《船舶操纵大风浪》PPT课件.ppt

大风浪中的船舶操纵 船舶在波浪中的运动 船舶摇摆幅度及影响因素 纵向受浪的危害 大风浪及避台操纵方法 大风浪中的船舶操纵 船舶在波浪中的运动 波浪概述 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，而水质点本身并不随 波形移动。 大风浪中的船舶操纵 波浪概述 波浪要素 波峰 (crest)； 波谷 (trough)； 振幅 (amplitude)； 波高 (height)； 波长 (wave length)； 波陡 (wave steepness) 大风浪中的船舶操纵 波浪概述 波浪要素 波浪周期 (wave period) 波速 (wave propagation speed) 相速度：等相位面或波峰 (或波谷 )在单位时间内的水平位 移。我们平时所说的“波速”指的就是“相速度”。 群速度：即群波传播能量的速度。其振幅最大部分的运 动速度称为群波的群速度。约为相速度 (波速 )的一半。 大风浪中的船舶操纵 波浪概述 波浪要素的简单估算 规则波 (regular waves) 根据波浪余摆线理论， 波浪可用正弦或余弦波 表示，根据势流理论可 得 )s(80.0 g 2 T )s/m(25.1 2 g V w w 大风浪中的船舶操纵 波浪概述 不规则波 (irregular waves) 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，称之为三一平均波 高或有义波高 (hw/3）。 人们在海上目测的波高很接近 有义波高。 大洋中最容易产生的波浪的波长是 80 140m，波周期 为 7 10s。最陡的波的倾斜度为 1/10。一般为 1/30 1/40。 大风浪中的船舶操纵 波浪概述 波浪的分类及其特点 风浪及涌浪 海洋中的波浪主要为风浪。风浪的周期约数秒至数 十秒，波长由几米至数百米，波高可达数米至十几 米，风区内的波称为波浪 (wave)，其波周期小于 10s； 离开风区的波称为涌浪 (swell)，其波周期一般大于 10s。涌浪较平滑但周期、波长较长。 大风浪中的船舶操纵 波浪概述 浅水区的波形变化 水质点的运动轨迹将由圆形变为椭圆。 波速降低。 波浪的周期不变，波长变短，波高增大。 波峰向前卷起，同时在行进中破碎。 大风浪中的船舶操纵 波浪概述 波浪破碎 (Breakers) 当波浪由深海传播至浅海时由于水深变浅波速变慢， 而波长变短波高增高，因此波形锐度逐渐增大。在 近岸附近波形达到稳定界限或波峰水分子流速等于 波速时，波型向前倾倒而成为碎波 (Breaker, Breaking wave)，波陡 H / 1/7 时，开始发生碎波。 大风浪中的船舶操纵 波浪概述 波浪的折射与干扰 合成波，波速变小，波高增加，俗称为三角浪。 波高作周期性变化的群波 3个或 5个大浪随后又出现 几个小浪 。 大风浪中的船舶操纵 波浪概述 灾害性海浪 对船舶可能引起灾害的海浪称为“灾害性海浪”。 海浪对船舶安全的影响程度与船舶大小、耐波性等 因素有关，关于灾害性海浪在国际上至今仍没有一 个明确的定义。 灾害性海浪的定义只能根据影响船舶航行安全的因 素分别给出相应级别的定义。 大风浪中的船舶操纵 船在波浪中的运动 三个平动： x轴： u, surging （前进） y轴： v, swaying （横移） z轴： w, heaving（升沉） 三个转动： x轴： p, rolling （横摇） y轴： q, swaying （纵摇） z轴： r, yawing （首 摇） x e y e x s z s y s u U v z e 大风浪中的船舶操纵 船在波浪中的运动 波浪遭遇周期 大风浪中的船舶操纵 船在波浪中的运动 波浪遭遇周期 波浪相对于船舶的传播速度 波浪视周期，简称为“遭遇周期 (encounter wave period)” 大风浪中的船舶操纵 船在波浪中的运动 波向角 大风浪中的船舶操纵 船在波浪中的运动 波向角及船舶摇摆程度 顶浪， “迎浪”，遭遇频率比波浪频率高，纵摇摆 幅大，横摇摆幅小； 偏顶浪，纵摇摆幅比顶浪时要小，但横摇摆幅比顶 浪时大； 横浪，纵摇摆幅较小，横摇摆较大； 偏顺浪，纵摇摆幅比横浪时要大，横摇摆幅比横浪 时要小； 顺浪，其遭遇频率比偏顺浪时要低，纵摇摆幅大， 横摇摆幅小。 