第6章大风浪中船舶操纵案例.ppt

武汉海事学院 武汉海事学院 武汉海事学院 第六章 大风浪中船舶操纵第1节 大风浪中的船舶操纵 一、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。 1、波浪要素 波峰(crest) ――波面的最高点； 波谷(trough) ――波面的最低点； 振幅(amplitude) （a）――波高的一半，a=H/2 ； 波高(height) （H）――相邻波峰与波谷之间的垂直距离； 波长(wave length) （λ）――相邻两波峰或相邻两波谷之间的水平距离； 波陡(wave steepness) （δ）――波高与波长之比，δ＝H/λ； 波浪周期(wave period) （T）――相邻的两波峰或两波谷相继通过一固定点所需要的时间； 频率（f）――周期的倒数，f＝1/T； 波速(wave propagation speed) （C）――波峰或波谷在单位时间内的水平位移（波形传播的速度），C＝λ/ T； 波面角（α）―― 180°×H/λ； 波峰线――通过波峰垂直于波浪传播方向的线； 波向线――波形传播的方向线，垂直于波峰线。 2、波浪要素的简单估算 1）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 2）不规则波(irregular waves) （1）平均波高 如有一段连续波高记录分别为H1、H2…Hn，则此段时间的平均波高等于： （2）有效波高 部分大波的平均波高Hp――将连续观测到的波高按大小排列起来，并就最高的P个波的波高计算平均值，称为该P部分大波的波高。 例如：共观测1000个波，最大的1个波高、最高的前10个、100个和333个波的平均值，分别以符号H1/1000、 H1/100、 H1/10、和H1/3表示。 部分大波平均波高反映出海浪的显著部分或特别显著部分的状态。习惯上将H1/3称为有效波高（有义波高）。人们在海上目测的波高很接近有义波高。 （3）有效波高与其它统计波高的关系 （4）大洋中最容易产生的波浪的波长是80～140m，波周期为7～10s。最陡的波的倾斜度为1/10。一般为1/30～1/40。 3、波浪的分类及其特点 1）风浪及涌浪 风浪（Wind Wave） 风的直接作用引起的。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。 涌浪（Swell） 风浪离开风区传至远处，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。 或者风区里风停息后所遗留下来的波浪（无风三尺浪）。 2）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。 3）波浪的折射、绕射、反射与干扰 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。 二、船在波浪中的运动 三个平动： x轴：surging （前进） y轴：swaying （横移） z轴：heaving（升沉） 三个转动： x轴：rolling （横摇） y轴：swaying （纵摇） z轴：yawing （首摇） 运动名称 x轴：纵荡和横摇 y轴：横荡和纵摇 z轴：垂荡和首摇 1、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)” 2、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。 3、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。 4、横摇运动 1）自由横摇周期、固有的横摇周期(TR) C—横摇周期系数； B—船宽； GM—初稳性高度，可以调整，但航行中不可调整。 货船满载横摇周期 9-14s 货船压载横摇周期 7-1