1、第三章 外界因素對船舶操縱的影響船舶在航行時，可能受到淺水、受限水域、風(fēng)、流、過往船舶以及本船首、尾波的影響，操船者應(yīng)對這些影響進(jìn)行全面正確的評估，以利于船舶安全航行。第一節(jié) 風(fēng)對操船的影響一、 風(fēng)動力與風(fēng)動力轉(zhuǎn)船力矩1 風(fēng)力及風(fēng)力矩的計(jì)算公式作用于x,y軸的風(fēng)力和對重心的風(fēng)力距為：2 風(fēng)力系數(shù)的表達(dá)方式及其特點(diǎn)風(fēng)力系數(shù)Ca由船模風(fēng)洞試驗(yàn)求得，當(dāng)船模一定時，Ca表示為：風(fēng)速一定時，船模在風(fēng)洞中在不同的風(fēng)舷角下測得其受力Fa，然后用上式計(jì)算出Ca的大小，進(jìn)而得到Ca與風(fēng)舷角之間的函數(shù)關(guān)系。其有下列幾種表達(dá)方式。1） 列表法將Ca與風(fēng)舷角之間的對應(yīng)關(guān)系列成表格的方式來表示，如某船的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果如下

2、：02040608090100120140160180Ca0.501.101.351.301.051.001.051.301.351.200.602） 曲線法將上表數(shù)據(jù)標(biāo)繪成曲線，即得風(fēng)力系數(shù)曲線圖，見教材P68。3） 近似估算法當(dāng)精度要求不太高的情況下，可按照下列近似公式計(jì)算：4）風(fēng)力系數(shù)的特點(diǎn)a. 當(dāng)0或180時，Ca最小b. 當(dāng)3040或140160時, Ca最大c. 船型不同，Ca曲線分布也不相同。3 風(fēng)力作用中心一般用無因次量a/L表示，其大小也是風(fēng)舷角的函數(shù)：1） 曲線法見P682） 近似估算法風(fēng)力作用中心的特點(diǎn)a. a/L基本是風(fēng)舷角的線性函數(shù)b. 側(cè)面積在縱向分布決定了風(fēng)力作用

3、中心的位置。4風(fēng)力角與風(fēng)舷角的關(guān)系風(fēng)力角一般用表示，其大小也是風(fēng)舷角的函數(shù)：1） 曲線法見P682） 近似估算法3） 風(fēng)力角的特點(diǎn) a. 風(fēng)舷角越大，風(fēng)力角也越大； b. 除風(fēng)舷角0和180之外，風(fēng)力角均大于風(fēng)舷角。5. 風(fēng)力系數(shù)及風(fēng)力矩系數(shù)的其它表達(dá)方式將風(fēng)力Fa分解為Xa和Ya，力矩為Na，則得到三個系數(shù)：6船舶受風(fēng)面積的估算一般情況下，船舶正面和側(cè)面受風(fēng)面積應(yīng)從船舶資料中查找。如果船舶資料不全或無資料可查，在精度要求不高的情況下，可通過近似計(jì)算求得： AaC1B2 BaC2L2C1, C2與船型有關(guān)，見P67二、 水動力與水動力轉(zhuǎn)船力矩水動力是由于船舶對水有相對運(yùn)動而產(chǎn)生的水對船舶的作用

4、力，其大小與船速、漂角等因素有關(guān)。與風(fēng)力的表達(dá)方式相似，水動力可由下式表示：1 水動力及水動力距的計(jì)算公式作用于x, y軸的水動力和對重心的水動力距為：2 水動力系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)方式水動力系數(shù)Cw由船模循環(huán)水槽試驗(yàn)求得，當(dāng)船型一定時，Cw表示為：相對流速一定時，船模在循環(huán)水槽中在不同的漂角下測得其受力Fw，然后用上式計(jì)算出Cw的大小，進(jìn)而得到Cw與漂角之間的函數(shù)關(guān)系。其有下列幾種表達(dá)方式。1） 列表法將Cw與漂角之間的對應(yīng)關(guān)系列成表格的方式來表示，如某船的循環(huán)水槽的深水試驗(yàn)結(jié)果如下：02040608090100120140160180Cw0.20.50,80,90,950,90,80,60,22

