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简论船舶运动态势与操纵性的相互关系
作者:方斌  时间:2014/7/16 15:04:00  来源:论文天下论文网

  摘要:随着海运事业的蓬勃发展,各类船舶的不断增多。如何优化运输产业的布局,对船舶行业来说,船舶的数量的剧增,造成局面紧张从而带来不安全影响,因此,研究船舶运动态势与操纵性的相互关系具有非常重大意义。


  关键词:船舶工程;运动态势;操纵性


  中图分类号:U66


  一、船舶运动态势和船舶操纵性的相互关系
  船舶在弯曲河段、桥区、通航密集区、进出港口,风流、潮汐影响,靠离码头等船舶操纵中,车舵锚缆的配合使用都要受到船舶运动态势的影响。因此,掌握船舶运动态势对船舶操纵有着重要的作用,正确判断船舶的运动态势有利于船舶操纵,从而在复杂的环境中掌握操纵的主动权。正确了解船舶的运动态势才能选择有效的操纵方法,掌握了船舶的操纵性就能运用正确的操纵方法去改变船舶的运动态势。
  二、判断和掌握船舶运动态势对船舶操纵性的影响
  在实际的操纵过程中,驾引人员要充分认识到掌握船舶运动态势的复杂性和困难性。驾引人员如果对船舶运动态势判断不明,船舶周围的环境对船舶运动态势的影响估计不足,如船舶过桥对桥区流态认识不清,通过弯曲航段受风流影响对船舶的横移判断失误,船舶会船的地点不恰当,靠离码头对安全航速的使用不当,瞭望疏忽而造成事故比比皆是。其中很多是驾引人员对当时船舶运动态势不明确,有危险而不自知,临时措手不及发生事故或险情。可从以下几个方面来判断和掌握船舶运动态势对船舶操纵性的影响。
  (一)船舶浮态对船舶操纵性的影响
  (1)船舶吃水变化对操纵性的影响
  ①吃水深或重载船舶最明显的特征是螺旋桨水面效应横向力的变化不大。空载船吃水小,螺旋桨水面效应横向力急剧增加,右旋单桨单舵船需压右舵才能保持船舶稳向航行。
  ②空载船舶吃水浅,舵叶部分露出水面,由于舵压力与舵叶浸水面积成正比,因此舵效明显下降。
  ③由船舶操纵性指数K、T值(T=I/N,K=M/N)可知,重载船舶惯性矩I大,追随性指数T大,应舵慢,舵效差;船舶回转后,稳舵比较困难。重载船转船力矩比阻尼力矩增加得慢,故重载船K值小,旋回直径大,旋回性能较差。
  ④因重载船舶吃水深,排水量大,故惯性大、冲程长。
  (2)船舶横倾对操纵性的影响
  ①船舶横倾时,存在阻力一推力转矩,其入水体积形状的左右对称性被破坏,改变了左右舷各种作用力的对称性,使船舶偏转。
  ②当船舶以横倾状态高还航时,兴波增大,低舷一侧的浸水形状较高舷一侧丰满,因此,低舷一侧的船首波峰较高,高舷一侧的首波峰较低,产生的水动压力差使船首向高舷一侧偏转。
  ③船舶横倾航行,破坏了良好的水下线型,加之压舵纠正偏航现象,因而降低了航速。
  ④使船舶一线的吃水增加,影响船舶通过浅区的能力。横倾一舷吃水增加量B×tanθ/2,式中:B为船宽,θ为横倾角。
  ⑤船舶横倾航行时,由于舵叶倾斜,不垂直于水面而使舵压力降低,舵效变差。
  ⑥船舶横倾时,若向高舷一侧回转掉头,应特别防止船舶离心力的作用向横倾一侧倾斜,增大横倾角,导致船舶向高舷一侧掉头时产生倾覆的危险。
  (3)纵倾对船舶操纵性的影响
  尾纵倾舵压力转船力矩小,尾部入水侧面积增加,回转阻尼力增大,航向稳定性好,旋回性差;艏纵倾船舶舵压力转船力矩大,船尾入水侧面积较小阻尼力矩小,船舶的旋回性能变好,追随性变差。
  (二)风对船舶操纵性的影响
  风对船舶的直接影响是:相对风速作用在船体水线以上产生风动力及风动力的纵向分力,使船舶的航速和冲程增加或降低,风动力的横向分力使船舶向下风漂移;风动力与船舶重心形成风动力转船力矩,使船舶发生偏转运动;风动力与船舶横稳心高度形成横倾力矩,使船舶发生倾斜。船舶前进或艏纵倾,则重心前移,船舶后退或尾纵倾,则重心后移。正横前来风,风动力作用点在船舶重心之前;正横来风,风动力作用点在重心点附近;正横后来风,风动力作用点则在重心点之后。
  (1)船舶前进中受风
  ①风从正横前吹来,风动力转船力矩大于水动力转船力矩,船首顺风偏转,否则,船首逆风偏转。
  ②风从正横后吹来,风动力作用点位于水动力作用点之后,船舶在风动力、水动力转船力矩的作用下,船首逆风偏转。
  (2)船舶后退中受风
  ①倒车后退,风从正横前吹来,风动力作用点在水动力作用点之前,在风动力、水动力转船力矩的作用下,船尾迎风偏转。
  ②风从正横后吹来,风动力作用点和水动力作用点均在船舶重心之后,无论风舷角大小,水动力作用点总在水动力作用点之后,产生使船尾迎风偏转的转船力矩。
  船舶后退中受风影响,使船尾迎风偏转的现象称为“尾找风”。
  (三)水流对船舶操纵性的影响
  (1)均匀性水流对船舶操纵性的影响
  逆流时,流速越大,冲程越小;顺流时,流速越大,冲程越大;在相同时间同样舵角条件下,船舶回转相同的角度,逆流船舶的纵距小于顺流船,因而逆流船舵效好于顺流船。航行船舶正横前受流时,流速越快,流舷角越大,船速越慢,流压差角越大,横向漂移速度也越大;反之,流速越慢,流舷角越小,船速越快,流压差角越小,横向偏移速度也越小。顺流掉头时,船舶的纵距大于逆流时的纵距,顺流掉头要估计下流方的安全漂移距离,漂移距离可由经验公式D=(v*t)×80。式中:v为流速;t为旋回180度所需时间。
  (2)非均匀性水流中,由于流速流向的变化,可以增加或减少船舶的前进阻力,可以使螺旋桨的推力变大或变小,可压力增加或减小。如果非均匀性水流以较大的夹角冲击船舶时,可以使船舶迅速横移和因船体前后所受水动力不同而产生转船力矩使船舶偏转偏离预定航线。
  (四)浅水效应对船舶操纵性的影响

  船舶在浅水中旋回性下降,航向稳定性变好,出现跑舵现象,船舶冲程减小。
  (五)船间效应对操纵性的影响
  两船间距越小,相互作用越大,两船间距小于两船船长之和时,就会直接产生这种作用,当两船距离为两船船长之和的一半时,相互作用明显增加。两船航向相反的对驶相遇,相互作用的时间短,影响较小;处于同向追越时,相互作用时间长,两船并行时,作用时间更长,船间效应更严重;船速越大,则兴波越激烈,船间效应更为明显;船舶排水量越大,船间效应越明显,两船排水量差异越大,小船受到的影响越显著;浅窄受限的航道比深宽航道中发生的船间效应更明显。

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[本文关键字] 船舶工程 操纵性
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