船舶耐波性课件
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船舶耐波性基本知识
成的波浪。
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§2-2 规则波的特性
• 波面可以用简单函数表达的波浪称为规则波。
规则波不仅能近似表示涌，面且也是研究不 规则波的基础。
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水质点的轨圆运动
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波内压力场的流体动压力的分布
• 在深水中，由波浪引起的压力变化与轨圆半
径的变化具有相同的规律即随着水深的增加， 压力变化以指数规律衰减，这种现象通常称 为史密斯效应。
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§2-4 风级和浪级
• 1、为了实用上的方便，通常根据风对海面
物体的影响程度定出风的等级，习惯上采 用按风速的大小从0到12分成13级的蒲福 (Beaufort)风级，其要点见表2-9。
• 2、国际气象会议规定，以海面以上高度
10m处的风速作为确定蒲福风级的标准。
• 3、风级和风速按以下近似关系确定：
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• 4、风浪等级
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5、海况等级
• 风作用于海面不仅产生不同尺度的风浪，
同时也使海面的外貌发生变化，例如出现 浪花、飞沫等现象。
• 海面的外部特征取决于风速和风时，也和
风区特点有很大关系，受到海岸、岛屿、 水探等因素的影响。在风宣接或间接作用 下的海面所呈现的外貌称为海况。一般习 惯把海况从0到9共分成10级，其要点见表 2-12。
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§2-2 规则波的特性
• 波面可以用简单函数表达的波浪称为规则波。
规则波不仅能近似表示涌，面且也是研究不 规则波的基础。
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水质点的轨圆运动
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波内压力场的流体动压力的分布
• 在深水中，由波浪引起的压力变化与轨圆半
径的变化具有相同的规律即随着水深的增加， 压力变化以指数规律衰减，这种现象通常称 为史密斯效应。
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§2-4 风级和浪级
• 1、为了实用上的方便，通常根据风对海面
物体的影响程度定出风的等级，习惯上采 用按风速的大小从0到12分成13级的蒲福 (Beaufort)风级，其要点见表2-9。
• 2、国际气象会议规定，以海面以上高度
10m处的风速作为确定蒲福风级的标准。
• 3、风级和风速按以下近似关系确定：
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• 4、风浪等级
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5、海况等级
• 风作用于海面不仅产生不同尺度的风浪，
同时也使海面的外貌发生变化，例如出现 浪花、飞沫等现象。
• 海面的外部特征取决于风速和风时，也和
风区特点有很大关系，受到海岸、岛屿、 水探等因素的影响。在风宣接或间接作用 下的海面所呈现的外貌称为海况。一般习 惯把海况从0到9共分成10级，其要点见表 2-12。
船舶耐波性基本知识概要
• 3）改变初稳性高最有效的方法是改
变重心位置。
• 4）重心提高，初稳性高下降，横摇
固有周期显著增加。
• 5）对于因重心过低而使横摇固有周
期过小的船，在设计中可以来取一 些措施加以改善。
• 5、船型系数
• 1）方形系数增加，通常横摇阻尼随
之增加，而对纵摇和垂荡不利，失 速和砰击增加。在设计中，主要由 快速性和排水量的要求选取。
六、耐波性与船舶摇荡
• 船舶耐波性和船舶摇荡显然不是一回事。
• 但是船舶摇荡是耐波性的主要内容，耐波性
所涉和的其他内容主要是由船舶摇荡引起的， 因此估计船舶摇荡是评定耐波性最基本的条 件。
• 根据船舶摇荡可以定量地计算出保抨击、上
浪、飞车等性能。一般来说，船舶摇荡较缓 和，则耐波性也较优良。
七、摇荡运动的影响
• ⑥流体粘性力，除了横摇运动，一般不
予考虑。
• 2、基本假定
• ①假定船舶是一个刚体，忽略它的弹性
变形
• ②不考虑水的粘性和可压缩性。
• ③假定作用在船体上的是微幅规则波。
可以应用线性理论(微幅波理论) ；
• ④假定船舶摇荡的幅值是微小的，除了
大角度的横摇之外，船舶在波浪中的受 力和运动都可以作为线性问题处理，因 而可以应用叠加原理。
极不规则的海浪，也叫不规则波，是船 舶航行中最经常遇到的一种海浪。
船舶操纵性与耐波性简介第四章自由自航船舶操纵性试验
图4-2 (a)
光学跟踪的绕标方法
《船舶操纵性与耐波性》课件
• 设首、尾两测向仪离重心点G 的距离分别为LA、LB，则二测 角仪间距离L0为:
L0 LALB
• 在图上任取一点O，作直线Ox0 ，并取其为船舶初始航线。按 一定的比例尺，以O为圆心，L0 为半径作圆。各时刻tj 船舶重 心点位置作图如下:
– 光学跟踪的绕标方法
试验前：在水中设置一锚定的浮标, 在船首、尾各设置一光学测向仪。
试验中：以测向仪跟踪浮标，分别 测量浮标与船舶纵中剖面间的夹角 αi 和βi ,并以罗经测出船舶首向角 ψi 随时间 ti 的变化。
试验后：由测得的与各时刻ti相应的 αi ，βi，ψi 数据，用作图方法求得 回转轨迹。
倾角 等。上述参数可从试验结果直接测得。
• 对回转试验结果也能进行K -T分析。由于非 线性的影响，求得的K-T是平均意义上的值
回转试验结果K-T分析
《船舶操纵性与耐波性》课件
• 回转试验结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱK-T分析
– 根据一阶方程的解式(3-26)，当t很大时，转首角
随时间的变化呈直线关系，其斜率为 K 0，o 故
4-2 螺线试验与逆螺线试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
• 螺线试验由迪厄顿尼1949年提出。该试验能评定船舶航向稳 定性的好坏。螺线试验的步骤如下:
船舶耐波性与操纵性
轻 浪 中 浪 大 浪 巨 浪 狂 浪 怒 涛 汹 涛 罕见
过剧摇摆引起的后果
（1）由于过剧的摇摆和产生额外惯性力的结 果，是固定不良的或散装的货物移动，可能迫 使船舶过分倾斜而倾覆； （2）由于纵摇和升沉运动产生的附加应力导 致船体折断或局部损坏； （3）由于船舷或船舶首、尾淹没在波面下而 使加班进水；
耐波性
耐波性就是指船舶在波浪上克服摇摆等运动的 性能。 摇摆及升沉运动越缓和，摇摆越小，船舶的耐 波性越佳。 横摇周期 横摇与初稳性的关系
改善耐波性的若干措施
舭龙骨 舭龙骨长度占船长的 25%-75% 舭龙骨能够在上下产生 漩涡，从而增大摇荡运 动时候的阻尼，减少摇 荡运动
船舷 减摇水舱
海水
舭龙骨
舭部 船底
改善耐波性的若干措施
减摇鳍
改善耐波性的若干措施
减摇鳍
改善耐波性的若干措施
减摇水舱
通气阀门 减摇水舱
海水
减摇水舱示意图
改善耐波性的若干措施
陀螺减摇装置
陀螺减摇装置亦有被动式和主动式之分。
第八节 操纵性
所谓船舶操纵性是指船在航行过程中能保持或 改变航速、航向和位置的性能。
山东海事职业学院王扩军山东海事职业学院王扩军第七节无风002软风031501轻风163302微风345403和风557910劲风8010720强风10813830疾风13917140大风17220755烈风2082447010狂风2452849011暴风285326110罕见12飓风327369140风级风级过剧摇摆引起的后果1由于过剧的摇摆和产生额外惯性力的结果是固定不良的或散装的货物移动可能迫使船舶过分倾斜而倾覆
船舶耐波性总结2讲解
船舶耐波性总结
第一章耐波性概述
一、海浪的描述、、。
船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动
船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。而这些运动中又有直线运动和往复运动
垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应
船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：
1）、对适居性的影响；
2）、对航行使用性的影响；
3）、对安全性的影响；
船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析
2-1 海浪概述
风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性
波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）
A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。 在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：
第六章 船舶耐波性
三、船舶耐波性的试验研究
耐波性水池 船舶耐波性形状 往往近乎方形。 往往近乎方形。 配备有造波装置， 配备有造波装置， 可以模拟自然界 出现的各种海浪、 出现的各种海浪、
三、船舶耐波性的试验研究
造波机造波
三、船舶耐波性的试验研究
一条游艇的耐波性试验
三、船舶耐波性的试验研究
测量各种船舶摇荡运动： 测量各种船舶摇荡运动： 1横摇、纵摇、首摇、垂荡 横摇、纵摇、首摇、 测量甲板上浪 甲板上浪次数（概率） 甲板上浪次数（概率） 测量砰击 砰击压力、 砰击压力、压力分布 波浪载荷（又称波浪外载荷） 波浪载荷（又称波浪外载荷） 由于波浪产生的船舶弯矩等的测量 试验速度满足Froude数相等： 试验速度满足Froude数相等： Froude数相等
一、wk.baidu.com舶耐波性的基本概念
晕船 Sea sick
不同浪向船舶出航率——由晕船率来决定 由晕船率来决定 不同浪向船舶出航率
二、风浪等级及耐波性基本概念
船舶耐波性 船舶耐波性是指： 船舶耐波性是指： 在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、砰击、 在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、砰击、 甲板上浪、失速、螺旋桨出水及波浪弯矩等， 甲板上浪、失速、螺旋桨出水及波浪弯矩等，仍 能维持一定航速在波浪中安全航行的能力。 能维持一定航速在波浪中安全航行的能力。