5、） 曲線法將上表數(shù)據(jù)標(biāo)繪成曲線，即得水動力系數(shù)曲線圖，見教材P623 水動力作用中心與漂角之間的關(guān)系水動力作用中心一般用無因次量aw/L表示，其大小也是漂角的函數(shù)：1） 曲線表示法見P632） 水動力作用中心的特點(diǎn) aw/L隨著漂角的增大而增大； 一般aw/L值為0/25-0.75之間； 尾傾越大，aw/L值越大。4 水動力角與漂角之間的關(guān)系水動力角一般用表示，其大小也是漂角的函數(shù)：由于船體水下側(cè)面積形狀沿x軸方向變化不大，因此，較集中在90度附近。5 水動力系數(shù)及水動力距系數(shù)的其它表達(dá)方式將風(fēng)力Fw分解為Xw和Yw，力矩為Nw，則得到三個系數(shù)： 三、 風(fēng)致偏轉(zhuǎn)和漂移的規(guī)律1 風(fēng)中偏轉(zhuǎn)分析方法

6、分析船舶風(fēng)中偏轉(zhuǎn)規(guī)律必須知道以下條件：船舶本身?xiàng)l件：上層建筑形狀、面積、船舶運(yùn)動狀態(tài)（系泊、錨泊或航行）、水下側(cè)面積形狀等。外界條件：風(fēng)向、風(fēng)速、相對流速、相對流向、水深等。綜合上述條件，我們可以得出轉(zhuǎn)船合外力距的大小及其方向，進(jìn)而可以判斷船舶的偏轉(zhuǎn)方向。1） 重心、風(fēng)力作用中心和水動力作用中心的確定重心、風(fēng)力作用中心和水動力作用中心三者的位置決定了合外力距的方向，進(jìn)而決定了船舶的偏轉(zhuǎn)方向，因此，我們首先必須知道三者之間的關(guān)系。船舶重心G: 一般在船中稍后。風(fēng)力作用中心A：正橫前來風(fēng)，在G之前； 正橫來風(fēng)，在G附近； 正橫后來風(fēng)，在G之后。水動力作用中心W：船舶前進(jìn)時，在G之前； 船舶橫移時，

7、在G附近； 船舶后退時，在G之后。2） 合外力距的方向確定根據(jù)Na和Nw的代數(shù)和來確定。2 船舶靜止中受風(fēng)偏轉(zhuǎn)規(guī)律1） 正橫前來風(fēng)（90） 靜止中的船舶在風(fēng)力Fa的作用下，使船舶以一定的船速V，某一漂角向下風(fēng)運(yùn)動，進(jìn)而產(chǎn)生水動力Fw。這時，A在G之后，W在G之前，合外力矩為NaNw，在其作用下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角角速度，使船尾向下風(fēng)旋轉(zhuǎn)。 隨著船舶的轉(zhuǎn)動，A點(diǎn)和W點(diǎn)都向G點(diǎn)靠攏，當(dāng)船舶轉(zhuǎn)為橫風(fēng)附近時，A點(diǎn)、W點(diǎn)、和G點(diǎn)重合，合外力距NaNw0。當(dāng)FaFw時，船舶將以正橫附近受風(fēng)勻速向下風(fēng)漂移。3） 偏轉(zhuǎn)規(guī)律結(jié)論船舶靜止中受風(fēng)時，無論是正橫前來風(fēng)還是正衡后來風(fēng)，船舶都將轉(zhuǎn)向正橫附近受風(fēng)，最終將勻速向下風(fēng)

8、飄移。4） 靜止中受風(fēng)船舶向下風(fēng)漂移速度根據(jù)上述結(jié)論，船舶受橫風(fēng)勻速向下風(fēng)漂移時，其運(yùn)動方程為： 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：超大型船舶空載時Ba/Ld=1.8,Vy=1/20Va；滿載時Ba/Ld=0.8,Vy=1/30Va; 3 船舶前進(jìn)中受風(fēng)偏轉(zhuǎn)規(guī)律1） 正橫前來風(fēng)（Na時，船首向受風(fēng)偏轉(zhuǎn)（逆風(fēng)偏轉(zhuǎn)）當(dāng)Nw90）船舶有前進(jìn)速度，在風(fēng)力Fa的作用下，使船舶以一定船速V，某一漂角向下風(fēng)運(yùn)動，進(jìn)而產(chǎn)生水動力Fw。這時，A在G之后，W在G之前，其合外力距為NwNa，在其作用下，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角加速度，使船首向上風(fēng)偏轉(zhuǎn)。3）偏轉(zhuǎn)規(guī)律結(jié)論正橫前來風(fēng)：空載、慢速、尾傾、船首受風(fēng)面積大時，船首多數(shù)為順風(fēng)偏轉(zhuǎn)；反之，滿載、快速

