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渔船耐波性

渔船在风浪中的运动性能与失速性能以及为船上的人员和各种系统、装备提供良好的船体运动条件的能力。渔船耐波性主要包括横摇(绕x-x′轴的摇动)、纵摇(绕y-y′轴的摇动)、艏摇(绕z-z′轴的摇动)、垂荡(沿z-z′轴的上下垂直运动)、横荡(沿y-y′轴的左右平移运动、纵荡(沿x-平移运动)以及因各种运动造成的甲板上浪、失速、艏底碎击等(见图)。摇荡运动的主要参数是摇荡幅度和摇荡周期。

渔船在风浪中的运动性能与失速性能以及为船上的人员和各种系统、装备提供良好的船体运动条件的能力。

渔船耐波性主要包括横摇(绕x-x′轴的摇动)、纵摇(绕y-y′轴的摇动)、艏摇(绕z-z′轴的摇动)、垂荡(沿z-z′轴的上下垂直运动)、横荡(沿y-y′轴的左右平移运动、纵荡(沿x-平移运动)以及因各种运动造成的甲板上浪、失速、艏底碎击等(见图)。摇荡运动的主要参数是摇荡幅度和摇荡周期。摇荡分为自由摇荡和强制摇荡。自由摇荡是渔船在静水中受外力的作用而倾侧,当外力消失后,由于复原力矩和惯性作用而产生的摇荡。摇荡周期在整个摇荡过程中是不变的,只取决于渔船的重量分布与船体形状,和外力没有关系,所以称为固有摇荡周期(亦称自摇周期)。强制摇荡是由波浪等周期性外力作用于船体使其产生的摇荡,其周期等于外力的周期(亦即波浪的周期)。

渔船摇荡运动示意图

渔船对耐波性的要求

主要有:①船体摇荡要缓慢,幅度和加速度要小,否则船员易晕船,影响作业,甚至因船体横倾过大而丧失稳性,使船倾覆。②船体在风浪中的运动不能太剧烈,以免增加船体阻力,或螺旋桨出水,主轴负荷不均匀而显著地降低船速,亦即失速。纵摇和垂荡运动要小,迎浪时能骑浪而不钻浪,否则甲板严重上浪和浸水,影响捕捞操作和安全。③在风浪中不要发生艏底碰击,以免造成船艏结构应力增加和振动,缩短大修周期或影响仪器设备的正常工作。④艏摇运动要小,使在各种不同的风向下,既有保持航向的能力,也能操纵自如。

影响因素

主要有:①船体主尺度。船长与纵摇、垂荡运动有很大关系。船长与常遇波浪波长之比L/λ最好>1.3,则纵摇和垂荡不会很剧烈。如L/λ≤1,即小船遇长波时,不论航速如何,均不能避免较大的纵摇和垂荡。船长、船宽和吃水都对艏底碰击有一定影响。船长要大于常见波长,若略小于波长发生剧烈纵摇和垂荡时,则最为不利。较宽的船或L/B小的船,则发生艏底碰击的次数较多。吃水深,则碰击压力强度和碰击面积都有所减少。②初稳性高度。要求尽可能小,以加大固有横摇周期,减小横摇的速度和加速度,使横摇缓和,且横摇衰减亦快。但初稳性高度过小,将影响渔船安全。由此可见,在耐波性与稳性间有一定的矛盾。当固有横摇周期与波浪周期接近时,横摇幅度将急剧增大,因此固有横摇周期是评价渔船耐波性的一项重要指标,一般中小型渔船在5~8秒之间。③重量分布。尽可能将重的设备布置在船的两舷,这样可在不减少初稳性高度的情况下,增加横向惯性半径以增加横摇周期,降低横摇加速度,改善横摇。为改善纵摇和垂荡,最好将重的载荷布置在中央二分之一船长内,以减小纵向惯性半径,减小纵摇和垂荡的固有周期,以免与常遇波浪周期接近,即使谐摇也只发生在小波时,摇荡亦较小。④船型设计。为改善横摇,应采用较大的舯剖面系数和较小的舭部半径,通过增大方形系数以增大横摇衰减系数,但航行阻力也将相应增加,影响渔船的快速性。亦可在方形系数不变的条件下,加大舯剖面系数,从而减小棱形系数,既有利于快速性,又可增加横摇阻尼。水线面系数和水线面形状对垂荡有一定影响,要求漂心不宜过后,水线面系统不宜过大。为改善纵摇和碰击,艏部横剖面形状宜用V形,以增加抗纵摇阻尼。水线以上应从较低处开始就有适度外漂,最好成直V形剖面,以迅速增加浮力。较小的棱形系数对艏底碰击和失速有利,棱形系数越小,碰击压力越小,压力中心位置亦越向后移。

改善耐波性的措施

主要采用减摇装置。它分被动式和主动式两类。渔船常用的是被动式,主要有竖龙骨和舭龙骨,用以产生同横摇方向相反的横摇阻尼,一般可以减少横摇幅度20%~30%。也有少数大中型渔船使用被动式减摇水箱,并在两水箱的流体通道中分别设频率和阻尼调节活门,可以调节箱内液体流动的频率,使渔船因装载变化,在稳性高度不同的大范围内,都有很好的减摇效果,一般可减少横摇幅度60%~70%,甚至可达85%。

耐波性的预估

传统的方法是在渔船设计阶段,通过对船体各种摇荡或谐振摇荡的估算,以估计或比较耐波性的优劣,或通过船模耐波性系列试验比较确定,但后者工作量大,时间长,费用高。随着船舶运动的理论计算方法日趋成熟和电子计算机的应用,已开始用计算程序,对一定波浪条件下的各种耐波性基本因素进行计算;同时还可选择尺度相近、耐波性较好的几艘参考渔船,用耐波性综合评估的计算程序,求出各船的单项和综合运行效率,与设计船的同类指标相比较,从数值上确定耐波性的优劣。另外还可用渔船在规定海域和计算航速时,在各项耐波性基本因素不超过预定标准的前提下,以所能经受的最高浪高来衡量,能达到的浪高越高,耐波性越好。