船舶操纵8

上节要点回顾•风力和风力转船力矩–风力系数，作用中心、方向•水动力与水动力转船力矩–作用中心、方向•风致偏转•风致漂移–漂移规律与影响因素•强风中操船的可保向界限–影响因素本节主要内容•流对操船的影响–流对船速、冲程、舵效和旋回的影响•受限水域的影响–浅水影响：•阻力的增加与降速•船体下沉与纵倾变化•浅水对操纵性的影响•浅水域航行时的富余水深第二节流对操船的影响•流对船速的影响•流对冲程的影响•流对舵效的影响•流对掉头水域的影响一、流对船速的影响•对水船速相同时，顶流对地船速与顺流相差两倍流速•注意船速与航速的差别二、流对冲程的影响•冲程的定义：对水移动距离•进出港、狭水道航行、锚泊操纵，避让锚泊船等情况下：–需要考虑对地移动速度或距离，需要考虑流速。–顶流中，对地冲程较小；–顺流中则对地冲程增大–因此在顺流进港时，针对停车后降速过程非常缓慢的特点，一方面应及早停车淌航，另一方面应及时地运用倒车、抛锚或拖轮进行减速制动。•在航中的船舶之间通常不需要考虑流的影响。三、流对舵效的影响•舵力–舵力及其转船力矩与舵对水的相对速度的平方成正比；–不论顶流还是顺流，只要对相对速度相等、舵角和桨转速等条件相同，舵力及力矩就相同;•舵效(狭义上)：操一舵角后船舶在一定时间、一定水域内船首转过的角度大小；三、流对舵效的影响•通常说法–顶流舵效好•其原因是，顶流时可在较短的距离上使船首转过较大的角度，且易把定，操纵为灵活•此时考虑对地的运动。–重载船在强流中，由于流压力矩的作用，船舶迎流转向时，舵效反而变差（实质上是不均匀流的影响）.顶流靠泊操纵•斜顶流靠泊时的速度合成四、流对掉头水域的影响•流对旋回的影响–对地的旋回轨迹因流压产生漂移•漂移距离估算–Dd：流致漂移距离（m）；–c：流速（m/s）；–t：为掉头时间（s）。x0/Ly0/L11223344无流流速2kn%80tDcd四、流对掉头水域的影响•掉头所用的时间t–吨位：旋回1800约需时间：–0.5万吨3.0min–1.0万吨3.5min–5.0万吨4.5min–10.0万吨5.5min–20.0万吨6.5min第三节受限水域的影响•受限水域是指对于所操纵的船舶而言水深较浅的水域和宽度较窄的水道•主要内容–影响船舶操纵的水深及航道宽度–浅水影响•阻力增加及降速•船体下沉与纵倾变化•操纵性变化•富余水深（ukc）一、水深及航道宽度•水深–阻力：低速船以H/d≤4，高速船以H/d≤10，作浅水域对待；–操纵性：以H/d≤2.5为界作浅水域对待，明显影响操纵性，H/d≤1.5。•航道宽度（航道的底部宽度）–岸壁效应，W/L≤2，作为窄水域对待。–明显影响操纵性，W/L≤1来界定。二、浅水影响•阻力增加及降速•船体下沉与纵倾（squat）变化•操纵性变化•富余水深（ukc）1.阻力增加及降速•浅水中–同船速阻力增大；–船尾伴流增强；–同转速下船速较深水域为低；–螺旋桨上下桨叶推力之差较深水明显，因此将出现较深水更为明显的船体振动。2、船体下沉与纵倾•深水中的船体下沉与纵倾–肥大型船舶下沉剧烈–航速：傅汝德数Fr=V/(gL)0.5•Fr=0.06时开始下沉；•Fr0.3,首尾均下沉，但首下沉大于尾下沉•Fr0.3,尾下沉开始大于首下沉•Fr0.6,尾倾增大，船舶开始上浮。