大风浪中船舶安全航行对策研究王家宏艾万政(浙江海洋学院海运学院浙江舟山316000)摘要：大风浪对船舶的安全航行带来不利影响。
本文详细分析了风浪对船舶带来的安全隐患，并提出了减少风浪对船舶安全影响的应对措施，为广大操船者提供参考。
关键词：风浪；稳性；船体强度；共振；漂航Safety Navigation Countermeasures under the Condition of Rough SeasWang jia-hong Ai wan-zheng(Zhejiang Ocean University, Zhoushan 316000, China)Abstract: Rough seas can bring adversely affects to ship’s safety navigation. Adversely affects caused by rough seas to ship’s safety navigation is analyzed, and measures to decrease these adversely affects is also put forward as to provide references for seaman in this paper.Key words: Rough seas; Stability;Hull strength;Resonance;Drift navigation1 引言世界上大部分海区在不同季节均有大风浪区存在。
例如在中国沿海，夏季台风过后会带来较大的风浪区；冬季常年偏北季风也容易形成风浪区。
大风浪航行是船舶安全航行的重要环节。
在大风浪中，船舶容易产生横摇、纵摇和垂荡等不利于安全的运动，这些运动给船舶的安全生产带来困难，稍有疏忽，容易导致机损、货损和海难事故。
虽然大风浪能严重影响船舶的安全航行，但是作为船长和船员，如果做到防范有力和操船方法得当，完全可以将风浪对船舶安全的影响程度降低到最小。
2 风浪对船舶安全航行的影响大风浪对船舶的航行安全带来不利影响。
其主要影响表现在以下几个方面。
(1) 甲板上浪。
由于风浪中船舶严重纵摇和垂荡，海面的大浪涌上甲板。
上浪使甲板机械损坏，船舶稳性下降[1-2]，给船员带来恶劣的工作和生活条件。
(2) 产生砰击。
船舶在波浪中摇晃的同时，船体与波浪之间会产生猛烈的局部冲击。
这种冲击多发生在船首部，特别是当船首柱底端或船底露出水面后，船体在遇波谷以极短的时间落入水中时产生的砰击最为强烈。
严重的砰击容易使船首部的结构损坏，船体发生颤抖。
(3) 螺旋桨飞车。
船舶在波浪中航行时，部分螺旋桨露出水面，转速剧增，并伴有强烈的震王家宏：男，汉族，1972年生，湖北潜江人，副教授，研究方向：船舶机电设备故障诊断，电话：018606801280,E-mail:jhwang@.动现象称为螺旋桨飞车。
螺旋桨飞车使主轴受到极大的扭转振动，主机突然加速和减速，使主机部件损坏，推进效率大大降低。
(4) 主机失速。
当主机功率一定时，船舶由于剧烈摇荡，其速度会相对于静水而言大大降低。
同时由于顶风顶浪，主机的负荷增大，为了保护机械设备，主机也不得不主动降速。
降速会增加船舶的运输成本。
(5) 船员舒适性大大降低。
船体在波浪中颠簸会产生线加速度和角加速度。
人体的内耳腔对加速度的刺激特别敏感，当这种刺激超过一定范围时就会引起晕船。
同时，船舶的横摇也会影响船员的运动能力。
已有的研究表明：当横摇角度达到40~100时，人体的运动能力明显下降；当横摇角度达到100以上时，船员吃饭、睡觉和在船上走动都发生困难。
3 减少风浪对船舶安全航行的措施风浪对船舶安全造成极大的威胁，船长和船员应认真分析风浪对船舶的稳性、强度和操纵性能的影响，充分做好大风浪航行的各种安全措施，以提高船舶在风浪中航行的安全系数。
3.1 合理配载和绑扎，确保船舶的稳性在大风浪中航行，船舶的GM值既不能太大，但也不能太小。
GM值太大虽然稳性较好，但同时船舶的横摇周期变短，会降低船员的舒服感[3]。
大副在配载时要充分考虑所经航区的风浪情况，防止船舶顺浪航行时稳性急剧恶化的局面发生。
顺浪航行，当船舶从波峰位置滑动到波谷时，由于船舶加速失重，船舶的稳性极有可能变成负稳性，因此在进入风浪区之前应及时调整压载水，降低船舶的重心。
风浪引起的货物移位不但会导致船舶稳性降低，而且还会破坏船舶的安全设备。
“大舜”轮海难事故发生的一个很重要原因就是因为当时系固不牢，导致运载的车辆移位和碰撞，使汽车油箱内燃油外泄引起火灾，进而导致通往舵机间的控制电缆烧坏，造成舵机失灵和稳性恶化而沉没。
