第三章外界因素对操船的影响.ppt

第三章 外界因素对操船的影响 第一节 风对操船的影响 第二节 流对操船的影响 第三节 受限水域的影响 第四节 船间效应 一、风力和风力转船力矩 二、水动力与水动力转船力矩 三、风致偏转 四、风致漂移 五、强风中操船的可保向界限 1. 风力 船舶水面以上面积(简称受风面积)的风压总和称为风压力。风压力的作用改变了船舶的动力学状态，进而改变了船舶的运动状态。 船舶所受的风力可用Hughes公式予以估算： 作用于船舶的风压力大小与风速、受风面积、风舷角以及船型(风压力系数)等因素有关。风速增加，风压力也增大。在风速、风向一定的情况下，受风面积越大，风压力也就越大，例如，船舶压载状态比满载状态受风面积大；集装箱船和客船比油船和散货船受风面积大，则风压力也相应较大。 1）风力系数Ca 船型不同，同一相对风舷角下的风压系数差别较大。从船体水上面积形状来看，横向受风面积分布较为均匀的LNG、VLCC油船，它们的风压系数和较小；而受风面积较大的客船、集装箱船等的风压系数较大；同一船舶，吃水不同其风压系数也不相同，随着吃水的增大，风压系数值略有减小。VLCC船舶满载时的风压力矩系数与其他类型船舶比较，有明显的差别，在=0o~180o范围内均为负值，这说明，任何方向来风VLCC船首均向上风偏转。其他船型的风压系数随相对风舷角的变化比较有规律，且差别不是很大。 风力系数Ca随相对风舷角?的变化曲线为一马鞍形曲线。当风舷角?＝0度或180度时，风力系数Ca值为最小；当风舷角?＝30～40度或140～160度时，风力系数Ca值为最大；当风舷角?＝90度左右时，风力系数Ca值较小，但船舶所受的风力值达到最大。 除VLCC船外，对于同一类船型，风压系数取决于相对风舷角的大小。当相对风舷角≈0o或180o时，风压系数最小。顶风和顺风仅对船速有影响，而对横向运动和转动状态没有影响；当相对风舷角≈30o或160o时，风压系数为最大，这时风对船速的影响最大，并对横向运动和转动状态都有影响；当相对风舷角≈50o～60o或120o～140时，则风不但对船速有影响，且对横向运动和转动状态影响最大，当相对风舷角≈90o时，这说明横风对船速没有影响，对横向运动状态影响最大，对转动状态影响较小。 对于满载VLCC船舶，当相对风舷角≈135～140o时，其风压力矩系数最大，说明该方向来风最不易保向。 2）风力作用中心位置a/Lpp 风压力中心位置是指受风面积中心沿纵向的位置， 风力作用中心至船首的距离a与两柱间船长Lpp的比值随风舷角?的增大近似呈线性增加，其值大约在0.3～0.8之间 风压力中心的位置 由岩井聪给出一个估算式 当?由00~1800变化时，a/Lpp在都在0.3~0.8范围之间。 当?=900左右即船舶正横风时，a?0.5Lpp，即风压力中心在船中附近，当?900即从正横前来风时，a在中心之前；当?900时，a中心之后 平吃水时，受风面积中心大多位于船中之后，则其风压力中心大多比较靠后；船舶压载状态尾倾较大时，受风面积中心可能位于船中之前，则其风压力中心比较靠前。 3）风力角? 风压力Fa与船首尾线的夹角 ?，称为风压力角 风压力角取决于相对风舷角、受风面积以及船型等因素。一般船舶侧面受风面积远大于正面受风面积，且在不是顶风或顺风时，横向风压力系数通常大于纵向风压力系数，因此，风压力的方向总是较风的来向更接近于正横方向。 风压力角?随相对风舷角的变化而变化，当相对风舷角≈0o或180o时，风压力角≈0o或180o，即顶风或顺风时不产生横向风压力；当≈90o时，风压力角≈90o，即横风时不产生纵向风压力；当风舷角为40o～140o时，风压力角?≈80o～100o。 2.风力转船力矩 风力转船力矩与风力有相类似的表达形式，即： 式中，Na为风力转船力矩（N?m）； CNa为风力转船力矩系数； L为船长； 当已经求得船舶所受的风力、风力作用中心以及风力角时，风力转船力矩也可按下式计算。 Na＝Fa?sin??(lG－a) ＝Fa?sin??(L/2－a) 式中，lG为船舶重心至船首的距离。 在船舶靠泊中，当船首或船尾处于一端用系缆固定于泊位时，估算船舶所受的风力转船力矩则应根据船舶实际受约束状态进行计算。 Na＝Fa?sin??a （船首固定时） Na＝Fa?sin??(L－a) （船尾固定时） 另外： l风速变动不明显时，可取平均风速； l强风中，可取1.25倍平均风速； l风暴中，可取1.50倍平均风速。 二、水动力与水动力转船力矩1. 水动力 1）水动力的大小 当船舶与周围的水存在相对运动时，船舶所受的水动力FW可用下式