2、船体下沉与纵倾•浅水中的船体下沉与纵倾–水深与船速：傅汝德数Fnh=V/(gh)0.5•亚临界区(SubcriticalRange)：近似平吃水下沉•临界区(CriticalRange)Fnh≤1：船首上浮，船尾下沉•超临界区(SupercriticalRange)Fnh1：船舶上浮2、船体下沉与纵倾•浅水中squatbowsternnhF1.60.20.60.41.00.81.41.22.01.8SubcriticalrangeCriticalrangeSupercriticalrange上浮下沉2、船体下沉与纵倾•浅水与深水对比–浅水中•剧烈；•尾倾与上浮提前。–原因•浅窄航道的阻塞效应2、船体下沉与纵倾•浅水域船体下沉量的估算–Tuck232)/)((30)/)((5.1rhBrhBFBLCLdLFBLCLdLS2、船体下沉与纵倾•浅水域船体下沉量的估算–Hooft322322)1.0(1100.0(%))1.0(1146.0(%)pprhrhpprhrhLFFLLFFLS2、船体下沉与纵倾•浅水域船体下沉量的估算–Barrass（超大型船）502VCSb2、船体下沉与纵倾•浅水域船体下沉量的估算–查曲线图2、船体下沉与纵倾•浅窄水域船体下沉量的估算–Barrass公式3008.2322sBVnCS122AAn阻塞系数3.浅水对操纵性的影响•浅水对舵力的影响–总的来看，舵力有所下降但下降不大–原因•涡流和伴流的增强•螺旋桨滑失比得以提高•舵的下缘距海底较近导致舵的整流作用得以加强3.浅水对操纵性的影响•浅水对旋回性、追随性的影响–虚惯矩、旋回阻矩均有较大增加–其中旋回阻矩的增加较虚惯矩增加得更快–旋回性变差–稳定性变好旋回阻矩系数舵力转船力矩系数＝旋回阻矩系数船舶虚惯矩＝baKbIT3.浅水对操纵性的影响•浅水中旋回初径变化–DW27.8万吨油轮旋回试验记录3.浅水对操纵性的影响•浅水中旋回初径变化3.浅水对操纵性的影响•浅水中螺旋试验结果的变化3.浅水对操纵性的影响•浅水对停船性能的影响–有一定程度的减小•船体下沉、首倾、兴波增强、二维流增速等原因，船体阻力将有所增加•螺旋桨推进效率的某些降低–刚停车后余速较高的一段时间内，浅水阻力较大的特点将有利于较快降速减小冲程4.富余水深UKC•富余水深：–富余水深＝海图水深+潮高-静止吃水•应考虑的主要因素–船体下沉和纵倾变化，浅水域尤应注意首沉量；–船体在波浪中的摇荡，吃水增量；–图标水深精度：20m以下，0.3m；20～100m；1.0m–主机冷却水进口1.5～2倍；–操纵性所需–海水与淡水4.富余水深UKC•富余水深的经验估算：–欧洲引水协会（EMPA），对进出鹿特丹、安特卫普港的船舶建议采用如下的富余水深：•外海水道：吃水的20%；•港外水道：吃水的15%；•港内：吃水的10%•荷兰的Europoort港，VLCC采用较上述值低5%的标准。4.富余水深UKC•富余水深的经验估算：–马六甲海峡、新加坡海峡对VLCC（DW＞15万吨）油轮及深吃水（d＞15m）船舶，规定3.5m富余水深。–日本獭户内海：•吃水在9m以内，吃水的5%；•吃水在9~12m，吃水的8%；•吃水在12m以上，吃水的10%。本节要点•流对船速、冲程、舵效和掉头水域的影响•受限水域的影响–浅水影响：•阻力的增加与降速（出现影响的水深）•船体下沉与纵倾变化（规律）•浅水对操纵性的影响（出现影响的水深）•浅水域航行时的富余水深–影响因素–经验确定