外界因素对操船的影响介绍
大型散货船舶操纵与管理注意事项
船舶驶入浅水水域后，由于船底以下的自由水体体积减小，水流受阻，并逐渐由深水中的三元流转变为二元流，当水深吃水比小于2.5时，即出现明显的浅水效应。它使船首兴波形状发生变化、船体振动加剧、船速下降且加速困难，导致船舶舵力下降舵效变差、旋回性变差、船体下沉、船舶纵倾改变。浅水效应对大型船舶的影响，主要表现在：
取ρa=1.226，ρω=1025，Ca=1.3，Cω=0.95～1.0，则Vy=
大型散装船舶的浅水修正系数Cs参考表2取值：
表2
水深吃水比H/D
1.1
1.5
2.0
Cs
0.5
0.6
0.7
以某18万吨级船舶为例：当船舶空载，H/D=2.0时，在6级风力（10m/s）下，风致漂移速度Vy=0.4m/s。作为船长，如能掌握风致漂移的大致计算，对于掌控船舶靠离泊位和锚泊操纵都是大有裨益的。
内容提要：归纳了大型散货船舶的操纵特性，分析了影响其操纵的外界因素，并对大型散货船舶的操纵进行了探讨，提出了大型散货船舶在操纵中应注意的要点。文章还就该类型船舶的结构特点进行了分析，对相关管理提出了建议。
关键词：大型散货船舶 操纵特性 外界因素影响 富余水深 锚泊操纵 船体结构
1大型散货船舶的操纵特性
（1）当水深吃水比<2.0时，船舶旋回直径将较深水中急剧增大，所以大型船舶在浅水区域操纵，要留有更多的余地。
（2）当水深吃水比<2.0时，船舶冲程将减少约10%以上，同时倒车产生的偏离原航线距离将较深水中显著增大。
（3）由于船体周围的水流由三元流转变为二元流，相对流速增大，导致兴波阻力和摩擦阻力显著增加，主机负荷迅速增大，船速明显下降。
因此，当大型散货船近距离驶过他船，尤其是追越他船时，要充分考虑船吸作用，采取留足安全余量、适当控制船速、合理压舵等措施，并注意以下几点：
浅谈船舶在浅水中操船的影响及应对措施4900字
浅谈船舶在浅水中操船的影响及应对措施4900字摘要：在浅水区域航行时，船舶受到的影响是时刻发生变化的，如果船长和值班驾驶员不能够有效的重视船舶浅水中的操纵性能的变化，不能及早的对各种突发情况做好预案，不能有效地处理各类问题，那么船舶随之都有可能搁浅或是严重横倾甚至倾覆，这会严重的威胁在航中船舶的航行安全，更对船上的人命安全形成严重的安全隐患。
毕业关键词：浅水效应安全航速操纵性能1.海事案例分析1987年3月6日，比利时港口泽布腊赫附近发生了英吉利海峡航行史上在和平时期所发生的最大惨剧之一。
重7951吨的“自由企业先驱”号在刚刚驶离港口不到几分钟的时间内突然倾斜倒下，只因为一处浅滩托住，渡轮才没有完全翻身，虽然这样，但这条载运着450多人的渡轮倾翻在海水中，仍造成了184人丧生的惨剧。
通过对事件走访调查，发现是由于船上大副因为疏忽大意没有及时将船首正前方的首门关闭，导致大量海水涌入船舱进而导致船舶沉没。
但专家们研究发现，仅仅首门这一问题并不能在短时间就涌入大量的海水，因此，更深入的调查逐步展开。
通过对与“自由企业先驱号”型号完全相同的姐妹船“骄傲号”做试验后发现，正常的出港速度不能导致大量海水的涌入，但是，船上经验丰富的船长为了赶时间，盲目地将船速推到了全速，超出了安全航速的标准。
过高的船水相对速度使浅水效应不断加剧，造成船首剧烈下沉，海水船首激起的海浪高达4米，短时间涌入大量海水成为必然。
在?P于“自由企业先驱”号倾覆的调查结束后，更多的人开始向这个典型的海事事故寻求人为的事故原因。
由于船长的经验使然，没有严格执行安全航速的规定，是事件发生的主要问题所在；值班驾驶员没有及时开启测深仪、电子海图浅水报警等助航设备和功能，以至于没能及时发现在浅水中航行这个客观环境，造成船舶驾驶员操纵上的严重疏忽；由于是定期长期航线，上至船长，下至普通操舵舵工缺乏对浅水中航行的影响习以为常，没能严格地遵守有关航行安全的制度，缺乏对浅水效应潜在危险的认识和重视也是一项严重的问题，更是危及航行安全的一项潜在危险。
船舶操纵外力对操船的影响
Fa
风动力(N )
风动力角(0 ),由实船风洞试验获得
3．风动力的估算：Fa
g 2
a
Ca
Va2
(Aa
cos2
Ba
sin2 )
4．Ca
—
关系：
0, 30 0
180 0 时, Ca ~ 400 , 1400
最小 ~ 1600
时,
Ca 最大
900时, Ca 较小, 但此时Fa最大
, N在G之前 ,W在G之后
Fa
和Fw综合作用使船首顺风偏
,
尾迎风偏.
