文档介绍：第六章恶劣天气下的操船
第一节大风浪中的船舶操纵
第二节避离热带气旋的船舶操纵
第一节大风浪中的船舶操纵
一、波浪概述
二、船在波浪中的运动
三、大风浪中航行时所遭受的危害
四、大风浪中的操船方法
五、大风浪中掉头
一、波浪概述

波浪是水质点在外力作用下所形成的波动运动。在深水中波浪的水质点以一定的速度作轨圆运动,其波形以某一速度传播出去,而水质点本身并不随波形移动。水质点的轨圆运动方向,当处于波峰时与波的传播方向相同, 处于波谷时则与波的传播方向相反。这种波的波峰比较陡峭,波谷比较平坦,因此称为坦谷波。表征波浪特征的几何要素见图6—1。
波高H—波形最高点与波形最低点之间的垂直距离(m)
波长λ—两个相邻波峰或波谷间的水平距离(m)
波速C—波形向前移动的速度(m/s)
波浪周期τ—水质点每回转一次所需时间(s),
即波形向前传播一个波长所需的时间。
一、波浪概述
波面角α(wave slope angle)—波形的切线与水平线间的夹角。
陡度δ(wave steepnees) —波的陡峭程度(δ=H/λ)。
根据摆线理论,可以得到:
由上述公式,得到坦谷波的波速和波浪周期与波长间的如下关系:

波浪的大小和风力、风时以及海区的广度、深度有关。风力大、风时长、海区广又深,则波浪就大。有关各海区不同季节的波浪要素可从气象书籍和航路指南中找出。大洋中最容易产生的波浪的波长是80~140m,波周期为7~。一般为1/30~1/40。
一、波浪概述
海上波浪实际上是不规则的,它们是由各种不同波长、波高和陡度的波组成的。经观测统计表明,其中有1/10波的波高是平均波高的2倍,称之为最大波高(hw/10);有1/,称之为三一平均波高或有义波高(hw/3)。人们在海上目测的波高很接近有义波高。
有义波高(hw/3)可以用来确定最大有义波的波长
(6—4)
和最大能量波的波长
(6—5)
根据这两个波长可以估计出某船在该不规则波中航行时的摇荡情况。
一、波浪概述

1)浅水区的波形变化
波浪从深海向浅海接近时,由于水质点的垂直移动受阻,水质点的运动轨迹将由圆形变为椭圆。同时,由于回转运动与海底之间的摩擦阻力使波速降低。在浅水域中波速只随水深变化,但波浪的周期不变。因此,当波速减小时,波长变短,波高增大。而且海岸的倾斜越急,这种变化越剧烈。此外,由于波谷与海底的摩擦部分的行进速度变缓,而波峰的行进较快,使波峰向前卷起,同时在行进中破碎。这种波浪俗称为开花浪,对船舶的冲击力较大。
一、波浪概述
2)干扰引起的波形变化
当从大海上远处袭来的大浪与本海区相反方向的波浪相遇;或袭来的波与该处的反射波相互干扰时,形成合成波,它的波速变得很小,而波高可能增加一倍。这种波浪俗称为三角浪。对小型船舶危害较大。
由于风向的变化,使所产生的两个不同方向的波浪形成某一交角时,就会发生波高作周期性变化的群波。在海上经常遇到的,周期性的3个或5个大浪,随后又出现几个小浪,就是这种群波。通过仔细观察,掌握住海浪的这个规律,就能够选择在较小的波浪时进行操纵较为有利。
二、船在波浪中的运动

船舶在波浪作用下,沿着和围绕着通过船重心的X、Y、Z轴作线运动和回转运动。各摇荡运动的名称为:
X轴——纵荡(surging)和横摇(rolling);
y轴——横荡(swaying)和纵摇(pitching);
Z轴——垂荡(heaving)和首摇(yawing);
船舶在波浪中的摇荡运动,是波浪的强迫摇荡和船舶本身固有的摇荡相结合的复合运动,这种摇荡运动由于受到水阻力的阻尼作用,因而是逐渐衰减的。摇荡的强度取决于波面角的陡度、波浪的周期、船舶本身的摇荡周期与船舶尺度和波长的比例关系。
对船舶安全有威胁的摇摆是横摇、纵摇和垂荡。
二、船在波浪中的运动

1)横摇摆幅
船舶在规则波中的强制横摇摆幅可以近似地用下式表示:
(6—6)
式中: ——最大波面角,;
TR——船舶横摇周期(s);
τ——波浪周期(s)。
二、船在波浪中的运动
从上式可见,船在波浪中横摇的大小,除与最大波面角有关外,主要取决于船舶本身的固有横摇周期TR与波浪周期的比值。
当,即船舶的横摇周期比波浪周期小,则船舶横摇较快,甲板与波面经常保持平行,很少上浪,但船体所受惯性力较大。
当,即船舶的横摇周期比波浪周期大,则横摇较慢,并且与波浪不协调,船舷易与波浪撞击,甲板上上浪较多。
当,即二者的周期接近相等,船舶摇摆最剧烈,横摇角越摇越大,将会导致船舶倾覆。这种现象称为横谐摇。