1、第六章第六章 恶劣天气下的操船恶劣天气下的操船 第一节第一节 大风浪中的船舶操纵大风浪中的船舶操纵第二节第二节 避离热带气旋的船舶操纵避离热带气旋的船舶操纵第一节第一节 大风浪中的船舶操纵大风浪中的船舶操纵一、波浪概述一、波浪概述二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动三、大风浪中航行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危害四、大风浪中的操船方法四、大风浪中的操船方法五、大风浪中掉头五、大风浪中掉头一、波浪概述一、波浪概述 1 1波浪的要素波浪的要素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
2、圆运动，其波形以某一速度传播出去，而水质点本身并不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。水质点的轨圆运动方向，当处于波峰时与波的传播方向相同随波形移动。水质点的轨圆运动方向，当处于波峰时与波的传播方向相同,处于波谷时则与波的传播方向相反。这种波的波峰比较陡峭，波谷比较平处于波谷时则与波的传播方向相反。这种波的波峰比较陡峭，波谷比较平坦，因此称为坦谷波。表征波浪特征的几何要素见图坦，因此称为坦谷波。表征波浪特征的几何要素见图6 61 1。波高波高H H波形最高点与波形最低点之间的垂直距离波形最高点与波形最低点之间的垂直距离(m)(m)波长波长两个相邻波峰或波
3、谷间的水平距离两个相邻波峰或波谷间的水平距离(m)(m)波速波速C C波形向前移动的速度波形向前移动的速度(m/sm/s)波浪周期波浪周期水质点每回转一次所需时间水质点每回转一次所需时间(s)(s)，即波形向前传播一个波长所需的时间。即波形向前传播一个波长所需的时间。一、波浪概述一、波浪概述 波面角波面角(wave(wave slope angle)slope angle)波形的切线与水平线间的夹角。波形的切线与水平线间的夹角。陡度陡度(wave(wave steepneessteepnees)波的陡峭程度（波的陡峭程度（=H/=H/）。）。根据摆线理论，可以得到：根据摆线理论，可以得到：由上
4、述公式，得到坦谷波的波速和波浪周期与波长间的如下关系：由上述公式，得到坦谷波的波速和波浪周期与波长间的如下关系：波浪的大小和风力、风时以及海区的广度、深度有关。风力大、风时波浪的大小和风力、风时以及海区的广度、深度有关。风力大、风时长、海区广又深，则波浪就大。有关各海区不同季节的波浪要素可从气象长、海区广又深，则波浪就大。有关各海区不同季节的波浪要素可从气象书籍和航路指南中找出。大洋中最容易产生的波浪的波长是书籍和航路指南中找出。大洋中最容易产生的波浪的波长是8080140m140m，波，波周期为周期为7 710s10s最陡的波的倾斜度为最陡的波的倾斜度为1/101/10。一般为。一般为1/3
5、01/301/401/40。一、波浪概述一、波浪概述 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，其中有波组成的。经观测统计表明，其中有1/101/10波的波高是平均波高的波的波高是平均波高的2 2倍，称之倍，称之为最大波高为最大波高(hw/10(hw/10）；有）；有1/31/3波的波高是平均波高的波的波高是平均波高的1.61.6倍，称之为三一平倍，称之为三一平均波高或有义波高均波高或有义波高(hw/3(hw/3）。）。人们在海上目测的波高很接近有义波高。人们在海上目测的波高很接近有义波高。
6、有义波高（有义波高（hw/3hw/3）可以用来确定最大有义波的波长）可以用来确定最大有义波的波长（6 64 4）和最大能量波的波长和最大能量波的波长（6 65 5）根据这两个波长可以估计出某船在该不规则波中航行时的摇荡情况。根据这两个波长可以估计出某船在该不规则波中航行时的摇荡情况。一、波浪概述一、波浪概述2 2波形的变化波形的变化 1 1）浅水区的波形变化）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，由于回转运动与海底之间的摩擦阻力使波速迹将由圆形变为椭圆。同时，由于
7、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。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，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。冲击力较大。一、波浪概述一、波浪概述2 2