轻 浪 中 浪 大 浪 巨 浪 狂 浪 怒 涛 汹 涛 罕见
船舶操纵和耐波性课件
影响船舶操纵性能的因素
船舶操纵所需的信息
1.船舶实际运动信息：
包括船舶位置、航向、航速、转速及其他变化趋势，还应包括各种操纵机器的使用状态以及船舶的其他情况·
2.操船环境信息：
1.自然环境信息；包括风、流、浪涌的方向和强弱程度，特别是他们对船舶运动
造成之影响·
2.航道环境信息；包括航道水深及可航宽度，暗礁险滩等碍航物及助航设施·
3.交通信息；包括航行水域内的其他船只种类，大小、数量、动态及所载货物等·3.船舶操纵性能信息：
包括船舶操纵性能的所有数据·
4.船员信息
5.法规信息
一、影响航向稳定性之因素主要有哪些？
1.水深，浅水区，航向稳定性佳，富裕水深UKC（under keel clearance,船底间隙）小，
航向稳定性好．
2.船长LOA，LOA大，航向稳定性好．
舵效恶化程度与LOA平方成正比，LOA愈大，舵效愈差，但保向性好．
3.纵倾Trim，Trim大，航向稳定性好．
Trim对航向稳定性影响很大，其改变船舶水下侧面积之分布，Trim by Stern航向稳定性佳．满载Even Keel或Trim by Head 航向稳定性差．
4.方形系数Cb，Cb大，航向稳定性变小，瘦长型船舶航向稳定性好．
5.枢心点PP(Pivot Point)，PP前移，航向稳定性变小．
6.船速SP，SP大，保向性佳，SP变大，T值变小．
7.舵角，舵角大，T小，航性稳定性好，增大舵面积，航向稳定性变大．
8.水流，顺流，保向性变差．
9.船艏尖削Cut Up者，船艉有钝材Dead Wood、Skeg者，航向稳定性好．
船舶耐波性基本知识
• 船舶摇荡运动主要研究由波浪干扰引起的船
舶往复运动，其中横摇、纵摇和垂荡对船舶 航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要 内容。
三、船舶摇荡
• 船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡
运动，它们的共同特点是在平衡位置附近作 周期性的振荡运动。
• 产生何种摇荡运动形式取决于船首向与风浪
传播方向之间的夹角，称为道遇浪向。
六、耐波性与船舶摇荡
• 船舶耐波性和船舶摇荡显然不是一回事。 • 但是船舶摇荡是耐波性的主要内容，耐波性
所涉及的其他内容主要是由船舶摇荡引起的， 因此估计船舶摇荡是评定耐波性最基本的条 件。
• 根据船舶摇荡可以定量地计算出保抨击、上
浪、飞车等性能。一般来说，船舶摇荡较缓 和，则耐波性也较优良。
七、摇荡运动的影响
• 船舶耐波性由许多基本的耐波性因素所决定，
通常包括六自由度的运动以及诸如甲板上浪、 螺旋桨出水、船首砰击等耐波性事件和晕船率 等。由于影响船舶耐波性的因素较多，各种耐 波性因素的作用程度是不一样的，而且根据某 些基本的耐波性因素本身是很难判定一个船舶 或一个新的船舶设计是否具有良好的耐波性。 对船舶耐波性的影响，不是单因素的影响，而 是所有因素共同作用的结果。
第一章 耐波性概述
• 一、耐波性定义 • 是指船舶在风浪中遭受外力干扰产生各种摇
摆运动以及砰击、上浪、失速等情况下，仍 能维持一定航速在水面安全航行的性能。
14船舶耐波性试验
Vs Vm
0
由上式可得到：
λ0
如何保证船模与实船重力相似与惯性力相似？
为保证船模和实船之间的重力相似和惯性力相似 条件，除几何相似外，还应使运动速度相似、自 摇周期相似；在船模排水量、重心的纵向位置和 垂向位置、船模的质量惯性矩等满足表14-1中的 对应关系。因此，在进行模型试验前必须首先对 船模的重量、重心位置和质量惯性矩进行校验， 使之与给定的实船数据相对应。
(4) 瞬态波试验:
• 在水池中产生一系列波，其频率随着时间从所要求的最高 频率到最低频率线性地减小。传播快速的波(低频)赶上慢 速的波(高频) ，那么在某一瞬时于水池中的某一点产生 一包含全部频率在内的很大的波，测量船模在这一瞬时最 大波上的瞬时反应。通过对波及运动的谱分析，求得频率 响应函数。
x
长
14.2 静水中自由和强迫横摇试验
一、静水中自由横摇衰减试验 用于确定船舶的横摇固有周期、无因次衰减系数和附加质 量惯性矩。
实船自由横摇的具体作法是:实船按预先的排水量浮于静水面 上，试验指挥者指挥一批人由一舷跑到另一舷，往返几次(跑 动的周期大致等于船的横摇固有周期) ，使船摇荡起来，船摇 到一定程度(5°左右)后，指挥跑动人员停止于船的中线面，让 船自由横摇，通过陀螺仪输出横摇角信号，利用示波器记录横 摇衰减曲线，如图14-6所示。
斯图罗哈数Sn相等，
14 船舶耐波性试验概要
试验时按预先确定的几个航速逐一进行。在每个航速下，改变
波浪的长度，以作出固定航速下总阻力随波长的变化曲线，如
图14-13所示。为了求得船模在波浪中运动的阻力增量，必须提 供船模在静水中的阻力资料。图14-13中λ=0 时的阻力值就是 静水阻力。
在图14-13 上截取8～10 个波长，获得给定波长时随速度变化的阻 力值，把它们和静水阻力曲线绘在一起，见图14-14。从图14-14可
可确定横摇阻尼和附加质量惯性矩随摇荡频率的关系曲线。 静水中自由衰减试验确定的阻尼和附加质量惯性矩仅对应共 振时的频率，故为了准确预报不规则波中实船横摇，必须采 用阻尼和附加质量惯性矩随频率变化的关系，所以静水中强 迫横摇试验非常重要。 此外，静水中强迫横摇可揭示大角度横摇的非线性阻尼特性， 对于研究波浪中船舶倾复非常有用。 试验所使用的强迫摇荡机构只允许船模作单自由度的大角度 横摇运动，若在简谐激振力矩M(t)= M0sin(t)作用下，则船 模运动方程为:
(14-33)
所以实船横摇能谱为 (14-34)
根据实船的波浪频率ω，利用关系
可算出ωm，
再利用船模试验结果，即利用图14-9，根据ωm可查取
值。利用式(14-33)便可求出实船的频率响应函数
。
4
5
6
67
根据静水中自由横摇试验和规则被中零速横摇试验可以求出 有效波倾系数Kθ。共振时，由式(12-37)得:
船舶耐波性-横摇减摇装置
➢ 减摇陀螺发展趋势
近几年在减摇陀螺上进行了大量的研发投入，使得减摇陀螺技术取得了可喜的进 步， 单台设备能够提供的稳定力矩越来越大。 Seakeeper 近研制成功并投入市场的 M26000 型减 摇陀螺（图 20），提供的稳定力矩比老款足足提高了 25%，虽然消耗功 率只有 3kW，单台设备已足可满足 排水量达 110t 的船的减摇需求，而通过多台减摇 陀螺 联合作用，其装船对象的吨位足以令人吃惊。该公司 的减摇陀螺减摇效果高达 80%，几乎可以与减摇鳍媲美，但其消耗功率却比减摇鳍小，安装远比减摇鳍 方便， 且其减摇能力跟航速无关，在豪华游艇、巡逻 艇等小型船市场上发展前景广阔。世界 上致力于减摇 陀螺设计的公司有增多的趋势。图 21 为澳大利亚 Sea Gyro公司的减摇 陀螺。
尺度：舭龙骨在一舷的面积一般取L*d的2-4%，长度一般在船长的1/4-3/4之间。实 践表明，舭龙骨的附加阻尼随着其宽度的增加而增加，但是对于长度有一个有效范 围。舭龙骨宽度一般取0.2-1.2m。
结构：对于舭龙骨的最大宽度小于600mm的中小型船舶，可采用单板舭龙骨式样， 大船可采用双层板空心舭龙骨。无论单板舭龙骨或双层板空行舭龙骨，其腹板于船 体舭板的连接必须采用扁钢过渡。
被动式减摇水舱是使设计的水舱内振荡的固有频率等于船横摇的固有频率，这样在 共振的情况下，水舱是随船一起运动，而水舱里的水的运动滞后横摇角90度。同时， 当船横摇的固有频率等于波浪的扰动力距频率时，也发生共振，这时船的横摇角滞 后波浪力距90度。这样水舱力的水的运动就滞后波浪扰动力矩180度。也就是说水 舱里的水的重量引起的稳定力矩方向恰好和波浪扰动力矩方向相反，从而使共振区 横摇减小。这就是所谓的“双共振减摇原理”。最常用的是U型水舱和槽型水舱。
船舶耐波性-ch3_船舶在静水中的自由横摇
其中： 其中：
J ϕϕ 按船舶重量重心计算书提供的船体和各设备的重量重心及其
对于纵轴的转动惯量的计算而获得； 对于纵轴的转动惯量的计算而获得； 则根据具体船体型线，采用理论数值方法（如面元法） ∆ J ϕϕ 则根据具体船体型线，采用理论数值方法（如面元法）或经 验估算获得。 验估算获得。
LECTURE NOTES ： Free Oscillation of a ship in the Still Water
概述
Brief Introduction
目的、 目的、意义 尽管自由摇荡一般不存在， 尽管自由摇荡一般不存在，但： 自由摇荡是波浪上摇荡的特例， 自由摇荡是波浪上摇荡的特例，即扰动力为零 自由摇荡反映了船舶本身的动力学特性 惯性力、阻尼力、恢复力） （惯性力、阻尼力、恢复力） 自由摇荡周期决定着船舶在波浪上的摇荡大小 本章内容 自由横摇（重点：横摇——运动典型、摇幅显著） 自由横摇（重点：横摇——运动典型、摇幅显著） ——运动典型 横摇得基本特性、横摇固有周期、线性横摇阻尼 横摇得基本特性、横摇固有周期、 自由纵摇和升沉
由
& 2 N ϕϕ ϕ = 0
微幅横摇： 微幅横摇：
& & ( J ϕϕ + ∆ J ϕϕ )ϕ& + 2 N ϕϕ ϕ + C ϕϕ ϕ = 0
C ϕϕ = Dh
相关主题
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• 船舶耐波性由许多基本的耐波性因素所决定，
通常包括六自由度的运动以及诸如甲板上浪、 螺旋桨出水、船首砰击等耐波性事件和晕船率 等。由于影响船舶耐波性的因素较多，各种耐 波性因素的作用程度是不一样的，而且根据某 些基本的耐波性因素本身是很难判定一个船舶 或一个新的船舶设计是否具有良好的耐波性。 对船舶耐波性的影响，不是单因素的影响，而 是所有因素共同作用的结果。
六、耐波性与船舶摇荡
• 船舶耐波性和船舶摇荡显然不是一回事。 • 但是船舶摇荡是耐波性的主要内容，耐波性
所涉及的其他内容主要是由船舶摇荡引起的， 因此估计船舶摇荡是评定耐波性最基本的条 件。
• 根据船舶摇荡可以定量地计算出保抨击、上
浪、飞车等性能。一般来说，船舶摇荡较缓 和，则耐波性也较优良。
七、摇荡运动的影响
第一章 耐波性概述
• 一、耐波性定义 • 是指船舶在风浪中遭受外力干扰产生各种摇
摆运动以及砰击、上浪、失速等情况下，仍 能维持一定航速在水面安全航行的性能。
• 船舶在波浪中的运动是不可避免的，问题在
于如何防止船舶在波浪中发生过大的运动， 保证船舷安全和维持其使用功能不受损害， 这是船舶设计中要考虑的重要课题。
• 3、对安全性的影响
• 当激烈的运动损坏了船舶的主要部件，如主
机、螺旋桨、舵及导航设备等以后，船可能 失去控制而造成严重后果。
• 大角度横摇可能使舱室进水、货物移动，由
于这些原因造成的海难事件是经常发生的。
• 横摇降低了船舶的抗风能力，在风和浪的作
用下，船舶出现了很大的横摇角
八、耐波性的影响因素
• 即使仅从耐波性角度考虑，对吃水的要求
也是矛盾的，因此需要全面均衡、决定吃 水的大小。
• 4、初稳性高
• 1）初稳性高是船舶安全的重要衡准，同时也
是横摇的重要参数，它影咱横摇固有周期， 减小初稳性高时，横摇固有周期增加，横摇 缓和，幅值减小。
