浅析稳性计算与风浪中船舶操纵

断变化的。在规律波浪的作用下, 稳性曲线呈现周 期性的变化。船舶在 T 表 周期内 , 一部分时间将具 有比平均吃水大的稳性 , 而另一部分时间则具有比 平均吃水小的稳性。按照目前规范以平均吃水稳性 曲线为依据计算出来的船舶稳性, 在没有充分富裕 时 , 则在每一个 T 表 周期中 , 有可能部分时间处于稳 性不足状态 , 这种情况称为丧失稳性。显然, 稳性变 化幅度愈大 , 则丧失稳性程度愈严重 , 对于船舶安全 威胁愈大。同时, T 表 愈大 , 则丧失稳性的持续时间 愈久, 对于船舶安全威胁也愈大。 从横倾力矩的不利因素来看 , 最大横倾力矩产 生在船舶横浪航行的时候。但是, 从船舶稳性变化 的不利因素来看, 则以顺顶浪航行时可能丧失稳性 程度为最严重。波面形状和纵摇都是以顺顶浪时使 稳性变化幅度最大。至于垂荡的影响 , 如果单独看, 以横浪航行是稳性变化幅度最大。但应注意到, 影 响稳性 变化的另 一因素是 共振情况。由于 T 垂 & T 纵 , 顺顶浪航行时 , 纵摇共振可同时伴随垂荡共振。 而横浪航行时 , 船在静水中自由横摇周期 T 横 一般 与 T 垂 相差较 大, 因此横 摇共振时就不 会有垂荡共 振。当全面考虑横倾力 矩及稳性变化 的不利因素 时 , 最不利情况是否一定 在横浪航行时值 得研究。 风和浪的方向不一定一样 , 但在风暴中则常趋于一 致。从船舶操纵观点来看 , 横浪航行还是比较危险 的 , 所以在大风浪中驾驶员大都采取顺顶浪航行方 法。在这种情况下, 谨慎处理船舶稳性就显得更有 必要。处理方法是首先应注意避免产生纵摇及垂荡 共振, 在此基础上再尽量选择最小的 T 表 值。 T 纵 & T 垂 & 2. 5 d 式中: d ∀ ∀ ∀ 船的平均吃水 因此, 为避免共振 , 必须使 T 表 ∋ 0. 7T 纵 或 T 表 (1. 3T 纵 亦即顺浪航行时, 应使 1. 25 或 - v ∋ 1. 75 d d
(3. 25 1. 25 - v 顶浪航行时 , 应使 1. 75 + v ∋ 1. 75
d
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!船舶设计与研究!
颜世文等
钢质海船的腐蚀原因与防护
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船体电位超过这一正常值 , 船体将发生腐蚀。参比 电极对船体电位的监测是连续的 , 一旦船体电位有 升高的趋势, 就将信息反馈给恒电位仪 , 恒电位仪向 辅助阳极输出一定量的补偿电流 , 这样船体电位将 始终保持在正常范围内, 腐蚀现象就不会发生。
化的幅度则以横浪航行及 T 垂 = T 表时为最大。
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风浪中的船舶操纵
以上分析说明 , 船舶在波浪中航行, 其稳性是不
生变化 , 因而稳性曲线也随着变化。纵摇影响船舶 稳性变化的规律可以由纵摇规 律来表示。设 # 为 纵倾角, 则 1 2∀ # = n 1! n 2! 0! !cos( ! t ) 2 !cos ! T表 1- T 2 纵/ T表 式中 : n1 ∀ ∀ ∀ 计及船长影响的系数 n2 ∀ ∀ ∀ 计及吃水影响的系数 T 纵 ∀ ∀ ∀ 船舶在静水中自由纵摇周期 上述公式不能作为精确计算纵摇之用, 但由此 可以方便地看出 , 在纵摇的影响下 , 船舶稳性产生周 期性的变化, 其变化周期为 T 表 , 稳性变化幅度以 ! = 0 #或 != 180#及 T 纵 = T 表 时为最大。
顺浪航行时, 应使 v ∋ v 1 或 v (v 2 。 顶浪航行时, 应使 v ∋ v 4 或 v (v 3 。