8、干扰引起的波形变化）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。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。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，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，周期性的就会发生波高作周期性
9、变化的群波。在海上经常遇到的，周期性的3 3个或个或5 5个大浪，随后又出现几个小浪，就是这种群波。通过仔细观察，掌握住海个大浪，随后又出现几个小浪，就是这种群波。通过仔细观察，掌握住海浪的这个规律，就能够选择在较小的波浪时进行操纵较为有利。浪的这个规律，就能够选择在较小的波浪时进行操纵较为有利。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动1 1风浪中的船舶摇摆风浪中的船舶摇摆 船舶在波浪作用下，沿着和围绕着通过船重心的船舶在波浪作用下，沿着和围绕着通过船重心的X X、Y Y、Z Z轴作线运动和轴作线运动和回转运动。各摇荡运动的名称为：回转运动。各摇荡运动的名称为：X X轴轴纵荡（纵荡（surgi
10、ngsurging）和横摇（）和横摇（rollingrolling）；）；y y轴轴横荡（横荡（swayingswaying）和纵摇（）和纵摇（pitchingpitching）；）；Z Z轴轴垂荡（垂荡（heavingheaving）和首摇（）和首摇（yawingyawing）；）；船舶在波浪中的摇荡运动，是波浪的强迫摇荡和船舶本身固有的摇船舶在波浪中的摇荡运动，是波浪的强迫摇荡和船舶本身固有的摇荡相结合的复合运动，这种摇荡运动由于受到水阻力的阻尼作用，因而是荡相结合的复合运动，这种摇荡运动由于受到水阻力的阻尼作用，因而是逐渐衰减的。摇荡的强度取决于波面角的陡度、波浪的周期、船舶本身的逐渐衰
11、减的。摇荡的强度取决于波面角的陡度、波浪的周期、船舶本身的摇荡周期与船舶尺度和波长的比例关系。摇荡周期与船舶尺度和波长的比例关系。对船舶安全有威胁的摇摆是横摇、纵摇和垂荡。对船舶安全有威胁的摇摆是横摇、纵摇和垂荡。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动2 2横摇横摇1 1）横摇摆幅）横摇摆幅船舶在规则波中的强制横摇摆幅可以近似地用下式表示：船舶在规则波中的强制横摇摆幅可以近似地用下式表示：（6 66 6）式中：式中：最大波面角，；最大波面角，；T TR R船舶横摇周期（船舶横摇周期（s s）；）；波浪周期（波浪周期（s s）。）。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动 从上式可见，船在波浪
12、中横摇的大小，除与最大波面角有关外，主要从上式可见，船在波浪中横摇的大小，除与最大波面角有关外，主要取决于船舶本身的固有横摇周期取决于船舶本身的固有横摇周期TRTR与波浪周期与波浪周期 的比值。的比值。当当 ，即船舶的横摇周期比波浪周期小，则船舶横摇较快，甲板与波面，即船舶的横摇周期比波浪周期小，则船舶横摇较快，甲板与波面经常保持平行，很少上浪，但船体所受惯性力较大。经常保持平行，很少上浪，但船体所受惯性力较大。当当 ，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，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。调，船舷易与波浪撞击，甲
13、板上上浪较多。当当 ，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，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。会导致船舶倾覆。这种现象称为横谐摇。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动谐摇时的横倾角可用下式估算：谐摇时的横倾角可用下式估算：（6 67 7）式中：式中：最大波面角。最大波面角。2 2）船舶固有的横摇周期）船舶固有的横摇周期 （TRTR）船舶在规则波中作小角度（小于船舶在规则波中作小角度（小于1515）无阻尼横摇时的周期称为）无阻尼横摇时的周期称为船舶固有横摇周期船舶固有横摇周期(natural rolling per
