船体下沉量确定.doc

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大连海事大学
毕业论文
二〇一四年十月一日
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浅析船舶下沉量对航行安全
的影响及计算方法
操纵性能，严重时可能造成船舶触底或搁浅，这就要求驾驶员对船体下沉量进行精确计算〔尤其是大型高速船舶的船体下沉量〕，以便留有充分的充裕水深。本文浅析了航行中船舶的船体下沉和受限水域船体下沉量的计算，希望文中所讨论的内容能给各位航海界同仁提供一些建议，为海上船舶交通安全尽一份微薄之力。
2 船体下沉量及充裕水深的基础知识
船体下沉量
航行中的船体升沉
船舶在水中的运动过程中，由于运动速度不同使船体周围压力分布发生变化。船舶运动时，船体将水向船体周围排开，使船体首尾方向的流态发生变化，造成水压力分布的不均匀。这种不均匀表现在船首和船尾附近产生高压区，在船中附近产生一个低压区。由此造成船体周围水面的水位下降或上升，从而造成船体的升沉。
深水中的船体下沉
已有诸多学者实验研究说明，影响航行中的船舶其所受水动力大小的重要参数之一是绝对水深与吃水的比值H/D，即相对水深。H是指海底至水面的高度；D是指船舶吃水。而怎样确定浅水水域，目前尚无统一的国际标准，但就从水深影响船体阻力的试验结果来看，通常用相对水深H/D的比值来区分浅水与深水，即H/D<4时，可近似的认为是浅水水域；反之，当
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H/D>4则为深水水域。
船舶在深水水域航行时，与之相对运动的水流是从船体的两舷和底部由船首流向船尾的三向度水流。由于绝大多数运输船舶的船型特点，此时的船舶表现为船首下沉，而船尾只在较高速度时才开始发生下沉，且该下沉量小于船首的下沉量，即平静中为平吃水状态的船舶将表现为首倾。
浅水中的船体下沉
当船舶驶入浅水水域时，由于流入船底下面的水流受到限制而被推向船体的左右两侧，流速增加，使船体周围水压力的变化加剧，船中低压区扩展至船尾，船体下沉和首倾变化均教深水中更为显著。此时，船舶阻力增加，船速下降、船体下沉，船体下沉量与底水深度和航速紧密相关。底水深度越小，下沉量越大；船速越快，下沉量越大；首下沉量大于尾下沉量。
充裕水深
浅水水域中行船，往往横移阻力过大，操纵困难；且浅水中航行船舶的船体下沉所导致的充裕水深减小，不但更使得船舶的操纵性能降低，严重时可能造成擦底或搁浅，对船舶安全构成威胁，这是船舶港内航行所面临的危险之一。因此为保护船舶航行安全，并使船体水下有足够的空间供船舶操纵，在考虑航行水域条件和气象条件基础上，船舶龙骨下水深应留有一定的安全余量，这个安全余量被称为充裕水深。［1］
3 受限水域航行的船舶船体下沉量的计算
经验方法
经验方法的出处有多种,，如出自于《商船航运通告〔M930〕》的经验方法是：在浅水水域航行且船速较高的船舶，应防止因船体下沉而造成擦底或搁浅的危险，10kn速度应有吃水的10%的增加量。当速度降低时，下沉量也减少。
又如出自于《英版航海手册》推荐的三个经验公式,分别为：
下沉量=10%吃水 (1)
下沉量=每5kn前进速度下沉 (2)
下沉量=V2/100(m)，式中V为船速(kn) (3)
Barrass公式
简化公式
Barrass 于1979年在实船实验和模型试验基础上，给出了适合于h/~，~，按照下式计算：
开敞浅水水域 S=Cb×V2/100 〔4〕
受限浅水水域 S=Cb×V2/50 〔5〕
式中：V为船速(kn)；Cb为船舶方型系数。
狭窄航道中下沉量的计算公式
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〔6〕［2］
式中：
为速度回复系数
=A2/A1
A2为船舶水下横截面积
A1为航道剩余横截面积
Hooft计算公式
在考虑到影响船体在浅水水域下沉的各种因素后，很多专家提出根据参数估算下沉量的方法，其中具有代表性的是Tuck和Taylor的计算公式。Tuck理论是在细长体〔瘦形船舶〕假定的基础上,将速度势在船体附近及远场作渐进展开，根据两速度势的匹配求解，并最终得出浅水航行中船体重心的平均下沉量的计算公式。Hooft则根据Tuck和Taylor的计算公式给出了适用于在开敞水域的浅水中船首下沉量的计算公式。
现将Hooft公式介绍如下：
〔1〕 船首的下沉量S =S1+S2 〔7〕
〔2〕求船体平均下沉量
〔8〕［3］
式中：
为船舶垂线间长