大风浪中的船舶操纵 船在波浪中的运动 谐摇运动 船舶本身具有的摇摆性能称为自由摇摆性能，如船舶横摇周期、 纵摇周期以及垂荡周期等都是船舶固有的摇摆性能。 波浪引起的船舶运动是一种强迫运动，或称为强迫摇摆。 当船舶自由摇摆周期近似等于遭遇周期，或船舶自由摇摆频率 近似等于遭遇频率时，船舶将发生谐摇运动。 横向谐摇可能造成船舶横倾角过大，严重时可能导致 船舶倾覆；纵向谐摇和垂荡谐摇可能产生拍底、螺旋 桨空转等现象，严重时可能导致船体结构、船舶主机 以及船舶设备等的损坏。 大风浪中的船舶操纵 船舶摇摆幅度及影响因素 横摇摆幅 船舶在规则波中的强制横摇摆幅可以近似表示为： 2 0 )(1 w R T T a 大风浪中的船舶操纵 船舶摇摆幅度及影响因素 横摇摆幅 TR/Tw1 ，即船舶的横摇周期比波浪周期大，则 横摇较慢，并且与波浪不协调，船舷易与波浪撞击， 甲板上上浪较多。 当 TR/Tw=1 ，即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。 大风浪中的船舶操纵 船舶摇摆幅度及影响因素 固有的横摇周期 (TR) 货船满载 914s 货船压载 710s GM BCT R 大风浪中的船舶操纵 船舶摇摆幅度及影响因素 减轻横摇的措施 避开谐振区： TR/ TE 1.3 调整船舶固有横摇周期 通过压载水、货物调整改变重心高度 调节波浪的遭遇周期 改变航向、航速 大风浪中的船舶操纵 船舶摇摆幅度及影响因素 纵摇 纵摇周期和纵摇振幅取决于 TP/TE、 Fr、 /L 纵摇固有周期主要取决于船长 顶浪或偏顶浪时，在 0 / L 0.8 区间，纵摇摆幅 随 / L 的增加而稍有增大；在 0.8 / L 1.6 区间， 纵摇摆幅随 / L 的增加而急剧增大； 顺浪时，在 0 / L 0.8 区间，纵摇摆幅随 / L 的 增加而稍有增大，在 0.8 / L 1.6 区间，纵摇摆 幅随 / L 的增加而缓慢增大，纵摇摆幅比顶浪时小。 横浪航行时，船舶纵摇摆幅最小。 LCT PP 大风浪中的船舶操纵 船舶摇摆幅度及影响因素 减轻纵摇的措施 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 调整纵摇周期是不可能的，故一般采取调整遭遇周 期，即调整船速和 (或 )航向的措施来减小纵摇摆幅。 LCT PP 大风浪中的船舶操纵 船舶摇摆幅度及影响因素 垂荡 垂荡运动是由波高 h与 / (即 TH/TE）之 比来决定的，波高越大，垂荡越激烈。 垂荡 固有周期主要取决于吃水 减轻垂荡的措施 一般采取调整遭遇周期，即调整船速和 (或 )航向的 措施来减小垂荡。 d4.2T H 大风浪中的船舶操纵 纵向受浪时所产生的危害 顶浪或斜顶浪 拍底（ slamming）； 甲板上浪（ ship water on deck）； 螺旋浆空转（ racing）； 船体结构容易受损，增大船舶断裂沉没的危 险 . 大风浪中的船舶操纵 纵向受浪时所产生的危害 顺浪或偏顺浪 冲浪和打横 (Surf-riding and broaching-to)； 横稳性降低 (Reduction of intact stability) 谐摇运动 (Synchronous rolling motion) 大幅度横摇 (Parametric rolling motion) 组合危险 (Combination of various dangerous phenomena) 尾淹（ pooping） 大风浪中的船舶操纵 顺浪或偏顺浪避免危险的方法 IMO 海上安全委员会在 1995 年 10 月 19 日提出了一份 建议，以 707 号通函 (MSC/Circ.707)进行发布。 如果船舶没有足够的稳性，以及顺浪和偏顺浪的几种 危险情况同时发生时，即使船舶在非危险区域也可能 是不安全的，因此，船长应确保船舶保持良好的稳性 状态，谨慎驾驶。 MSC/Circ.707 对船舶不同船速下的危险范围以矢量图 的形式表示，并提出了避免危险局面的指导意见。该 指导适用于各种船舶在波向角为 135180范围内的顺 浪或偏顺浪的情况。 大风浪中的船舶操纵 顺浪或偏顺浪避免 危险的方法 防止冲浪和打横 将船速降低至 1.8 L 以下，避开 “冲浪 区域” 。 如果船舶仍发生较 大的摇摆，应进一 步降低船速，避开 “临界区域”。 大风浪中的船舶操纵 顺浪或偏顺浪避免危险的方法 防止巨浪连续冲击 当平均波长大于 0.8 L 、有义波高大于 0.04 L ， 不要进入 “危险区域”。 