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 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80140m，波周 期为710s。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） 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 ： 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 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。 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。 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。 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1.52.8) 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