浅水对船舶运动的影响

浅水对船舶运动的影响

摘 要

船舶在浅水中航行，会产生浅水效应。本文通过对浅水的界定和浅水水流特征的分析，运用数值和理论的方式得出浅水运动中横向阻力及转船力矩、船体下沉、船舶纵倾、推进器效率、舵效等的变化，并且给出部分变化的影响因素。最后，笔者又建议浅水中运动的注意事项。

关键字：船舶,浅水效应,下沉,纵倾

Abstract

A ship navigating in shallow waters, will produce a shallow water effect. Based on the definition of shallow water and shallow water characteristic analysis, using numerical and theoretical way to draw water movement in the lateral resistance and

transshipment torque, sinking, ship hull longitudinal inclination, propeller efficiency, efficiency and other changes, and some factors affecting the change of. Finally, the author suggests to shallow water sports matters needing attention. Keywords: marine, shallow water effect, sinking, trim

目 录

前言?????????????????????????..1 1浅水区界定???????????????????????1 2、浅水的水流特征?????????????????????.2 2.1深水浅水对比????????????????????..2 2.2浅水中运动水动力特点?????????????????..3 3、浅水中船体附加质量???????????????????...3 4、浅水效应???????????????????????..4

4.1 船舶横向阻力的增加及转船力矩的加大????????????.4 4.2船体的下沉?????????????????????.5 4.3 船舶的纵倾变化???????????????????..6

4.3.1．船舶排水量及排水体积变化的影响???????????.6 4.3.2．船舶的方形系数的影响???????????????7 4.3.3．舷外水密度变化的影响???????????????7 4.3.4．船速大小的影响?????????????????.7

4.4 推进器效率骤减,船速可降30%??????????????..7 4.5 舵效降低,船舶旋回性变差????????????????8 5.浅水中船舶操纵注意事项??????????????????...8

5.1 浅水域中航行时注意吃水差的调整?????????????.8 5.2 浅水域中应备车航行，灵活机动地调节本船航速????????...8 5.3 对浅水中船舶旋回性变差要有充分的认识???????????8 5.4 注意浅水中的“跑舵”现象???????????????.9 5 .5 注意浅水对冲程的影响????????????????..9 5.5.1停车冲程???????????????????...9 5.5.2紧急停车冲程??????????????????.9

5 .6 浅水域中应重视自力操船的极限水深界限??????????..9 结论?????????????????????????..10 致谢?????????????????????????..11 参考文献???????????????????????..12

前 言

船舶操纵是指按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能。操纵性通常包括以下三方面的内容：

1、航行稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消失后，能够保持其原有平衡状态的性能。

2、回转性：表示船舶在一定舵角作用下做圆弧运动的性能。

3、转首性：表示船舶应舵转首的性能。吴秀恒 船舶操纵性和耐波性 1988 船舶在深海航行时，着力解决以上三方面的运动问题，但船舶由深海进入浅海，运动就要受到限制，其运动性能也要考虑浅水的影响。

浅水即水深受到限制，属于限制航道船舶操纵性的研究的范畴。上世纪60年代以前，船舶在限制航道中操纵性研究进展缓慢，不大引人注意。且这方面的研究大多局限于内河船舶，主要研究航行过程中阻力特性的变化。但是，随着船舶大型化的发展，通常的港口、运河等相对这些超大型船舶就都变为限制航道。近年来，航道中船舶密集度增加，碰撞、触底等航行安全事故不断出现，引起了人们对限制航道中操纵性研究的重视；十一五期间，国家加大基础设施投资，海岸工程，西部航道开发等工程的实施对浅水效应的掌握要求也在提高。

