用下式估算： 式中： 最大波面角 0 92. 7a s 0 a 2) 船舶固有的横摇周期(TR) 船舶在规则波中作小角度（小于15） 无阻尼横摇时的周期

7、称为船舶固有横摇 周期(natural rolling period)，可用下式求 得： B船宽（m）； GM初稳性高度（m）； C横摇周期系数，客船为0.750.85；货船为0.70.8； 油船（重载）为0.70.75；油船（空载）为0.740.94； 渔船为0.760.88； 估算时可简单地把C定为0.8。 )86( GM B CT R 各类船舶的横摇周期如表6一1所示。 船 舶 种 类 横摇周期TR (s) 客 船 5001000吨 69 客 船 10005000吨 913 客 船 500010000吨 1315 客 船 1000030000吨 1620 客 船 3000050000吨

8、2028 货 船(满载) 914 货 船(压载) 710 拖 轮 68 3) 波浪遭遇周期 波浪相对于航行中的船舶的周期即波浪 的遭遇周期（也称作波浪视周期）TE 船舶在海上航行时，设其前进方向与波 浪来向成一夹角，该夹角称为遭遇浪向 角。顶浪时 =0；顺浪时 =180； 横浪时 =90。 直线AB表示以速度Vw传播的波 峰，船以速度V并与波浪传播方 向成角航行。 波峰相对船的传播速度即波的表观传播 速度（船上观察者所看到的波传播速度） VE为： VE= Vw+Vcos (69) 显然，波浪的遭遇周期TE为 式中：波长（m）；Vw波速(m/s) )106( cos VVV T wE E 4)

9、减轻横摇的措施 (1)调整船舶固有横摇周期 船舶确定航线后，可根据本航次中各海 区季节可能经常遭遇的波浪周期，于配 载时选择较为合适的船舶摇摆周期，避 开谐振区： TR/ TE 1.3（611） 根据式（67）避开谐振的要求，当波 长为100220m，其相应的波浪周期约为 812s时，则船舶的周期应调整到小于6 s或大于14s，就不会发生谐振了。 (2) 改变航向,航速,调节波浪的遭遇周期 由式（6一10）可见，改变船速或遭遇浪 向角或者同时改变船速与遭遇浪向角， 就能改变波浪的遭遇周期，避免谐振运 动。这种方法对于航行中的船舶是简便 而有效的。 当 =90或270，即正横受浪时，TR =TE

10、， 此时改变船速对波浪遭遇周期无影响； 只有改变航向才能取得减轻横摇的效果。 3. 纵摇和垂荡 1) 纵摇周期和纵摇振幅 般舶的纵摇周期可用下列近似公式估算。 (612) 式中：TP船舶纵摇周期（5）： L一船长（m）； CP纵摇周期系数，客船为0.450.55，客 货船为0.540.64，货船为0.540.72，油船（尾机） 为0.800.91。 规则波中的相对纵摇振幅（纵摇振幅与最大波面角 之比）与TP/TE、Fr、/L三者的关系如图63所示。 LCT PP 2）垂荡周期与垂荡振幅 船舶的垂荡周期可用下列近似公式估算： 式中：TH船舶垂荡周期（s）； d船舶平均吃水（m）。 船舶的垂荡周期

11、和纵摇周期很接近，后者稍 大于前者。一般船舶均具有TRTPTH的关系， 后二者约为前者的一半。 )136(4.2dT H 垂荡运动的强迫位移为： 式中： 一有效波高系数，是由/L决 定的，它和垂荡运动的强迫力系数相当； h一1/2波高； 一倍率系数，取决于垂荡频率 与波长之比（/ ）。 如式（6一14）所示，垂荡运动是由 波高h与/ (即TH/TE）之比来决定的， 波高越大，垂荡越激烈。如图64 )146( hh hZ h h 3) 船舶在不规则波中的纵摇情况 船舶在不规则波中顶浪前进，它相当于遭 遇一系列波长变化的规则波的作用，这时不再 适用谐摇的概念，而需用临界状态的概念来说 明船舶的摇摆