• 2）须注意，在任何情况下都必须保证初稳性
高具有适当的数值。如果初稳性高过小，不 仅降低了船的抗风能力，而且在顺浪中，当 波峰位于船中时，有可能丧失稳性而倾覆。
§2-3 不规则波的理论基础
• 一、不规则波基本概念 • 1、确定性的数量关系 • 2、统计关系 • 在所有可能出现的波高中，不同大小的波高
占总数的比例是一个比较稳定的值。 • 我们只要掌握经过大量试验所表现出的统计 规律，就从总体上掌握了不规则波的特性。 对于不规则波所引起的船舶运动及其他特性 也是如此。
度的横摇之外，船舶在波浪中的受力和运动 都可以作为线性问题处理，因而可以应用叠 加原理。
• 3、运动方程式
§3-2 船舶主尺度对耐波性的影响
• 1、船长
• 船长主要影响纵摇和垂荡。 • 增加船长对纵摇和垂荡都是有利的。船长较
小的船难免发生较大的纵摇和垂荡。 • 设计中船长的选择涉及许多因素，例如，船 长增加使船的回转性变坏、钢材重量增加、 造价提高等。通常在船长选取时以静水阻力 的峰谷关系和总布置为主，适当考虑耐波性 和其他性能的要求。
射波的变动水压力形成的流体动力，波 浪遇到船体产生绕射流体动力；
• ⑥流体粘性力，除了横摇运动，一般不
予考虑。
• 2、基本假定
• ①假定船舶是一个刚体，忽略它的弹性变形 • ②不考虑水的粘性和可压缩性。 • ③假定作用在船体上的是微幅规则波。可以
应用线性理论(微幅波理论) ；
• ④假定船舶摇荡的幅值是微小的，除了大角
• 3、吃水
• 随着吃水的增加，波浪对横摇的扰动力矩略
为下降，横摇趋于缓和。
• 对于中小型船，由于船长受到限制，不可避
免地要发生较大的纵摇和垂荡。如果平均吃 水减小，纵摇和垂荡的固有周期下降，即使 谐摇，也是在较小的波浪中发生，纵摇和垂 荡也不会太大。
• 从船舶砰击的角度来看，要求吃水大些，
因为船舶砰击常发生在空载和压载航行状 态，尤其对具有尾倾而吃水较小的船更是 如此。吃水深，能够减少砰击的频率和砰 击的强度。
• 所谓首向是船舶首尾线指向船首的方向，即
在Gxyz坐标系中X轴的方向。当首向与风浪传 播方向相一致时，遭遇浪向为零度，如图1-3 所示。
四、耐波性主要内容
• 1、船舶摇荡 • 其中运动显著而影响严重的是横摇、纵摇和
垂荡。 • 2、砰击 • 由于严重的纵摆和垂荡，船体与风浪之间产 生猛烈的局部冲击现象称为砰击。 • 砰击多发生在船首部。砰击发生时首柱底端 或船底露出水面，然后在极短的时间内以较 大的速度落入水中而发生猛烈的撞击。
从风那里获得的能量越多，风浪要素越大。
• 在一定风速作用下，风在相当大的风区海面
上吹了足够长的时间以后，风浪要素达到稳 定状态时的风浪，称为充分发展风浪。
• 3、海浪的分类
• (1)风浪 • 它是在风直接作用下产生的，表面看来极不规则的
海浪，也叫不规则波，是船舶航行中最经常遇到的 一种海浪。 (2)涌浪 它是由其他风区传来的波，或由于当地的风力急剧 下降，风向改变或风平息之后形成的海浪。涌的形 态和排列比较规则，波及的区域也比较大。 (3)近岸浪 当水深小于波长的1/2时，在海岸与浅滩附近所形 成的波浪。
• 2、船宽
• 从性能上讲，船宽主要影响稳性和横摇，对
纵摇和垂荡的影响不大。一般来说，船宽减 小，使初稳性下降而对横摇有利，船体的砰 击也有改善。 • 船宽对横摇固有周期的影响不及重心高度敏 感，而且在一定排水量之下，船宽减小必将 使方形系数增加，船舶前进阻力可能增加。 • 因此，在设计中，很少用改变船宽的方法来 改进船舶的横摇性能。
第二章 海浪与统计分析 §2-1 海浪概述
• 海Βιβλιοθήκη Baidu主要指表层海水受外力影响而发生的起
伏现象。引起海浪的原因是很多的： • 例如，由风引起的风浪，由日月引力引起的 潮波，由地震引起的海啸以及船行波等。 • 在海上分布最广、出现频率最多、对航行影 响最大的是由风兴起的风浪。
• 1、风浪的产生
• 笼罩在海洋上的空气流动的结果，使海面所
• 主动减速是指船舶在风浪中航行，为了减小
风浪对船舷的不利影响，主动调低主机功率， 使航速比静水中速度下降的数值。
• 5．螺旋桨飞车 • 船舶在风浪中航行时，部分螺旋桨叶露出水
面，转速剧增，并伴有强烈振动的现象称为 螺旋桨飞车。
• 环境条件
与耐波性 之间的关 系
五、研究耐波性的必要性
• 自1953年丹尼斯等引入线性迭加原理和科文克劳科夫斯基提出切片理论以来，现代耐波 性理论迅速发展。船舶性能的优劣，主要看 它在实际海洋环境中的性能。过去，船舶的 设计师们对船舶性能的研究多侧重在船舶在 静水中的性能，特别是静水中航行的快速性。 但是，大量事实表明，一艘在静水中航行性 能优良的船舶，在波浪上的航行性能并不一 定是优良的，船舶耐波性的优劣直接关系到 船舶的适居性、航行使用性和安全性。
• •
• •
§2-2 规则波的特性
• 波面可以用简单函数表达的波浪称为规则波。
规则波不仅能近似表示涌，面且也是研究不 规则波的基础。
水质点的轨圆运动
波内压力场的流体动压力的分布
• 在深水中，由波浪引起的压力变化与轨圆半
径的变化具有相同的规律即随着水深的增加， 压力变化以指数规律衰减，这种现象通常称 为史密斯效应。
• 2、对航行使用性的影响
• 船员利用船上的全部设备，在预定的海洋条
件下完成其规定使命的能力称为航行使用性。 剧烈的摇荡对航行使用性产生极为不利的影 响。 • 由于纵摆和垂荡，使船舶造成失速，主机功 率得不到充分利用。 • 严重的抨击使船首部结构损坏，船体颤振。 • 上浪使甲板机械损坏，给船员造成恶劣的工 作条件。
二、坐标系
• 1、固定坐标系O0x0y0z0 • 2、运动坐标系GXYZ • 3、半固定坐标系Oxyz