浅水中船舶运动性能有其复杂性，是一种特殊的运动问题。该问题的复杂性首先源于边界条件的复杂，这种边界包括外边界和内边界。在内外边界间发生的流体运动和船舶的升沉及纵倾变化使得流体粘性的作用更加重要，且兴波问题更加复杂，从而使理论计算较为困难。另一方面，浅水船模试验与实船试验的资料证实，表达深沉作用的参数和雷诺数之间存在一定的规律，不完全遵循动力相似定律，船模与实船的剩余阻力并不相对应。到目前为止，船舶浅水航道流体动力特征的研究并不深入，在此领域的研究成果主要来自试验。

本文通过建立流体动力方程，借鉴以往的实验数据，以理论实验双项结合法分析浅水对船舶运动的影响，为工作在海岸与靠港的船员提供浅水区安全操船的参考，也为海岸工程的设计施工提供注意事项，推进国家海洋海岸事业的发展。

1．浅水区界定

以前，由于船舶小、船速低，浅水效应现象的发生较少，人们就根据水深数值的大小简单的定义了浅水区，超过某一常量便认为是深水区，而小于此值时则认为是浅水区【1】。然而现在，随着船速的不断提高，船体的不断增大，浅水效应便常有发生，严重的甚至导致船舶毁损。所以人们不得不重新考虑浅水效应并进行深入的研究。于是，人们便想到了水深吃水比（h/d）这么一个相对概念。国际上也根据水深对于船舶操纵性的影响程度将水深划分为深水、中等水深、浅水（1.2

变化及纵倾变化。在浅水船舶性能研究中,根据椭圆坦谷波波速

考虑

度(或称极限速度)界速度区(v=度区,即

时, 导出浅水条件的临界速

)、临

,据此通常将航速分为亚临界速度区(v<

)、超临界速度区(v>)。通常浅水船型问题更多地集中于亚临界速

的范围内。浅水影响的判别十分重要。通常认为,只要

存在一定的相对水深h\\T,浅水影响是始终存在的。此处提出的问题是在什么条件下浅

水对船舶吃水及阻力的影响不能忽略而必须考虑。有学者提出两个观点：第一个观点是浅水影响不能仅用一个参数说明,第二个观点是仅用外边界条件而忽略内边界条件是不全面的【3】。文献【4】从兴波影响分析认为不论航速有多小,只要h\\T<4;不论h\\T多大,只要F\\h>0.6,均将存在浅水影响;又从粘性影响分析认为只有h\\T<3才存在浅水对粘性阻力的影响。文献【5】提出F\\h<0.5时,可不计浅水影响,并列出泰勒关于最小水深的判别式,泰勒的判别式考虑了适用船体的方形系数及傅氏数范围。12届ITTC推荐实船试验不计浅水影响的最小水深计算式为

和

,取两者之较大值作为试航时的最小水深。18届ITTC阻力委员会

报告【6】指出航行于限制航道中船舶特性的改变取决于航道的边界条件,在各种情况下使用不少于两个参数说明是重要的,因为单个参数绝不能判定航道是否受限制。 当h\\T<4时船体绕流存在浅水影响;而当

>0.7时对兴波阻力有影响。

总结上述意见可认为,浅水影响的判别条件至少要用两个参数说明,既要用表达浅水阻塞程度的几何参数,又要用表达浅水兴波的运动参数,同时要考虑船型及船型系数的因素。

2、浅水的水流特征：

2.1深水浅水对比

航行于浅水区的船舶,其周围的水流与船体的相对运动,和深水区有很大的不同。在深水中航行时,不论其船首或船尾部分水的流动具有三维空间内流动的特点。船首处斜向(既向两侧,又向下方向后运动,并具有向下的明显特点;船尾处斜向(既由两侧向纵中剖面,又向上方)向后运动,并具有明显向上的特点,如图1b所示。但在浅水中航行时船首或船尾部分水的流动因空间受到限制,原三维空间内的流动不得不变为向两侧或由两侧同时向内的二维平面式的流动,如图1a所示。这样,就产生了不同于深水域中的船体周围水压分布的新情况如图2所示。

2.2浅水中运动水动力特点

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ytvd.html