12、情况。 当船舶的纵摇周期TR和波浪TE相等时，将 发生谐摇。如已知船舶的航行速度，则根据式 （6一2）和（6一11）可推算出谐摇波长syn )156()()78. 0()78. 0( 2 2 EEEsyn VTVTVT 三、大风浪中航行时所遭受的危害 1. 横向受浪时所产生的危害 横向受浪航行中，船舶容易出现横谐摇的情况， 由于船舶的剧烈的横摇，将产生下列危害： 1）产生过大的横摇角； 2）舷侧容易上浪； 3）由于横摇加速度增大，容易引起货物移动和增 加自由液面的冲击力； 4) 造成人员不适，船用仪器使用不便，船体结构 容易受损，增大船舶倾覆的危险。 2 纵向受浪时所产生的危害 1）拍底（sl

13、amming） 2）甲板上浪（ship water on deck） 3）尾淹（pooping） 4）螺旋浆空转（racing） 1) 拍底 2) 甲板上浪 3) 尾淹 4) 螺旋桨空转 四、大风浪航行的准备工作 1 1保证水密保证水密 1）检查甲板开口封闭的水密性，必要时进 行加固。 2）检查各水密门是否良好，不需用的一律 关闭拴紧。 3）将通风口关闭，并加盖防水布。 4）天窗和舷窗都要盖好，并旋紧铁盖。 5）锚链管盖好，防止海水灌进链舱。 2 2排水畅通排水畅通 1）检查排水管系、抽水机、分路阀等， 保证处于良好工作状态。 2）清洁污水沟（井），保证黄蜂巢畅 通。 3）甲板上的排水孔应保持

14、畅通； 3 3绑牢活动物绑牢活动物 1）吊货设备、主锚、备锚，舷梯、救 生艇筏以及一切未固定的甲板物件都要 绑牢。 2）散装货及烧煤要扒平。 3）各水舱及燃油舱应尽可能注满或抽 空，以减少自由液面。 4）舱内或甲板装有重件货物时，应仔 细检查加固，必要时加固绑扎。 4 4做好应急准备做好应急准备 1）保证驾驶台和机舱、船首、舵机室 在紧急情况下通信联系畅通。 2）检查应急电机、天线、舵设备等处 于良好状态。 3）保证消防和堵漏设备随时可用。 4）保证人身安全，如拉扶手绳、甲板 铺砂等。 5）加强全船巡视检查，勤测各液体舱 及污水沟等。 5 5空船压载空船压载 空船在大风浪中有很多不利之处，例如

15、：风压增大 了倾侧力矩，保向性下降，拍底增大，空转加剧， 失速严重，易发生横摇谐振等等为确保航行安全， 应进行适当的压载，以提高船舶抗风浪的能力和改 善船舶的性能。 空船压载量可参考下列数字： 夏季：为夏季满载排水量的50%； 冬季：为夏季满载排水量的53%； 在吃水差方面，既要防止空转，又要减轻拍底，一 般以尾倾吃水差1520m较为理想。 货船上压载，除利用压载舱和深水舱之外，还可以 选择首尾宽度较窄的舱，如有轴遂的尾舱就更好。 压载时，要注意减小自由液面的影响，还要保证排 灌畅通。 五 大风浪中的操船方法 1. 滞航 以能保持舵效的最小速度将风浪放在船首 23罗经点的方位上迎浪前进的方法，

16、称为滞 航。这时的船舶实际上是处于缓进或不进，甚 至是微退的状态。而航向将随着风向的改变需 不断地调整。 这种方法可以减轻波浪对船首的冲击和甲板上浪，使船滞留 在原地附近，以等待海况的好转。对于下风侧海域不大充裕， 船长较长，船首干舷较高的船采用此法最为有利。滞航中要 根据风浪的情况选择最佳的风浪舷角，以减轻船舶的摇摆。 并根据风浪的变化及时调整航速，保证有足够的舵效，以免 被打成横浪。 2 顺浪 顺浪航行时，波浪与船的相对速度较小， 可以大大减弱波浪对船体的冲击。滞航 中经不起波浪袭击的船舶，宜改用顺航。 顺航的船舶由于纵荡的原因可以保持相 当的速度，有利于摆脱大风浪海域或台 风中心。 3