9、、首傾、船尾受風(fēng)面積大時，船首多數(shù)為逆風(fēng)偏轉(zhuǎn)，或稱為“首找風(fēng)”或“首迎風(fēng)”。正橫后來風(fēng)船首向上風(fēng)偏轉(zhuǎn)。4 船舶后退中受風(fēng)偏轉(zhuǎn)規(guī)律1） 正橫前來風(fēng)分析2） 正橫后來風(fēng)分析3） 偏轉(zhuǎn)規(guī)律結(jié)論四、 強(qiáng)風(fēng)中操船的保向界限簡介1 航行中的風(fēng)壓差角船舶航行中，若風(fēng)舷角不為0或180，則在風(fēng)力的作用下，船舶做下風(fēng)漂移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其運(yùn)動方程為： 假定操舵可以使船舶在風(fēng)中保持航向，在合外力和合外力距為0時，船舶只有勻速平移運(yùn)動，而沒有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，即r=0, u=常量，v常量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：由此可見，在風(fēng)速一定的情況下，船速u越大，船舶向下風(fēng)橫向漂移速度越小，反之，船速u越小，船舶向下風(fēng)橫向漂移速度越大，則，船舶風(fēng)

10、中航行時的風(fēng)壓差角為：2 船舶風(fēng)中航行保向界限 由上圖可見，合外力距為：在一定的風(fēng)速和風(fēng)舷角的情況下，船舶水動力距和舵產(chǎn)生的力矩能夠克服風(fēng)產(chǎn)生的力矩。隨著風(fēng)力的增大，風(fēng)力距也增大，需要增大舵角來增加舵力矩，水動力距與船速的大小有關(guān)。當(dāng)風(fēng)力超過某一值時，舵力矩到達(dá)最大，船舶水動力距和舵產(chǎn)生的力矩已經(jīng)不能克服風(fēng)力矩。這個界限稱為船舶風(fēng)中保向界限。第二節(jié) 流對操船的影響水流的作用是使船舶隨水流漂移，其漂移速度與水流速度相同。一、 流對航速、沖程的影響1） 順流時，船舶對地的速度為：VuVc2） 頂流時，船舶對地的速度為：V=uVc3） u與流速成某一角度時，船舶對地的速度為：二、 流對旋回、航效的影

11、響1 流對航效的影響 根據(jù)舵速的定義，舵速是舵相對于水的速度。由于舵與船體同時隨流漂移，舵相對于水的速度與沒有流時相同，因此，舵力和舵力轉(zhuǎn)船力矩沒有變化。 根據(jù)舵效的定義，它與距離有關(guān)，頂流可以使船舶轉(zhuǎn)過同樣角度的距離比順流時小，或在同樣距離內(nèi)頂流比順流轉(zhuǎn)過的角度大。因此，頂流比順流舵效好。2 流對旋回的影響根據(jù)以上分析，船舶在有流水域中旋回時，由于船舶整體有漂移，其對地的旋回圈大小在流的方向上按時間比例拉長或縮短了一定的距離，也就是在旋回過程中船舶順流漂移的距離。第三節(jié) 受限水域?qū)Σ俅挠绊懸弧?淺水對船舶操縱的影響1 淺水對船速的影響1） 淺水對附加質(zhì)量的影響在深水中，附加質(zhì)量一般為：mx

12、0.070.1mmy0.751.0m在淺水中附加質(zhì)量較深水中有所增大。2） 淺水對水動力的影響淺水中水動力比深水中有所增大，如圖這時由于三維流場變?yōu)槎S流場，導(dǎo)致流速增加的緣故。除此之外，船舶在淺水中會發(fā)生下列現(xiàn)象：船體下沉、縱傾增大、興波增強(qiáng)、流速加快（相對流速）等現(xiàn)象。綜上所述，淺水導(dǎo)致船速下降。2. 淺水對船體下沉和縱傾變化的影響 船舶在海上航行，船體周圍由靜水壓變?yōu)閯铀畨海瑒t會導(dǎo)致船體浮態(tài)的變化。1） 深水中船體下沉與縱傾船舶航行中，由于動水壓，使船體下沉，由于壓力縱向分布不同，使船首尾下沉量不同，而產(chǎn)生縱傾。 對于中低速船舶（如一般商船），V較小，L較大，船舶航行時首尾均有下沉現(xiàn)象。

