《船舶操纵》PPT课件.ppt

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1、船 舶 操 纵,第一章 船舶操纵性能 第一节 船速与冲程 一、船速与阻力、推力的关系 1.船舶阻力 R =R。+R R。=Rf+Rr=Rf+Re+Rw R =RF+RA+Ax+RR 摩擦阻力决定于船体的湿表面积S，表面粗糙度和船速，在一般商船速度范围内约占全部阻力的7080;剩余阻力决定于船体形状和船速，约与船速23次方成正比。从海船角度看，对于给定的船舶，其基本阻力R。的大小与船舶吃水、航速有关。 其变化规律为：基本阻力R。随船舶吃水d的增加而增加；随船速的提高而增加，在船速较低时基本阻力R。增加得较缓慢，在船速较高时，基本阻力则增加得较快。,2.船舶推力 船舶推力是指转动的螺旋桨 推水向后

2、，水对螺旋桨的反作 用力在船首方向的分量。倒车 时，则产生指向船尾的拉力。 流向螺旋桨盘面的流称为吸入 流，离开螺旋桨盘面的流称为排出流。吸入流的特点是流速较慢、范围较大，流线几乎相互平行；排出流的特点是流速较快，范围较小。水流旋转激烈。 对于给定的螺旋桨，它所产生推力T和转矩MQ的大小与其转速n、船速Vs，以及螺旋桨轴在水下的沉深有关。船速Vs一定时，推力T与转速n2成正比，转矩MQ也与n2成正比；当转速n一定时，则相应方向的船速Vs越低，螺旋桨推力T越大，转矩MQ也越大。,3.滑失和滑失比 推进器理论上应能前进的速度nP与螺旋桨进速Vp之差称为滑失S。其表达式为： S=nP-Vp 滑失s与

3、nP之比称为滑失比Sr，其表达式为： Sr =(nP-Vp) =1-Vp/nP 如用船速Vs代替Vp，则分别称为虚滑失和虚滑失比。根据滑失定义可知，船体污损越重，海面状况越坏，同样转速下船速越低，滑失则越大；发出的推力，乃至主机所受负载也就越大。在操纵中可借助提高滑失以增加舵效。,二、主机功率 1.主机输出功率的名称及比例 主机输出功率通常有： 1)最大持续输出功率 主机能安全持续运转的最大输出功率，是主机标称输出功率，可作为船舶主机强度计算的基础。 2)常用输出功率 为取得海上船速而经常使用的主机输出功率即常用功率。 3)过载输出功率 指可供短时间使用的超过最大持续输出功率的输出功率。 4)

4、倒车输出功率 指船舶倒车时的最大输出功率。,上述输出功率的相互比例，将因主机的种类和新旧程度不同而不同，一般情况下如下表所示。 进港航行或雾航时往往需要备车，此时的输出功率也称备车输出功率，通常约为最大持续输出功率的5060。,2.功率种类和效率 1)功率种类 (1)指示功率(IHP) 指示功率是指在主机的气缸内产生的功率，主要用于蒸汽机。 (2)制动功率(BHP） 制动功率是指输出于主机之外可实际加以利用的功率，主要用于柴油机。 (3)轴功率(SHP) 轴功率是指传递到与螺旋桨尾轴相接的中间轴上的功率，主要用于汽轮机。 (4)收到功率(DHP) 收到功率是指通过船尾轴管后向螺旋桨提供的功率。

5、,(5)推力功率(THP) 推力功率是指螺旋桨发出的推进功率，它等于螺旋桨发出的推力T与螺旋桨进速Vp的积。即： THP=TVp (6)有效功率(EHP) 有效功是指克服船舶阻力R而保持一定船速Vs所需要的功率，它等于船舶阻力与船速的积，即： EHP=RVs,2)各功率之间的关系 (1)传送效率c 传送效率是螺旋桨收到功率与主机功率(MHP)之比：c=DHP/MHP （该值通常为O.95O.98） (2)推进器效率p 推进器效率是有效功率与收到功率之比： p=EHPDHP （该值约为O.60O.75） (3)推进效率 推进效率是有效功率与主机机器功率之比。该值约为O.50.7。这就是说，主机发

6、出功率变为船舶推进有效功率后已损失了将近一半。 3)主机输出功率与船速的关系 主机输出功率P约与船速Vs的立方成正比，即： P Vs3 或 Vs P,三、船速分类 1.额定船速 在额定功率转速条件下，船舶在平静的深水域中取得的船速称为额定船速。 2.海上船速 在海上常用输出功率转速条件下，船舶在平均的深水域中取得的船速称为海上船速。 3.经济船速 海上航行中，以节约燃料消耗和提高营运效益为目的，根据航线条件等特点所确定的船速。一般情况下，经济船速应较海上船速为低。 4.港内船速 港内船速是将主机输出功率降为常用功率一半左右所得到的船速。此时最高转速可定为海上常用转速的80。,四、测速 1.测速

7、条件 1)测速时的主机输出功率定为额定功率的2/4、3/4、4/4、11/10(过载)；海面状况良好可追加1/4额定 功率的条件。 2)船舶吃水以满载状态最为理想。 3)测试水域应足够广阔、平静、风流影响甚小，来往船舶较少。具备的水深以不影响船舶阻力为准，例如VLCC之类的船舶应在4d以上的深水域测速，而高速货船则需要10d以上的深水域测速(d为船舶实际吃水)。 2.测速方法 1)叠标法； 2)抛板法； 3)定位法。,3使用叠标法测速时的计算方法 1)求单次观测的速度值Vt(kn) Vt= St3600/ti 式中：St两对测间距(n mile)； ti经过两测标方位线所用的时间(s)。 2)