17、漂滞 船舶停止主机随风浪漂流，称为漂滞。 主机或舵损坏将被迫漂滞，滞航中不能 顶浪或顺航中保向性差或船体衰老的船， 可以主动采用漂滞的方法。 漂滞中，波浪对船体的冲击力大为减 小，甲板上浪不多。只要船舶保持水密， 有足够的稳性，就可以渡过大风浪。 六 、大风浪中的掉头 大风浪中掉头，当船身转至横浪时，若回转 引起的横倾角与波浪的横倾角相位一致，则 过大的横倾将危及船舶的安全。并且横向受 浪时，容易出现横摇谐振，就越加危险。因 此必须谨慎操纵。 掉头时应掌握： 1等待较平静的海面来到。海浪大小的变 化是有规律的，一般情况下，连着三四个大浪 之后，必接七八个小浪，俗称三大八小。要利 用这个规律，使

18、船舶在海面较平静时掉头。 2开始时慢速中舵（15左右），掉头过 程中适时使用快车满舵。这样可以使前冲惯性 小，减小船舶转向中的横倾角，同时保证舵效， 缩短掉头时间。 3从顶浪转向顺浪时，转向应在较平 静海面到来之前开始，以求较平静海面 来临时正好转到横浪。此后可配合主机 突进，用满舵，加速完成后半圈掉转。 4从顺浪转向顶浪比较危险，必先降 速减低惯性冲力，等待时机，以求后半 段掉转在较平静的海面进行。后半段旋 转应尽可能迅速，否则大浪来到便难以 转向顶浪，为此，可根据情况采用主机 突进的措施，以增加舵效，加速掉转。 第二节 避离热带气旋的船舶操纵 一 船舶在热带气旋中相对位置的判断 二 船舶在

19、热带气旋不同相对位置中的 避离操纵 一 、船舶在热带气旋中相对位置的判断 在地球的北半球水域内，台风圈的右半圆其 风雨波浪较左半圆为激烈，这是因为低气压 气旋逆时针旋转与其本身的前进运动相叠加 而造成的。朝台风前进方向看去，操船者常 称台风的右半圆为危险半圆，并将左半圆称 为可航半圆。在南半球水域内，低气压气旋 为顺时针旋转，故北半球相反右半圆为可 航半圆（navigable semicircle），而称左半圆 为危险半圆（dangerous semicircile）。 二、船舶在热带气旋不同相对位置中的 避离操纵 1 避台注意事项 1）台风的规模和进路，估计风浪发展的状 况。 2）台风中心与

20、本船之间的距离，台风进路 与本船航线是否交叉，距台风中心最近会 遇距离如何，本船将处于其危险半圆还是 可航半圆。 3）附近有无避风港口，本船与该港间的距 离。 4）有关船舶耐航性的考虑。 5）在战略上藐视它，在战术上重视它。 6）下决心，定措施，必须留有余地，不要 满打满算。 7）注意台风运动规律的一般性和特殊性。 2 避台操纵 1) 危险半圆 内避台操纵法 2) 可航半圆 内避台操纵法 3）在台风进 路上的操纵方 法 1) 危险半圆内避台操纵法 在北半球，在台风路径的右半圆，风速 比左半圆大，风向逐渐向右转变（顺时 针方向），船舶在右半圆有被卷入台风 中心的危险，所以右半圆叫做危险半圆。 船处于危险半圆时，应采取与台风路径 重直的方向全速驶离，即以右首舷约 1520顶风全速避离。 2) 可航半圆内避台操纵法 北半球的左半圆，风向与台风移动路径 相反，风向逐渐左转（逆时针方