第六章 大风浪中船舶操纵课件.ppt

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1、第六章大风浪中船舶操纵第一节船舶在波浪中的运动第二节大风浪中航行的危害第三节大风浪中海上航行操船第四节大风浪中港内操船方法波浪及其要素船舶在波浪中的运动横摇运动纵摇运动垂荡运动第一节船舶在波浪中的运动一、波浪及其要素1.波峰、波谷、振幅与波高波形最突起的地方或波面的最高处称为“波峰”波形最凹下的地方或波面的最低处称为“波谷”振幅是指从静止水平面至波峰或波谷的距离。波峰与波谷之间的垂直距离称为“波高”。2.波浪周期波浪完成一次波动所需要的时间或两个波峰(或波谷)相继通过一固定点所经历的时间,称为“波浪周

2、期”。3.波速波速指波浪传播的速度。4.波长沿着波的传播方向,两相邻的同相位水质点或两相邻的波峰(或波谷)间的水平距离叫做“波长”。5.波陡指波高与波长之比(H/λ),它是用来描述波形的陡峭程度。6.深水波与浅水波由于波浪在传播过程中,波速、波长、波高和波形受水深影响较大,通常依据水深h与波长λ之比来划分深水波和浅水波。h/λ小于0.5时为浅水波,而h/λ大于0.5时为深水波。7.波形的变化1)浅水区的波形变化波浪从深海向浅海接近时,由于水质点的垂直移动受阻,水质点的运动轨迹将由圆形变为椭圆。同时,由

3、于回转运动与海底之间的摩擦阻力使波速降低。在浅水域中波速只随水深变化,但波浪的周期不变。因此,当波速减小时,波长变短,波高增大。而且海岸的倾斜越急,这种变化越剧烈。此外,由于波谷与海底的摩擦部分的行进速度变缓,而波峰的行进较快,使波峰向前卷起,同时在行进中破碎。这种波浪俗称为开花浪,对船舶的冲击力较大。2)干扰引起的波形变化当从大海上远处袭来的大浪与本海区相反方向的波浪相遇;或袭来的波与该处的反射波相互干扰时,形成合成波,它的波速变得很小,而波高可能增加一倍。这种波浪俗称为三角浪。对小型船舶危害较大。

4、由于风向的变化,使所产生的两个不同方向的波浪形成某一交角时,就会发生波高作周期性变化的群波。在海上经常遇到的,周期性的3个或5个大浪,随后又出现几个小浪,就是这种群波。二、船舶在波浪中的运动船舶在波浪作用下,沿着和围绕着通过船舶重心的X、Y、Z轴作线性运动和回转运动。各摇荡运动的名称为:X轴——纵荡和横摇;y轴——横荡和纵摇;Z轴——垂荡和首摇;其中对船舶安全有威胁的摇摆是横摇、纵摇和垂荡。1.波浪遭遇周期设船舶以与波浪方向成一定的交角μ和船速V在波浪中运动,如右图所示,则波浪相对于船舶的传播速度为:

5、VE=c+VcosμVE——相对波速(m/s);c——波速(m/s);μ——船首向与波向的交角,简称波向角。波浪相对于运动中船舶的周期称为波浪遭遇周期,它就是船上人员所看到的波浪周期,故也称为波浪视周期,简称为“遭遇周期”。TE——遭遇周期(s);λ——波长(m);2.波向角及船舶摇摆程度以右舷受浪为例1)当0º≤μ<30º时,称为顶浪,也称为“迎浪”,其遭遇频率比波浪频率要高,纵摇摆幅较大,横摇摆幅较小。在μ=0º时遭遇频率最高,相应的纵摇摆幅最大。2.波向角及船舶摇摆程度2)当30º≤μ<60º时

6、,称为偏顶浪,其遭遇频率比顶浪时要低,纵摇摆幅比顶浪时要小,但横摇摆幅比顶浪时有所增大。3)当60º≤μ<120º时,称为横浪,其遭遇频率比偏顶浪时要低,纵摇摆幅较小,横摇摆幅较大。在μ=90º或270º时遭遇频率等于波浪频率。相应的横摇摆幅最大,纵摇摆幅最小。2.波向角及船舶摇摆程度4)当120º≤μ<150º时,称为偏顺浪,其遭遇频率比横浪时要低,纵摇摆幅比横浪时要大,横摇摆幅比横浪时要小。5)当150º≤μ<180º时,称为顺浪,其遭遇频率比偏顺浪时要低,纵摇摆幅比偏顺浪时要大,横摇摆幅比偏顺浪

7、时要小。6)在μ=180º时遭遇频率最低,相应的纵摇摆幅较大,横摇摆幅较小。三、横摇运动1.自由横摇周期船舶在规则波中小角度(小于15º)无阻尼横摇周期(船舶自由横摇周期)可用下式近似求得:B——船宽(m);GM——初稳性高度(m);C——横摇周期系数,2.横摇摆幅当船舶横摇周期小于遭遇周期,即TR/TE<1时,则船舶横摇频率大于遭遇频率,船舶横摇较快,甲板平面与波面经常保持平行,很少上浪,但船舶所受惯性力较大。当船舶横摇周期大于遭遇周期,即TR/TE>1时,则船舶横摇频率小于遭遇频率,船舶横摇较慢,

8、甲板平面与波面经常不平行,上浪较多,且船舶经常受到波浪的冲击。当船舶横摇周期近似等于遭遇周期,即TR/TE≈1时,则船舶横摇频率近似等于遭遇频率,船舶横摇剧烈,横摇角越来越大,严重时将导致船舶倾覆,这种现象称为谐摇或谐振。谐摇时的横倾角可用下式估算:α0——最大波面角。实际上,一般在TR/TE=0.7~1.3区间内就会发生谐摇,该区间称为“谐摇区间”或“谐振区间”。因此,船舶在海上航行时,应尽可能避免船舶横摇频率与遭遇频率相近的情况。3.避免横向谐摇的措

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