8、无风流影响时，测两次(一个往返)求平均值 Vs=(V1 V2)/2 3)有均匀流影响时，测三次求平均值 Vs=(V1 2V2V3)/4 4)有不均流影响时，测四次求平均值 Vs=(V1 3V23V3V4)/8 式中：V1、V2、V3、V4分别为各单次观测按次序算出的速度。,五、船舶变速和冲程 1.启动 根据理论推导，船舶由静止状态开进车达到定常速度V。时所需时间t。和航进距离S。为： t。0.004V。/R。 S。0.101V。2/R。 式中：t。时间(min)； S。距离(m)； 排水量(t)； V。最终速度(kn)； R。阻力(t)。 另外，根据经验，船舶从静止状态起动主机，逐级用车，直至

9、达到海上船速，满载船舶约需20倍的船长，轻载时约为满载时的1/22/3。,2.减速 一般来说，从速度V。减至V1时，各瞬时的速度变化与速度差(V。-V1)成指数函数关系，减速后，经过时间t，船舶冲程进距离近似为： 式中：C减速常数，单位为min。C值随船舶排水量的增大而增大。,3.停车 船舶停止后船速的降低情况是当主机刚刚停下时，由于船速较高，所受阻力较大，因此，速度下降率很高，而后当速度变低时，阻力也将大幅度降低，速度下降率逐渐变缓，甚至一时难以停住。 船舶停车后冲程的变化情况是：冲程在开始阶段增加很快，而后急剧变慢，最后将以极慢的速度向某一值趋近。该值的极限，即为最后的停车冲程。,4.倒车

10、 紧急停船时，单靠停车措施很难短时间内停住，因而需要使用倒车。前进中的船舶由进车改为倒车，通称主机换向。一般情况下，主机从前进三到后退三所需换向时间，蒸汽机约6090s，内燃机约90120s，汽轮机约120180s。 倒车冲程系称最短停船距离。据统计，一般中型至万吨级货船倒车冲程约为68倍船长，载重量5万吨的船约为810倍船长，10万吨的船约为1013倍船长，1520万吨的船约1316倍船长。,六、冲程测定 船舶冲程测定时应选无风、流影响，水深不低于3Bd(B为船宽，d为吃水)条件下进行。应分别测定船舶在空载和满载时，主机转速为前进一、二、三时使用停车和倒车后的冲程以及所用时间。 应注意的是，

11、当测定倒车冲程时，所测冲程虽确系船舶在下令倒车后航经的距离，但由于种种原因，却并非船舶沿原航向直进的距离，因而测定值较沿原航向直进距离为大。,七、影响冲程的因素 1.排水量越大，冲程越大； 2.排水量一定，船速越大，冲程越大； 3.主机倒车功率越小，换向时间越长，冲程越大； 4.浅水中冲程将减小； 5.船体污底严重，冲程减小； 6.顺风流时冲程增大，反之则减少。,第二节 船舶航向稳定性与旋回性 一、航向稳定性与舵效 船舶航向稳定性是指船舶在受外界干扰取得转头速度ro后，当干扰结束之后在船舶保持正舵的条件下，船舶所受的转头阻矩对船体转头运动有何影响，因而船舶转头运动将如何变化的性质。 1.静航向

12、稳定性 静航向稳定性是指当船舶因外力作用稍微偏离原航向而重心仍沿原航线运动时，船舶斜航漂角将如何变化的性能。 2.动航向稳定性 动航向稳定性是指当干扰过去之后，在不用舵纠正的情况下，能尽快地稳定于新航向的性质。,3.判断航向稳定性的方法 1)航向稳定性指数判断法 船舶航向稳定性指数TO且为较小正数时，其具有良好的航向稳定性。随着T值的增大。虽然仍具有航向稳定性，但是其航向稳定性将变差。当TO，则船舶不具有航向稳定性。 T值为负的航向不稳定船舶，其T值绝对值，即T越小的越不稳定。 2)船舶线型系数判断法 据统计，船速Vs和船舶长度均较接近的船舶，其航向稳定性指数T与该船的方形系数Cb和长宽比有密

13、切关系。方形系数Cb较低、长宽比较高的船，一般说来，具有较高的航向稳定性,4.舵效 1)舵效的含义 舵效是指运动中的船舶，操一定舵角后，使船在较短时间内，较小的水域上得到的转头角，即改向角的大小。 若转头角大，则认为舵效好，否则，舵效就差。 2)影响舵效的主要因素以及提高舵效的措施 (1)舵角： 因为舵角的大小直接影响转船力矩和转头角的大小，所以加大舵角是提高舵效的有效措施。 (2)舵速： 舵速是由船速、伴流和螺旋桨排出流流速三部分组成。船舶在低速航行中，当需要大角度转向时，则可加大螺旋桨转速，提高滑失比，增大排出流流速以提高舵效。,(3)船舶转动惯量、排水量： 满载大船、舵效比较差，其表现是

14、起转迟钝，停转不易。一般情况下，操纵此类船舶应早用舵，早回舵，并使用大舵角。 (4)船舶纵、横倾： 首倾时，舵效较差，适量尾倾舵效好。横倾时，转向低舷侧水阻力较大，舵效差；反之，则舵效好。 (5)舵机性能： 电动液压舵机性能较好。 (6)风、流、浅水等外界因素： 船首来风，迎风转向较顺风转向效果差，空船、低速时尤甚；顺流时舵效比顶流时差；浅水中舵效比深水中差。,二、旋回性及旋回圈 1.船舶旋回的运动过程 根据船舶在旋回运动过程中所受外力特点的变化，以及运动状态的不同，可将船舶旋回过程划分为三个阶段,2.旋回圈及其参数 旋回圈是指 船舶在作定 速直线运动 时，转一舵 角后，其重 心所描绘的 轨迹