14、iod)(natural rolling period)，可用下式求得：，可用下式求得：式中：式中：T TR R船舶固有横摇周期（船舶固有横摇周期（s s）即自一舷横倾至另一舷再回到初始横倾）即自一舷横倾至另一舷再回到初始横倾位置所需的时间；位置所需的时间；B B船宽（船宽（m m）；）；GMGM初稳性高度（初稳性高度（m m）；）；二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动C C横摇周期系数，客船为横摇周期系数，客船为0.750.850.750.85；货船为；货船为0.70.80.70.8；油船（重载）为；油船（重载）为0.70.750.70.75；油船（空载）为；油船（空载）为0.740.9
15、40.740.94；渔船为；渔船为0.760.880.760.88；估算时可简单地把估算时可简单地把C C定为定为0.80.8。各类船舶的横摇周期如表。各类船舶的横摇周期如表6 6一一1 1所示。所示。船 舶 种 类横摇周期TR(s)客 船 5001000吨69客 船 10005000吨913客 船 500010000吨1315客 船 1000030000吨1620客 船 3000050000吨2028货 船(满载)914货 船(压载)710拖 轮683 3）波浪遭遇周期）波浪遭遇周期 （T TE E）波浪相对于航行中的船舶的周期即波浪的遭遇周期（也称作波浪波浪相对于航行中的船舶的周期即波浪的
16、遭遇周期（也称作波浪视周期）视周期）TETE。船舶在海上航行时，设其前进方向与波浪来向成一夹角，该。船舶在海上航行时，设其前进方向与波浪来向成一夹角，该夹角称为遭遇浪向角夹角称为遭遇浪向角 。顶浪时。顶浪时 =0=0；顺浪时；顺浪时 =180=180；横浪时；横浪时 =90=90。如图。如图6 62 2所示。所示。上图表示船在波浪中航行的一般状态。直线上图表示船在波浪中航行的一般状态。直线ABAB表示以速度表示以速度C C传播的波峰，船传播的波峰，船以速度以速度V V并与波浪传播方向成角航行。并与波浪传播方向成角航行。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的
17、运动 这时，波峰相对船的传播速度即波的表观传播速度（船上观察者所看这时，波峰相对船的传播速度即波的表观传播速度（船上观察者所看到的波传播速度）到的波传播速度）VEVE为：为：V VE E=C+VcosC+Vcos (6 (69)9)显然，波浪的遭遇周期显然，波浪的遭遇周期T TE E为为式中：式中：波长（波长（m m）；）；C C波速波速(m/sm/s)二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动4 4）减轻横摇的措施）减轻横摇的措施 当般舶在波浪中发生横摇谐振运动时，摇摆加剧，如不采取减摇措施，当般舶在波浪中发生横摇谐振运动时，摇摆加剧，如不采取减摇措施，将危及船舶的安全。从操船角度出发，减摇措
18、施有：将危及船舶的安全。从操船角度出发，减摇措施有：（1 1）调整船舶的固有横摇周期）调整船舶的固有横摇周期 船舶确定航线后，可根据本航次中各海区季节可能经常遭遇的波浪周船舶确定航线后，可根据本航次中各海区季节可能经常遭遇的波浪周期，于配载时选择较为合适的船舶摇摆周期，避开谐振区：期，于配载时选择较为合适的船舶摇摆周期，避开谐振区：T TR R/T/TE E 0.7 1.3 1.3（6 61111）根据式（根据式（6 67 7）避开谐振的要求，当波长为）避开谐振的要求，当波长为100100220m220m，其相应的波浪周期，其相应的波浪周期约为约为8 812s12s时，则船舶的周期应调整到小于
19、时，则船舶的周期应调整到小于6 s6 s或大于或大于14s14s，就不会发生谐，就不会发生谐振了。振了。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动（2 2）改变航向和速度，调节波浪遭遇周期）改变航向和速度，调节波浪遭遇周期由式（由式（6 6一一1010）可见，改变船速或遭遇浪向角或者同时改变船速与遭遇浪向）可见，改变船速或遭遇浪向角或者同时改变船速与遭遇浪向角，就能改变波浪的遭遇周期，避免谐振运动。这种方法对于航行中的船角，就能改变波浪的遭遇周期，避免谐振运动。这种方法对于航行中的船舶是简便而有效的。舶是简便而有效的。当当 =90=90或或270270，即正横受浪时，即正横受浪时，T TR R=
