船舶操作课件第三章

图3－20 低速航进中可保向的极限风速
第二节 流对操船的影响
一、流对船速、冲程的影响 二、流对舵效和旋回的影响


顶流中，冲程较小，流速越大冲程越小；顺 流中则冲程增大，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。
四、风致漂移
静水中的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。 1. 停船时的漂移速度 2. 航行中的风致漂移速度

1. 停船时的漂移速度 停船时，受风漂移，其漂移速度由风压 力Ya和水动力Yw达到相等来决定： Ya 1 2 a BaCay (Va Vy )2 Yw 1 2 w LdCwyVy2
图3－21 斜顶流靠泊时的速度合成
二、流对舵效和旋回的影响
1. 流对舵力、舵效的影响 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，但顶流舵 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。 注意：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.

1）水动力的大小 当船舶与周围的水存在相对运动时，船舶所受的 水动力FW可用下式估算： 9.8 2 式中， Yw wCwyVw Ld 2 FW为水动力（N）； W为水密度，为104.5kgsec2/m4； CW为水动力系数，其值随漂角以及船体水下形 状等因素的变化而变化； 为漂角，即相对水流 与船舶首尾面的夹角； 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）；

有估算式：
Vy
a Cay Ba Ba Va 0.041 Va w Cwy Ld Ld
Va为风速（m/s）； L为船舶水线面长度（m）； d船舶实际平均吃水（m）； Ba船体水线以上侧面积（m2）。


空载时：
Ba / ( Ld ) 18 . 1 y a 20

2. 水动力转船力矩

水动力转船力矩可以表达成与水动力相 类似的形式， 即： 9.81 2 NW W C NW L2 d w 2

式中，CNW为水动力转船力矩系数，随漂 角、水深吃水比、船体水线以下形状等 的变化而变化。
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。 船舶的偏转情况 可以分为两种， 即迎风偏转和背 风偏转。


3）风力角
风压力Fa与船首尾线的夹角 ，称为风压力角
1 2 c B sin a ay a a cay Ba Ya 2 tg tg X a 1 c A cos 2 cax Aa a ax a a 2
式中，Cay为横向风力系数；Cax为纵向风力系数。 岩井也给出一个估算式：

满载时：
Ba / ( Ld ) 0.8 1 y a 30
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： / y y x
的漂移速度（m/s）； y为停船时的漂移速度（m/s）； x为船舶航行速度（kn）。
x0

× ¦
Ya
y
UR UT V ¦ Â x
Xa
Na
¦ × T
O y0
1 X a = a AaVa2Cax 2 1 Ya = a BaVa2Cay 2 1 N a = a Ba LoaVa2Can 2

Cax Ca cos Cay Ca sin
船舶在风中的偏转规律，可 以归纳为：
（1）船舶在静止中或船速接近于零时，船 舶将顺风偏转至接近风舷角 1000 左右向下 风漂移。 （2）船舶在前进中，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；前进速度较大的船舶或满 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。
W
XW

由于船体水下正投影面积较小，纵向水 动力较小， tgg 趋向于无穷大，所以水动 力角g在900左右。
3）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，随漂角的增大而增大。即随 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，尾部水下 侧面积较首部大得多，水动力作用中心 要比满载平吃水时明显后移。

掉头所用的时间 t 因船而异，主要取决于船 舶的排水量，船舶满载时的掉头时间可估算 为： 吨位： 旋回1800约需时间： 0.5万吨 3.0min 1.0万吨 3.5min 5.0万吨 4.5min 10.0万吨 5.5min 20.0万吨 6.5min

第三节 受限水域的影响
Cy 0.8 0.6 0.4
Cn 0.1 0.05 0 -0.05 45 90 135 ¦ Â( 0)
0 -0.02 -0.04
45
90
135
¦ Â( 0) 0.2
-0.10 0 45 90 135 ¦ Â( 0) -0.15
2）水动力角g
Vw

aw G
g
Fw

水动力角g是指水动力FW与船舶首尾面的 夹角。与风力角 相类似，水动力角 g 取 决于横向水动力和纵向水动力的比值， 即： tgg Y

五、强风中操船的可保向界限

图3－19 强风中操船的可保向界限曲线
由图可知：
1）风舷角＝600～1200时，曲线位置较低， 可保向范围小。 2）当相对风向逐渐向首、尾靠拢时，曲线 位置升高，可保向范围扩大。 3）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。 4）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。 另外，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。

另外： l风速变动不明显时，可取平均风速； l强风中，可取1.25倍平均风速； l风暴中，可取1.50倍平均风速。

d P15
o
7
x0/L
6
5 4
3
2
1
y0/L -5
-4 £ Ä Ä â ¼ Æ Ë ã £ Ð Ä Í Ê Ô Ñ é
-3
-2
-1
1
2
K=4.0





式中，Na为风力转船力矩（Nm）； CNa为风力转船力矩系数； L为船长；

当已经求得船舶所受的风力、风力作用中 心以及风力角时，风力转船力矩也可按下 式计算。

Na＝Fasin(lG－a) ＝Fasin(L/2－a)

式中，lG为船舶重心至船首的距离。
在船舶靠泊中，当船首或船尾处于一端用系 缆固定于泊位时，估算船舶所受的风力转船 力矩则应根据船舶实际受约束状态进行计算。 Na＝Fasina （船首固定时） Na＝Fasin(L－a) （船尾固定时）


（3）船舶在后退中，在一定风速下并有 一定的退速时，船舶迎风偏转，这就是 我 们 通 常 所 说 的 尾 找 风 现 象 （ stern to wind ），正横前来风比正横后来风显著， 左舷来风比右舷来风显著；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。

2. 流对旋回的影响
x0/L 4
Þ Á Î ÷ ÷Ë Á Ù 2 kn
3
2 1
1
2
3
4
y0/L

根据经验，船舶有流的水域中旋回掉头的 漂移距离，可用下式估算：
Dd c t 80%
式中，Dd为旋回中的流致漂移距离（m）； c为流速（m/s）； t为掉头所用的时间（s）。
但船舶所受的风力值达到最大。
1）风力系数Ca


2）风力作用中心位置a/Lpp
风力作用中心至船首的距离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
风压力中心的位置 由岩井聪给出一个估算式

a 0.291 0.0023 Lpp

当由00~1800变化时，a/Lpp在都在0.3~0.7 范围之间。当=900左右即船舶正横风时， a0.5Lpp，即风压力中心在船中附近，当 <900即从正横前来风时，a在中心之前， 当>900时，a中心之后。

9.81 2 Fa a Ca ( Aa cos 2 Ba sin 2 ) a 2
式中： a 为空气密度，为0.125kgsec2/m4； 为相对风舷角； Ca为风力系数，其值随风舷角以及 船体水线以上受风面 积的形状的变化而变化； 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）；
按船舶各种运动状态来定性分析风致偏转规律

1. 船舶静止中

图3－12 静止中船舶正横后来风时的偏转
图3－11 静止中船舶正横前来风时的偏转

2. 船舶在前进中

图3－13 前进中船舶正横前来风的偏转 图3－14 前进中船舶正横后来风的偏转
3. 船舶在后退中

图3－15 后退中船舶正横前来风的偏转 图3－16 后退中船舶正横后来风的偏转
Aa 2 Ba 2 Aa Aa 2 Ba 2 Ba Aa 2 Ba 2