• 船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz，
坐标系内船舶重心G沿三个坐标轴的直线 运动及船体绕三个坐标轴的转动。
• 在这些运动中又
有单向运动和往 复运动之分，因 此共有12种运动 形式，如图1-2 所示。在造船界 中习惯采用的名 称见表1-1。
• 3、上浪 • 船舷在风浪中剧烈摇荡时风浪涌上甲板的现
象称为上浪。上浪时船首常常埋入风浪中， 海水淹没首部甲板边缘，甲板上水。上浪主 要是由严重的纵摇和垂荡引起的。 • 4、失速
• 它包括风浪失速和主动减速。 • 风浪失速是指推进动力装置功率调定后，由
于剧烈的摇荡，船舶在风浪中较静水中航行 时航速的降低值。
§2-4 风级和浪级
• 1、为了实用上的方便，通常根据风对海面
物体的影响程度定出风的等级，习惯上采 用按风速的大小从0到12分成13级的蒲福 (Beaufort)风级，其要点见表2-9。
• 2、国际气象会议规定，以海面以上高度
10m处的风速作为确定蒲福风级的标准。 • 3、风级和风速按以下近似关系确定：
• 2、不规则波的叠加原理 • 叠加思想是处理不规则波的基本思想。
• 1）长峰波（二因次不规则波） • 2）短峰波（三因次不规则波）
• 二、随机过程 • 1、正态分布 • 风浪波面升高的瞬时值满足正态分布的概率
密度表达式，其形式为
• 根据正态分布的特点可知：若认为波浪是正
态的，则由波浪所引起的船体运动、船体应 力、航行中螺旋桨推力与转矩的变化等，所 有这些过程的瞬时值都是正态分布的。
• 4、风浪等级
5、海况等级
• 风作用于海面不仅产生不同尺度的风浪，
同时也使海面的外貌发生变化，例如出现 浪花、飞沫等现象。 • 海面的外部特征取决于风速和风时，也和 风区特点有很大关系，受到海岸、岛屿、 水探等因素的影响。在风宣接或间接作用 下的海面所呈现的外貌称为海况。一般习 惯把海况从0到9共分成10级，其要点见表 2-12。
受的压力发生变化。同时由于水面与空气的 相对运动，在他们之间有摩擦力存在，使水 表面承受切应力。 • 正是由于大气压力的变化与切应力的存在， 使平静的水面发生局部变形。重力使变形的 水面有向原来平衡位置运动的趋势，惯性力 又有使变形继续下去的趋势，从而水面不断 地起伏、形成风浪。
• 2、风浪要素
• 1）风速 • 2）风时 • 3）风区长度 • 风速越大，风时越久，风区长度越长，海水
• 因此，研究船舶在波浪上的航行性能愈来愈
引起人们的重视，船舶耐波性的好坏已成为 衡量现代化船舶航行性能的重要衡准之一。
• 船舶耐波性本质上是指船舶在给定的环境条
件下规定时间内完成任务的能力，它是船舶 应具有的一种能力，这种能力通过设计而赋 予，通过使用者的正确使用而发挥作用。因 此，必须充分意识到船舶的耐波性能首先是 设计出来的，一艘具有良好耐波性的船舶是 设计者的职责及水平的体现。
• 2、瑞利分布 • 瞬时值服从正态分布的平稳随机过程，其幅
值(或包络)服从瑞利分布。
等都服从瑞利分布。
• 因此，风浪的波幅值、摇荡幅值和应力幅恒
• 3、泊松分布
• 船舶砰击和甲板上浪服从泊松分布，它们是
计数的随机过程，表示事件发生的次数。在 海上船体发生砰击是随机的，有时一艘船会 以不同程度连续砰击，然后再在一个相当长 的时间内无砰击发生，以后又突然发生一严 重砰击。
• 3）改变初稳性高最有效的方法是改
第三章 船舶运动方程式与耐波性设计
§3-1 船舶在波浪中的一般运动方程式
• 1、船舶在波浪中的受力 • ①重力，在船舶运动过程中，其大小、方向
和作用点是不变的；
• ②船体本身的惯性力； • ③浮力，在船舶运动过程中是变化的；
• ④由船舶摇荡运动(船动水不动)而产生
的辐射流体动力；
• ⑤波浪扰动力，包括不受船体扰动的入
• 1、对适居性的影响 • 船舶为了完成一定的任务，必须给乘员提供
一个合适的环境，使他们能有效地进行工作。 乘员的工作能力受两种运动特性的影响，即 加速度和横摆幅值。 • 加速度引起人们晕船。一般来说，发生晕船 的频率随加速度增加而平行增加。最大的加 速度发生在船尾或船首，主要是纵摇和垂荡 产生的。 • 横据角影响人的运动能力。
• 船舶摇荡运动主要研究由波浪干扰引起的船
舶往复运动，其中横摇、纵摇和垂荡对船舶 航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要 内容。
三、船舶摇荡
• 船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡
运动，它们的共同特点是在平衡位置附近作 周期性的振荡运动。
• 产生何种摇荡运动形式取决于船首向与风浪
传播方向之间的夹角，称为道遇浪向。
通常包括六自由度的运动以及诸如甲板上浪、 螺旋桨出水、船首砰击等耐波性事件和晕船率 等。由于影响船舶耐波性的因素较多，各种耐 波性因素的作用程度是不一样的，而且根据某 些基本的耐波性因素本身是很难判定一个船舶 或一个新的船舶设计是否具有良好的耐波性。 对船舶耐波性的影响，不是单因素的影响，而 是所有因素共同作用的结果。
六、耐波性与船舶摇荡
• 船舶耐波性和船舶摇荡显然不是一回事。 • 但是船舶摇荡是耐波性的主要内容，耐波性
所涉及的其他内容主要是由船舶摇荡引起的， 因此估计船舶摇荡是评定耐波性最基本的条 件。
• 根据船舶摇荡可以定量地计算出保抨击、上
浪、飞车等性能。一般来说，船舶摇荡较缓 和，则耐波性也较优良。
七、摇荡运动的影响
第一章 耐波性概述
• 一、耐波性定义 • 是指船舶在风浪中遭受外力干扰产生各种摇