15、。,1)偏移或反移量Lk： 是船舶重心在旋回初始阶段向操舵相反一舷横移的距离。满载时其最大值约为船长的1左右，但船尾的反移量较大，其最大值约为船长的1lOl5，并且该值约出现在转头角达一个罗经点左右时。 2)进距Ad： 是开始操舵到航向转过任何一角度时，重心所移动的纵向距离。旋回资料中提供的纵距，通常特指航向转过90时的进距。在此基础上，如再转过相当于漂角度数的位置处，将出现船舶在原航向上的最大纵移距离，称为最大进距，其值约为旋回初径的O.851.O倍。,3)横距Tr： 是开始操舵到航向转过任一角度时，重心所移动的横向距离。旋回资料中提供的横距，通常特指航向转过90时的横距，其值约为旋回初径的

16、O.55倍。 4)旋回初径DT： 是开始操舵到航向转过180时，重心所移动的横向距离。在此基础上，如再转过相当于漂角度数的位置处，将出现距原航向线最远的横距，称为最大横距，其值约为36倍船长。 5)旋回直径D： 是船舶作定常旋回时，重心轨迹圆的直径，其值约为旋回初径的0.91.2倍。 6)滞距Re： 又称心距。正常旋回时，船舶旋回直径的中心O点较操舵时船舶重心位置更偏于前方。滞距是该中心O的纵距。,7)漂角： 船舶重心处的线速度与船舶首尾面的交角，其值约为315。 8)转心p： 是旋回圈的曲率中心O至船舶首尾线所作垂线的垂足。该点处的漂角和横移速度为零。转心p约位于船首柱后1513船长处，漂角

17、越大，转心距首柱越近。船处于后退中，转心位置处于尾柱前l513船长处。 9)旋回时间T： 旋回360所需的时间。它与排水量有密切关系，排水量大，旋回时间增加。万吨级船舶快速满舵旋回一周约需6 min。 通常，将进距Ad、横距Tr、旋回初径DT、旋回直径D和滞距Re称为船舶旋回圈要素。,3.船舶旋回中的降速和横倾现象 1)旋回中降速 船舶在旋回中降速产生的主要原因是： (1)船体斜航时阻力增加； (2)舵阻力增加； (3)推进效率降低。 旋回中船舶降速幅度通常与旋回初径与船长之比DTL有关，比值越小，旋回性越好，降速越多，所降部分可达船速的1412。 2)旋回中横倾 旋回中产生的横倾是一个应予以

18、注意的不安全因素。船舶在旋回初期出现向用舵一侧内倾，倾角较小，时间也较短；不久随着转头角速度增加，将出现向用舵反侧的外倾，船舶的旋回直径越小，稳性高度GM值越低，航速越快，外倾角则越大。,4影响旋回圈的因素 1)方形系数Cb：Cb大的船较Cb小的船，旋回性好。 2)水线下侧面形状：船首部分分布面积较大者将有利于减小旋回圈，船尾部分分布面积较大者有利于增加航向稳定性，而不利于减小旋回圈。 3)舵面积：增加舵面积将会使舵的转船力矩增大，因而提高船舶的旋回性指数K；但增加舵面积的同时又增加了旋回性，提高了船舶的航向稳定性，使旋回性指数K的增加受到限制。 根据实验确定，舵面积的最佳值，对于单桨货船约为

19、满载水下侧面积的150140左右，拖船为125120，渔船为140130，大型油轮为175165。,4)吃水：一般船舶均有舵面积比随吃水变深而降低的趋势，这将导致相当于舵力的旋回阻矩增大，使转头力矩减小。另外，随着吃水加深，因为货物满载而增大了绕通过重心的垂直轴的惯性矩，所以初始旋回大大减慢。因此，满载时的进距Ad将增大，但旋回初径DT和横距Tr降低。 5)吃水差：尾倾增大会使旋回圈变大。若尾倾增加1船长，旋回初径将增加10左右。 6)舵角：旋回初径将随着舵角的减小急剧增加，并且旋回时间也增大。 7)船速：船速对船舶旋回所需时间的长短有明显的影响，但对旋回初径大小的影响却呈现较为复杂的情况。,

20、第三节 船舶操纵性指数 一、船舶操纵性指数的意义 船舶操纵性指数包括旋回性指数K和追随性指数T。 K是由操舵后转船力矩系数与船舶旋回阻矩系数之比所决定的常数，单位为秒-1 (s-1)。 T是由船舶绕过其重心竖轴的惯矩与船舶旋回阻矩系数之比所决定的常数，单位为秒(s)。,K、T指数的意义是： 1.K表示船舶旋回性的优劣 K值大，则操舵后的转向角加速度初始值、定常转向角速度值均较高，易于有较大的转向角。船舶进入定常旋回后，因为K可用定常旋回角速度与所操舵角之比来表示，所以K值实质上是定常旋回中的船舶每单位舵角所能给出的转头角速度值，又称增益常数。该增益越大，则舵效越好。,2.T表示船舶追随性的优劣

21、 T值小，则操舵后的转向角加速度初始值较高，向定常角速度趋近较快，易于有较大的转向角。船舶操舵后，因为T表示转向角加速度向零衰减、转向角速度向定常角速度趋近的周期，而且每经过T的时间均趋近e-1倍，所以T又称时间常数。该时间越短、则舵效越好。 3.T表示船舶航向稳定性的优劣 T值小，则操正舵时，具有一定转头角速度的船舶，其惯性转头角较小，能较快地稳定在新航向上；T值大，则惯性转头角较大，航向稳定得较慢。但是，只要TO则具有航向稳定性；若TO，则不具备航向稳定性。,二、按K、T指数区分船舶操纵性 不同种类、结构和大小的船舶，其操纵性会有很大的不同。按照K、T指数，比较船舶的旋回轨迹将船舶操纵性可

22、概略分为四类 类：K大T小， 旋回性和追随性都好； 类：K小T小， 旋回性差但追随性好； 类：K大T大， 旋回性好但追随性差； 类：K小T大， 旋回性和追随性都差。,第四节 操纵性试验 一、旋回试验 船舶旋回试验是迄今为止仍普遍进行的试验，其目的是求船舶的旋回要素，其中包括进距、横距、旋回初径、旋回直径、滞距、旋回时间等，以便评价船舶旋回的迅速程度和所需水域的大小。 二、Z形试验 Z形试验的目的是求船舶的操纵性指数K、T，借以全面评价船舶的旋回性，追随性和航向稳定性等重要操纵性能。 三、螺旋试验 螺旋试验分为(正)螺旋试验和(逆)螺旋试验，但试验目的都是求出旋回角速度具有多值性的临界舵角区间，