尾纵倾
首部受风面积大 ;
重心G后移.
风动力转船力矩
M
a
水动力转船力矩
MW
最终尾迎风向下风漂移
（2）风从正横后来：
因为: 尾纵倾
首部受风面积大
N在移
风动力转船力矩 M a 水动力转船力矩 MW 最终尾迎风向下风漂移
N点移动规律示意图如右
3．水动力作用点W 的变化规律
相对水流的来向决定水动力作用点W的位置：船舶前进中,W在G之前
船舶横移时 ,W在G附近
WUT NC
船舶后退时 ,W在G之后
第二节 风的影响
四．船舶受风时的偏转
(一) 船舶静止中受风时的偏转 1．平吃水船舶，风自正横前来
风自正横前来 , N在G之前 船向下风漂移 ,W在G之后
Fa和Fw的综合作用 尾迎风偏转
2．后退中，风从正横后来
N和W均在G之后
风从正横后来
船体线形及螺旋桨反转 W后移较多,W在N之后
影响,
Fa和Fw的综合作用
斜流效应横向力
尾迎风偏转 (尾找风)
WUT NC
第三章 外界因素对操船的影响
w
（四）船舶在后退中
2.风来自正横后
正横后来风，风力作用中心A在船舶重心G后 船舶在后退中，水动力作用中心W在船舶重心G后 风力转船力矩Na和水动力转船力矩Nw方向相反，船舶的偏 转方向取决于Na和Nw的大小
第一节 风对操船的影响
一、概述
风向 风向是指风的来向； 地理坐标圆周表示：罗经点方位或度 舷角表示，俗称“风舷角”，顶风：风舷角为0º ； 横风：风舷角为90º；顺风：风舷角为180º 风速 m/s、kn(节)等
真风与视风
船舶航行时，真风与船舶运
动合成产生视风速和视风向， 也称为“相对风向”和“相 对风速”。 真风与视风之间的关系
吨位： 0.5万吨 1.0万吨 5.0万吨 10.0万吨 20.0万吨 旋回1800约需时间： 3.0min 3.5min 4.5min 5.5min 6.5min
掉头所需水域的长度D
D=旋回最大纵距±旋回掉头中的漂移距离+安全余量 顺流取“+”，顶流取“-”
转向时，顺流时应提前，顶流时应延迟
指水动力FW与首尾面的夹角 与风力角相类似 由于纵向水动力较小，tg趋向于无穷大，所以在900左右
Vw
aw G
Fw
（3）水动力作用中心位置aw/Lpp
(aw:水动力作用中心至船首的距离，Lpp:垂线间长)
随着漂角的增大，水动力作用中心aw自船首0.25L渐次移至 0.75L处
2.流对旋回的影响
流对旋回的影响 旋回轨迹因流压产生漂移 漂移距离估算
项目七外界因素的影响任务1船舶旋回圈的操船
运动特点 ： 船舶以一定的横向速度和回转 速度绕固定点作定常回转运动。 船舶的横向运动为外倾
运动变量历时曲线
v v r r
v
r
过渡阶段 转舵阶段
v r
t
定常阶段
二、旋回圈及旋回圈要素
旋回圈
(turning circle) ：
定速直航（一般为全速）时，操一定的舵 角（一般为满舵）后，其重心G的运动轨 迹叫做旋回圈。
项目七：外界因素的影响 任务1：船舶旋回圈的操船
知识目标：
1.会陈述船舶旋回运动的过程
2.会陈述旋回圈要素及影响旋回圈大小的因素
3.会陈述旋回圈要素在实际操船中的应用
能力目标：
能够在旋回情况下的操纵。
情境导入：
我船在成山头通航分道航行，天气晴朗，值班驾驶员发现我船右舷 一艘机动船穿越通航分道，与我船航向交叉，作为值班驾驶员根据避碰 规则如何船舶旋回圈的操船？如何理解船舶旋回圈的操船，保证船舶航 行安全?
