船舶操纵第六章.ppt

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1、船舶操纵第六章1 1现在学习的是第1页，共25页第一节第一节 船舶在波浪中的运动船舶在波浪中的运动一、波浪及其要素一、波浪及其要素二、波浪要素的简单估算二、波浪要素的简单估算三、波浪的分类及其特点三、波浪的分类及其特点四、船在波浪中的运动四、船在波浪中的运动2 2现在学习的是第2页，共25页一、波浪及其要素一、波浪及其要素 波浪是指水质点在重力和表面张力作用下以其原有平衡位波浪是指水质点在重力和表面张力作用下以其原有平衡位置为中心，在垂直方向上作周期性圆周运动的现象。置为中心，在垂直方向上作周期性圆周运动的现象。表征波浪特征的几何要素见图。表征波浪特征的几何要素见图。波高波高H波形最高点与波形

2、最低点波形最高点与波形最低点 之间的垂直距离之间的垂直距离(m)。波浪周期波浪周期T水质点每回转一次所水质点每回转一次所 需时间需时间(s)。波速波速C波形向前移动的速度波形向前移动的速度(m/s)波长波长两个相邻波峰或波谷间的两个相邻波峰或波谷间的 水平距离水平距离(m)波陡波陡H/波高与波长的比。波高与波长的比。3 3现在学习的是第3页，共25页二、波浪要素的简单估算二、波浪要素的简单估算1、规则波、规则波波数和波频率的计算：波数和波频率的计算：2、不规则波、不规则波波列：经过一定时间的观测，将观测到的波高按从大到小波列：经过一定时间的观测，将观测到的波高按从大到小依序排列起来即为波列。依

3、序排列起来即为波列。其中有其中有1/10波的波高是平均波高的波的波高是平均波高的2倍，称之为最大波高倍，称之为最大波高(hw/10）；）；有有1/3波的波高是平均波高的波的波高是平均波高的1.6倍，称之为三一平均波高或倍，称之为三一平均波高或有义波高有义波高(hw/3）。）。人们在海上目测的波高很接近有义波高人们在海上目测的波高很接近有义波高。可以用来确定最大有义波的波长：可以用来确定最大有义波的波长：4 4现在学习的是第4页，共25页三、波浪的分类及其特点三、波浪的分类及其特点1、风浪及涌浪、风浪及涌浪按成因分类：风浪、海啸、潮波和船行波。按成因分类：风浪、海啸、潮波和船行波。海洋中的波浪主

4、要是风浪，风区内的波称为波浪海洋中的波浪主要是风浪，风区内的波称为波浪(T10s)当水深当水深h与波长与波长的比即的比即h/2020时时的波浪称的波浪称为为浅水波。浅浅水波。浅水波的波速水波的波速 ,可可见见浅水波的波速与波浅水波的波速与波长长和周期无和周期无关，与水深的平方根成正比。关，与水深的平方根成正比。按波长分类：长波（浅水波）和短波（深水波）。按波长分类：长波（浅水波）和短波（深水波）。2、浅水区波浪、浅水区波浪5 5现在学习的是第5页，共25页三、波浪的分类及其特点三、波浪的分类及其特点3、波浪破碎、波浪破碎4、波浪的折射与干扰、波浪的折射与干扰当波浪由深海传播至浅海时，由于水深变

5、浅，波谷处当波浪由深海传播至浅海时，由于水深变浅，波谷处水分子速度下降，波形向前倾倒，导致波浪破碎。水分子速度下降，波形向前倾倒，导致波浪破碎。波浪破碎时约有波浪破碎时约有60%的波浪能量逸出，会对船舶产生较大的冲的波浪能量逸出，会对船舶产生较大的冲击力。击力。波浪折射将导致波峰线与海岸平行。波浪折射将导致波峰线与海岸平行。波浪的相互干扰将形成三角浪，或周期性的几个小波浪的相互干扰将形成三角浪，或周期性的几个小浪后接着几个大浪。浪后接着几个大浪。5、灾害性海浪、灾害性海浪可能对船舶引起灾害的海浪称为灾害性海浪。是一可能对船舶引起灾害的海浪称为灾害性海浪。是一个相对的概念。个相对的概念。小型船如