23、以便对船舶航向稳定性进行评价。,第五节 螺旋桨偏转效应 一、致偏作用成因及规律 1.推力中心偏位 螺旋桨旋转时，由于盘面前后流场的不均匀性，其推力中心总是稍微偏向回转方向一边。对于右旋单桨船，由于推力中心向右偏位，在前进中将使船首左转，但这个量是非常小的，在双车船上，由于两只螺旋桨回转方向相反，当进车时，就互相抵消。,2.沉深、伴流、排出流横向力 1)沉深横向力 螺旋桨轴中心线距水面的垂直距离称为螺旋桨的沉深，沉深h与螺旋桨直径D的比称为沉深比。 分为(1)hDO.65O.75 三种情况分析。 螺旋桨旋转时，由于叶稍露出水面或空气吸入以及水动压力的差异，从而产生沉深横向力；沉深横向力与沉深的大

24、小密切相关。当hO.650.75D时，横向力很小，当h(O.650.75)D时，横向力明显增大，且船速越低，横向力就越明显。 它的方向规律是：右旋螺桨正车推首向左，倒车推首向右；左旋螺旋桨则相反。,2)伴流横向力 船在行驶时，附近的水受船体运动的影响将产生一种追随运动的水流，这些水流称为伴流。 伴流主要由摩擦伴流和势伴流组成。 U型尾和V型尾船螺旋浆处伴流分布 伴流的分布：紧贴船身处，伴流速度等于船速，离船体越远伴流越小；螺旋浆轴左右两侧的伴流速度是对称的，而上下是不对称的，即上大下小。,伴流是因船有前进的速度才产生的，船速越大伴流也越大。 当螺旋桨旋转时，因为桨轴上下伴流速度不对称，上面大故

25、冲角亦大，所以桨叶在上半圆运动时它的推力也大于下半圆。由于反作用力的不等(上大下小) ，而方向相反，就产生了一个使船偏转的横向力。 右旋单桨船，船前进正车时，其伴流横向力将推尾向左(推首向右)，即与沉深横向力作用相反；船前进中倒车时，其伴流横向力与正车时相反。船舶后退时，螺旋桨处的伴流主要是由舵叶引起的，而桨叶距舵叶很近，所以对桨叶的影响变得极小，且上下相差甚小，不论正车或倒车，其伴流横向力对偏转影响均很小。,3)排出流横向力 右旋单桨船舶前进中操 正舵时，舵叶左上部与右 下部将分别受到排出流的 有力冲击。相比较而言， 因为右下部排出流的冲角 明显大于左上部，使右侧 的水动力高于左侧，造成 船

26、尾向左偏转(船首向右 偏转)，轻吃水状态下舵 叶上部露出水面时，偏转 趋势更加明显。,右旋单桨船舶进 速较低或后退中倒车 时，排出流将流向船 体尾部左右两侧。因 为船尾线型上肥下瘦， 相比较而言，在船尾 右舷尾外板上不仅排 出流冲角较大，而且 冲击的外板面积较宽 大，所以推尾向左偏 转(推首向右偏转)。,综上所述，右旋单桨船沉深横向力、伴流横向力、排出流横向力致偏规律为： (1)沉深横向力：正车推首向左，倒车推首向右，左旋螺旋桨则相反。 (2)伴流横向力：船前进正车时，推首向右；船前进倒车时，推首向左。船后退时，不论正车还是倒车，其横向力均很小，可忽略。 (3)排出流横向力：不论正车还是倒车均

27、推首向右。 二、船舶在各横向力影响下的几种运动状态 1.静止中进车 2.静止中倒车 3.前进中倒车 4.倒退中进车,第二章 外界因素对船舶操纵的影响 第一节 风、流对船舶操纵的影响 一、风力及风力转船力矩 1)风力系数Ca，当=0、180时为最小；当=3040或140160时达最大值，是一个近于马鞍形曲线。 2)船首至风力中心的距离与船长之比，随增大而后移，其值大体在O.2O.8之间。 3)风力角随着增大而增大，=40140之间，大体在80100之间，因而变化不明显。,二、水动力及转船力矩 1)水动力系数Cw随漂角增大而变化，当=90左右达极大值，此时水动力Fw也达最大值，大约为=20、160

28、时水动力的4倍。此外，水动力还随着水深与吃水之比的下降而上升。 2)水动力中心至船首的距离与船长之比aw/L，随漂角增大而增大，即随着的增大，水动力中心将自距首O.25L处渐次移至O.75L处，空载或压载时尾倾较大，尾机型船更甚，水动力中心位置要比满载明显后移。 3)水动力角大体在90左右。,三、船舶受风时的偏转规律 船舶在风中的偏转规律与风力中心A、船舶重心G、水动力中心W三者的位置关系密切相关。 1.船舶静止中 2.船舶前进中 3.船舶后退中,船在风中偏转，可归纳为： 1)船静止中或船速接近于零时，船身将趋向于和风向垂直。 2)船舶前进中，正横前来风、空载、慢速、尾倾、船首受风面积大的船，

29、顺风偏；满载或半载、首倾、船尾受风面积大的船或高速船，逆风偏；正横后来风，逆风偏显著。 3)船舶后退中，在一定风速下当船有一定速时，船尾迎风，正横前来风比正横后来风显著，左舷来风比右舷来风显著。退速较低时，船的偏转基本上与静止情况相同，并受倒车横向力影响，船尾不一定迎风。,四、流对操船的影响 1.流对船速和舵效的影响 就船与水的相对运动来看，即对水而言，在均匀流中同在静水中其实并无差别。只要不改变船与水的相对运动速度，则舵力与舵力转船力矩的大小不会改变。但对地而言，船舶在其他条件一样的情况下，顶流时能在较短距离上比顺流时转过更大角度，因此，顶流时舵效较顺流为好。,2.流对旋回的影响 均匀流中行

