船舶耐波性课件
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船舶耐波性基本知识
• 笼罩在海洋上的空气流动的结果，使海面所
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。
传播方向之间的夹角，称为道遇浪向。
• 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。
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6
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。
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7
• 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。
的辐射流体动力；
• ⑤波浪扰动力，包括不受船体扰动的入
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。
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40
• 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
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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。
传播方向之间的夹角，称为道遇浪向。
• 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。
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6
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。
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7
• 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。
的辐射流体动力；
• ⑤波浪扰动力，包括不受船体扰动的入
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。
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40
• 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
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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
• 为了通过自由自航船模试验来衡量其操纵性 的优劣，一般需对一些典型的操纵情况进行 试验，也称之为标准操纵性试验，这类试验 应具有下列特点:
– 应尽可能接近大多数船舶实际航行中经常遇到 的操纵情况，或具有重要意义的情况，使由此
第四章 自由自航船舶操纵性试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
– 应便于对所得的结果进行理论上的分析，从而取 得有普遍意义的特征参数。
回转试验结果分析
《船舶操纵性与耐波性》课件
• 对回转试验的结果可按回转性一节所述进 行分析。
– 在各种状态下测得的回转轨迹图上，直接量出 特征参数，如:纵距、正横距、战术直径、定常
回转直径V 0。/ u 1从航速和角速度测量中可求得回转 速量降中可得 到d及定定常常回回转转横角倾速角度r0。和从0 最横大倾动角力的横测
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:
– 应便于进行试验操作和对所需数据的观测。
• 实船与船模通过这些标准的操纵性试验，求
取操纵指数(如 K、T等)，或直接根据所得的
试验曲线的形式以判定其操纵性的优劣
• 主要的试验有：回转试验、螺线及逆螺线试 验、回舵试验、Z形试验、变首向试验、频率 响应试验以及关于启动、停车、倒退等的专 门试验
4.1 回转试验
光学跟踪的绕标方法结果精确，但 需在试验水域设置浮标，不方便。
图4-2(b)
《船舶操纵性与耐波性》课件
– 应尽可能接近大多数船舶实际航行中经常遇到 的操纵情况，或具有重要意义的情况，使由此
第四章 自由自航船舶操纵性试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
– 应便于对所得的结果进行理论上的分析，从而取 得有普遍意义的特征参数。
回转试验结果分析
《船舶操纵性与耐波性》课件
• 对回转试验的结果可按回转性一节所述进 行分析。
– 在各种状态下测得的回转轨迹图上，直接量出 特征参数，如:纵距、正横距、战术直径、定常
回转直径V 0。/ u 1从航速和角速度测量中可求得回转 速量降中可得 到d及定定常常回回转转横角倾速角度r0。和从0 最横大倾动角力的横测
图4-2 (a)
光学跟踪的绕标方法
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• 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:
– 应便于进行试验操作和对所需数据的观测。
• 实船与船模通过这些标准的操纵性试验，求
取操纵指数(如 K、T等)，或直接根据所得的
试验曲线的形式以判定其操纵性的优劣
• 主要的试验有：回转试验、螺线及逆螺线试 验、回舵试验、Z形试验、变首向试验、频率 响应试验以及关于启动、停车、倒退等的专 门试验
4.1 回转试验
光学跟踪的绕标方法结果精确，但 需在试验水域设置浮标，不方便。
图4-2(b)
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船舶耐波性基本知识
• 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。
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。
• 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
• 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。
• 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。
作条件。
• 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
第六章 船舶耐波性
二、风浪等级及耐波性基本概念
浪级
浪 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 级 名 无 微 小 轻 中 大 巨 狂 狂 怒 称 浪 浪 浪 浪 浪 浪 浪 浪 涛 涛 高 (m ) 0 < 0 .1 0 . 1 ≦ H 1 /3 < 0 . 5 0 . 5 ≦ H 1 /3 < 1 . 2 5 1 . 2 5 ≦ H 1 /3 < 2 .5 2 . 5 ≦ H 1 /3 < 4 . 0 4 . 0 ≦ H 1 /3 < 6 . 0 6 . 0 ≦ H 1 /3 < 9 . 0 9 . 0 ≦ H 1 /3 < 1 4 .0 1 4 .0 ≦ H 1 /3 浪