13、一般首下沉大于尾下沉。即靜態(tài)吃水差為0時，航行時將呈現(xiàn)首傾現(xiàn)象。 對于高速船舶，V較大，船舶航行時，隨著船速的提高，首下沉量達(dá)到最大值后，開始呈現(xiàn)上浮。而尾下沉量先是增大，達(dá)到最大值后逐漸減小，船體將呈現(xiàn)尾傾現(xiàn)象。2） 淺水中船體下沉與縱傾船舶從深水進(jìn)入淺水后，由于三維水流變?yōu)槎S水流，船體周圍的流速相對加快，船體周圍的壓力分布比深水中有較大的變化，水深越淺，縱向壓力分變化大，興波也越大，船速越高，縱向壓力分變化大，興波也越大。則船體會加劇下沉和縱傾。由上圖可見：a. 在淺水中，低速時船體就開始下沉；b. 在淺水中，低速時首傾比深水中大；c. 水深越小，達(dá)到最大首傾的船速越低，也就是說，淺水中

14、船首開始時的船速比深水中低。在實(shí)際工作中，有一些經(jīng)驗(yàn)公式可以利用；還可以查閱一些經(jīng)典曲線。3 淺水對操縱性的影響.1）淺水對接附加慣性矩的影響3） 淺水對水動力距系數(shù)的影響由上兩圖可見：船舶在淺水中，附加轉(zhuǎn)動慣量和水動力距都隨著水深的變淺而增大。這說明船舶在淺水中阻尼力矩比深水中大，船舶不易轉(zhuǎn)動，或轉(zhuǎn)動之后不易控制。4） 淺水對舵力的影響試驗(yàn)表明：在一定水深范圍內(nèi)，舵的轉(zhuǎn)船力矩NR隨著水深的減小而降低，例如：某船在H/d1.65時，其舵力轉(zhuǎn)船力矩僅為深水中的70。5） 淺水對旋回性的影響由于淺水中，舵力轉(zhuǎn)船力矩減小，而旋回阻尼力矩增大，因此，K指數(shù)（KC/N）減小，旋回性能下降，旋回圈增大。一

15、般情況下：H/d2.0時，旋回直徑急劇增大 H/d2.0時，旋回直徑為深水中的1.51.8倍6） 淺水對航向穩(wěn)定性的影響由螺旋試驗(yàn)表明，淺水中不穩(wěn)定滯后環(huán)明顯比深水中小。這些都說明淺水中船舶航向穩(wěn)定性比在深水中好。這是由于淺水中船舶旋回阻尼力矩比深水中大的緣故。7） 淺水對沖程的影響淺水中，由于船舶阻力增加，船體下沉，興波增大，因此，淺水中沖程比深水中小。特別是高速船在淺水中停車后，其速度衰減得特別快。二、 岸壁效應(yīng) 船舶受淺水影響的同時，有時還受到1 與岸推的概念當(dāng)船舶埃狹水道中航行時，如果一舷靠岸距離太近，該舷相對流速的加快，將受到岸壁一側(cè)橫向力的作用，這個橫向力稱為“岸吸力”。簡稱為岸吸

16、現(xiàn)象；同時，如果岸吸力不是作用在船舶的重心處，則船首還受到推離岸壁的力矩的作用，該力矩稱為“岸推力矩”，簡稱岸推現(xiàn)象。岸吸現(xiàn)象和岸推現(xiàn)象合稱為“岸壁效應(yīng)”。2 岸吸力與岸推力矩3 影響岸壁效應(yīng)的因素試驗(yàn)表明：岸壁效應(yīng)與下列因素有關(guān)：1） 靠岸越近，效應(yīng)越大，過于靠近，難以保向；2） 航道越窄，效應(yīng)越大；3） 船速越高，效應(yīng)越大；4） 水深越淺，效應(yīng)越明顯；5） 方形系數(shù)越大，效應(yīng)越明顯，超大型船舶較一般船舶保向舵角要大。三、淺水域航行時的富余水深 淺水域操船，有時會出現(xiàn)舵效極度降低甚至無舵效，即不能自力操縱的局面；橫移阻力因水淺而過分增大，不得不依賴多艘拖輪支援；淺水域航行中船體進(jìn)一步下沉?xí)?/p>

17、及船體、舵和推進(jìn)器的安全，甚至危及主機(jī)的正常工作。因此，在淺水域中為保證船舶安全航行，應(yīng)使水深超過實(shí)際吃水， 并保有一定安全余量，這余量通常稱之為富余水深（under keel clearance：UKC）。富余水深如圖3一38所示。圖3一38 淺水域中船舶的富余水深 富余水深可由下式求出： 富余水深海圖水深十當(dāng)時當(dāng)?shù)爻备咭淮办o止時的吃水 1確定富余水深應(yīng)考慮的主要因素 1）船體下沉和縱傾變化，淺水域尤應(yīng)注意首沉量。2）船體在波浪中的搖蕩，包括橫搖、縱搖及垂蕩造成的實(shí)際吃水的可能變化。其下沉量可分別近似求得如下：橫搖時的吃水增量：縱搖時的吃水增量：垂蕩時的吃水增量：垂蕩的位移量3）圖標(biāo)水深精