30、驶的船舶，其旋回圈将在流的方向上因漂移而发生变形。在受限水域中掉头或改向的船舶对此应有足够的估计。流越急，则此种变形越大；旋回所用时间越长。 船舶满载时的掉头时间可估算为：,第二节 受限水域的影响 一、受限水域影响的概况 1.出现受限水域影响的水深和航道宽度 1)水深 (1)从对船体前进时阻力影响来区分，低速船以H/d4，高速船以H/d10(H水深，d吃水)，即可作浅水域对待。 (2)从出现对船体横向运动影响来区分，以H/d2.5为界作浅水域对待；同时，该数值也可作为船舶前进中的操纵性有影响的水深界限。 (3)对操纵性有较明显的影响并易发现的水深则以H/d1.5来界定。,2)航道宽度 (1)出

31、现岸壁效应时，应以WL2来界定(W航道有效宽度，L船长)。 (2)对操纵性有明显影响并易发现的航道宽度则以WL1来界定。 2.浅水影响概要 从船舶运动来看，由深水域驶入浅水域将出现下列现象： 1)船舶阻力增大，船速降低； 2)船体中部低压区向船尾扩展，船体下沉，并伴有纵倾变化； 3)船尾伴流增强； 4)旋回性变差，航向稳定性变好。,3.窄水影响概要 船舶在窄水道航行时，当船舶偏离航道中央而接近一侧岸壁时，将出现偏航和偏转效应，即岸壁效应。此效应主要表现是： 1)船舶整体被吸(压)向岸壁； 2)船首将转向航道中央。,二、移动阻力的增加及船速下降 1.移动阻力的增加 1)船舶虚质量及虚惯矩 船舶在

32、水中运动，必将同时带动其周围部分的水一同运动。如果从力、转矩以及能量转换角度来看，好像是增加了船舶质量和惯矩似的。这部分增加的质量和惯矩，称为船舶的虚质量和虚惯矩。 在水深充分条件下，船舶运动的附加质量及附加惯矩的比例，可取值范围为：前后方向的附加质量为船体质量的O.07O.1倍；横移附加质量为船体的O.751.0倍；附加惯矩为船体惯矩的1.O倍。 附加质量及附加惯矩将随水深变浅、方形系数变大而增加，当H/d2时，这种增加不容忽视，当H/d1.5时，这种增加将急剧增大。,2)横向阻力增加 横向阻力及转头力矩将随着水深变浅而成倍增加，当存在侧壁时，这种增加将更加剧烈。实验表明，当船接近岸壁的距离

33、达1.7倍船宽时，便表现出岸壁的影响。 2.船速下降 驶于浅水域中的船舶与驶于深水中的相比，船体周围的水流成为二维流，船底的水流被加速因而加大了摩擦力；船体周围压力剧烈变化，船中低压区向船尾扩展，引发船体下沉，纵倾加大；浅水域中出现了浅水兴波，因而较深水域加大了兴波阻力；再加上浅水域中船舶推进器盘面附近涡流的增强使推进器效率下降，因此将出现船舶降速现象。,三、船体下沉与纵倾变化 1.深水域中的船体下沉与纵倾 深水域中船体下沉与纵倾的变化，主要决定于船型和船速。 1)与船型的关系 船舶越肥大，船体下沉和纵倾的变化越激烈。 2)与船速的关系（ Fr傅汝德数） (1)当Fr=O.06时，开始产生船体

34、下沉现象； (2)当FrO.3时，尾下沉将可能超过首下沉； (4)当FrO.6时，船体仍保持其尾倾势而逐渐上浮并超过其静浮位置，呈滑行于水面的状态。,2浅水域中的船体下沉与纵倾 浅水中的特点是：浅水域出现船体下沉的船速较低；随船速增加，下沉的增加率较快，船首上浮所需船速较低；水越浅，达到最大首纵倾和开始变为尾倾所需船速越低。 VLCC船舶在相对水深H/d处于1.11.2的极浅水域中，其船模试验的主要结论是： 1)相对水深越浅，首尾下沉量越大；当FrO.15时，首沉大于尾沉，并呈现首倾。 2)使船舶具有较大初始纵倾驶于浅水域时，船舶却未必首倾。其变化是： (1)初始纵倾为首倾时，首倾将加剧； (

35、2)原为平吃水时，将出现首倾； (3)初始纵倾为尾倾时，尾倾将减小。,四、浅水对操纵性的影响 1.舵力下降 2.旋回性下降 3.航向稳定性提高 4.浅水对冲程的影响 五、岸壁效应 岸壁效应与下列因素有关： 1)距岸越近、偏离中心航道越远，岸壁效应越明显； 2)水道宽度越窄，岸壁效应越激烈； 3)水深越浅，岸壁效应的越明显； 4)船速越高，岸壁效应越激烈； 5)船型越肥大，岸壁效应越明显。,六、船间效应 与船间效应有关的因素 1)当距离小于两船船长之和时，就会直接产生这种作用；当距离小于两船船长之和的一半时，则明显加剧；过度接近则有碰撞危险。 2)双方航向相同比航向相反作用时间长，影响也越大。

36、3)航速越高、影响越大；两船速度差越小，影响也越大。 4)大小越悬殊的两船，小船受影响越大。 5)船间作用力和力矩均与船速的平方成正比。 七、浅水域航行时的富余水深 富余水深的估算可由下式求出： CUr=海图水深 + 当时当地潮高船舶静止时的吃水,1.确定富余水深应考虑的主要因素 1)船体下沉和纵倾变化，浅水域尤其应注意首沉量。 2)船体在波浪中的摇荡，包括横摇、纵摇及重荡造成的实际吃水的可能变化。 3)海图标识的水深精度，海图标识的水深可能有如下等级的误差 水深范围 容许误差 O20 m O.3 m 20100 m 1.O m 4)其他方面 (1)气压、每升高1hPa，水面下降1。 (2)潮

