船舶操作第三章详解.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 船舶所受的风力可用Hughes公式予以估算： 1）风力系数Ca 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。 2）风力作用中心位置a/Lpp 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0.3~0.7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。 3）风力角? 风压力Fa与船首尾线的夹角 ?，称为风压力角 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可用下式估算： 式中， FW为水动力（N）； ?W为水密度，为104.5kg?sec2/m4； CW为水动力系数，其值随漂角?以及船体水下形状等因素的变化而变化；?为漂角，即相对水流与船舶首尾面的夹角； ?W为船舶与水的相对速度（m/s）； L为船舶水线长度（m）； d为船舶吃水（m）； 水动力角?是指水动力FW与船舶首尾面的夹角。与风力角?相类似，水动力角?取决于横向水动力和纵向水动力的比值，即： 由于船体水下正投影面积较小，纵向水动力较小，tg?趋向于无穷大，所以水动力角?在900左右。 3）水动力作用中心 水动力作用中心距离船首的距离与船长之比aW/L，随漂角?的增大而增大。即随着漂角?的增大，水动力作用中心自距离船首0.25L渐次移至0.75L处。 空载或压载时往往尾倾较大，尾部水下侧面积较首部大得多，水动力作用中心要比满载平吃水时明显后移。 2. 水动力转船力矩 水动力转船力矩可以表达成与水动力相类似的形式， 即： 式中，CNW为水动力转船力矩系数，随漂角、水深吃水比、船体水线以下形状等的变化而变化。 三、风致偏转 船舶在风中的偏转是船舶所受的风力转船力矩和水动力转船力矩共同作用的结果。船舶的偏转情况可以分为两种，即迎风偏转和背风偏转。 按船舶各种运动状态来定性分析风致偏转规律 1. 船舶静止中 图3－12 静止中船舶正横后来风时的偏转 图3－11 静止中船舶正横前来风时的偏转 2. 船舶在前进中 图3－13 前进中船舶正横前来风的偏转 图3－14 前进中船舶正横后来风的偏转 3. 船舶在后退中 图3－15 后退中船舶正横前来风的偏转 图3－16 后退中船舶正横后来风的偏转 船舶在风中的偏转规律，可以归纳为： （1）船舶在静止中或船速接近于零时，船舶将顺风偏转至接近风舷角1000左右向下风漂移。 （2）船舶在前进中，正横前来风、慢速、空船、尾倾、船首受风面积较大的船舶，船首顺风偏转；前进速度较大的船舶或满载或半载、首倾、船尾受风面积较大的船舶，船首将迎风偏转；正横后来风，船舶将呈现极强的迎风偏转性。 （3）船舶在后退中，在一定风速下并有一定的退速时，船舶迎风偏转，这就是我们通常所说的尾找风现象（stern to wind），正横前来风比正横后来风显著，左舷来风比右舷来风显著；退速极低时，船舶的偏转与静止时的情况相同，并受倒车横向力的影