漂角； 转心； 旋回中的降速； 旋回中的横倾等，
运动要素与船舶的旋回性能有着密切的关系。
1. 漂角（Drift angle）
定义：
船舶首尾线上某一点的线速度与船舶首尾面的交角叫作 漂角，用β表示之。
大小：
一般船舶重心漂角大约在6-15°之间，超大型船舶最大 可达到25°左右。漂角越大的船舶，其旋回性越好，旋 回直径也越小。
2.转心（pivoting point）
定义：
旋回运动可视为以一定的速度前进的同时 绕通过某一点的竖轴而，这一点就是转心， 通常以P代表之。
从几何学上讲，转心P的位置是旋回圈的 曲率中心O作船舶首尾面的垂线的垂足。
外界因素对操船的影响和效应
Vy
a Cay wCwy
L B d aVa0.041
L B d a Va
Va为风速（m/s）；
L为船舶水线面长度（m）；
d船舶实际平均吃水（m）；
Ba船体水线以上侧面积（m2）。
空载时：
B a/(L d)1 .8
满载时：
B a/(L d)0 .8
y2 1 0a y3 1 0a
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）；
在深水中，超大型船舶的纵向附加质量 mxm；横向附加质量mym；附加惯性矩 Jzm。
2）水动力角g：
水动力角是指水动力
合力方向与船舶首尾
Vw
线之间的交角
除了船舶进行纯纵向
运动或纯横向运动，
（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，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 影响，船尾不一定迎风。
a 0.2910.0023
Lpp
当由00~1800变化时，a/Lpp在都在范围之间。 当=900左右即船舶正横风时，pp，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。
第3章 外界因素对船舶操纵的影响
第三章 外界因素对船舶操纵的影响船舶在航行时，可能受到浅水、受限水域、风、流、过往船舶以及本船首、尾波的影响，操船者应对这些影响进行全面正确的评估，以利于船舶安全航行。
第一节 风对操船的影响一、 风动力与风动力转船力矩1． 风力及风力矩的计算公式()θθρ222sin cos 21a a a a a B A C V F +＝－相对风舷角方向的面积投影－，－相对风速－风压力系数）－空气密度（其中：θρy x B A V C m kg a a a a a ,/226.13作用于x,y 轴的风力和对重心的风力距为：A a a a a a a x Y N F Y F X ⋅⋅⋅＝＝＝ααsin cos2． 风力系数的表达方式及其特点风力系数C a 由船模风洞试验求得，当船模一定时，C a表示为：()θθρ222sin cos 2a a a a aa B A V F C +＝风速一定时，船模在风洞中在不同的风舷角下测得其受力F a ，然后用上式计算出C a 的大小，进而得到C a 与风舷角之间的函数关系。
其有下列几种表达方式。
1） 列表法将C a 与风舷角之间的对应关系列成表格的方式来表示，如某船的风洞试验结果如下：2） 曲线法将上表数据标绘成曲线，即得风力系数曲线图，见教材P 68。
3） 近似估算法当精度要求不太高的情况下，可按照下列近似公式计算：θθθθθθθθθ6cos 133.04cos 367.02cos 142.0142.16cos 117.04cos 25.02cos 083.0200.16cos 175.04cos 35.02cos 05.0325.1---------＝对于客船：＝对于油轮：＝对于一般货船：a a a C C C 4）风力系数的特点a. 当θ＝0或180时，C a 最小b. 当θ＝30－40或140－160时, C a 最大c. 船型不同，C a 曲线分布也不相同。
3． 风力作用中心一般用无因次量a/L 表示，其大小也是风舷角的函数：()θf La = 1） 曲线法见P682） 近似估算法θ0023.0291.0-=La风力作用中心的特点a. a/L 基本是风舷角的线性函数b. 侧面积在纵向分布决定了风力作用中心的位置。
第三章外界因素对操船的影响
2. 流对旋回的影响
1. 停船时的漂移速度 停船时，受风漂移，其漂移速度由风压力Ya和 水动力Yw达到相等来决定：
Ya 1 2 a BaCay (Va Vy )
有估算式：
2
Yw 1 2 w LdC V
2 wy y
a Cay Ba Ba Vy Va 0.041 Va w Cwy Ld Ld Va为风速（m/s）； L为船舶水线面长度（m）； d船舶实际平均吃水（m）； Ba船体水线以上侧面积（m2）。