37、高变化，应按实际潮位计算。 (3)水域内水密度导致的吃水变化； (4)至少需有主机冷却水进口直径1.52倍的船底富余水深。,2确定富余水深的方法 相对比例法；绝对尺度法；混合法三种。 3确定富余水深的参考实例 1)欧洲引水协会，对进出鹿特丹、安特卫普港的船舶建议采用如下的富余水深(d为吃水)： 外海水道 港外水道 港 内 20d 15d lOd 2)日本濑户内海主要港口的富余水深标准为： d9 m 5d 9 md12 m 8d d12 m lOd,第三章 系、离泊操纵 第一节 锚泊操纵 一、锚泊计算 1.锚泊力 1)操纵用锚的抓力 锚的抓力除决定于锚的重量和形状外，还受许多因素的影响，如底质、

38、水深、链长、抛锚方式及海底地形等。一般情况下，当底质为泥沙时，根据试验，锚的抓力与链长、水深的关系为： 注：水中锚重=空气中锚重0.87。,2)单锚泊时的锚泊力 P 总抓力； a锚的抓力系数，取值35； Wa 锚在空气中的重量； c链的抓力系数，取值为O.751.5； Wc每米链长在空气中的重量； Lc出链全长； y 海底至锚链筒下口(锚孔)的垂直距离； Tx锚孔处锚链张力的水平分力，近似等于外力； Wc每米链长在水中的重量，Wc=O.87 Wc,2.出链长度 保证安全锚泊的必要条件为： 该条件下所需出链长度全长为：,出链长度可根据外力进行计算，也可按照经验公式估算。 1)根据风速： 当风速为

39、20m/s时，出链长度：Lc=3H+90m 当风速为30m/s时，出链长度：Lc=4H+145m 2)根据水深： 正常天气条件下的出链长度：,3.拖锚淌航 拖锚淌航距离是指船舶在大致保向的前提下，以抛锚点开始凭借拖锚阻力刹减余速使船制动，直至停船点之间的距离。 根据经验，对于万吨船舶，2kn余速在水深约10m左右的水域中出链1节入水拖单锚，其淌航距离近于1倍船长；1.5kn余速时拖单锚，则为船长的一半。,二、锚地选择 1.适当水深 1)无浪涌侵入、遮蔽良好锚地 锚地水深应保证在低潮时具备相当于吃水20的富余水深。 2)有浪涌侵入，遮蔽不良锚地 锚地水深可按下式确定： 3)深水锚地 最大水深不应

40、超过一舷锚链总长的14。,2.良好的底质和地形 软硬适度的沙底和粘土质海底抓力均好，泥沙混合底次之，硬质泥底较差，石底不宜抛锚。 海底地形平坦较好，若坡度较陡则将影响锚抓力，容易走锚 3.足够的旋回余地 1)对浅滩，陆岸等固定障碍物的距离可定为： 一舷全部链长+2倍船长 2)对其他锚泊船或浮标等活动物标的距离可定为： 一舷全部链长+1倍船长 在港内锚地锚泊时，一般情况下，较难给出上述宽敞面积，锚泊所需水域应可按下式估算： 单锚泊时取半径为：船长+6090 m 双锚泊时取半径为：船长+45 m 4.良好的避风浪条件,三、锚泊作业方式及程序 1.单锚泊 1)抛锚操纵方法 (1)后退抛法 (2)前进

41、抛法 2)船舶余速控制 万吨级商船应控制余速在对地2kn以下的船速上, 满载时应控制在1.5kn以下，即使不得已必须拖锚制动以避免事故时也应不超过4kn船速。超大型船舶余速应控制O.5kn以下。,3)抛锚时注意事项 (1)及时备车，做到抛得出、刹得住。 (2)水深不及20m的锚地，可利用锚机刹车松链使锚自由落下，刹车手柄可控制出锚速度为34m/s。水深超过25m时应采用深水抛锚法。 (3)出链控制 每松半节或1节链左右宜刹紧刹车一次。 (4)在港内、内陆水道和岛屿附近，需严格遵守有关禁止抛锚的规定。,4)深水抛锚 深水抛锚的基本要领： 深水抛锚时，或采用锚机送链放锚使之距海底约2.5m处后，再

42、缓松刹车按普通抛锚法抛出；或一直用锚机送链放锚至海底的抛锚方法，前者用于2025m水深；后者用于2550m或50m以上水深的水域。 5)起锚作业 (1)起锚准备 (2)起锚速度 根据有关规范要求，锚机应能保证在82.527.5 m深度内有9 m/min的起锚速度，并能连续工作30min；锚机应能在过载拉力作用下连续工作2 min。过载拉力应不小于额定拉力的1.5倍。 (3)锚离底,2.八字锚泊 具有所需水域较小、锚泊力较强的特点；在风向不改变的条件下抑制偏荡最为有效 八字锚抛锚操纵要领： 1)准确选择两锚锚位 (1)两锚锚位连线应与强风方向或强风急流的合力方向尽量垂直。 (2)一般情况下，两锚

43、锚位间隔应依与拟出链长度等长或接近等长的原则来确定。 (3)两锚锚位的选择应能保证八字锚泊的船舶与其他锚泊船有合理的间距。 2)根据具体情况决定抛锚方法 3)合理决定第一锚,3.一字锚 适用于旋回余地较小的狭窄水域。 优点在于限制了锚泊船舶的旋回范围，适用于狭窄水域内的锚泊；缺点是当几次转流后，若不妥善处理，两锚链容易绞缠，清解费力，而且在横风较大时，也易走锚。 4.平行锚 抓力最大，约为单锚泊的2倍；适宜抗台。 四、锚泊偏荡及走锚现象 1.锚泊偏荡 1)偏荡运动 锚泊船因所受风作用力、水动力和锚链拉力周期性地变化而导致的首摇、纵荡和横荡相复合的周期性运动，称为偏荡运动。,2)缓解偏荡运动的方

