船舶操纵课件--第6章 特殊情况下的船舶操纵

周期为7～10s．最陡的波的倾斜度为1/10。一般为1/30～1/40。
2012-9-18 船舶操纵课件
一、波浪概述
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
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二、船在波浪中的运动
1．风浪中的船舶摇摆 船舶在波浪作用下，沿着和围绕着通过船重心的X、Y、Z轴作线运动 和回转运动。各摇荡运动的名称为：
X轴——纵荡（surging）和横摇（rolling）；
y轴——横荡（swaying）和纵摇（pitching）； Z轴——垂荡（heaving）和首摇（yawing）； 船舶在波浪中的摇荡运动，是波浪的强迫摇荡和船舶本身固有的摇 荡相结合的复合运动，这种摇荡运动由于受到水阻力的阻尼作用，因而是 逐渐衰减的。摇荡的强度取决于波面角的陡度、波浪的周期、船舶本身的 摇荡周期与船舶尺度和波长的比例关系。
对船舶安全有威胁的摇摆是横摇、纵摇和垂荡。
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二、船在波浪中的运动
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：

a0 1 ( TR
2
式中： a ——最大波面角，； 0 TR——船舶横摇周期（s）； τ ——波浪周期（s）。

)
（6—6）
第六章 恶劣天气下的操船
第一节 第二节 大风浪中的船舶操纵 避离热带气旋的船舶操纵
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第一节 大风浪中的船舶操纵
一、波浪概述 二、船在波浪中的运动
三、大风浪中航行时所遭受的危害
四、大风浪中的操船方法 五、大风浪中掉头
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船舶操纵课件一、波Fra bibliotek概述1．波浪的要素 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
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一、波浪概述
2．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。
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一、波浪概述
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。
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二、船在波浪中的运动
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：
T H 2 .4 d
( 6 13 )
式中：TH—船舶垂荡周期（s）； d—船舶平均吃水（m）。
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二、船在波浪中的运动
船舶的垂荡周期和纵摇周期很接近，后者稍大于前者。一般船舶均 具有TR>TP>TH的关系，后二者约为前者的一半。垂荡运动的强迫位移为：
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二、船在波浪中的运动
3）波浪遭遇周期 （TE） 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°。如图6—2所示。

上图表示船在波浪中航行的一般状态。直线AB表示以速度C传播的波峰，
协调，船舷易与波浪撞击，甲板上上浪较多。
R

1

1
将会导致船舶倾覆。这种现象称为横谐摇。
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二、船在波浪中的运动
谐摇时的横倾角可用下式估算： 式中： a 0 ——最大波面角。
s 7 . 92
a0
（6—7）
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称为 船舶固有横摇周期(natural rolling period)，可用下式求得：
Z h h h
( 6 14 )
式中： h －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 －1/2波高； 率与波长之比（ ）。 k 如式（6一14）所示，垂荡运动 是由波高h与 （即TH/TE）之比来
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二、船在波浪中的运动
3．纵摇与垂荡 纵向受浪时，由于船舶的纵摇质量惯矩和水的阻尼力矩很大，同时纵 向稳性也较大，所以在波浪的作用下产生的纵摇摆幅比横摇的小，纵倾角
一般不超过最大波面角。
当波浪通过船体时，随着浮力的周期变化，使船体作上升和下降的垂 荡运动，波高越大，垂荡越激烈。上下运动时水对运动的阻力很大，使运 动很快衰减。
船速一定时，总的趋势是相对纵摇摆振随TP/TE的增大而降低。
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二、船在波浪中的运动
(3）船速对船舶相对纵摇振幅的影响。由于船速（用佛汝德数Fr表示）当 中也包含船长因素在内，所以当船速相同时，较长的船具有较小的Fr和较 高的TP/TE，相对纵摇振幅也将相应的降低。海上航行对操船者来说，船长
;
C g 2 2 g 1 . 25 0 . 80
2 C g

(m / s)
(6 2) (6 3)

(s)
波浪的大小和风力、风时以及海区的广度、深度有关。风力大、风时 长、海区广又深，则波浪就大。有关各海区不同季节的波浪要素可从气象
书籍和航路指南中找出。大洋中最容易产生的波浪的波长是80～140m，波
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。表征波浪特征的几何要素见图6—1。 波高H—波形最高点与波形最低点之间的垂直距离(m) 波长λ —两个相邻波峰或波谷间的水平距离(m) 波速C—波形向前移动的速度(m/s) 波浪周期τ —水质点每回转一次所需时间(s)，
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二、船在波浪中的运动
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 的比值。 当T 当T 当T
R
经常保持平行，很少上浪，但船体所受惯性力较大。
R

1
，即船舶的横摇周期比波浪周期小，则船舶横摇较快，甲板与波面 ，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 ，即二者的周期接近相等，船舶摇摆最剧烈，横摇角越摇越大，
三者的关系如图6—3所示。
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二、船在波浪中的运动
从图中可见： （1）船长与波长的关系对船舶相对纵摇振幅有决定性影响。L＞1.5 时， 相对纵摇振幅小于0．4，纵摇角较小。船长越大，越趋平稳。L ，相对 纵摇振幅急剧增大，正如小船遇长波，船舶纵摇很大，不论船速如何，无 法避免。 （2）船舶的纵摇周期与波浪的遭遇周期的关系对于船舶相对纵摇振幅的 影响，事实上也一定程度程度上反映了船长与波长之间关系的影响，而且， 也反映出船速或傅汝德数的影响。当TP/TE=1时，相对纵摇振幅并不是各曲 线的最大值，要想有较低的相对纵摇振幅，各曲线均要求有较高的TP/TE值。 从本质上看，这也就要求具有船较长、波较短的条件。船舶顶浪航行，当
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二、船在波浪中的运动
1）纵摇周期与纵摇振幅 般舶的纵摇周期可用下列近似公式估算。 (6—12) TP C P L 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0.45～0.55， 客货船为0.54～0.64，货船为0.54～0.72， 油船（尾机）为0.80~0.91。 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
船以速度V并与波浪传播方向成角航行。
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二、船在波浪中的运动
这时，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= C+Vcos (6—9) 显然，波浪的遭遇周期TE为
TE

VE


C V cos
( 6 10 )
式中：λ —波长（m）；C—波速(m/s)
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二、船在波浪中的运动
4）减轻横摇的措施 当般舶在波浪中发生横摇谐振运动时，摇摆加剧，如不采取减摇措施， 将危及船舶的安全。从操船角度出发，减摇措施有：
（1）调整船舶的固有横摇周期
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 <0.7 或 TR/ TE >1.3 （6—11） 根据式（6—7）避开谐振的要求，当波长为100～220m，其相应的波浪周 期约为8～12s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。