20、T=TE E，此时改变船速对波浪遭遇周期无，此时改变船速对波浪遭遇周期无影响；只有改变航向才能取得减轻横摇的效果。影响；只有改变航向才能取得减轻横摇的效果。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动3 3纵摇与垂荡纵摇与垂荡 纵向受浪时，由于船舶的纵摇质量惯矩和水的阻尼力矩很大，同时纵纵向受浪时，由于船舶的纵摇质量惯矩和水的阻尼力矩很大，同时纵向稳性也较大，所以在波浪的作用下产生的纵摇摆幅比横摇的小，纵倾角向稳性也较大，所以在波浪的作用下产生的纵摇摆幅比横摇的小，纵倾角一般不超过最大波面角。一般不超过最大波面角。当波浪通过船体时，随着浮力的周期变化，使船体作上升和下降的垂当波浪通过船体时，随着浮
21、力的周期变化，使船体作上升和下降的垂荡运动，波高越大，垂荡越激烈。上下运动时水对运动的阻力很大，使运荡运动，波高越大，垂荡越激烈。上下运动时水对运动的阻力很大，使运动很快衰减。动很快衰减。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动1 1）纵摇周期与纵摇振幅）纵摇周期与纵摇振幅般舶的纵摇周期可用下列近似公式估算。般舶的纵摇周期可用下列近似公式估算。(6(612)12)式中：式中：T TP P船舶纵摇周期（船舶纵摇周期（5 5）：）：L L一船长（一船长（m m）；）；C CP P纵摇周期系数，客船为纵摇周期系数，客船为0.450.450.550.55，客货船为客货船为0.540.540.640.6
22、4，货船为，货船为0.540.540.720.72，油船（尾机）为油船（尾机）为0.800.910.800.91。规则波中的相对纵摇振幅规则波中的相对纵摇振幅（纵摇振幅与最大波面角之比）与（纵摇振幅与最大波面角之比）与T TP P/T/TE E、FrFr、/L/L三者的关系如图三者的关系如图6 63 3所示。所示。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动从图中可见：从图中可见：（1 1）船长与波长的关系对船舶相对纵摇振幅有决定性影响。）船长与波长的关系对船舶相对纵摇振幅有决定性影响。L L1.5 1.5 时，时，相对纵摇振幅小于相对纵摇振幅小于0 04 4，纵摇角较小。船长越大，越趋平稳。，纵
23、摇角较小。船长越大，越趋平稳。L L ，相对，相对纵摇振幅急剧增大，正如小船遇长波，船舶纵摇很大，不论船速如何，无纵摇振幅急剧增大，正如小船遇长波，船舶纵摇很大，不论船速如何，无法避免。法避免。（2 2）船舶的纵摇周期与波浪的遭遇周期的关系对于船舶相对纵摇振幅的影）船舶的纵摇周期与波浪的遭遇周期的关系对于船舶相对纵摇振幅的影响，事实上也一定程度程度上反映了船长与波长之间关系的影响，而且，响，事实上也一定程度程度上反映了船长与波长之间关系的影响，而且，也反映出船速或傅汝德数的影响。当也反映出船速或傅汝德数的影响。当T TP P/T/TE E=1=1时，相对纵摇振幅并不是各曲时，相对纵摇振幅并不是
24、各曲线的最大值，要想有较低的相对纵摇振幅，各曲线均要求有较高的线的最大值，要想有较低的相对纵摇振幅，各曲线均要求有较高的T TP P/T/TE E值。值。从本质上看，这也就要求具有船较长、波较短的条件。船舶顶浪航行，当从本质上看，这也就要求具有船较长、波较短的条件。船舶顶浪航行，当船速一定时，总的趋势是相对纵摇摆振随船速一定时，总的趋势是相对纵摇摆振随T TP P/T/TE E的增大而降低。的增大而降低。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动(3(3）船速对船舶相对纵摇振幅的影响。由于船速（用佛汝德数）船速对船舶相对纵摇振幅的影响。由于船速（用佛汝德数FrFr表示）当表示）当中也包含船长因素
25、在内，所以当船速相同时，较长的船具有较小的中也包含船长因素在内，所以当船速相同时，较长的船具有较小的FrFr和较和较高的高的T TP P/T/TE E，相对纵摇振幅也将相应的降低。海上航行对操船者来说，船长，相对纵摇振幅也将相应的降低。海上航行对操船者来说，船长和波浪均为客观给定的条件，可以调整的对象仅船速和航向而已。激烈的和波浪均为客观给定的条件，可以调整的对象仅船速和航向而已。激烈的纵摇容易产生拍底和甲板上浪现象，适当降低船速，可缓解上述不利因素。纵摇容易产生拍底和甲板上浪现象，适当降低船速，可缓解上述不利因素。（4 4）T TH HT TE E对垂荡运动振幅也有影响；但由于垂荡运动与纵摇