Na＝Fasin(lG－a) ＝Fasin(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＝Fasina （船首固定时） Na＝Fasin(L－a) （船尾固定时）
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，a0.5Lpp，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。
图3－21 斜顶流靠泊时的速度合成
二、流对舵效和旋回的影响
1. 流对舵力、舵效的影响 舵力及其转船力矩与舵对水的相对速度的平方 成正比，不论顶流还是顺流，只要对相对速度 相等、舵角和桨转速等条件相同，舵力及力矩 就相同，但顶流舵效好，其原因是，顶流时可 在较短的距离上使船首转过较大的角度，且易 把定，操纵为灵活。 注意：重载船在强流中，由于流压力矩的作用， 船舶迎流转向时，舵效反而变差.
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二、水动力与水动力转船力矩
1）水动力的大小 1. 水动力
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）；
Yw
9.8 2
wCwyVw2
Ld
W为水密度，为104.5kgsec2/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
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
第一节 风对操船的影响
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。
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 间随船风长舷L角pp的的比增值大 近似呈线性增加， 其值大约在0.3～
1
0.15
90
0.80 1
90
3
90o
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。
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
0.8之间
风压力中心的位置 由岩井聪给出一个估算式
a 0.291 0.0023
Lpp
当由00~1800变化时，a/Lpp在都在0.3~0.8范围之间。 当中附=近90，0左当右即<9船00舶即正从横正风横时前，来风a0时.5，Lpap在，中即心风之压前力；中当心在>船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
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）；
在深水中，超大型船舶的纵向附加质量 mx≈0.07m；横向附加质量my≈0.75m；附 加惯性矩Jz≈1.0m。
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：
Na
9.81 2
a
CNa
(
Aa
cos2
Ba
s in 2
)
2 a
L
式中，Na为风力转船力矩（Nm）；
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＝Fasin(lG－a) ＝Fasin(L/2－a)
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
tg Ya
1 2
acay
Ba
sin
2 a
cay Ba tg
Xa
1 2
acax
Aa
c
os
2 a
cax Aa
式中，Cay为横向风力系数；Cax为纵向风力系数。 岩井聪也给出一个估算式：
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。
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＝Fasina （船首固定时） Na＝Fasin(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。
船舶所受的风力可用Hughes公式予以
估算：
Fa
9.81 2
a
Ca
( Aa
cos2
Ba
s in 2
)
2 a
式中：
a 为空气密度，为0.125kgsec2/m4； 为相对风舷角；
Ca为风力系数，其值随风舷角以及 船体水线以上受风面 积的形状的变化而变化；
a 为相对风速（m/s）； Aa为水线以上船体正投影面积（m2）； Ba为水线以上船体侧投影面积（m2）； Fa为水线以上船体所受的风力（N）；