图2
v-
曲线图
可以制出 v 和 的关系曲线 ) 、 ∗、 +、 ,, 如图 2 所示。这些曲线是通用的, 不受船舶类型 和吃水 的限制。在已知 和 d 的情况下, 可以在曲线上求 出相应的速度值 v 1 、 v 2、 v 3、 v 4。
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垂荡对船舶稳性的影响
垂荡对船舶稳性的影响可分为两个方面。
一方面是垂荡中船舶的吃水改变 , 这当然会引 起稳性曲线的变化 , 其变化规律可以由吃水改变值 Z 的变化规律来表示。 Z= ∃ g- ∃ B H 1 2∀ ∃ g = m 1! m 2! ! !t ) 2 !cos( 2 1- T 2 T 表 垂/ T 表 H 2∀ ∃ !cos( !t ) B= 2 T表 式中 : ∃ g ∀ ∀ ∀ 船舶的垂向位移 ∃ B ∀ ∀ ∀ 水平面的垂向位移 m 1 ∀ ∀ ∀ 计及船舶水平尺度影响的系数 m 2 ∀ ∀ ∀ 计及吃水影响的系数 H ∀ ∀ ∀ 波高 T 垂 ∀ ∀ ∀ 船舶在静水中自由垂荡的周期 上述同样是简化导出的公式, 不能作为精确计 算垂荡之用。 垂荡对船舶稳性的另一方面影响是惯性力的作 Z% 用, 它将使稳性力矩由原来的 %!l 变为 % !( 1 ∃ ) g ! l , 其中 % 为排水量, l 为稳性力臂。 Z%= ∃ g%- ∃ B% 4 ∀2 2 !∃ g T表 4 ∀2 ∃ !∃ B%= B T2 表 由上述公式不难看出 , 在垂荡的影响下, 船舶稳 性曲线产生周期性变化 , 其变化周期为 T 表, 稳性变 ∃ g%= -
船舶中除了以上所述船体的腐蚀外 , 还存在其 它一些腐蚀现象, 这些腐蚀往往在其它非海洋环境 中也会发生。如以海水 作冷却介质的 热交换设备 中 , 除了海水的电化学腐蚀外, 还会发生冲击腐蚀; 粮库中米、 面、 蔬菜等产生的 CO2 加上潮气共同造成 的腐蚀 ; 冷藏库中由于低温 , 湿度达到饱和产生大量 水分 , 而水分中又含有 O2 和 CO2 造成的腐蚀等等, 这里不再赘述。
使得船舶纵向吃水不是平均分布。尽管船的排水体 积没有改变 , 船的重心没有改变 , 但排水体积的形状 改变, 因而浮心位置改变了 , 船舶稳性曲线也就不同 于平均吃水的稳性曲线。计算指出, 当船顺浪或顶 浪航行及波长 = 船长 L 时 , 船舯在波峰、 波谷以及 船在平均吃水 3 种情况下所具有的稳性曲线是不同 的 , 如图 1 所示。船舯在波峰上时稳性最差 , 船舯在 波谷上时稳性最好。由此可见, 如果用平均吃水的 稳性曲线来代表船的稳性 , 则当船舯在波峰上时船 的稳性就有不够的可能性。
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海船的其它腐蚀
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用 . 江苏船舶 , 1998( 5)
( 上接第 17 页 ) (3. 25 d 1. 25 + v 式中 : v ∀ ∀ ∀ 船舶航速 根据以下方程式 : 或 1. 75 d = 3. 75 d = 1. 75 d = 3. 75 d = 1. 25 1. 25 1. 25 1. 25 - v - v + v + v
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结束语
船舶腐蚀造成的危害极大, 不但在经济上造成
巨大损失 , 甚至会造成重大安全事故。但有理由相 信 , 随着新材料、 新技术、 新工艺的不断发展出现 , 必 将会大大降低和延缓腐蚀的发生。 参考文献
图3 外加电流的阴极保护装置布置图