18、度。按照國際測深標(biāo)準(zhǔn)，海圖的圖標(biāo)水深可能有如下等級的誤差：水深范圍：20 m以下；允許誤差0.3m水深范圍：20100m ；允許誤差1.0m與此同時尚需考慮礙航物、海底地形及其變化。 4）其它方面 （1）氣壓，每升高1hpa，水面下降1cm。 （2）潮高變化時，應(yīng)按實(shí)際潮位計(jì)算。（3）海水密度的變化。設(shè)船舶由海水（1）進(jìn)入淡水（2），則吃水增加： 其中，d為船舶原平均吃水，CB、CW分別為船舶的方形系數(shù)和水線面系數(shù)。5）主機(jī)冷卻水進(jìn)口，如使用船底的海水進(jìn)口時，至少需有冷卻水進(jìn)口直徑1.52倍的船底富余水深。6)為安全操船而確保必要的操縱性所需的富余水深。富余水深應(yīng)能保證船舶能夠安全而且有效地進(jìn)

19、行保向、改向或移動。2富余水深的確定 在確定富余水深時，一方面必須保證船體底部不會觸及海底，另一方面又必須保證船舶具備一定的操縱性能，以確保安全操船。因此富余水深應(yīng)根據(jù)當(dāng)時的船舶狀態(tài)（如航速、吃水、縱傾等）和環(huán)境條件（如海況、氣象、水道形狀及寬度、船舶通航密度等）加以確定。 例如歐洲引水協(xié)會（EMPA），對進(jìn)出鹿特丹、安特衛(wèi)普港的船舶建議采用如下的富余水深：外海水道 港外水道 港內(nèi)船舶吃水的20% 船舶吃水的15% 船舶吃水的10% 荷蘭的Europoort港，對于VLCC采用較上述值低5%的富余水深標(biāo)準(zhǔn)。 馬六甲海峽、新加坡海峽對VLCC（DW15萬噸）油輪及深吃水（d15m）船舶過境，規(guī)定

20、了至少應(yīng)確保3.5m富余水深的義務(wù)。日本獺戶內(nèi)海主要港口的富余水深標(biāo)準(zhǔn)為：吃水在9m以內(nèi)的船舶，取吃水的5%吃水在912m的船舶，取吃水的8%吃水在12m以上的船舶，取吃水的10%第四節(jié) 船間效應(yīng)一、船間效應(yīng)的現(xiàn)象及產(chǎn)生原因船舶在近距離上對駛會船、或追越、或駛過系泊船時，在兩船之間產(chǎn)生的流體作用，將使船舶出現(xiàn)互相吸引、排斥、轉(zhuǎn)頭、波蕩等現(xiàn)象，稱之為船間效應(yīng)（interaction）。1.吸引與排斥航進(jìn)中的船舶，首尾處水位升高，壓力增高從而給靠近航行的他船以排斥作用，而船中部附近的水位下降，壓力降低，則給靠近航行的他船以吸引作用。2.波蕩當(dāng)兩船平行接近處于追越關(guān)系時，就要受到追越船或被追越船所造

21、成的發(fā)散波（首尾興波）的作用。與其它波浪一樣，船舶航行所產(chǎn)生的興波之水質(zhì)點(diǎn)本身并不隨波形移動，在深水中，波浪的水質(zhì)點(diǎn)以一定的速度作軌園運(yùn)動，當(dāng)水質(zhì)點(diǎn)處于波峰時，其運(yùn)動方向與波的傳播方向相同（向前運(yùn)動）、處于波谷時則與波浪的傳播方向現(xiàn)反。因此，如圖339所示，當(dāng)追越船處于被追越船的發(fā)散波之波峰之前時，即圖中位置（a）時，由于水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向與波的傳播方向即船舶前進(jìn)方向一致，使船被加速；當(dāng)處于波谷時即如圖（b）的位置時，由于水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向與波的傳播方向相反而被減速。這種處于他船發(fā)散波中的船舶，由于相對于波的位置不同而受到加速或減速的現(xiàn)象，稱之為波蕩或無索牽引。顯然，興波越激烈、追越船的吃水越小，波

