歡迎光臨南京遠(yuǎn)洋運(yùn)輸股份有限公司官網(wǎng)!
搜索 企業(yè)郵箱 公司OA 請(qǐng)選擇語言版本: En
求新 務(wù)實(shí) 立信 望遠(yuǎn)
知識(shí)庫
當(dāng)前位置:首頁 > 學(xué)習(xí)園地 > 知識(shí)庫 > 經(jīng)驗(yàn)交流 > 瀏覽文章

經(jīng)驗(yàn)交流

船舶淺水效應(yīng)的研究
時(shí)間:2010年01月28日   作者:佚名  點(diǎn)擊次數(shù): 【字體:

摘 要:船舶由深水區(qū)航行至淺水區(qū),船舶周圍水流的分布、水阻力、船速、吃水和操縱性等發(fā)生了一系列的變化。文章就此展開分析和研究,供船舶駕駛員在淺水區(qū)操縱船舶參考。

關(guān)鍵詞:淺水效應(yīng) 橫向阻力 轉(zhuǎn)船力矩 縱傾 舵效 旋回性 操縱

引言

我國的港口和內(nèi)河航道普遍存在著水深不足,致使船舶航行經(jīng)常出現(xiàn)淺水效應(yīng),造成船舶的周圍水場(chǎng)分布、水阻力、航速、吃水和操縱性等發(fā)生了一系列對(duì)船舶的安全操縱很不利的變化。所以筆者認(rèn)為必須對(duì)船舶淺水效應(yīng)展開進(jìn)一步的分析和研究,以此給船舶駕駛員在淺水區(qū)安全操船提供參考。

1 船體周圍水流的變化及水壓分布

航行于淺水區(qū)的船舶,其周圍的水流與船體的相對(duì)運(yùn)動(dòng),和深水區(qū)有很大的不同。在深水中航行時(shí),不論其船首或船尾部分水的流動(dòng)具有三維空間內(nèi)流動(dòng)的特點(diǎn)。船首處斜向(既向兩側(cè),又向下方)向后運(yùn)動(dòng),并具有向下的明顯特點(diǎn);船尾處斜向(既由兩側(cè)向縱中剖面,又向上方)向后運(yùn)動(dòng),并具有明顯向上的特點(diǎn),如圖1b所示。但在淺水中航行時(shí),船首或船尾部分水的流動(dòng)因空間受到限制,原三維空間內(nèi)的流動(dòng)不得不變?yōu)橄騼蓚?cè)或由兩側(cè)同時(shí)向內(nèi)的二維平面式的流動(dòng),如圖1a所示。這樣,就產(chǎn)生了不同于深水域中的船體周圍水壓分布的新情況,如圖2所示。

船舶淺水效應(yīng)的研究

船舶淺水效應(yīng)的研究

船舶淺水效應(yīng)的研究

2 船舶橫向阻力的增加及轉(zhuǎn)船力矩的加大

3表示一艘低速駁船在淺水中航行時(shí)船底流速的變化情況。船體底部與河床之間形成狹窄的水道,導(dǎo)致船底的流速增大;并且由于水的粘性,在河床及船底均要形成邊界面,使過水?dāng)嗝娓訙p小,船底的流速更加增加。這種由于水深受到限制使船體與水的相對(duì)速度較深水情況有所增大,其增加的速度稱為回流速度。

回流速度的存在導(dǎo)致船底流速增加,壓力降低,從而使船體下沉,吃水增加,附加質(zhì)量及附加慣性較之深水有明顯增加。而且,由于船底和河床邊界層厚度均自船首向船尾逐漸增加,使船尾部過水?dāng)嗝孑^船首處為小,因而流速增加更大,壓力下降更甚,故船尾下沉較船首大,產(chǎn)生尾傾現(xiàn)象。

回流速度的存在導(dǎo)致淺水船周圍的流速比深水船大,且其舷側(cè)濕面積因船體下沉而增加,所以使摩擦阻力增大。同時(shí),因水流與船體的相對(duì)速度增大,壓力下降亦大, 故首尾壓力差將增大, 并且船尾與河床的間隙小,易于發(fā)生渦流。因此渦流阻力也要增大。所以船在淺水中航行時(shí)其粘性阻力將增加。