44、法 (1)加深吃水d，当吃水达到满载吃水的75时，可大大缓解偏荡运动。 (2)加大首倾，尽可能使水上船体所受风力中心后移，水动力中心前移。 (3)加抛止荡锚。 最好是在船舶由未抛锚一舷的偏荡极限位置向偏荡平衡位置开始荡动时抛下止荡锚。 出链长度一般为水深的1.52.5倍。 (4)改抛八字锚。 (5)恰当地使用主机。 (6)灵巧地使用侧推器。,2走锚现象 1)走锚的判断 (1)锚泊船周期性的偏荡运动消失，并且船舶改为单舷受风状态，锚链处于上风舷，则可断定锚泊船已在走锚； (2)强风中发现走锚应重点留意观测船首、尾附近物标串视线的方位变化；急流中判断走锚应重点观测正横附近物标串视线的方位变化； (

45、3)锚链失去正常偏荡中常有的周期性弛张、升降现象。,2)走锚的防止 (1)加强锚设备的检查及养修工作； (2)正确选择锚地及抛锚方法； (3)坚持值锚更，则可能及早发现走锚； (4)一旦发现走锚，值班驾驶员应不失时机地立即抛出另一锚并使之带力，同时下令备车，然后报告船长； (5)在未查明是否锚已翻转之前，不应贸然松链； (6)在处理走锚问题的同时，应按国际通信规则规定，及时悬挂及鸣放“Y”信号。,第二节 靠离泊作业 一、靠离泊作业程序 1.靠码头作业程序 1)准备工作 (1)掌握信息(包括：环境信息，本船信息)； (2)制定靠泊操纵计划； (3)作好靠泊部署(如：人员到位，设备到位等)。 2)

46、操纵要领 (1)控制抵泊余速 淌航至泊位后端是控制抵泊余速的关键时刻。抵泊余速以船首抵泊位中点(N旗)不足2kn为宜。,(2)合理选择横距 横距是指靠泊船的船首在进入泊位后 端和驶抵泊位前端横开位置，距码头外 缘线的垂直距离，如图中d1，d2所示， 并分别称为初始横距和入泊横距。 d2的选定 d2为船舶停于泊位外档时船首距 码头外缘应保持的横距。一般情 况下，d2取值为20m左右。 d1的选定 吹拢风时，d1应大于3倍船宽。 吹开风时，d1应不少于2倍船宽。 (3)靠拢角度的调整,2.离码头作业程序 1)准备工作 (1)离泊前、应仔细了解环境情况； (2)制定离泊计划； (3)若需拖轮协助，应

47、交待操纵方案； (4)机舱冲车前，驾驶人员应了解船尾有无防碍物； (5)备车后再作单绑。 2)操纵要领 (1)确定离出方法； (2)掌握摆出角度； 首离或尾离时，其摆出角度的大小决定于当时外力影响的大小和摆出后的操船需要。 (3)控制前冲后缩。 3.系离单浮筒作业程序,二、系、解缆作业程序及注意事项 1.靠泊带缆顺序 1)一般情况下带缆顺序： 2)吹开风或吹拢风较强时的带缆顺序： 3)尾部出缆顺序： (1)船舶重载、顶流较强时，为防止船身后移，应先带尾倒缆；然后带尾缆、横缆； (2)如流弱，而风从尾来，且风力较强时，则应带尾缆，然后再带尾倒缆、横缆； (3)如船空载、吹开风较强时，则宜先带尾横

48、缆；以便尽快将船尾绞拢。 2.离泊用缆 1)离泊前； 2)单绑； 3)倒缆的运用； 4)溜缆。,3.绞缆移泊 4.使用缆绳时的注意事项 1)停泊中各系缆应均匀受力； 2)操纵中防止产生缆绳突然受力现象； 3)尽量减小磨损； 4)根据使用缆绳的目的正确选择使用角度，以适应当时的具体条件； 5)缆绳挽桩牢固； 6)系浮筒时各单头缆均匀受力，回头缆不宜吃力；离浮时，先解掉下流处的单头缆，后解掉迎流一端的单头缆，若风流较大，估计回头缆难以抵御风流力时，应缓解掉迎风流一端的单头缆，待带好拖船后，再解掉单头缆。,第四章 海难时的应急操船 第一节 碰撞后的应急处置与操船 一、碰撞后果的估计 二、碰撞后的具体

49、措施 1.我船船首撞入他船船体时 2.我船船体被他船撞入时 3.应变部署 4.堵漏与补强 5.调整纵横倾注意事项 1)调整压载水或油料 2)向相反一舷注水 3)向他船驳载或抛弃部分货物,三、碰撞后的航行 1.自力航行 1)减速航行，密切注意进水的变化情况并详细记录； 2)宜选近岸航线航行，并勤测船位； 3)密切注意天气变化，随时准备择地避风； 4)应与附近海岸电台及公司保持联系，及时报告船位和航行情况； 5)尽量使破损部位处于下风侧。 2.拖航 3.抢滩,第二节 搁浅后的应急处置 一、查明搁浅情况 搁浅后应立即查明： 1.船位 2.船舶的吃水 3.周围水深及底质 4.搁浅损伤情况 5.潮汐、潮

50、流 6.气象情况 7.推进器和舵的情况 二、保护船体 1.用锚固定法 2.灌水坐浅法,三、脱浅拉力估算 1.脱浅所需的拉力估算 F=fD F脱浅拉力(t)； f摩擦系数，软沙取O.30，砂砾取O.50，岩石取 O.802.OO； D损失的排水量(t)；D可用下式计算： D=100q(dd1) 式中：q 每厘米吃水吨数(t) d 搁浅前平均吃水(m)； d1搁浅后六面平均吃水(m)。 如果搁浅后部分舱室进水且一时无法排除，则损失排水量为：D=100q(dd1)p 式中，p为各舱进水量的总和(t)。,2.可供脱浅拉力估算 1)主机的推力或拉力Fp可按下式估算： Fp=O.01N(t) 式中，N为主