船舶概论
第六章 船舶耐波性
——征服波涛 ——征服波涛
2010年 2010年8月
目录 一、船舶摇荡运动 二、风浪等级及耐波性基本概念 三、船舶耐波性试验研究 四、船舶耐波性数值计算研究 五、改善耐波性的若干措施
一、船舶摇荡运动
一条集装箱船， 一条集装箱船，实船航行
一、船舶耐波性的基本概念
船舶摇荡运动定义 船舶摇荡运动： 船舶摇荡运动： 船舶绕纵轴（ 1横摇——船舶绕纵轴（船长方向）的往复摇动 横摇 船舶绕纵轴 船长方向） 2纵摇——船舶绕横轴（船快方向）的往复摇动 船舶绕横轴（ 纵摇 船舶绕横轴 船快方向） 首摇——船舶绕垂直轴（ 船高度方向 ） 的往复 船舶绕垂直轴（ 3 首摇 船舶绕垂直轴 船高度方向） 摇动 4垂荡——船舶沿垂直轴的往复运动 垂荡 船舶沿垂直轴的往复运动 5横荡——船舶沿横轴的往复运动 横荡 船舶沿横轴的往复运动 6纵荡——船舶沿纵轴的往复运动 纵荡 船舶沿纵轴的往复运动
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、
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．钝材Dead Wood为船艉设计为Transom Stern型，位于龙骨与艉柱间之材料．Skeg桨叶下方之结构，可保护桨叶及舵．二、影响回转性能的因素主要有哪些？1.水线下之船型因素1.方形系数，方形系数较低(长宽比较高之瘦型船)较方形系数较高(长宽比较低之肥型船)，回转性能差．2.水中侧面积形状，整体而言，船艏部分分布面积较大者，将有利于减小回转圈，船艉部分面积较大者，有利于增加航向稳定性，而不利于减小回转圈．球型艏在降低航向稳定性，提高船舶回转性能上有不小之作用，而在低速时又有减小初始回转力矩的作用．船艉有钝材或船艏较为Cut Up的船舶，其回转直径较大．3.舵面积，增加舵面积将会使舵之转船力矩增大，因而提高船舶的回转性能指数，但增加舵面积之同时，亦增加了回转阻矩，提高了船舶航向稳定性，使回转性能指数的增加受到限制，就一定船型之船舶而言，舵面积的大小，在降低回转直径方面，存在一最佳值．2.船舶吃水状态1.吃水，一般船舶均有舵面积比随着吃水增加而降低的趋势，这将导致相应于舵力的回转阻矩增大，使转船力矩减少，另外，随着吃水加深，因货物满载而增加了船舶之惯性，以致于初始回转大大的减慢，因此满载时之纵距将有较大增长．2.纵倾，吃水差改变了船舶水线下船体侧面积分布状态，因而对船舶之回转性能有明显影响，尾倾Trim by Stern回转圈将增大，首倾Trim by Head则相反．3.横倾影响不大，船舶横倾改变了左右两舷吃水状态，船舶向左倾斜，右舷吃水相对减少，船舶向右回转，因偏流角产生之水压力所受阻力相对减少，回转性能增加，回转直径减少，反之右倾时易于向左回转．3.操船方面之影响1.舵角，舵角之改变，不仅影响回转直径之变化，相对的随着回转直径之改变，回转调头所需之时间亦有所不同．2.操舵时间（舵角到位时间），舵自一舷的35度转至另一舷30度的时间应不超过28秒，因此在实际操船中，一般认为从正舵位置至最大舵角35度须时15秒，如在实际操船中，所需时间超过15秒以上时，纵距将受其影响而变大，横距所受影响较小，最终直径则不受影响．3.船速，船速对船舶回转所需时间的长短具有明显的影响，但对回转直径之影响则较为复杂，在一般商船速度范围内，约为18节，船速对回转直径表现不出什么影响，然而当船速低至某一程度，船舶之回转直径将有逐渐加大之趋势，这是由于低速下之舵力转船力矩明显减小，回转性能变差，反之当船速增快时，则由于兴波增强，船艉倾斜加剧，航向稳定性提高，回转性能减低，船舶回转直径亦增大．4.外界环境影响1.水深，船舶在浅水区域内回转时，因回转阻矩增大，回转性能差，航向稳定性变好，回转圈大，2.风、浪、流、涌之影响．三、影响舵效的因素主要有哪些？1.舵角，在临界舵角范围内，与舵角大小成正比．2.舵面积，舵力大小与浸没在水线下舵面积成正比．3.作用于舵面上水流速度平方成正比．4.船艉形状，指水线下船艉．尖艉，水流畅快，舵面受力大，舵灵活．圆艉，水流不畅，舵面受力小，且船移动时，艉部形成空隙，两旁之水涌入，造成极大的追迹流，影响舵的灵活性．5.舵与船艉间隙，船舶操舵后，舵之周围产生压力变化，左右两侧之压力差将波及至船艉两侧，相对的增加了舵的舵力，舵与船艉之间隙愈小，增加量就愈大．6.舵的形状，双板舵的舵效较单板舵佳，舵的高宽比愈大，舵的升力曲线斜率越陡，即以较小的舵角能得到较大的转向力．7.船舶的惯性，重载船应舵较缓，吃水深的船，因受水下阻力较大，船舶的回转亦较慢．8.外力影響，風ヽ浪ヽ流ヽ淺水等因素．9.舵机之性能．五、影响K、T值之因素主要有哪些？1.操舵舵角影响一般船舶，在所操舵角为小舵角时，K、T值并无明显变化，但大型船或VLCC，则由于舵面积比相对较小，小舵角时其K、T值往往为负值，而K、T值随所操舵角的加大，明显降低．2.吃水影响K、T值随吃水之增加而增加，即满载时船舶追随性变差，回转性变好．3.吃水差影响Trim by Stern每增加1%船长，回转直径就增加10%，Trim by Stern增加，K、T值相对减小．4.水深吃水比影响船舶驶入水深不足吃水之2倍之浅水区域，回转性变差，追随性变好，K、T值相对变小．5.船型影响1.方形系数影响方形系数较高，长宽比较低肥型船，具有K、T值较高特性，应舵慢，TC小，航向稳定性差．2.水线下首尾侧面积分布之影响船艉具有较多侧面积之船舶，有利于提升船舶之追随性或航向稳定性，即K、T值都较低．影响回转圈大小的因素有哪些？影响回转圈大小的因素有方形系数、船体水下侧面积分布、舵角、操舵时间、舵面积比、船速、吃水、吃水差、横倾、螺旋桨的转动方向、浅水影响、风浪流以及污底的影响等。
耐波性绪论船舶运动学PPT课件
girder response
- advanced experimental techniques, elastic models - numerical modelling
第27页/共36页
砰击试验
第28页/共36页
日本横滨国立大学 Length100m * Width8m * Depth4m (Water Depth 3.5m)
第二篇 船 舶 耐 波 性
绪论 船舶在静水中的摇荡 船舶在规则波中的摇荡 船舶在不规则波中的摇荡 船舶耐波性试验 减摇装置和船型对耐波性影响
第1页/共36页
船舶耐波性
绪论
SEAKEEPING
➢ 定义 船舶在波浪中的摇荡运动及其动力响应。
➢ 内容 - 海浪的描述 - 6个自由度的摇荡运动 - 动力响应
第2页/共36页
海浪的描述
不规则性 随机性
第3页/共36页
船舶响应 （Ship Response）
6个自由度船舶运动
surge
pitch
heave roll
sway yaw
• Translational motion : surge, sway, heave • Rotational motion : roll, pitch, yaw • Simple harmonic motion : Heave, Pitch and Roll
第11页/共36页
商用CFD软件的应用
• FLUENT软件（粘性流体力学） • SHIPFLOW—阻力和流动、船型优化(瑞典） • WASIM---船舶运动计算（DNV)
第12页/共36页
模型试验方法
• 拖曳水池 航速高、要求拖车速度高、水池长