6、游艇，渔船小型船如游艇，渔船小型船如游艇，渔船小型船如游艇，渔船2.5-3m;2.5-3m;1000-10000t1000-10000t的沿海近海船的沿海近海船的沿海近海船的沿海近海船4-6m;4-6m;50000t50000t级的远洋船级的远洋船级的远洋船级的远洋船6-8m;6-8m;2020万吨以上的大船，万吨以上的大船，万吨以上的大船，万吨以上的大船，9m9m以上。以上。以上。以上。6 6现在学习的是第6页，共25页四、船在波浪中的运动四、船在波浪中的运动1、船舶在波浪中的摇荡、船舶在波浪中的摇荡2、波浪遭遇周期、波浪遭遇周期1）定义：波浪相对于运动中的船舶的周期称为波浪）定义：波浪相对

7、于运动中的船舶的周期称为波浪遭遇周期，一般用遭遇周期，一般用TE表示。表示。7 7现在学习的是第7页，共25页四、船在波浪中的运动四、船在波浪中的运动2）波浪遭遇周期的计算）波浪遭遇周期的计算遭遇周期：遭遇周期：上式中当船速上式中当船速V为零时，为零时，遭遇周期即为波浪周期。遭遇周期即为波浪周期。相对波速：相对波速：8 8现在学习的是第8页，共25页四、船在波浪中的运动四、船在波浪中的运动3、波向角及船舶摇摆程度、波向角及船舶摇摆程度4、谐摇运动及其危害、谐摇运动及其危害当船舶自由摇摆周期及当船舶自由摇摆周期及（或频率）近似等于遭遇（或频率）近似等于遭遇周期（或频率）时，船舶周期（或频率）时，

8、船舶将发生谐摇运动。将发生谐摇运动。横向谐摇可能造成船舶横向谐摇可能造成船舶横倾角过大，甚至倾覆。横倾角过大，甚至倾覆。纵向谐摇可能产生拍底、纵向谐摇可能产生拍底、飞车以及船体结构强度受飞车以及船体结构强度受损。损。9 9现在学习的是第9页，共25页第二节第二节 船舶摇摆幅度及影响因素船舶摇摆幅度及影响因素一、横摇运动一、横摇运动二、纵摇运动二、纵摇运动三、垂荡运动三、垂荡运动1010现在学习的是第10页，共25页一、横摇运动一、横摇运动1、横摇摆幅、横摇摆幅式中：式中：最大波面角，；最大波面角，；TR船舶横摇周期（船舶横摇周期（s）；）；TE波浪周期（波浪周期（s）。）。船舶在规则波中的强制

9、横摇摆幅一般用横摇角表示，近船舶在规则波中的强制横摇摆幅一般用横摇角表示，近似计算公式为：似计算公式为：1111现在学习的是第11页，共25页一、横摇运动一、横摇运动 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，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主要取决于船舶本身的固有横摇周期TR与波浪周期与波浪周期 的比值。的比值。当舶的横摇周期比波浪周期小，则船舶横摇较快，甲板与波面当舶的横摇周期比波浪周期小，则船舶横摇较快，甲板与波面经常保持平行，很少上浪，但船体所受惯性力较大。经常保持平行，很少上浪，但船体所受惯性力较大。当船舶的横摇周

10、期比波浪周期大，则横摇较慢，并且与波浪不当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。协调，船舷易与波浪撞击，甲板上上浪较多。当二者的周期接近相等，船舶摇摆最剧烈，横摇角越摇越大，当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。将会导致船舶倾覆。这种现象称为横谐摇。1212现在学习的是第12页，共25页一、横摇运动一、横摇运动2、减轻横摇的措施、减轻横摇的措施1）调整船舶自由横摇周期）调整船舶自由横摇周期2）调整波浪遭遇周期）调整波浪遭遇周期船舶自由横摇周期公式为：船舶自由横摇周期公式为：调整航向和航速

11、调整航向和航速式中：式中：式中：式中：T TR R船舶固有横摇周期船舶固有横摇周期船舶固有横摇周期船舶固有横摇周期(s)(s)即自一舷横倾至即自一舷横倾至即自一舷横倾至即自一舷横倾至 另一舷再回到初始横倾位置所需的时间；另一舷再回到初始横倾位置所需的时间；另一舷再回到初始横倾位置所需的时间；另一舷再回到初始横倾位置所需的时间；B B船宽（船宽（船宽（船宽（mm）；）；）；）；GMGM初稳性高度（初稳性高度（初稳性高度（初稳性高度（mm）；）；）；）；C C横摇周期系数，客船为横摇周期系数，客船为横摇周期系数，客船为横摇周期系数，客船为0.750.850.750.85；货船为；货船为；货船为；货