22、蕩現(xiàn)象越明顯。圖339 波蕩現(xiàn)象3.轉(zhuǎn)頭處于他船發(fā)散波中的船舶，當(dāng)其船首向與他船發(fā)散波方向存在夾角時，即船舶斜向與發(fā)散波遭遇時，由于波中水質(zhì)點(diǎn)作軌園運(yùn)動，導(dǎo)致波峰處的船體部分受波的前進(jìn)方向的力，而波谷處的船體部分則受相反方向的力，其結(jié)果構(gòu)成了力矩使船首轉(zhuǎn)頭。例如興波自左前方來時，當(dāng)船首處于波峰、船尾處于波谷時，船首將向右偏轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象稱之為轉(zhuǎn)頭。顯然，他船的船速越高、興波越激烈時，這種轉(zhuǎn)頭作用越大；越接近他船時，這種作用也越明顯；越是較小的船舶所受的影響也就越突出。上述吸引與排斥、波蕩、轉(zhuǎn)頭等現(xiàn)象有時是同時出現(xiàn)的。二、影響船間效應(yīng)的因素1. 兩船間距越小，相互作用越大。船間作用力的大小約與兩船

23、間橫距的4次方成反比；船間作用力矩約與兩船間橫距的3次方成反比。一般當(dāng)兩船間的橫距小于兩船船長之和時，就會直接產(chǎn)生這種作用；兩船間橫距小于兩船船長之和的一半時，相互作用明顯增加。兩船過度接近則有碰撞的危險(xiǎn)。2. 船速越大，則興波越激烈，相互作用也越大。船間作用力和力矩約與船速的平方成正比。3. 雙方航向相同比航向相反作用時間長，相互作用也更大。4. 大小不同的兩船互相接近時，小船受到的影響大。5. 在淺窄的受限水域航行時，由于船體周圍的水壓力的變化及興波均較深敞水域中更為激烈，因此船間效應(yīng)也就比深水中更為激烈。三、追越中兩船間的船間效應(yīng)及其預(yù)防1.試驗(yàn)結(jié)果關(guān)于追越中兩船的吸引與排斥、內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)頭與

24、外側(cè)轉(zhuǎn)頭的力矩變化情況，1960年進(jìn)行了深水中的船模試驗(yàn)，1977年進(jìn)行了淺水中的船模試驗(yàn)。兩個試驗(yàn)結(jié)果比較接近，雙方的回轉(zhuǎn)力矩傾向幾乎是相同的。圖340是Dand在1977年在H/d1.3的淺水中，當(dāng)船速為9.1kn時所作的模型試驗(yàn)結(jié)果。圖340 追越中兩船間的作用力和力矩系數(shù)2 .對試驗(yàn)結(jié)果的定性分析如圖所示，A船為追越船，而B船為被追越船。位置1：B船尾部受到A首部高壓排斥使船首內(nèi)轉(zhuǎn)，可能檔住A船進(jìn)路，而與A船之首部發(fā)生碰撞。A首部受B尾部高壓排斥，同時A首部處于B船發(fā)散波之波谷，而尾部處于波峰致使A船首內(nèi)轉(zhuǎn)。位置2：B船整體受A首部高壓排斥而外移。與此同時，B船尾受A中部低壓吸引以及A

25、船發(fā)散波的轉(zhuǎn)頭作用而使B船首外轉(zhuǎn)。A船整體受B船中部低壓吸引而內(nèi)移，同時由于A船首受B船中部低壓吸引以及B船發(fā)散波的轉(zhuǎn)頭作用而導(dǎo)致A船首內(nèi)轉(zhuǎn)。此位置兩船轉(zhuǎn)船力矩最大，極易發(fā)生大幅度回轉(zhuǎn)而使A船首與B船中、尾部發(fā)生碰撞。追越中碰撞事故的統(tǒng)計(jì)分析充分說明了這一點(diǎn)。位置3：兩船并駛，其間流速加快，壓力下降，產(chǎn)生最大的吸引力，導(dǎo)致兩船互相接近，因此該位置也是容易發(fā)生碰撞的位置之一。與此同時，兩船首部高壓互相排斥而導(dǎo)致外轉(zhuǎn)。位置4：B船整體受A船中低壓吸引而內(nèi)移；與此同時，B船首處于A船發(fā)散波之波谷且受A船中低壓吸引，船尾處于A船尾部發(fā)散波之波峰而使船首內(nèi)轉(zhuǎn)。A船整體受本船首高壓排斥而外移；與此同時，A