当遭遇周期约为波浪周期的 2 倍 (约 1.5 2.8)时， 一般认为船舶位于危险区内。 当船舶位于该危险区域时，应降低船速以避免 巨浪的连续抨击。 大风浪中的船舶操纵 顺浪或偏顺浪避免危险的方法 防止巨浪连续冲击 大风浪中的船舶操纵 顺浪或偏顺浪避免危险的方法 避免谐摇和大幅度横摇 当 时，船舶将发生谐摇，当 时，将发生大幅度横摇。 为避免严重横摇情况船舶需要减速，但应注意的是， 船速也不宜过低，无论如何要确保船舶在大风浪中 保持航向的最低航速。 大风浪中的船舶操纵 顺浪或偏顺浪避 免危险的方法 流程图及其应 用 为了便于使用， MSC/Circ.707 还给出了使用 流程图 大风浪中的船舶操纵 大风浪中航行 横向受浪时所产生的危害 产生过大的横摇角； 舷侧容易上浪； 由于横摇加速度增大，容易引起货物移动和增加自 由液面的冲击力； 造成人员不适，船用仪器使用不便； 船体结构容易受损，增大船舶倾覆的危险 大风浪中的船舶操纵 大风浪中航行 空船在大风浪中航行的危险性 风压增大了倾侧力矩，保向性下降； 拍底严重； 空转加剧； 失速严重； 易发生横摇谐振等 大风浪中的船舶操纵 大风浪航行的准备工作 保证水密 检查甲板开口、水密门、关闭通风口、天窗和舷窗、锚链管等 排水畅通 检查排水管系、污水沟、黄蜂巢、抽水机、分路阀等 绑牢活动物 甲板物件都要绑牢、散装货平舱、减少自由液面。 做好应急准备 通信联系畅通； 检查应急电机、天线、舵设备等处于良好状态 保证消防和堵漏设备随时可用 加强全船巡视检查，勤测各液体舱及污水沟等 空船压载 大风浪中的船舶操纵 大风浪中的操船方法 “ Z”字航法 大风浪中的船舶操纵 大风浪中的操船方法 滞航 (heave to) 以能保持舵效的最小速度将风浪放在船首 2 3罗经点的方位上迎浪前进的方法，称为 滞航。 船舶处于缓进或不进，甚至是微退的状态 减轻波浪对船首的冲击和甲板上浪； 保证有足够的舵效，以免被打成横浪 大风浪中的船舶操纵 大风浪中的操船方法 顺浪 (scudding) 顺浪航行时，波浪与船的相对速度较小，可 以大大减弱波浪对船体的冲击。 滞航中经不起波浪袭击的船舶，宜改用顺航。 顺航的船舶由于纵荡的原因可以保持相当的 速度， 有利于摆脱大风浪海域或台风中心 大风浪中的船舶操纵 大风浪中的操船方法 漂滞 (lie to) 船舶停止主机随风浪漂流，称为漂滞。 主机或舵损坏将被迫漂滞，滞航中不能顶浪 或顺航中保向性差或船体衰老的船，可以主 动采用漂滞的方法。 漂滞中，波浪对船体的冲击力大为减小，甲 板上浪不多。 要求下风有足够水域 大风浪中的船舶操纵 大风浪中的操船方法 大风浪中的掉头 等待较平静的海面来到，三大八小； 开始时慢速中舵（ 15 左右）掉头过程中适时使用 快车满舵； 从顶浪转向顺浪时，转向应在较平静海面到来之前 开始，以求较平静海面来临时正好转到横浪。 从顺浪转向顶浪比较危险，必先降速减低惯性冲力， 等待时机，以求后半段掉转在较平静的海面进行。 避离热带气旋操纵 相对位置判断 北半球水域 低气压气旋逆时针旋转； 台风的右半圆为危险半圆； 左半圆称为可航半圆 南半球相反 避离热带气旋操纵 北半球水域 危险半圆风向右转； 右首顶风全速驶离； 右首顶风滞航，等 待台风过境； 右尾受风全速驶入 可航半圆 避离热带气旋操纵 北半球水域 可航半圆风向左转 右尾受风全速驶离； 右首顶风滞航，等 待台风过境 南半球水域对称 避离热带气旋操纵 系泊抗台注意事项 增加带缆，各缆应受力均匀，带缆点尽量分散， 缆绳的磨擦部位要妥善包扎、涂油以防磨损，码 头与船体之间增设碰垫。 空船须增加压载量，减少水面以上受风面积。 在船首、尾外侧抛锚以缓和风浪的作用。 船首系靠在出港的方向上，并作好必要时能离开 码头的准备。 避离热带气旋操纵 系泊抗台注意事项 船舶系浮筒抗台时，系单浮筒比较有利，它能随 时保持船首顶风；可以用锚链系浮，加长锚链， 或增加系缆，只要系浮锚不发生移位，是可以系 浮抗台的。必要时还可抛另一锚来抑制偏荡。 系双浮筒时，如遇较大横风，可能造成断缆或走 锚事故，故最好改为系单浮筒。 船舶在泊位和系浮筒抗台风险较大时，应及早离 泊，去锚地或港外抗台。 本章作业 简述空载船舶在大风浪中航行的弊端？ 简述船舶在波浪中航行横摇的谐摇的条件 及避免谐揺的措施？ 简述船舶纵向受浪时的危害和预防措施。 试比较大风浪中航行时滞航与漂滞的区别 及优缺点。 简述船舶在北半球的避台操纵方法。