发布时间 : 星期二 文章超大型船舶的操纵技术和事故预防 - 图文更新完毕开始阅读
3．1 大风浪中的船舶安全操纵
O 引言
大风浪给船舶操纵带来一定的困难。为了保证船舶在大风浪中的航行安全，首先必须了解风浪和
船舶在风浪中的运动，然后针对风浪对船舶作用的规律采取正确的操船措施，方能达到安全的目的。
大风浪中操船涉及的因素很多，情况比较复杂，目前尚不能从理论上得到很好的解决，因此积累经验还
是十分必要的。 1 海浪的概述 1．1 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，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如图1：
坦谷波的波速和波浪周期与波存在以下关系：
波浪的大小与风
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。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。海上波浪实际上是不规则的，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1／10波的波高是平均波高的2倍，称之为最大波高；有1／3的波高是平均波高的1．6倍，称之为三一
平均波高或有义波高。船员在海上目测的波高很接近有义波高。
有义波高(hω／3)可以用来确定最大有义波的波长和最大能量波的波长： 入最大有义：60^(1J／3 (3) 入最大能量=40^cU／3 (4)
根据这两个波长可以估计出船舶在该不规则波中航行时摇摆情况。 1．2 波形的变化
(1)浅水区的波形变化。波浪从深海向浅海岸接近时，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降低。在浅水域中波速随
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，由于波谷与海底的磨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，它的速度变得很小，而波高可能增加一倍，这种浪称为三角
浪，对小型船舶危害很大。由于风浪的变化，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3个或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，掌握住海浪的这个规律，就能选择在较小的波浪时进行较为有利的操纵。
2 船舶在波浪中的运动 2．1 风浪中的船舶摇摆
船舶在波浪中的摇摆运动，是波浪的强迫摇摆和船舶本身固有的摇摆相结合的复合运动。这种摇
摆运动由于受到水阻力的阻尼作用，因而是逐渐衰减的。摇摆的强度取决于波面角的陡度、波浪周期、
船舶本身摇摆周期与船舶尺度和波浪的比例关系。对船舶安全有威胁的摇摆是横摇、纵摇和垂荡。 2．2 横摇
(1)横摇摆幅。船舶在规则波中的强制横摇摆幅可以近似用下式表示：
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横摇周期与波浪周期的比值。当Tφ/λ<1，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。当Tφ/λ>1，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，船舶易与波浪撞击，甲板上浪较多。当
Tφ/λ
≈1，即两者的
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，这种现象称为谐摇运动。 谐摇时的横倾角可用下式估算：
海上的波浪多是不规则的。由于船舶在不规则波中的横摇摆幅，在谐振区内比规则波小，谐振区外比 规则波大，所以船舶在不规则波中的摆幅不会比在规则波中大。因此用规则波来估算摆幅是安全的。
(2)减轻横摇的措施。当船舶在波浪中发生横摇谐振运动时，如不采取减摇措施，将危及船舶的安
全。从操船角度出发，减摇措施有： ①调整船舶的横摇周期：船舶确定航线后，可根据本航次各海区季节可能遭遇的波浪周期，于配
载时选择较为合适的船舶摇摆周期，避开谐振区：
Tφ/λ＝0.7－1.3 (7) 各类船舶的横摇周期如右表所列：
超大型油船的摇摆周期，空载时都在6s以下，满载时在14s以上。 船舶摇摆周期可用下式估算：
为避开谐振区，当波长为100～220m，其相应的波浪周期约为8～12S时，船舶的摇摆周期应调整到小于6s或大于14s，就不会发生谐振了。
对于航行中的船舶，波浪相对于船舶的周期称为波浪遭遇周期τ。
由式(10)可见，改变船速V或航向角ψ，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有效的。当ψ=90。或270。，即正 横受浪时，Tφ＝τe。，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。
例：如图2示某万吨货船，船宽B=20m，船速Vm=17kn，某航次开
往北欧，估计可能遭遇波浪的波长入=180m，波向与航向交角为60。，求该船配载时，GM值控制在什么范围内才能避开横摇谐振的危险。
2．3 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。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荡运动。波高越大，垂荡激烈。上下运动时水对运动的阻力很大，使运动
很快衰减。
(1) 纵摇周期与纵摇摆幅。船舶的纵摇周期可用下列近似公式估算：