26、一样也具有对垂荡运动振幅也有影响；但由于垂荡运动与纵摇一样也具有高阻尼性，故高阻尼性，故T TH HT TE E的影响是随阻尼大小而变化的，也随船速不同而不同。的影响是随阻尼大小而变化的，也随船速不同而不同。一般说来，在船长波短船速较高的条件下，一般说来，在船长波短船速较高的条件下，T TH HT TE E处于处于0.80.8附近将出现较大附近将出现较大的相对垂荡振幅。然而毕竟垂荡运动是高阻尼的，所以即使出现垂荡谐振的相对垂荡振幅。然而毕竟垂荡运动是高阻尼的，所以即使出现垂荡谐振也不会有很高的相对垂荡振幅。也不会有很高的相对垂荡振幅。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动2 2）垂荡周期与垂
27、荡振幅）垂荡周期与垂荡振幅 船舶的垂荡周期可用下列近似公式估算：船舶的垂荡周期可用下列近似公式估算：式中：式中：T TH H船舶垂荡周期（船舶垂荡周期（s s）；）；d d船舶平均吃水（船舶平均吃水（m m）。）。船舶的垂荡周期和纵摇周期很接近，后者稍大于前者。一般船舶均具船舶的垂荡周期和纵摇周期很接近，后者稍大于前者。一般船舶均具有有T TR RTTP PTTH H的关系，后二者约为前者的一半。垂荡运动的强迫位移为：的关系，后二者约为前者的一半。垂荡运动的强迫位移为：式中：式中：有效波高系数，是由有效波高系数，是由 /L/L决定的，它和垂荡运动的强迫力系决定的，它和垂荡运动的强迫力系数相当；
28、数相当；h h 1/21/2波高；波高；倍率系数，取决于垂荡频倍率系数，取决于垂荡频率与波长之比（率与波长之比（）。）。如式（如式（6 6一一1414）所示，垂荡运动）所示，垂荡运动是由波高是由波高h h与与 （即（即T TH H/T/TE E）之比来）之比来决定的，波高越大，垂荡越激烈。决定的，波高越大，垂荡越激烈。如图如图6 64 4二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动由图由图6 64 4可得到：可得到：（1 1）垂荡运动振幅与波高成正比，波越高，垂荡振幅越大。）垂荡运动振幅与波高成正比，波越高，垂荡振幅越大。（2 2）垂荡运动振幅受有效波高系数
29、影响极大。值大体上与垂荡运动强迫力）垂荡运动振幅受有效波高系数影响极大。值大体上与垂荡运动强迫力系数相当，当时不论其余条件如何，甚至即使出现谐振，垂荡振幅仍然很系数相当，当时不论其余条件如何，甚至即使出现谐振，垂荡振幅仍然很小；当小；当 时，相对垂荡振幅将逐渐增大，也就是说在波长船短时，相对垂荡振幅将逐渐增大，也就是说在波长船短的情况下不可避免地出现随波垂荡的情况。的情况下不可避免地出现随波垂荡的情况。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动（3 3）船舶垂荡相对振幅也受船速的影响。当）船舶垂荡相对振幅也受船速的影响。当 时，船速的影响时，船速的影响较小；当较小；当 时，船速越高，垂荡越激烈。
30、因此，当波长船短时适当时，船速越高，垂荡越激烈。因此，当波长船短时适当降速将大大缓解船舶垂荡的激烈程度。降速将大大缓解船舶垂荡的激烈程度。（4 4）T TH HT TE E对垂荡运动振幅也有影响；但由于垂荡运动与纵摇一样也具有对垂荡运动振幅也有影响；但由于垂荡运动与纵摇一样也具有高阻尼性，故高阻尼性，故T TH HT TE E的影响是随阻尼大小而变化的，也随船速不同而不同。的影响是随阻尼大小而变化的，也随船速不同而不同。一般说来，在船长波短船速较高的条件下，一般说来，在船长波短船速较高的条件下，T TH HT TE E处于处于0.80.8附近将出现较大附近将出现较大的相对垂荡振幅。然而毕竟垂荡
31、运动是高阻尼的，所以即使出现垂荡谐振的相对垂荡振幅。然而毕竟垂荡运动是高阻尼的，所以即使出现垂荡谐振也不会有很高的相对垂荡振幅。也不会有很高的相对垂荡振幅。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动3 3）船舶在不规则波中的纵摇情况）船舶在不规则波中的纵摇情况 船舶在不规则波中顶浪前进，它相当于遭遇一系列波长变化的规则波船舶在不规则波中顶浪前进，它相当于遭遇一系列波长变化的规则波的作用，这时不再适用谐摇的概念，而需用临界状态的概念来说明船舶的的作用，这时不再适用谐摇的概念，而需用临界状态的概念来说明船舶的摇摆情况。摇摆情况。当船舶的纵摇周期当船舶的纵摇周期TRTR和波浪和波浪TETE相等时，将发
32、生谐摇。如已知船舶的航相等时，将发生谐摇。如已知船舶的航行速度，则根据式（行速度，则根据式（6 6一一2 2）和（）和（6 6一一1111）可推算出谐摇波长）可推算出谐摇波长 根据谐摇波长和船长的关系，可以确定船舶所处的临界状态，从而判根据谐摇波长和船长的关系，可以确定船舶所处的临界状态，从而判断船舶的摇荡情况。断船舶的摇荡情况。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动（1 1）亚临界区域）亚临界区域 船舶以某一速度航行，当谐摇波长小于船舶以某一速度航行，当谐摇波长小于3/43/4船长时，该船处于亚临界区船长时，该船处于亚临界区域，这一速度相当于低速。此时，纵摇和垂荡都比较缓和，甲板干燥。不域