淺水中,橫向阻力的增加,轉(zhuǎn)船力矩的加大,對(duì)操縱有重大影響。靠泊操縱中船受橫向來流,或靜水中作靠岸的橫向移動(dòng),船舶所受橫向阻力及轉(zhuǎn)船力矩的大小,隨著水深的變淺,橫向阻力及轉(zhuǎn)船力矩會(huì)有成倍的增長(zhǎng)。

3 船體下沉與縱傾

船舶在淺水區(qū)航行中,由于周圍水流流速變動(dòng),沿舷側(cè)水流較首尾快,使船體周圍水壓力發(fā)生變化(見圖4) 。船首尾部高,中間低,船舶如果保持其排水量,為了取得新的均衡,就要靜止時(shí)多下沉一些。與此同時(shí),由于船體首尾線形的不同,也會(huì)引起縱傾的變化。

船舶淺水效應(yīng)的研究

其實(shí),即使在深水中航行的船,因船體周圍壓力分布發(fā)生的變化已形成船側(cè)水位下降,其結(jié)果將導(dǎo)致船舶整體下沉,同時(shí)縱傾狀態(tài)也隨之改變。這種下沉改變的程度,隨船型肥大、航速提高而變得越激烈。淺水中的船體下沉及縱傾變化,較之深水更為激烈,因而對(duì)船舶操縱影響較大,甚至產(chǎn)生船底擦碰海底的事故。這是船舶進(jìn)入淺水區(qū)域必須充分考慮的問題。在商船速度范圍內(nèi),淺水中低速時(shí)就出現(xiàn)船體下沉,隨著船速的增高,下沉的增加率也很快,首上浮時(shí)機(jī)較早。而且,越是水淺,達(dá)到最大首縱傾和開始變?yōu)槲部v傾所需要的船速越低。因此,當(dāng)船舶通過淺水時(shí),對(duì)船體下沉及縱傾現(xiàn)象必須引起重視,并應(yīng)根據(jù)估計(jì),求出剩余水深,以防船舶拖淺或擱淺。

影響船體下沉量大小的因素很多,它隨船舶的種類、船體在水下的肥瘦程度、航速、水深和所航水域的性質(zhì)(開闊水域、受限水域、封閉水域)不同而變化,很難用公式計(jì)算出包含各種因素的船體下沉量。美國U.S Army corps ofengineers推薦船舶在淺水航道中航行時(shí)船體下沉量的計(jì)算公式如下:

船體下沉量=2×CB×V2/100(m)

式中CB為與船舶吃水相對(duì)應(yīng)的方形系數(shù);

V:船速,單位節(jié)(kn)

為了方便使用上式,可參考表1查閱船舶在淺水航道中航行時(shí)的下沉量。

1 船體下沉計(jì)算表 單位(英尺)