摆运动以及砰击、上浪、失速等情况下，仍 能维持一定航速在水面安全航行的性能。
• 船舶在波浪中的运动是不可避免的，问题在
于如何防止船舶在波浪中发生过大的运动， 保证船舷安全和维持其使用功能不受损害， 这是船舶设计中要考虑的重要课题。
• 3、对安全性的影响
• 当激烈的运动损坏了船舶的主要部件，如主
机、螺旋桨、舵及导航设备等以后，船可能 失去控制而造成严重后果。
• 大角度横摇可能使舱室进水、货物移动，由
于这些原因造成的海难事件是经常发生的。
• 横摇降低了船舶的抗风能力，在风和浪的作
用下，船舶出现了很大的横摇角
八、耐波性的影响因素
• 即使仅从耐波性角度考虑，对吃水的要求
也是矛盾的，因此需要全面均衡、决定吃 水的大小。
• 4、初稳性高
• 1）初稳性高是船舶安全的重要衡准，同时也
是横摇的重要参数，它影咱横摇固有周期， 减小初稳性高时，横摇固有周期增加，横摇 缓和，幅值减小。
• 2）须注意，在任何情况下都必须保证初稳性
高具有适当的数值。如果初稳性高过小，不 仅降低了船的抗风能力，而且在顺浪中，当 波峰位于船中时，有可能丧失稳性而倾覆。
§2-3 不规则波的理论基础
• 一、不规则波基本概念 • 1、确定性的数量关系 • 2、统计关系 • 在所有可能出现的波高中，不同大小的波高
占总数的比例是一个比较稳定的值。 • 我们只要掌握经过大量试验所表现出的统计 规律，就从总体上掌握了不规则波的特性。 对于不规则波所引起的船舶运动及其他特性 也是如此。
度的横摇之外，船舶在波浪中的受力和运动 都可以作为线性问题处理，因而可以应用叠 加原理。
• 3、运动方程式
§3-2 船舶主尺度对耐波性的影响
• 1、船长
• 船长主要影响纵摇和垂荡。 • 增加船长对纵摇和垂荡都是有利的。船长较
小的船难免发生较大的纵摇和垂荡。 • 设计中船长的选择涉及许多因素，例如，船 长增加使船的回转性变坏、钢材重量增加、 造价提高等。通常在船长选取时以静水阻力 的峰谷关系和总布置为主，适当考虑耐波性 和其他性能的要求。
射波的变动水压力形成的流体动力，波 浪遇到船体产生绕射流体动力；
• ⑥流体粘性力，除了横摇运动，一般不
予考虑。
• 2、基本假定
• ①假定船舶是一个刚体，忽略它的弹性变形 • ②不考虑水的粘性和可压缩性。 • ③假定作用在船体上的是微幅规则波。可以
应用线性理论(微幅波理论) ；
• ④假定船舶摇荡的幅值是微小的，除了大角
• 3、吃水
• 随着吃水的增加，波浪对横摇的扰动力矩略
为下降，横摇趋于缓和。
• 对于中小型船，由于船长受到限制，不可避
免地要发生较大的纵摇和垂荡。如果平均吃 水减小，纵摇和垂荡的固有周期下降，即使 谐摇，也是在较小的波浪中发生，纵摇和垂 荡也不会太大。
• 从船舶砰击的角度来看，要求吃水大些，
因为船舶砰击常发生在空载和压载航行状 态，尤其对具有尾倾而吃水较小的船更是 如此。吃水深，能够减少砰击的频率和砰 击的强度。
• 所谓首向是船舶首尾线指向船首的方向，即
在Gxyz坐标系中X轴的方向。当首向与风浪传 播方向相一致时，遭遇浪向为零度，如图1-3 所示。
四、耐波性主要内容
• 1、船舶摇荡 • 其中运动显著而影响严重的是横摇、纵摇和
垂荡。 • 2、砰击 • 由于严重的纵摆和垂荡，船体与风浪之间产 生猛烈的局部冲击现象称为砰击。 • 砰击多发生在船首部。砰击发生时首柱底端 或船底露出水面，然后在极短的时间内以较 大的速度落入水中而发生猛烈的撞击。
从风那里获得的能量越多，风浪要素越大。
• 在一定风速作用下，风在相当大的风区海面
上吹了足够长的时间以后，风浪要素达到稳 定状态时的风浪，称为充分发展风浪。
• 3、海浪的分类
• (1)风浪 • 它是在风直接作用下产生的，表面看来极不规则的
海浪，也叫不规则波，是船舶航行中最经常遇到的 一种海浪。 (2)涌浪 它是由其他风区传来的波，或由于当地的风力急剧 下降，风向改变或风平息之后形成的海浪。涌的形 态和排列比较规则，波及的区域也比较大。 (3)近岸浪 当水深小于波长的1/2时，在海岸与浅滩附近所形 成的波浪。
• 2、船宽
• 从性能上讲，船宽主要影响稳性和横摇，对
纵摇和垂荡的影响不大。一般来说，船宽减 小，使初稳性下降而对横摇有利，船体的砰 击也有改善。 • 船宽对横摇固有周期的影响不及重心高度敏 感，而且在一定排水量之下，船宽减小必将 使方形系数增加，船舶前进阻力可能增加。 • 因此，在设计中，很少用改变船宽的方法来 改进船舶的横摇性能。
第二章 海浪与统计分析 §2-1 海浪概述
• 海Βιβλιοθήκη Baidu主要指表层海水受外力影响而发生的起
伏现象。引起海浪的原因是很多的： • 例如，由风引起的风浪，由日月引力引起的 潮波，由地震引起的海啸以及船行波等。 • 在海上分布最广、出现频率最多、对航行影 响最大的是由风兴起的风浪。
• 1、风浪的产生
• 笼罩在海洋上的空气流动的结果，使海面所
• 主动减速是指船舶在风浪中航行，为了减小
风浪对船舷的不利影响，主动调低主机功率， 使航速比静水中速度下降的数值。
• 5．螺旋桨飞车 • 船舶在风浪中航行时，部分螺旋桨叶露出水
面，转速剧增，并伴有强烈振动的现象称为 螺旋桨飞车。
• 环境条件
与耐波性 之间的关 系
五、研究耐波性的必要性
• 自1953年丹尼斯等引入线性迭加原理和科文克劳科夫斯基提出切片理论以来，现代耐波 性理论迅速发展。船舶性能的优劣，主要看 它在实际海洋环境中的性能。过去，船舶的 设计师们对船舶性能的研究多侧重在船舶在 静水中的性能，特别是静水中航行的快速性。 但是，大量事实表明，一艘在静水中航行性 能优良的船舶，在波浪上的航行性能并不一 定是优良的，船舶耐波性的优劣直接关系到 船舶的适居性、航行使用性和安全性。