51、机功率(倒车输出功率按主机常用输出功率的60计算)。 2)绞锚拉力Fa可按下式估算： Fa=(35)W (t) 式中，W为锚重(t)。 3)拖船拖力Ft可按下式估算： Ft=(O.01O.015)N1 式中，N1为拖轮的功率(如使用倒车应减少20)，我国救捞局按73.55kW(100马力)=1t估算。,四、脱浅方法 1.自力脱浅法 自力脱浅需完成下列基本作业： 1)搁浅后船体破损进水、漏水处已全部堵漏完毕，并已作好排水和补强支撑等工作； 2)移动重物调整搁浅船体的纵倾和横倾，必要时需做好驳载或弃载工作； 3)沿准备出浅的方向将脱浅用锚抛至预定位置； 4)作好主机、辅机和舵机、锚机的全面检查，全

52、面作好用车、用舵和绞收出浅用锚的准备； 5)一般在高潮前一小时动车并配合操舵活动船身，开始绞收锚，并配合用车、舵脱浅应在高潮时进行。,2.外援脱浅法 船舶搁浅严重或主机、推进器和舵受损无法自力脱浅时，应毫不犹豫地请求外援，以便使船及早脱浅。 1)向救助船提供的信息和资料 (1)主要船舶资料，包括主尺度、总布置图、静水力曲线和原载重吨数，主机功率等等； (2)货种、货量及配载图，油、水的数量及部位；如载有危险品应详列其数量、舱位及注意事项，并于救助前预先提出； (3)搁浅前的航向、航速，现在的船首向和搁浅时间； (4)搁浅前后的吃水变化，以及搁浅后曾采取过的应急措施，包括船位、潮汐及测深数据。,

53、3)拖轮作业 (1)通常3000HP左右的ZP拖轮约可给出45t左右的拖力，这以拖带搁浅的大型船舶出浅是不够的，因而更多情况下是依靠拖绞配备于海上的锚具出浅，而拖轮只起配合辅助作用； (2)搁浅于泥、沙底质的大型船舶，即使进行了驳载、弃载处理往往仍不能出浅。该情况下，拖轮的作用则在于利用其强而集中的排出流清理船体周围的淤泥和淤沙，并在船舶预定出浅方向上清理出浅水道； (3)当船首部分搁浅于沙泥底时，为将搁浅船周围的泥沙从船侧底部排出，可把大功率拖船尾朝向本船配置于两舷和本船首尾线保持70左右的角度，沿船侧移动，利用拖轮排出流除去首部船底的泥沙。,4)利用锚、缆等停泊用具的出浅作业 (1)锚、缆

54、等停泊用具应有很高的强度，可经受强大的张力； (2)锚的配置应依靠有利于船舶出浅为原则； (3)应在潮流和浪涌有利的条件下出浅，以免锚、链、缆受力过大而损坏。,第三节 海上救助遇险者的操船 一、救助落水者的操船 不穿保护服的落水者在不同水温中可生存的预计时间为:,1.刚落水时的紧急处置 1)发现者应立即投入救生圈、自发烟雾信号；夜间应抛下自亮浮灯； 2)发现者立即向值班驾驶人员报告，并继续了望不使目标丢失； 3)值班驾驶人员在向船长报告的同时，确认落水者位置后应立即： (1)采取操船措施； (2)发出人员落水警报，进入人落水应变部署； (3)指派专人登高了望。,2.驶近落水者的操纵方法 1)发

55、现落水者较早并可视认时，可采取单旋回法或双半旋回法。 2)发现落水者尚及时，但采取行动较晚，落水者难于视认时，应采取Williamson旋回法。 3)海上航行发现本船有失踪人员，或已知有人落水但发现较晚，而船已驶出相当距离且根本看不到落水者时，为尽快使船延“原航线”驶回，及早找到落水者或失踪者，应采取Scharnow旋回法。,四种驶进落水者操船方法的适用情况如下表：,第四节 海上搜寻与救助 IMO搜寻救助手册(IMOSAR) ，主要用作海上搜寻救助机关的手册；商船搜寻救助手册(MERSAR)，海船船长和驾驶员必须具备MERSAR手册的知识。 一、船舶搜寻救助活动的准备 RCC救助协调中心 RS

56、C救助分中心 OSC现场指挥 CSS海面搜寻协调船（白天悬挂“FR”信号旗；夜间应定常显 示预定的识别标志） 1.海上搜救中现场指挥的协调 2.救助船接受遇险人员的准备 3.救助船接近现场的搜索行动,二、直升飞机支援救助时船舶应采取的措施 船上人指示直升飞机起吊时的手势： 不要起吊：两臂水平伸直，手指握紧，拇指朝下。 起吊：两臂抬高到水平线以上，拇指朝上。 三、搜寻计划 1.确定搜寻基点时应考虑的因素 1)通报遇险的时间和船位； 2)各救助船到达遇险船船位的时间； 3)救助船到达之前的时间内，遇险船、艇筏的漂移量； 4)救助船驶抵现场前已飞达现场的SAR飞机所作的情况估计； 5)DF观测数据及其他发现物提供的信息。,2.初始搜寻阶段的最可能存在区域 初始搜寻阶段，遇险者最可能存在的区域是以搜寻基点为中心，以lOn mile为半径画圈后，沿漂移距离方向所作该圆的外切正方形区域。 3.CSS的规定与指标 四、搜寻模式及其实施 1.扩展正方形搜寻 2.扇形搜寻 3.平行搜寻 4.海空协同搜寻 五、搜寻终止时的措施 1.生存者得救的情况 2.搜寻不成功的情况,