33、这一速度相当于低速。此时，纵摇和垂荡都比较缓和，甲板干燥。不产生砰击。产生砰击。（2 2）超临界区域）超临界区域 当谐摇波长大于最大有义时，该船处于超临界区域，船舶的纵摇和垂当谐摇波长大于最大有义时，该船处于超临界区域，船舶的纵摇和垂荡中等。这相当于中速货船在小波中航行，或快艇顶着中等海浪航行的情荡中等。这相当于中速货船在小波中航行，或快艇顶着中等海浪航行的情况。但在大浪中一般商船难以达到这么高的速度。况。但在大浪中一般商船难以达到这么高的速度。二、船在波浪中的运动二、船在波浪中的运动（3 3）临界区域）临界区域 当谐摇波长介于船长和最大能量波长最大能量之间时，该船处于临界当谐摇波长介于船长
34、和最大能量波长最大能量之间时，该船处于临界区域。此时，船舶的纵摇和垂荡都非常严重，可能出现强烈的拍底和上浪。区域。此时，船舶的纵摇和垂荡都非常严重，可能出现强烈的拍底和上浪。所有船舶都有可能处于临界区域。为了减轻摇荡，须避开临界区域，其有所有船舶都有可能处于临界区域。为了减轻摇荡，须避开临界区域，其有效的方法是将船速降低到保持舵效的速度。效的方法是将船速降低到保持舵效的速度。根据以上临界状态的划分，我们可以根据遭遇的波浪要素来判断顶浪根据以上临界状态的划分，我们可以根据遭遇的波浪要素来判断顶浪航行时船舶的摇荡情况。航行时船舶的摇荡情况。三、大风浪中航行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危
35、害1.1.横向受浪时所产生的危害横向受浪时所产生的危害横向受浪航行中，船舶容易出现横谐摇的情况，由于船舶的剧烈的横摇，横向受浪航行中，船舶容易出现横谐摇的情况，由于船舶的剧烈的横摇，将产生下列危害：将产生下列危害：(1)(1)产生过大的横摇角；产生过大的横摇角；(2)(2)舷侧容易上浪；舷侧容易上浪；(3)(3)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；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；(4)(4)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。的危险。三、大风浪中航
36、行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危害2.2.纵向受浪时产生的危害纵向受浪时产生的危害1 1）拍底（）拍底（slammingslamming）在激烈的纵摇和垂荡中，当船首升起后下落而与波的向上运动相撞击时产在激烈的纵摇和垂荡中，当船首升起后下落而与波的向上运动相撞击时产生的现象，称为拍底。它使船首底部，甚至在整个首垂线后生的现象，称为拍底。它使船首底部，甚至在整个首垂线后1 14 4船长区域船长区域和波浪表面发生冲击，产生很大的应力，将导致首部结构的损伤。拍底时和波浪表面发生冲击，产生很大的应力，将导致首部结构的损伤。拍底时船体发生剧烈的振动。船体发生剧烈的振动。容易产生拍底的条件有：
37、容易产生拍底的条件有：(1)(1)/L1/L1遇到与船长相当的波长时会产生剧烈的拍底。海上的波长在遇到与船长相当的波长时会产生剧烈的拍底。海上的波长在8080140m140m之间，因此，如船长在这个范围内，则易发生拍底。之间，因此，如船长在这个范围内，则易发生拍底。三、大风浪中航行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危害(2)d/L(2)d/L5%5%。吃水与船长之比值小时。吃水与船长之比值小时易产生拍底。一般空船时拍底严重，易产生拍底。一般空船时拍底严重，2/32/3载以上则不易发生拍底（见图载以上则不易发生拍底（见图6 6一一5 5）。）。(3)(3)船速是产生拍底的重要因素，根据船速
38、是产生拍底的重要因素，根据LehmanLehman的研究，当的研究，当FrFr处于处于0.14 0.210.14 0.21范范围内时容易产生拍底。围内时容易产生拍底。(4)(4)方形系数及棱形系数大的船，冲击力也大。方形系数及棱形系数大的船，冲击力也大。U U型船首比型船首比V V型船首遭受拍型船首遭受拍击的次数多，强度也大。击的次数多，强度也大。依上所述，为了减少拍底，应：依上所述，为了减少拍底，应：保持船首吃水大于保持船首吃水大于1/21/2满载吃水；满载吃水；避免纵摇和垂荡的谐振；避免纵摇和垂荡的谐振；减速，保持船速在减速，保持船速在Fn=0.1Fn=0.1左右。左右。三、大风浪中航行时