• •
• •
§2-2 规则波的特性
• 波面可以用简单函数表达的波浪称为规则波。
规则波不仅能近似表示涌，面且也是研究不 规则波的基础。
水质点的轨圆运动
波内压力场的流体动压力的分布
• 在深水中，由波浪引起的压力变化与轨圆半
径的变化具有相同的规律即随着水深的增加， 压力变化以指数规律衰减，这种现象通常称 为史密斯效应。
• 2、对航行使用性的影响
• 船员利用船上的全部设备，在预定的海洋条
件下完成其规定使命的能力称为航行使用性。 剧烈的摇荡对航行使用性产生极为不利的影 响。 • 由于纵摆和垂荡，使船舶造成失速，主机功 率得不到充分利用。 • 严重的抨击使船首部结构损坏，船体颤振。 • 上浪使甲板机械损坏，给船员造成恶劣的工 作条件。
二、坐标系
• 1、固定坐标系O0x0y0z0 • 2、运动坐标系GXYZ • 3、半固定坐标系Oxyz
• 船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz，
坐标系内船舶重心G沿三个坐标轴的直线 运动及船体绕三个坐标轴的转动。
• 在这些运动中又
有单向运动和往 复运动之分，因 此共有12种运动 形式，如图1-2 所示。在造船界 中习惯采用的名 称见表1-1。
• 3、上浪 • 船舷在风浪中剧烈摇荡时风浪涌上甲板的现
象称为上浪。上浪时船首常常埋入风浪中， 海水淹没首部甲板边缘，甲板上水。上浪主 要是由严重的纵摇和垂荡引起的。 • 4、失速
• 它包括风浪失速和主动减速。 • 风浪失速是指推进动力装置功率调定后，由
于剧烈的摇荡，船舶在风浪中较静水中航行 时航速的降低值。
§2-4 风级和浪级
• 1、为了实用上的方便，通常根据风对海面
物体的影响程度定出风的等级，习惯上采 用按风速的大小从0到12分成13级的蒲福 (Beaufort)风级，其要点见表2-9。
• 2、国际气象会议规定，以海面以上高度
10m处的风速作为确定蒲福风级的标准。 • 3、风级和风速按以下近似关系确定：
• 2、不规则波的叠加原理 • 叠加思想是处理不规则波的基本思想。
• 1）长峰波（二因次不规则波） • 2）短峰波（三因次不规则波）
• 二、随机过程 • 1、正态分布 • 风浪波面升高的瞬时值满足正态分布的概率
密度表达式，其形式为
• 根据正态分布的特点可知：若认为波浪是正
态的，则由波浪所引起的船体运动、船体应 力、航行中螺旋桨推力与转矩的变化等，所 有这些过程的瞬时值都是正态分布的。
• 4、风浪等级
5、海况等级
• 风作用于海面不仅产生不同尺度的风浪，
同时也使海面的外貌发生变化，例如出现 浪花、飞沫等现象。 • 海面的外部特征取决于风速和风时，也和 风区特点有很大关系，受到海岸、岛屿、 水探等因素的影响。在风宣接或间接作用 下的海面所呈现的外貌称为海况。一般习 惯把海况从0到9共分成10级，其要点见表 2-12。
受的压力发生变化。同时由于水面与空气的 相对运动，在他们之间有摩擦力存在，使水 表面承受切应力。 • 正是由于大气压力的变化与切应力的存在， 使平静的水面发生局部变形。重力使变形的 水面有向原来平衡位置运动的趋势，惯性力 又有使变形继续下去的趋势，从而水面不断 地起伏、形成风浪。
• 2、风浪要素
• 1）风速 • 2）风时 • 3）风区长度 • 风速越大，风时越久，风区长度越长，海水
• 因此，研究船舶在波浪上的航行性能愈来愈
引起人们的重视，船舶耐波性的好坏已成为 衡量现代化船舶航行性能的重要衡准之一。
• 船舶耐波性本质上是指船舶在给定的环境条
件下规定时间内完成任务的能力，它是船舶 应具有的一种能力，这种能力通过设计而赋 予，通过使用者的正确使用而发挥作用。因 此，必须充分意识到船舶的耐波性能首先是 设计出来的，一艘具有良好耐波性的船舶是 设计者的职责及水平的体现。
• 2、瑞利分布 • 瞬时值服从正态分布的平稳随机过程，其幅
值(或包络)服从瑞利分布。
等都服从瑞利分布。
• 因此，风浪的波幅值、摇荡幅值和应力幅恒
• 3、泊松分布
• 船舶砰击和甲板上浪服从泊松分布，它们是
计数的随机过程，表示事件发生的次数。在 海上船体发生砰击是随机的，有时一艘船会 以不同程度连续砰击，然后再在一个相当长 的时间内无砰击发生，以后又突然发生一严 重砰击。
• 3）改变初稳性高最有效的方法是改
第三章 船舶运动方程式与耐波性设计
§3-1 船舶在波浪中的一般运动方程式
• 1、船舶在波浪中的受力 • ①重力，在船舶运动过程中，其大小、方向
和作用点是不变的；
• ②船体本身的惯性力； • ③浮力，在船舶运动过程中是变化的；
• ④由船舶摇荡运动(船动水不动)而产生
的辐射流体动力；
• ⑤波浪扰动力，包括不受船体扰动的入
• 1、对适居性的影响 • 船舶为了完成一定的任务，必须给乘员提供
一个合适的环境，使他们能有效地进行工作。 乘员的工作能力受两种运动特性的影响，即 加速度和横摆幅值。 • 加速度引起人们晕船。一般来说，发生晕船 的频率随加速度增加而平行增加。最大的加 速度发生在船尾或船首，主要是纵摇和垂荡 产生的。 • 横据角影响人的运动能力。
• 船舶摇荡运动主要研究由波浪干扰引起的船
舶往复运动，其中横摇、纵摇和垂荡对船舶 航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要 内容。
三、船舶摇荡
• 船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡
运动，它们的共同特点是在平衡位置附近作 周期性的振荡运动。
• 产生何种摇荡运动形式取决于船首向与风浪
传播方向之间的夹角，称为道遇浪向。