第六章 大风浪中船舶操纵
以右舷受浪为例
1)当0º≤μ<30º时,称为 顶浪,也称为“迎浪”,其 遭遇频率比波浪频率要高, 纵摇摆幅较大,横摇摆幅较 小。在μ=0º时遭遇频率最高, 相应的纵摇摆幅最大。
2. 波向角及船舶摇摆程度
2)当30º≤μ<60º时,称为偏顶 浪,其遭遇频率比顶浪时要低, 纵摇摆幅比顶浪时要小,但横摇 摆幅比顶浪时有所增大。
5)当150º≤μ<180º时,称为顺 浪,其遭遇频率比偏顺浪时要低 ,纵摇摆幅比偏顺浪时要大,横 摇摆幅比偏顺浪时要小。
6)在μ=180º时遭遇频率最低 ,相应的纵摇摆幅较大,横摇摆 幅较小。
三、横摇运动 1.自由横摇周期 船舶在规则波中小角度(小于15º)无阻尼横摇周 期(船舶自由横摇周期)可用下式近似求得:
B——船宽(m); GM——初稳性高度(m); C——横摇周期系数,
2.横摇摆幅
当船舶横摇周期小于遭遇周期,即TR/TE<1时 ,则船舶横摇频率大于遭遇频率,船舶横摇较快 ,甲板平面与波面经常保持平行,很少上浪,但 船舶所受惯性力较大。
当船舶横摇周期大于遭遇周期,即TR/TE>1时 ,则船舶横摇频率小于遭遇频率,船舶横摇较慢 ,甲板平面与波面经常不平行,上浪较多,且船 舶经常受到波浪的冲击。
二、船舶在波浪中的运动
船舶在波浪作用下,沿着和围绕着通过船舶重 心的X、Y、Z轴作线性运动和回转运动。各摇荡 运动的名称为:
X轴——纵荡和横摇; y轴——横荡和纵摇; Z轴——垂荡和首摇;
其中对船舶安全有威胁的摇摆是横摇、纵摇和 垂荡。
1.波浪遭遇周期
设船舶以与波浪方向成一定 的交角μ和船速V在波浪中运动 ,如右图所示,则波浪相对于 船舶的传播速度为:
当船舶横摇周期近似等于遭遇周期,即TR/TE≈1 时,则船舶横摇频率近似等于遭遇频率,船舶横 摇剧烈,横摇角越来越大,严重时将导致船舶倾 覆,这种现象称为谐摇或谐振。
谐摇时的横倾角可用下式估算:
α0——最大波面角。 实际上,一般在TR/TE=0.7~1.3区间内就会发 生谐摇,该区间称为“谐摇区间”或“谐振区间 ”。因此,船舶在海上航行时,应尽可能避免船 舶横摇频率与遭遇频率相近的情况。
VE=c + Vcosμ VE——相对波速(m/s); c——波速(m/s);
μ——船首向与波向的交角 ,简称波向角。
波浪相对于运动中船舶的周 期称为波浪遭遇周期,它就是 船上人员所看到的波浪周期, 故也称为波浪视周期,简称为 “遭遇周期”。
TE——遭遇周期(s); λ ——波长(m);
2. 波向角及船舶摇摆程度
第六章大风浪中船舶操纵
第一节 船舶在波浪中的运动 第二节大风浪中航行的危害 第三节大风浪中海上航行操船 第四节大风浪中港内操船方法
第一节 船舶在波浪中的运动
波浪及其要素 船舶在波浪中的运动 横摇运动 纵摇运动 垂荡运动
一、波浪及其要素
1.波峰、波谷、振幅与波高 波形最突起的地方或波面的最高 处称为“波峰”
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。
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。
波形最凹下的地方或波面的最低 处称为“波谷”
振幅是指从静止水平面至波峰或 波谷的距离。
波峰与波谷之间的垂直距离称为 “波高”。
2.波浪周期
波浪完成一次波动所需要的时间 或两个波峰(或波谷)相继通过一固 定点所经历的时间,称为“波浪周 期” 。
3.波速
波速指波浪传播的速度 。
4.波长
沿着波的传播方向,两相邻的同 相位水质点或两相邻的波峰(或波谷) 间的水平距离叫做“波长”。
3.避免横向谐摇的措施
避免船舶的横向谐摇,即使船舶的固有横摇周 期与波浪遭遇周期之比大于1.3或小于0.7。
1) 调整船舶自由横摇周期
在装载时适当调整GM值,即选择船舶自由横 摇周期,使船舶的横摇避开谐振区间。
2) 调整波浪遭遇周期
对于航行中的船舶,调整船速和(或)航向对 于减轻横摇是行之有效的措施。
3)当60º≤μ<120º时,称为横 浪,其遭遇频率比偏顶浪时要低, 纵摇摆幅较小,横摇摆幅较大。 在μ=90º或270º时遭遇频率等于波 浪频率。相应的横摇摆幅最大, 纵摇摆幅最小。
2. 波向角及船舶摇摆程度
4)当120º≤μ<150º时,称为偏 顺浪,其遭遇频率比横浪时要低 ,纵摇摆幅比横浪时要大,横摇 摆幅比横浪时要小。
但是,当波向角μ=90º或270º,即正横受浪时, 遭遇周期等于波浪周期,这时改变船速对调整波 浪遭遇周期不起作用。
四、纵摇运动
1.纵摇周期 船舶的纵摇周期可用下列近似公式估算:
TP——船舶纵摇周期(5): L一船长(m); CP——纵摇周期系数,
2. 减轻纵摇的措施
在船舶纵摇周期与遭遇周期相等,即TP/TE≈1时 ,船舶将发生纵向谐摇。由于船舶纵摇惯性矩、 阻尼力矩和稳性高度都比较大,故船舶在波浪的 作用下产生的纵摇摆幅比横摇摆幅要小,纵倾角 一般不超过最大波面角。纵向谐摇的摆幅取决于 波长与船长之比、波向角和船型等因素。
5.波陡
指波高与波长之比(H/λ),它是用 来描述波形的陡峭程度波长、波高和波形受水深影响较大 ,通常依据水深h与波长λ之比来划 分深水波和浅水波。 h/λ小于0.5时 为浅水波,而h/λ大于0.5时为深水 波。
7.波形的变化
1)浅水区的波形变化