26、船尾處于B船發(fā)散波之波谷且受B船中部低壓吸引而使船首外轉(zhuǎn)。此時，回轉(zhuǎn)力矩也較大容易使B船首與A船中、尾部發(fā)生碰撞。位置5：A船尾受B船首高壓排斥而外移并船首內(nèi)轉(zhuǎn)，B船首受A船尾高壓排斥而外移。與此同時，B船首處于A船發(fā)散波之波谷，B船尾處于A船發(fā)散波之波峰而使船首內(nèi)轉(zhuǎn)。但因B船首受排斥產(chǎn)生的外轉(zhuǎn)對發(fā)散波引起的內(nèi)轉(zhuǎn)有所抵消，故整體偏轉(zhuǎn)不大。3.追越中為避免激烈的船間效應(yīng)而發(fā)生碰撞的預(yù)防措施（1）盡量避免在狹窄彎段或淺灘處追越，應(yīng)選擇平直、通航密度小的允許追越的航段進(jìn)行追越。（2）追越前必須用VHF或聲號征得被追越船的同意后方可追越。（3）被追越船如同意追越，應(yīng)盡量讓出航道，減速至能維持舵效的速度

27、行駛；追越船應(yīng)適當(dāng)加車，盡可能加大兩船的間距，以便增大兩船間的速度差，減小兩船平行的時間。（4）深水中快速追越時，兩船間應(yīng)至少保持大船的一倍船長，最好能大于兩船船長之和。在港內(nèi)低速追越時，兩船間的橫距可以減少到最少保持一倍船寬。但若考慮到操船上的安全，最好能大于大船的一倍船長。（5）一旦出現(xiàn)明顯的相互作用而有碰撞的危險(xiǎn)時，則追越船應(yīng)減速、停車或倒車，并用相應(yīng)的舵角制止偏轉(zhuǎn)；而被追越船則應(yīng)適當(dāng)?shù)丶榆囈栽黾佣嫘В种破D(zhuǎn)。四、兩船對駛時的船間效應(yīng)及其防止兩船對駛會船時的相互作用情況，有人曾結(jié)合巴拿馬運(yùn)河擴(kuò)建工程作過船模試驗(yàn)，其結(jié)果可用圖341簡要表示。圖341 兩船對駛時的船間效應(yīng)位置1；兩船船首

28、內(nèi)側(cè)高壓互相排斥，船首各自外轉(zhuǎn)。位置2：兩船首部各被對方中部的低壓所吸引，船首各自內(nèi)轉(zhuǎn)。位置3：兩船內(nèi)側(cè)各為低壓，互相吸引。位置4：兩船尾部各被對方中部的低壓所吸引，船首外轉(zhuǎn)。位置5：兩船的尾部內(nèi)側(cè)高壓相互排斥，船首各自內(nèi)轉(zhuǎn)。兩船間的這種相互作用力和力矩非常大。所幸的是，在對駛會遇的情況下，這種非常大的力和力矩的出現(xiàn)是短暫的。在其所產(chǎn)生的運(yùn)動發(fā)展之前，兩船已經(jīng)相互駛過了，使這種力和力矩的作用效果大大減輕。對駛會船時，為避免激烈的船間效應(yīng)而發(fā)生碰撞的預(yù)防措施是：（1）應(yīng)避免在復(fù)雜的航段會船。（2）對駛前應(yīng)減速緩慢行駛，盡量保持兩船間的橫距大于大船的船長。（3）待兩船船首相平時，切忌用大舵角抑制船

29、首外轉(zhuǎn)，否則將導(dǎo)致船首進(jìn)入對方船中部低壓區(qū)時加速內(nèi)轉(zhuǎn)而引起碰撞。正確的措施時適當(dāng)加車以增加舵效，穩(wěn)定船首向，減少通過的時間，使相互作用迅速消失而安全通過。第四節(jié) 船間效應(yīng)一、 船間效應(yīng)的產(chǎn)生原理1 船間效應(yīng)的概念船間效應(yīng)包括：波蕩、轉(zhuǎn)頭、吸引和排斥。1） 波蕩處于他船興波之中的船舶，受到興波的作用，引起加速和減速現(xiàn)象，尤其是小船，這種影響越加嚴(yán)重（如圖）。當(dāng)小船處于大船的興波波谷時，波的作用使其減速。這種現(xiàn)象好象船舶處于被牽引的狀態(tài)下航行，因此，稱為波蕩或無索牽引。 由試驗(yàn)可知，大船興波越大，小船吃水越小，波蕩越大。2） 轉(zhuǎn)頭3） 吸引與排斥一、 影響船間效應(yīng)的因素1 船速2 船間橫向距離3