12、船为 0.70.80.70.8；油船（重载）为；油船（重载）为；油船（重载）为；油船（重载）为0.70.750.70.75；油船；油船；油船；油船 （空载）为（空载）为（空载）为（空载）为0.740.940.740.94；渔船为；渔船为；渔船为；渔船为0.760.880.760.88；1313现在学习的是第13页，共25页二、纵摇运动二、纵摇运动1、纵摇摆幅、纵摇摆幅船舶在波浪中的纵摇幅度为纵摇摆幅。一般用纵摇角表示，船舶在波浪中的纵摇幅度为纵摇摆幅。一般用纵摇角表示，其大小与遭遇周期、船速、以及波长与船速的比其大小与遭遇周期、船速、以及波长与船速的比/L/L有关。有关。1414现在学习的是第

13、14页，共25页二、纵摇运动二、纵摇运动2、减轻纵摇的措施、减轻纵摇的措施船舶自由纵摇周期近似船舶自由纵摇周期近似估算公式为：估算公式为：式中：式中：TP船舶纵摇周期（船舶纵摇周期（S）：）：L船长（船长（m）；）；CP纵摇周期系数，客船为纵摇周期系数，客船为0.450.55，客货船为客货船为0.540.64，货船为，货船为0.54 0.72，油船（尾机）为，油船（尾机）为0.800.91。减小纵摇摆幅的措施为调整船速和减小纵摇摆幅的措施为调整船速和(或或)航向。航向。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，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

14、，所以在波浪的作用下产生的纵摇摆幅比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。横摇的小，纵倾角一般不超过最大波面角。1515现在学习的是第15页，共25页三、垂荡运动三、垂荡运动1、垂荡振幅、垂荡振幅船舶在波浪中的垂荡幅度成为垂荡振幅。一般用垂荡船舶在波浪中的垂荡幅度成为垂荡振幅。一般用垂荡位移表示。其大小与遭遇周期、船速、以及波长与船位移表示。其大小与遭遇周期、船速、以及波长与船速的比速的比/L/L有关。有关。1616现在学习的是第16页，共25页三、垂荡运动三、垂荡运动船舶垂荡周期的估算公式为：船舶垂荡周期的估算公式为：2、减轻垂荡的措施、

15、减轻垂荡的措施式中：式中：TH船舶垂荡周期（船舶垂荡周期（s）；）；d船舶平均吃水（船舶平均吃水（m）。）。减小纵摇摆幅的措施为调整船速和减小纵摇摆幅的措施为调整船速和(或或)航向。航向。1717现在学习的是第17页，共25页第三节第三节 纵向受浪的危害纵向受浪的危害一、顶浪或偏顶浪的危害一、顶浪或偏顶浪的危害二、顺浪或偏顺浪的危害二、顺浪或偏顺浪的危害三、顺浪或偏顺浪避免危险的方法三、顺浪或偏顺浪避免危险的方法1818现在学习的是第18页，共25页一、顶浪或偏顶浪的危害一、顶浪或偏顶浪的危害1、拍底、拍底在激烈的纵摇和垂荡中，当船首升起后下落而与波的向上在激烈的纵摇和垂荡中，当船首升起后下落

16、而与波的向上运动相撞击时产生的现象，称为拍底。它使船首底部，甚运动相撞击时产生的现象，称为拍底。它使船首底部，甚至在整个首垂线后至在整个首垂线后14船长区域和波浪表面发生冲击，产生很船长区域和波浪表面发生冲击，产生很大的应力，将导致首部结构的损伤。拍底时船体发生剧烈的振动。大的应力，将导致首部结构的损伤。拍底时船体发生剧烈的振动。1）船长与波长相当的时会产生剧烈的拍底。海上的波长）船长与波长相当的时会产生剧烈的拍底。海上的波长在在80140m之间，因此，如船长在这个范围内，则易发生拍之间，因此，如船长在这个范围内，则易发生拍底。底。1919现在学习的是第19页，共25页一、顶浪或偏顶浪的危害一

17、、顶浪或偏顶浪的危害2）d/L5%。吃水与船长之比值小时易产生拍底。一般空船。吃水与船长之比值小时易产生拍底。一般空船时拍底严重，时拍底严重，2/3载以上则不易发生拍底。载以上则不易发生拍底。3）船速是产生拍底的重要因素，根据船速是产生拍底的重要因素，根据Lehman的研究，当的研究，当Fr处于处于0.14 0.21范围内时容易产生拍底。范围内时容易产生拍底。3）方形系数及棱形系数大的船，冲击力也大。方形系数及棱形系数大的船，冲击力也大。U型船首比型船首比V型船型船首遭受拍击的次数多，强度也大。首遭受拍击的次数多，强度也大。依上所述，为了减少拍底，应：依上所述，为了减少拍底，应：保持船首吃水大