CB

V

5kn

6kn

7kn

8kn

9kn

10kn

11kn

12kn

13kn

14kn

15kn

0.50

O.55

O.60

O.65

O.70

O.75

O.80

O.85

O.90

O.95

1.00

O.8

O.9

1.O

1.1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.6

1.2

1.3

1.4

1.5

1.7

1.8

1.9

2.O

2.1

2.2

2.4

1.6

1.8

1.9

2.1

2.3

2.4

2.6

2.7

2.9

3.1

3.2

2.1

2.3

2.5

2.7

2.9

3.1

3.4

3.6

3.8

4.O

4.2

2.7

2.9

3.2

3.5

3.7

4.0

4.3

1.5

4.8

5.O

5.3

3.3

3.6

3.9

4.3

4.6

4.9

5.2

5.6

5.9

6.2

6.6

4.O

4.4

4.8

5.2

5.6

6.O

6.4

6.7

7.1

7.5

7.9

4.7

5.2

5.7

6.1

6.6

7.1

7.6

8.0

8.5

9.0

9.4

5.5

6.1

6.7

7.2

7.8

8.3

8.9

9.4

10.O

10.5

11.1

6.4

7.1

7.7

8.4

9.0

9.6

10.3

10.9

11.6

12.6

12.9

7.4

8.1

8.9

9.6

10.3

11.1

11.8

12.5

13.3

14.0

14.8

如果船舶在封閉水域航行,如運(yùn)河河道中,船體下沉量將大于相應(yīng)的表列數(shù)值。從公式中可看出,船速越高,越是肥大型船舶,船體下沉量越大。關(guān)于水深對(duì)下沉量的影響,一般認(rèn)為,當(dāng)水深小于7倍的吃水時(shí),船體下沉開始察覺到,當(dāng)水深小于2. 5倍吃水時(shí),船體下沉開始明顯增加。隨著船體下沉,船舶縱傾亦發(fā)生變化。一般而言,超大型中低速船首下沉量大于尾下沉量,小型高速船尾下沉量大于首下沉量。下沉量與船速的平方成正比,當(dāng)船舶航行于淺水區(qū)時(shí),如果船舶首位波異常增高,則說明富余水深太小了,有觸底危險(xiǎn),此時(shí)應(yīng)果斷降速或停車,以增大富余水深。

4 推進(jìn)器效率驟減,船速可降30%

為了使船體水線以下部分的形狀符合流線型,以減少渦流分離而產(chǎn)生的壓差阻力,并加強(qiáng)對(duì)螺旋槳的供水、提高螺旋槳推進(jìn)效率,船尾水線以下靠近基線部分往往比較尖,并向上抬起,一般在船中處過水?dāng)嗝孀钚?,流速最高,隨著向后過水?dāng)嗝嬷饾u增大,至螺旋槳盤面或舵葉處增加到最大值,使流速逐漸降低。由于螺旋槳盤面處的進(jìn)速低,來流對(duì)槳葉的攻角變大,螺旋槳的旋轉(zhuǎn)阻力大,負(fù)載增加,故螺旋槳轉(zhuǎn)速下降。同時(shí),淺水使船行波泄水受限制,興波阻力變大;當(dāng)航速與移動(dòng)水波波速相當(dāng)時(shí),興波阻力最大,可以看到有一巨大橫浪隨船前進(jìn)。由于航行阻力大增,船速可降低30%。

5 舵效降低,船舶旋回性變差

船舶在淺水航行,因船速下降,船底過水?dāng)嗝鏈p小,排出流流向紊亂,伴流的作用加強(qiáng)船尾高壓區(qū)作用,這些都損及了舵力,使舵效降低。另外,當(dāng)船舶沿淺區(qū)邊緣行駛時(shí),船舷兩側(cè)的水深往往不一樣。由于船首高壓產(chǎn)生向前推進(jìn)的波浪受河底的反射較深水一側(cè)要強(qiáng)得多,因而在船首靠近淺水一側(cè)的壓力升高較深水一側(cè)大,使船首兩側(cè)產(chǎn)生指向深水一側(cè)的壓力差,迫使船首向深水一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng),這一現(xiàn)象俗稱“跑舵”。在實(shí)踐中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)跑舵時(shí),操舵者不應(yīng)用反舵將舵壓死,這將有利于船舶回到深水中,防止發(fā)生擱淺。

在淺水中用舵時(shí),其回轉(zhuǎn)角速度明顯降低。根據(jù)模型試驗(yàn)表明,當(dāng)水深吃水比h/T=2時(shí),回轉(zhuǎn)角速度降低為深水的85%左右;當(dāng)h/T=1.25時(shí),回轉(zhuǎn)角速度為深水的50%左右。

進(jìn)入淺水后,由于舵產(chǎn)生的初始旋回力矩減少,船體旋回阻矩的增大,使旋回性指數(shù)變小,旋回性能下降。在淺水的旋回直徑,要比深水中大。根據(jù)試驗(yàn),當(dāng)水深吃水比(h/T)=1.4時(shí),回轉(zhuǎn)直徑約為深水中的1.5倍;當(dāng)水深吃水比(h/T)>4時(shí),則無多大影響。故船舶進(jìn)人淺水后,雖然用了舵或加大舵角,船頭往往是遲遲不肯轉(zhuǎn)動(dòng),一旦轉(zhuǎn)動(dòng)了又難以穩(wěn)住。