30、同航向與反向4 船型大小三、 預(yù)防船吸、浪損的方法及其措施3. 淺水對操縱性的影響1） 淺水對附加慣性矩的影響2） 淺水對舵力的影響3） 淺水對旋回性的影響4） 淺水對航向穩(wěn)定性的影響5） 淺水對沖程的影響三、 岸壁、航道寬度、富裕水深對操船的影響船舶受淺水影響的同時，有時還受到1 岸吸與岸推的概念2 岸吸力與岸推力矩3 防止浪損二、影響船間效應(yīng)的因素1 船速2 船間橫向距離3 同航向與反向4 船型大小四、 預(yù)防船吸、浪損的方法及其措施第五節(jié) 海浪對操船的影響 海浪引起船舶的搖蕩，劇烈的搖蕩會降低船速，造成貨物移動，引起船體的結(jié)構(gòu)、設(shè)備的損壞等等。因此，船舶在波浪中的搖蕩是有害的。嚴(yán)重的搖蕩，

31、特別是船舶在波浪中的諧搖，可能危及船舶的安全。研究船舶在波浪中的運(yùn)動性能的學(xué)科稱為船舶耐波性。本節(jié)就波浪對船舶操縱的影響的有關(guān)問題進(jìn)行討論。一、 海浪的概述1 深水波形 深水波浪的運(yùn)動是由于水質(zhì)點(diǎn)作軌園運(yùn)動的結(jié)果，所以，波浪表面的移動僅僅是波形的移動，而水質(zhì)點(diǎn)并不隨波形移動，其只是在原點(diǎn)作軌園運(yùn)動。 深水波的特點(diǎn)是波峰比較陡峭，波谷比較平坦，理論上稱為這種波為“坦谷波”，如圖所示。2 波浪要素波長為，波高h(yuǎn), 波面角。對于坦谷波，可證明：波速和波周期的公式為：3 不規(guī)則波實(shí)際上，波浪的大小與風(fēng)力、水域、季節(jié)等許多因素有關(guān)，實(shí)際海浪是不規(guī)則的，即波浪要素是隨時間變化的。進(jìn)觀測統(tǒng)計(jì)表明：有1/10

32、的波高是平均波高的2倍，該波高稱為最大波高（hw/10）;有1/3的波高時平均波高的1.6倍，該波高三一波高或有義波高（hw/3）人們在海上目測的波高很難接近有義波高。有義波高（hw/3）可以用來確定最大有義波長（最大有義）和最大能量的波長（最大能量）： 4 波形的變化波浪由深水傳向淺水域時，水質(zhì)點(diǎn)的軌園運(yùn)動變?yōu)闄E圓運(yùn)動，另外，水質(zhì)點(diǎn)的橢圓運(yùn)動與海底之間的摩擦力使波速降低，但周期不便，這就引起波長減小，波高增大，而且是一種移動的水波。 不同傳播方向的海浪在某一海域相遇時，會產(chǎn)生干擾，形成合成波，可能使波速變得很小，而波高很大。 風(fēng)向與海浪方向不一致而成某一交角時，就會產(chǎn)生波高周期性變化的“群波

33、”。在海上經(jīng)常遇到這種波浪，周期性出現(xiàn)35個大浪，隨后出現(xiàn)幾個小浪。二、傳播在波浪中的運(yùn)動船舶在波浪中的運(yùn)動包括六個自由度的運(yùn)動：沿x軸的線性運(yùn)動（surging）和繞x 軸的轉(zhuǎn)動（rolling）沿x軸的線性運(yùn)動（swaying）和繞x 軸的轉(zhuǎn)動（pitching）沿x軸的線性運(yùn)動（heaving）和繞x 軸的轉(zhuǎn)動（yawing）其運(yùn)動方程為： *上式中有錯誤四、 遭遇頻率和遭遇周期船舶經(jīng)歷兩個相鄰波峰的時間間隔，稱為遭遇周期e。由圖可見：當(dāng)090度或270360度時，船舶為頂浪航行；當(dāng)90180度或180270度時，船舶為順浪航行；90度或270度時，船舶為橫浪航行。由上式可見，改變船速V，可以改變遭遇頻率和周期；改變航向與波浪方向的交角，也可以改變遭遇頻率和周期；但是，在橫向受浪時（90度或270度），改變船速V對改變遭遇頻率和周期無效。五、 橫搖的影響1 橫搖周期T 船舶的橫搖周期為：2 橫搖擺幅可以證明，船舶在波浪中的橫搖擺幅（橫搖角）可以由下列公式計(jì)算：由橫搖擺幅的計(jì)算公式可見：當(dāng)T/e1時，船舶橫搖較慢，甲板與波面不一致，船舷易于波浪撞擊，