39、所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危害2 2）甲板上浪（）甲板上浪（ship water on deckship water on deck）打在甲板上的海水可看作是自由液面对稳性的影响，严寒时还有结冰打在甲板上的海水可看作是自由液面对稳性的影响，严寒时还有结冰的危险。同时浪的作用还会使甲板设备、上层建筑直接遭受破坏。特别是的危险。同时浪的作用还会使甲板设备、上层建筑直接遭受破坏。特别是装有甲板货时，易造成货物移动，危及船舶的安全。装有甲板货时，易造成货物移动，危及船舶的安全。甲板上浪与船首干舷高度、船速及相对波高（甲板上浪与船首干舷高度、船速及相对波高（/L/L）有关。船首干舷越）有关。
40、船首干舷越低，船速越大，波高越高，甲板上浪也越厉害。低，船速越大，波高越高，甲板上浪也越厉害。为了减少甲板上浪，首先要降低船速；其次是选择尽可能缓解摇摆的为了减少甲板上浪，首先要降低船速；其次是选择尽可能缓解摇摆的航向。降速的幅度应根据本船吨位、载况、种类、海况及船舶的技术状况航向。降速的幅度应根据本船吨位、载况、种类、海况及船舶的技术状况加以决定。表加以决定。表6-26-2可作为自主降速的参考。可作为自主降速的参考。三、大风浪中航行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危害 顺浪航行中，当船尾陷入比船速快的波谷时，浪打上船尾甲板，称为顺浪航行中，当船尾陷入比船速快的波谷时，浪打上船尾甲板，
41、称为尾淹。此时，船与波的相对速度很小，波通过船的时间较长，打上海水的尾淹。此时，船与波的相对速度很小，波通过船的时间较长，打上海水的机会就多。当船处于追波的前倾斜面时，会出现航向不稳定状态，甚至突机会就多。当船处于追波的前倾斜面时，会出现航向不稳定状态，甚至突然产生首摇而横于波浪中，即所谓打横（然产生首摇而横于波浪中，即所谓打横（broachingbroaching）此时，一瞬间产生）此时，一瞬间产生很大的横倾，袭来的波浪打到船上便会使船陷入非常危险的境地。顺浪中很大的横倾，袭来的波浪打到船上便会使船陷入非常危险的境地。顺浪中如出现这种状况，而不果断采取变速措施，使船速与波速产生差异，就很如出
42、现这种状况，而不果断采取变速措施，使船速与波速产生差异，就很难避免危险。难避免危险。船舶种类拍击限度上浪限度油船、散货船34次5次一般货船34次5次滚装船、渡船45次三、大风浪中航行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危害4 4）螺旋浆空转（）螺旋浆空转（racingracing）剧烈的纵摇和垂荡会使螺旋桨的一部分或全部周期性地露出水面，发剧烈的纵摇和垂荡会使螺旋桨的一部分或全部周期性地露出水面，发生螺旋桨空转现生螺旋桨空转现象，俗称打空车。空转时，螺旋桨效率显著下降，船速下降，螺旋桨、轴象，俗称打空车。空转时，螺旋桨效率显著下降，船速下降，螺旋桨、轴系和船体产生很大的震动，同时使它们受到
43、很大的冲击应力，随时有可能系和船体产生很大的震动，同时使它们受到很大的冲击应力，随时有可能受损。空船状态更容易产生空转现象。受损。空船状态更容易产生空转现象。为了减轻空转现象和防止桨叶等受损，应保持桨叶没入水中为了减轻空转现象和防止桨叶等受损，应保持桨叶没入水中202030%30%轴轴的螺旋桨直径，的螺旋桨直径，当出现空转时，可及时调整航向和速度以减轻船舶摇荡。当出现空转时，可及时调整航向和速度以减轻船舶摇荡。三、大风浪中航行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危害3.3.大风浪航行的准备工作大风浪航行的准备工作 航行中的船舶应经常处于适航状态。当预测到将有大风浪来临时，必须航行中的船舶应
44、经常处于适航状态。当预测到将有大风浪来临时，必须采取相应措施。采取相应措施。检查并保证做好下列工作：检查并保证做好下列工作：1 1保证水密保证水密 1 1）检查甲板开口封闭的水密性，必要时进行加固。）检查甲板开口封闭的水密性，必要时进行加固。2 2）检查各水密门是否良好，不需用的一律关闭拴紧。）检查各水密门是否良好，不需用的一律关闭拴紧。3 3）将通风口关闭，并加盖防水布。）将通风口关闭，并加盖防水布。4 4）天窗和舷窗都要盖好，并旋紧铁盖。）天窗和舷窗都要盖好，并旋紧铁盖。5 5）锚链管盖好，防止海水灌进链舱。）锚链管盖好，防止海水灌进链舱。三、大风浪中航行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所