1 ( 英 ) N igel Warren 著 . 吴敏 , 张义译. 船舶中的金属 腐蚀 . 北 京 : 焦玉斌 , 朱文博 . 外 加电流 的阴极 保护 在德国 集装箱 船上的 应 国防工业出版社 , 1987
因此, 从船舶稳性观点来看 , 在大风浪中船舶操 纵应作如下选择, 即 < 8d 0 或 > 17 d 0 时 , 宜采取 顶浪航行 , 8 d 0 < < 17d 0 宜采取顺浪航行。在同样 可以采取顺浪航行和顶浪航行的情况下 , 宜采取顶 浪航行 , 以争取较小的稳性丧失持续时间。
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波面形状对船舶稳性的影响
波面形状决定船的水线形状。由于波浪存在 ,
作者介绍 : 项阳 1989 年毕 业于华东 船舶工业 学院 , 现工 作于扬 州海 事局。 收稿日期 : 2003- 03- 17
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项
阳
浅析稳性计算与风浪中船舶操纵
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纵摇对船舶稳性的影响
船舶纵摇, 同样会使沿船长方向的吃水分布产
图 1 船舶在波浪上的稳性曲线
波面形状影响船舶稳性变化的规律 , 可以由水 线形状随波浪 和船的相对运动而变化 的规律来表 示。设 角, 则 2∀ !t) T表 式中: 0 ∀ ∀ ∀ 最大波面角 !∀ ∀ ∀ 航向与波传播方向的交角 = !cos( 0!cos ! T 表 ∀ ∀ ∀ 波浪表面周期 t ∀ ∀ ∀ 时间 由上式可见, 波面形状的影响将使船舶稳性曲 线产生周期性变化 , 其变化周期为 T 表, 稳性变化的 幅度在 != 0 #即顺流航行或 != 180 #即顶浪航行时 为最大。 代表水线上任意点处 水面与水平面的交
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JS 2003- 3- 05
江苏船舶 JIANGSU SHIP
第 20 卷
ห้องสมุดไป่ตู้第3期
浅析稳性计算与风浪中船舶操纵
项
关键词
稳性计算 船舶操纵 风浪
阳
船舶的安全检查有一项重要的内容, 就是检查 营运船舶的稳性资料及船长对 船舶稳性的熟 悉程 度。船舶的稳性规范也指出, 船舶稳性虽然已符合 本规范的规定, 但船长仍应对船舶在营运中的稳性 负责。 既然船舶稳性已符合规范要求, 为什么船长还 要对稳性负责呢 ? 这是因为目前船舶的稳性规范还 存在一定的局限性 , 计算船舶稳性时只考虑到横倾 力矩方面的不利因素, 而没有考虑到稳性力矩方面 的不利因素。而船舶在大风浪 中出现的纵摇 和垂 荡, 以及产生的共振, 能导致船舶失稳直至倾覆 , 此 时船舶的操纵显得至关重要。 11. 24 特大海难事 故的主要原因, 就是船长在大风浪中操纵失误 , 致使 船舶沉没。 因此船长必须知道船舶稳性和操纵的关系, 运 用正确的驾驶方法, 才能确保船舶的航行安全。 众所周知, 船舶稳性规范制订的目的, 就是使船 舶具有足够的稳性 , 在可能遇到风浪袭击的最不利 情况下, 保证船舶不至于倾覆。估计最不利情况时 , 既应考虑风浪引起的横倾力矩方面的不利因素 , 又 应考虑风浪引起的船舶稳性力矩方面的不利因素。 目前我国的船舶稳性规范把最不利的情况假设在船 舶处于横风横浪的时候, 计算时用平均吃水所获得 的稳性曲线作为衡量船舶稳性的依据, 但却忽略了 船舶稳性力矩方面的不利因素。实际上, 浪的作用 除横摇外, 还有其他方 面如波面形状、 纵摇及 垂荡 等, 它们虽然不产生横倾力矩 , 却将引起船舶稳性力 矩的变化 , 兹分述如下。