因此，对于重大件货物在开航前就应该严格按照系固手册的要求认真绑扎；对于谷物等存在自由液面的货物应适时进行平舱。
3.2勤检查各种开口设备，确保船舶储备浮力“爱沙尼亚号”客轮在波罗的海遇到强风暴，由于船首损坏的水密门被海浪打掉，船体进水失去浮性而沉没。
因此，进入风浪区前，船舶所有甲板开口、水密门要关闭并确保水密，以保证船舶的浮性。
船长应督促相关人员关闭并紧固大舱舱盖、下舱道门、通风筒(通风筒必要时应加盖防水布)；关闭甲板上的水密门、窗；关闭主甲板一层舷窗护板和居住区不用的水密门窗道门；关闭机舱天窗及其他水密门窗；封闭甲板上的测量管、透气管盖子和锚链筒。
损坏的甲板开口、水密门等要提前修复。
保持船舶必备的浮力，还应保证舱内和甲板排水管系畅通，以便及时排除无用积水。
装货前要清洁污水井(沟)，必要时拆检黄蜂巢，盖好污水井(沟)盖板，确保排水管系、污水泵、分路阀都处于畅通状态。
3.3 适时调整航向和航速，避开共振区船在波浪中运动如图1所示。
设波的传播速度为C ，船前进的速度为u ，船速方向与波浪传播方向的夹角为β，则波峰相对于船的船舶速度C e 为[2]：βcos u C C e += (1)船上的观察者所看到的作用在船上的波浪周期T e 为：()βλcos /u C T e += (2) 式中：λ表示波长。
而船舶与波浪发生共振的条件为：()θβλT u C T e =+=cos / (3) 式中：θT 为船舶的固有横摇周期。
联合(2)式和(3)式，得到共振条件的另一表达式： λλβθ25.1/cos -=T u (4) 式中： λ25.1表示波速C 。
船舶与波浪产生共振，使船舶的横摇角度增大，增加了船舶倾覆的危险。
由公式(4)可以看出，共振的产生与船舶的航向和航速有关。
船长和驾驶员应根据公式(4)适时调整航向和航速，避免船舶与波浪共振的发生。
图1 船舶在波浪中运动3.4 必要的时候停车漂航，减小波浪对船舶的冲击波浪形成的实质是水质点在各自的平衡位置附近做封闭曲线运动。
当船舶以一定的速度在海上航行时，船与水质点之间存在相对运动，此时水质点必然对船舶产生反作用，如冲击、上浪等等，对船舶的强度和稳性都造成影响。
如果停车漂航，船舶与波浪之间的相对作用大大减少，船舶主要表现为随波逐流，船舶砰击和甲板上浪也会得到缓解。
由公式(4)可以了解到，船舶停车漂航时，由于没有船速，谐摇范围主要由波浪的波长和船舶的固有周期确定。
海上常见波浪的波长大约为100m，其周期一般为6s~8s之间。
对于自摇周期小于12s的船舶，当其横对波浪时有很多机会落入谐摇区，应尽量避免。
表1列举了各种船舶的固有横摇周期。
由表1可以看出，风浪中停车漂航比较实用于大型船舶，对于中小型船舶采取停车漂航的措施也不一定可取。
表1 不同船舶的固有周期[2]漂航时最好备车航行，作好随时动车的准备。
停车以后，船舶容易进入横浪状态，船舶会随浪漂流，因此漂航水域应该具有足够的空间，且船舶的通航密度较小。
主动漂航船舶因处于在航状态，且机器没有发生故障，因此还应挂在航机动船的号灯和号型[4]。
3.5 科学用舵，减少摇摆幅度当操一定舵角以后，船舶在旋回初始阶段，存在横移内倾；当进入定常旋回以后，船舶转为横移外倾。
产生这一现象的主要原因是因为：操舵除会产生转船力矩以外，还会产生横倾力矩。
表2列举了在不同操舵周期和舵角下所产生的横摇角度。
由表2 可以看出：舵能生摇。
合理操舵，使得舵产生的横摇与波浪产生的横摇相抵消，不失为一种理想的减摇方式。
实践表明，只要操舵产生的横摇周期和波浪的周期相同，且相位相差1800，操舵减摇达到最佳效果。
表2 不同操舵周期和舵角下的横摇角度[5]在大风浪中操舵，应尽量避免使用大舵角[6]。
因为较大的舵角容易使船打横，如果船舶处于横浪之下，增加了船舶纵向与波浪接触的面积，波浪对船舶的作用加大，这容易对船舶安全造成不利影响。
4 结语大风浪对船舶的稳性、强度和机械设备都会造成不利影响。
但是如果船长和船员熟悉风浪特性和本船的操纵性能，及时采取加固、绑扎、调整航向航速、漂航和科学用舵措施，完全可以将风浪对船舶安全的影响降低到最低程度。
参考文献[1] 李勇.船舶操纵[M].北京:人民交通出版社,1999, 110~150.[2] 吴秀恒.船舶的操纵性与耐波性[M].北京:人民交通出版社,1999, 125~150.[3] 蒋维清.船舶原理[M].大连海事大学出版社,2008, 176~185.[4] 辜忠东. 关于漂航船的属性[J].航海技术,2009,1, 21~24.[5] 周林华.实船舵效应实验[J].舰船力学情报,1981,6.[6] 王淑梅.船舶避台最佳方案的选择[J].大连海运学院学报,1985,14(2),54~78.。