45、遭受的危害2 2排水畅通排水畅通 1 1）检查排水管系、抽水机、分路阀等，保证处于良好工作状态。）检查排水管系、抽水机、分路阀等，保证处于良好工作状态。2 2）清洁污水沟（井），保证黄蜂巢畅通。）清洁污水沟（井），保证黄蜂巢畅通。3 3）甲板上的排水孔应保持畅通；）甲板上的排水孔应保持畅通；3 3绑牢活动物绑牢活动物 1 1）吊货设备、主锚、备锚，舷梯、救生艇筏以及一切未固定的甲板物）吊货设备、主锚、备锚，舷梯、救生艇筏以及一切未固定的甲板物件都要绑牢。件都要绑牢。2 2）散装货及烧煤要扒平。）散装货及烧煤要扒平。3)3)各水舱及燃油舱应尽可能注满或抽空，以减少自由液面。各水舱及燃油舱应尽可能
46、注满或抽空，以减少自由液面。4)4)舱内或甲板装有重件货物时，应仔细检查加固，必要时加固绑扎。舱内或甲板装有重件货物时，应仔细检查加固，必要时加固绑扎。三、大风浪中航行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危害4 4做好应急准备做好应急准备 1 1）保证驾驶台和机舱、船首、舵机室在紧急情况下通信联系畅通。）保证驾驶台和机舱、船首、舵机室在紧急情况下通信联系畅通。2 2）检查应急电机、天线、舵设备等处于良好状态。）检查应急电机、天线、舵设备等处于良好状态。3 3）保证消防和堵漏设备随时可用。）保证消防和堵漏设备随时可用。4 4）保证人身安全，如拉扶手绳、甲板铺砂等。）保证人身安全，如拉扶手绳、
47、甲板铺砂等。5 5）加强全船巡视检查，勤测各液体舱及污水沟等。）加强全船巡视检查，勤测各液体舱及污水沟等。5 5空船压载空船压载 空船在大风浪中有很多不利之处，例如：风压增大了倾侧力矩，保向空船在大风浪中有很多不利之处，例如：风压增大了倾侧力矩，保向性下降，拍底增大，空转加剧，失速严重，易发生横摇谐振等等为确保性下降，拍底增大，空转加剧，失速严重，易发生横摇谐振等等为确保航行安全，应进行适当的压载，以提高船舶抗风浪的能力和改善船舶的性航行安全，应进行适当的压载，以提高船舶抗风浪的能力和改善船舶的性能。能。三、大风浪中航行时所遭受的危害三、大风浪中航行时所遭受的危害 空船压载量可参考下列数字：空
48、船压载量可参考下列数字：夏季：为夏季满载排水量的夏季：为夏季满载排水量的50%50%；冬季：为夏季满载排水量的冬季：为夏季满载排水量的53%53%；在吃水差方面，既要防止空转，又要减轻拍底，一般以尾倾吃水差在吃水差方面，既要防止空转，又要减轻拍底，一般以尾倾吃水差1 15 52 20m0m较为理想。较为理想。货船上压载，除利用压载舱和深水舱之外，还可以选择首尾宽度较窄货船上压载，除利用压载舱和深水舱之外，还可以选择首尾宽度较窄的舱，如有轴遂的尾舱就更好。压载时，要注意减小自由液面的影响，还的舱，如有轴遂的尾舱就更好。压载时，要注意减小自由液面的影响，还要保证排灌畅通。要保证排灌畅通。四、大风浪
49、中的操船方法四、大风浪中的操船方法 如前所述，船舶在大风浪中航行，不论与风浪处于何种相对位置，都如前所述，船舶在大风浪中航行，不论与风浪处于何种相对位置，都会给船舶带来困难。例如，横浪中，由于船舶的横摇周期和波浪的周期很会给船舶带来困难。例如，横浪中，由于船舶的横摇周期和波浪的周期很接近，容易丧失横稳性，此时，改变速度也无济于事。因此不得不采取顶接近，容易丧失横稳性，此时，改变速度也无济于事。因此不得不采取顶浪航行。顶浪时，巨浪的冲击将会造成拍底、甲板上浪和打空转而损坏船浪航行。顶浪时，巨浪的冲击将会造成拍底、甲板上浪和打空转而损坏船体、设备、舵和螺旋桨。如果为缓和浪的冲击而改作顺浪航行时，又
50、将出体、设备、舵和螺旋桨。如果为缓和浪的冲击而改作顺浪航行时，又将出现大浪淹尾，舵效极度下降而被打横，仍然十分危险。现大浪淹尾，舵效极度下降而被打横，仍然十分危险。因此，必须采取措施，减轻船舶的摇摆；缓和波浪的冲击，以等待海因此，必须采取措施，减轻船舶的摇摆；缓和波浪的冲击，以等待海面恢复平静，或采取积极手段，尽早驶离大风浪海区。面恢复平静，或采取积极手段，尽早驶离大风浪海区。广大海员从大风浪操船的实践中总结出以下三种方法可供参考。船舶广大海员从大风浪操船的实践中总结出以下三种方法可供参考。船舶可以根据本船的船型、稳性、吃水、货载和海域等条件，择一而用。可以根据本船的船型、稳性、吃水、货载和海
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