• 耐波性水池 造规则波、二维不规则波、三维方向波
- advanced experimental techniques, elastic models - numerical modelling
第27页/共36页
砰击试验
第28页/共36页
日本横滨国立大学 Length100m * Width8m * Depth4m (Water Depth 3.5m)
第二篇 船 舶 耐 波 性
绪论 船舶在静水中的摇荡 船舶在规则波中的摇荡 船舶在不规则波中的摇荡 船舶耐波性试验 减摇装置和船型对耐波性影响
第1页/共36页
船舶耐波性
绪论
SEAKEEPING
➢ 定义 船舶在波浪中的摇荡运动及其动力响应。
➢ 内容 - 海浪的描述 - 6个自由度的摇荡运动 - 动力响应
第2页/共36页
海浪的描述
不规则性 随机性
第3页/共36页
船舶响应 （Ship Response）
6个自由度船舶运动
surge
pitch
heave roll
sway yaw
• Translational motion : surge, sway, heave • Rotational motion : roll, pitch, yaw • Simple harmonic motion : Heave, Pitch and Roll
第11页/共36页
商用CFD软件的应用
• FLUENT软件（粘性流体力学） • SHIPFLOW—阻力和流动、船型优化(瑞典） • WASIM---船舶运动计算（DNV)
第12页/共36页
模型试验方法
• 拖曳水池 航速高、要求拖车速度高、水池长
• 耐波性水池 造规则波、二维不规则波、三维方向波
船舶耐波性基本知识
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
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。
• 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。
• 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。
• 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。
14船舶耐波性试验
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。
在船舶方案设计阶段，为了预估横摇运动性能，通常利用船模
试验求横摇无因次衰减系数2 。其方法是，将满足相似规律并
经校准好的船模置于静水中，使船模横倾一角度，然后任其自由 横摇，通过装在船模里的陀螺仪传送横摇角信号，由示波器记录 横摇衰减曲线。
在线性阻尼规律下，可按式(11-48)直接由衰减曲线求 ，即：
(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。
试验船模的重量等于船壳的重量、仪器重量和可 调压载的重量之和。为了能够调节船模满足与实 船的相似关系，可调压载的重量应为总重量的1/3 左右，这样就要求船模制造得薄而轻。
Байду номын сангаас
船模与实船还应遵守质量分布相似，由表14-1得:
动力校准求 船模惯性矩
静力校准求 重心位置
静力校准求 重心位置
θ G
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。
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。
在船舶方案设计阶段，为了预估横摇运动性能，通常利用船模
试验求横摇无因次衰减系数2 。其方法是，将满足相似规律并
经校准好的船模置于静水中，使船模横倾一角度，然后任其自由 横摇，通过装在船模里的陀螺仪传送横摇角信号，由示波器记录 横摇衰减曲线。
在线性阻尼规律下，可按式(11-48)直接由衰减曲线求 ，即：
(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。
试验船模的重量等于船壳的重量、仪器重量和可 调压载的重量之和。为了能够调节船模满足与实 船的相似关系，可调压载的重量应为总重量的1/3 左右，这样就要求船模制造得薄而轻。
Байду номын сангаас
船模与实船还应遵守质量分布相似，由表14-1得:
动力校准求 船模惯性矩
静力校准求 重心位置
静力校准求 重心位置
θ G
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。
船舶耐波性-ch3_船舶在静水中的自由横摇
表明：无阻尼自由横摇——简谐振荡 表明：无阻尼自由横摇——简谐振荡。 ——简谐振荡。
LECTURE NOTES ： Free Oscillation of a ship in the Still Water
§3.1 船舶在静水中的自由横摇
Free Rolling of a Ship in Still Water
10 . 3 J ϕϕ + ∆ J ϕϕ Dr
Tϕ =
ϕ max
ϕ max ——最大横摇角（rad） 最大横摇角（ ） 最大横摇角
r ——横稳性半径 横稳性半径(m) 横稳性半径
10
LECTURE NOTES ： Free Oscillation of a ship in the Still Water
LECTURE NOTES ： Free Oscillation of a ship in the Still Water
11
§3.1 船舶在静水中的自由横摇
Free Rolling of a Ship in Still Water
线性阻尼规律的自由横摇 船舶小幅自由横摇时，可以认为横摇阻尼为线性规律， 船舶小幅自由横摇时，可以认为横摇阻尼为线性规律，即
LECTURE NOTES ： Free Oscillation of a ship in the Still Water
5
§3.1 船舶在静水中的自由横摇
Free Rolling of a Ship in Still Water
10 9
Dh
横摇有义值 (°)
Tϕ = 2 π
J ϕϕ + ∆ J ϕϕ
J ϕϕ + ∆ J ϕϕ = D 2 ρϕ g
Tϕ = 2 . 01
船舶耐波性基本知识概要72页PPT
船舶耐波性基本知识概要
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会ห้องสมุดไป่ตู้部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会ห้องสมุดไป่ตู้部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
上海交大船舶原理耐波性ppt
circular frequency
Regular Wave Theory
A horizontal sea bottom
Linear wave theory
(Airy theory)
A free-surface of infinite horizontal extent
the free-surface condition
The expressions for waves propagating along the positive x-axis, and
afterwards renaming the (x’, y’)-coordinates (x, y), we have obtained expressions for waves propagating in an arbitrary direction .
is 0.5
for deep water waves (half the phase velocity)
Example: A wave maker in a model basin that generates harmonically
oscillating waves. It takes for the wave front to reach the ‘beach’ at the end of the model basin, we should use the group velocity to aneory assumes the velocity potential and fluid velocity to be
constant from the mean free-surface to the free-surface level. The horizontal velocity distribution shown in Fig.2.2 for the low under a wave rest is consistent with linear theory. The difference between the horizontal velocity at the wave trough and the analytical fictitious velocity at z=0 is small compared with the velocity itself.
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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。
• 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、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。
§2-3 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。
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
• 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。
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。
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。
• 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。
• 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。
§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：
• 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。
• 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。
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
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
• 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。
• 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。
• 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。
• 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、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。
• 3）改变初稳性高最有效的方法是改
• 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。
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
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。
• 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、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。
§2-3 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。
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
• 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。
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。
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。
• 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。
• 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。
§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：
• 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。
• 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。
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
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
• 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。
• 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。
• 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。
• 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、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。
• 3）改变初稳性高最有效的方法是改
• 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。
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