第3章外界因素对船舶操纵的影响

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、 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， 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 第二节 流对操船的影响 第三节 受限水域对操船的影响 第四节 船间效应 第五节 海浪对操船的影响

外界因素对船舶操纵的影响

第一节 风对操船的影响一 风动力与风动力转船力矩 二 水动力与水动力转船力矩

三 风致偏转和漂移的规律 四 强风中操船的保向界限简介

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一、风动力与风动力转船力矩1.风力及风力矩的计算公式 1.风力及风力矩的计算公式 作用于x,y轴的风力和对重心的风力距为： 作用于x,y轴的风力和对重心的风力距为： x,y轴的风力和对重心的风力距为

1 F= ρaV 2aCa Aa cos2 θ + Ba sin2 θ 2其中：

(

)3

ρ a -空气密度C a -风压力系数 V a -相对风速

( 1 . 226 kg / m

)

A a , B a - x , y 方向的面积投影

θ -相对风舷角

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一、风动力与风动力转船力矩作用于x,y轴的风力和对重心的风力距为： 作用于x,y轴的风力和对重心的风力距为： x,y轴的风力和对重心的风力距为

X a= F a cos α Y a= F a sin α N a= Y a x A

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一、风动力与风动力转船力矩2.风力系数的表达方式及其特点 风力系数Ca由船模风洞试验求得，当船模一定时，Ca表示为： 风力系数Ca由船模风洞试验求得，当船模一定时，Ca表示为： Ca由船模风洞试验求得 表示为

C a=

1 ρ aV a 2 Aa cos 2 θ + B a sin 2 θ 2

(

Fa

)

风速一定时，船模在风洞中在不同的风舷角下测得其受力Fa, 风速一定时，船模在风洞中在不同的风舷角下测得其受力Fa,然后 Fa 用上式计算出Ca的大小，进而得到Ca与风舷角之间的函数关系。 用上式计算出Ca的大小，进而得到Ca与风舷角之间的函数关系。其有下 Ca的大小 Ca与风舷角之间的函数关系 列几种表达方式。 列几种表达方式。

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一、风动力与风动力转船力矩(1)列表法 将Ca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 Ca与风舷角之间的对应关系列成表格的方式来表示， 与风舷角之间的对应关系列成表格的方式来表示 验结果如下： 验结果如下：θ Ca 0 0.50 20 1.10 40 1.35 60 1.30 80 1.05 90 1.00 100 1.05 120 1.30 140 1.35 160 1.20 180 0.60

(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P68。 将上表数据标绘成曲线，即得风力系数曲线图，见教材P68。 P68

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一、风动力与风动力转船力矩(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： 当精度要求不太高的情况下，可按照下列近似公式计算：

对于一般货船： Ca= .325 0.05cos2θ 0.35cos4θ 0.175cos6θ 1 对于油轮： Ca= .200 0.083cos2θ 0.25cos4θ 0.117cos6θ 1 对于客船： Ca= .142 0.142cos2θ 0.367cos4θ 0.133cos6θ 1

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一、风动力与风动力转船力矩(4)风力系数的特点 180时 Ca最小 a. 当θ=0或180时，Ca最小 b. 当θ=30-40或140-160时, Ca最大 30-40或140-160时 Ca最大 c. 船型不同，Ca曲线分布也不相同。 船型不同，Ca曲线分布也不相同。 曲线分布也不相同

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一、风动力与风动力转船力矩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： 一般用无因次量a/L表示，其大小也是风舷角的函数： a/L表示

a = f (θ L(1)曲线法 (2)近似估算法

)

见P68

a = 0 .291 0 .0023 θ L风力作用中心的特点： 风力作用中心的特点： a/L基本是风舷角的线性函数 a/L基本是风舷角的线性函数 侧面积在纵向分布决定了风力作用中心的位置。 侧面积在纵向分布决定了风力作用中心的位置。

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一、风动力与风动力转船力矩4.风力角与风舷角的关系 风力角一般用α表示，其大小也是风舷角的函数： 风力角一般用α表示，其大小也是风舷角的函数：

α = f (θ )(1)曲线法 (2)近似估算法 见P68

θ θ 3 ( ( α = 1 0 .15 1 ) 0 .80 1 ) × 90 90 90 风力角的特点： 风力角的特点： 风舷角越大，风力角也越大； a. 风舷角越大，风力角也越大； 除风舷角θ 180之外 风力角α均大于风舷角θ 之外， b. 除风舷角θ=0和180之外，风力角α均大于风舷角θ。

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一、风动力与风动力转船力矩5.风力系数及风力矩系数的其它表达方式 将风力Fa分解为Xa和Ya,力矩为Na,则得到三个系数： 将风力Fa分解为Xa和Ya,力矩为Na,则得到三个系数： Fa分解为Xa Na

C ax =

Xa

1 ρ aVa 2 Aa 2 Ya C ay = 1 2 ρ aVa Ba 2 Xa C aN = 1 ρ aVa 2 Ba L 2

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一、风动力与风动力转船力矩6.船舶受风面积的估算 一般情况下，船舶正面和侧面受风面积应从船舶资料中查找。 一般情况下，船舶正面和侧面受风面积应从船舶资料中查找。如果 船舶资料不全或无资料可查，在精度要求不高的情况下， 船舶资料不全或无资料可查，在精度要求不高的情况下，可通过近似计 算求得： 算求得： Aa=C1B2 Aa= Ba= Ba=C2L2 C2与船型有关 与船型有关， C1, C2与船型有关，见P67

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二、水动力与水动力转船力矩水动力是由于船舶对水有相对运动而产生的水对船舶的作用力， 水动力是由于船舶对水有相对运动而产生的水对船舶的作用力，其 大小与船速、漂角等因素有关。与风力的表达方

式相似， 大小与船速、漂角等因素有关。与风力的表达方式相似，水动力可由下 式表示： 式表示： 1.水动力及水动力距的计算公式 1.水动力及水动力距的计算公式

FW

1 = ρ W V 2 C W Ld 2

作用于x, y轴的水动力和对重心的水动力距为 轴的水动力和对重心的水动力距为： 作用于x, y轴的水动力和对重心的水动力距为：

X w=Fw cosγ Yw=Fw sin γ N w=Yw xw

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二、水动力与水动力转船力矩2.水动力系数的数学表达方式 2.水动力系数的数学表达方式

CW =

Fw 1 ρ W V 2 CW Ld 2

水动力系数Cw由船模循环水槽试验求得，当船型一定时，Cw表示为： 水动力系数Cw由船模循环水槽试验求得，当船型一定时，Cw表示为： Cw由船模循环水槽试验求得 表示为

相对流速一定时，船模在循环水槽中在不同的漂角下测得其受力Fw, 相对流速一定时，船模在循环水槽中在不同的漂角下测得其受力Fw, Fw 然后用上式计算出Cw的大小，进而得到Cw与漂角之间的函数关系。 然后用上式计算出Cw的大小，进而得到Cw与漂角之间的函数关系。其有 Cw的大小 Cw与漂角之间的函数关系 下列几种表达方式。 下列几种表达方式。

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