18、于保持船首吃水大于1/2满载吃水；满载吃水；避免纵摇和垂荡的谐振；避免纵摇和垂荡的谐振；减速，保持船速在减速，保持船速在Fn=0.1左右。左右。2020现在学习的是第20页，共25页一、顶浪或偏顶浪的危害一、顶浪或偏顶浪的危害2、甲板上浪、甲板上浪3、螺旋桨空转、螺旋桨空转 打在甲板上的海水可看作是自由液面对稳性的影响，严寒打在甲板上的海水可看作是自由液面对稳性的影响，严寒时还有结冰的危险。同时浪的作用还会使甲板设备、上层建筑时还有结冰的危险。同时浪的作用还会使甲板设备、上层建筑直接遭受破坏。特别是装有甲板货时，易造成货物移动，危及直接遭受破坏。特别是装有甲板货时，易造成货物移动，危及船舶的安

19、全。船舶的安全。甲板上浪与船首干舷高度、船速及相对波高（甲板上浪与船首干舷高度、船速及相对波高（/L）有关。船首干舷越低，船速越大，波高越高，甲板上浪也越有关。船首干舷越低，船速越大，波高越高，甲板上浪也越厉害。厉害。为了减少甲板上浪，首先要降低船速；其次是选择尽可能缓为了减少甲板上浪，首先要降低船速；其次是选择尽可能缓解摇摆的航向。解摇摆的航向。2121现在学习的是第21页，共25页一、顶浪或偏顶浪的危害一、顶浪或偏顶浪的危害3、螺旋桨空转、螺旋桨空转 剧烈的纵摇和垂荡会使螺旋桨的一部分或全部周期性地露剧烈的纵摇和垂荡会使螺旋桨的一部分或全部周期性地露出水面，发生螺旋桨空转现象，俗称打空车。

20、空转时，螺旋桨出水面，发生螺旋桨空转现象，俗称打空车。空转时，螺旋桨效率显著下降，船速下降，螺旋桨、轴系和船体产生很大的震效率显著下降，船速下降，螺旋桨、轴系和船体产生很大的震动，同时使它们受到很大的冲击应力，随时有可能受损。空船动，同时使它们受到很大的冲击应力，随时有可能受损。空船状态更容易产生空转现象。状态更容易产生空转现象。为了减轻空转现象和防止桨叶等受损，应保持桨叶没入水中为了减轻空转现象和防止桨叶等受损，应保持桨叶没入水中2030%轴的螺旋桨直径，轴的螺旋桨直径，当出现空转时，可及时调整航向和速度以减轻船舶摇当出现空转时，可及时调整航向和速度以减轻船舶摇荡。荡。2222现在学习的是第

21、22页，共25页二、顺浪或偏顺浪的危害二、顺浪或偏顺浪的危害1、冲浪和打横、冲浪和打横2、横稳性降低、横稳性降低当船舶位于波峰时，由于排水体积减少，将使稳性降当船舶位于波峰时，由于排水体积减少，将使稳性降低。低。当波长为船长的当波长为船长的12倍时，且波高很大，船舶可能完全倍时，且波高很大，船舶可能完全丧失稳性。丧失稳性。船舶位于波峰的前部时，可能被波浪加速而骑在波峰上，船舶位于波峰的前部时，可能被波浪加速而骑在波峰上，类似于冲浪运动员位于波峰之前的情况，故称冲浪。类似于冲浪运动员位于波峰之前的情况，故称冲浪。当发生冲浪时，波浪力的作用可能使船舶航向发生突变，当发生冲浪时，波浪力的作用可能使船

22、舶航向发生突变，即发生打横现象。即发生打横现象。2323现在学习的是第23页，共25页二、顺浪或偏顺浪的危害二、顺浪或偏顺浪的危害3、谐摇运动、谐摇运动4、大幅度横摇、大幅度横摇5、组合危险、组合危险当船舶自由横摇周期和遭遇周期一致时，将加大横摇摆当船舶自由横摇周期和遭遇周期一致时，将加大横摇摆幅。幅。当遭遇周期约等于船舶自由横摇周期的一半时，将可能发当遭遇周期约等于船舶自由横摇周期的一半时，将可能发生大幅横摇。生大幅横摇。当船舶顺浪和偏顺浪航行时，上述各种因素和危险现象可当船舶顺浪和偏顺浪航行时，上述各种因素和危险现象可能同时或先后发生。能同时或先后发生。2424现在学习的是第24页，共25页三、顺浪或偏顺浪避免危险的方法三、顺浪或偏顺浪避免危险的方法1、防止冲浪和打横的措施、防止冲浪和打横的措施2525现在学习的是第25页，共25页