6 淺水區(qū)安全操船的措施

6. 1 減速行駛船舶在淺水區(qū)航行,在主機(jī)功率不變的情況下,因阻力增加,船速會(huì)降低。若要保持原來船速,則要增加主機(jī)功率,但這對(duì)于提高航速毫無意義,不但浪費(fèi)了燃料,而且加大了主機(jī)磨耗。減速行速,不但可以減少阻力,而且可以節(jié)約燃料,保護(hù)機(jī)器。另一方面,船舶進(jìn)入淺水區(qū)會(huì)增大吃水,船速越高,吃水增值就越大。降低船速,可減少吃水增值,防止增加碰擦河底的危險(xiǎn)。

6. 2 測(cè)深這是駛?cè)霚\水區(qū)后的一種必要措施,用以探測(cè)航路,使船行駛于最深位置以保持一定的富余水深。

6. 3 設(shè)法提高舵效為克服在淺水區(qū)行駛時(shí)舵效差的不利影響,在操作上應(yīng)注意,用舵要提前轉(zhuǎn)舵,及早回舵,使用的舵角應(yīng)較大。

6. 4 備錨為防止在駛過淺水區(qū)時(shí),因舵效低和跑舵等原因而出現(xiàn)倒頭、失控等危險(xiǎn)局面,可事先通知備錨,供必要時(shí)使用。

6. 5 保持船舶具有適當(dāng)?shù)奈部v傾由于一般運(yùn)輸船在航行中,動(dòng)吃水增值都是首部的較大,因此,宜在開航前就使船具有適當(dāng)?shù)奈部v傾。

6. 6 注意船舶之間的會(huì)讓由于淺水區(qū)航道淺、窄、彎、多變,水流情況復(fù)雜,給船舶航行及會(huì)讓帶來了較大的困難,故做好船舶會(huì)讓就更加重要了。船員要謹(jǐn)慎操作,嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)章制度及內(nèi)河避碰規(guī)則,加強(qiáng)了望,隨時(shí)作好避讓。

結(jié)束語

船舶航行于淺水區(qū)的情況是十分復(fù)雜的,如果船舶駕駛員不熟悉船舶淺水效應(yīng)或不能及時(shí)處理各種可能出現(xiàn)的情況,那么船舶隨時(shí)都有擱淺或坐灘的可能。故要預(yù)防或減少船舶擱淺事故,必須加強(qiáng)船員的技術(shù)培訓(xùn),不斷提高其技術(shù)素質(zhì),加強(qiáng)安全意識(shí),提高船員遵章守紀(jì)的自覺性及對(duì)安全航行的認(rèn)識(shí)。

作者:招定友  來源:天津航海

關(guān)于我們

南京遠(yuǎn)洋運(yùn)輸股份有限公司是一個(gè)專門經(jīng)營干散貨船舶運(yùn)輸?shù)膶I(yè)船東公司,成立于1988年,原名南京遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公 司,1994年進(jìn) 行了股份制改 造,更為現(xiàn)名。

業(yè)務(wù)領(lǐng)域

南京遠(yuǎn)洋擁有船舶資產(chǎn),是以經(jīng)營遠(yuǎn)洋貨物運(yùn)輸為主、又集國際船舶管理、國際船舶代理、海員勞務(wù)輸出、船舶物 料供應(yīng)和投資 咨詢服務(wù)為一體的綜合性遠(yuǎn)洋運(yùn)輸企業(yè)。

加入我們

我們堅(jiān)信:人才是發(fā)展之本!
我們依據(jù)各崗位職責(zé)的不同,參考當(dāng)前市場(chǎng)實(shí)際,為廣大員工提供富有競(jìng)爭(zhēng)力的薪資福利。

聯(lián)系我們

公司地址:南京市江東中路311號(hào)中泰國際廣場(chǎng)05幢18 樓 郵政編碼:210019
電話:025-58802148 87792001
傳真:025-58802147
微信公眾號(hào)

微信掃一掃關(guān)注我們