浅析应对船舶大风浪航行措施毕业论文.doc
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1、2010届航运工程系毕业生论文论文题目:浅析应对船舶大风浪航行措施班 级: 10级航海技术 姓 名: 指导老师: 日 期: 2013.05.13 毕业论文(设计)开题报告专业: 航海技术 班级: 航海三班 姓名: 学号: 论文(设计)题目: 浅析应对船舶大风浪航行措施 论文(设计)纲目:1 海洋波浪的概述 1.1 波浪的形成 1.2 波浪的特点2 大风浪对航行船舶稳性的影响2.1大风浪中船舶稳性特点2.2大风浪航行对船舶纵向强度的影响2.3大风浪航行对船舶横摇的影响2.4大风浪中航行船舶的纵摇和垂荡3 大风浪来临前船员的心理准备与物质准备3.1心理准备3.2物质准备4 船舶在大风浪中应考虑因素
2、4.1人的因素4.2自然因素4.3船舶因素4.4其他因素 5 船舶大风浪航行方法5.1自然减速和有意减速5.2偏浪航行5.3滞航、顺航和漂航5.4大风浪中的掉头5.5避让及对规则理解运运用6 公司岸基支持和海事机构安全监督6.1公司的岸基支持6.2海事机构的安全监督论文(设计)开始日期:2013年5月1日 指导老师: 刘元丰 毕 业 论 文 (设 计) 评 语专业: 航海技术 班级: 航海三班 姓名: 田 更 学号:081101203022 论文(设计)题目: 浅析应对船舶大风浪航行措施 论文(设计)篇幅: 图纸: 0 张 其他附件: 指导老师评语:论文成绩 指导老师 年 月 日毕业论文(设计
3、)交叉评语一、交叉评阅评语: 二、评阅成绩的评分论文评阅成绩参考标准论 文设 计内容正确性,方案可行性,论证严密性和独创性;数据处理能力,计算能力,分析解决问题能力;文字表达能力及附件质量。工艺及过程论证、计算的正确性和严密性,方案可行性、创新性;数据处理能力,计算机应用能力、分析解决问题能力;设计图纸的质量,文字水平及其他附件质量。给定成绩: 交叉评阅教师签字 年 月 日毕业论文(设计)摘要 题目名称浅析应对船舶大风浪航行措施指导教师刘 元 丰承担人姓名田 更 航运工程系 航海技术专业 三 班 摘 要俗话说:无风三尺浪,船舶在大风浪中航行会遇到大浪的砰击,拍底,尾淹和打空车及人的因素等。各种
4、外力的干扰使船舶产生横摇,纵荡,横荡,垂荡以及偏转等不利的因素,对船舶的强度,稳性,航速及操纵性能等影响很大,直接给船舶航行与操纵带来诸多危害。尽管当今航运科技已经相当发达,但风灾浪损的事屡见不鲜。因此如何确保船舶在大风浪中航行安全一直是古今中外航海界人士努力求索解决的问题。找出大风浪对船舶安全的影响及其影响因素,充分做好各种准备,避免出现航行危险将是本文研究的课题。 签名: 年 月 日 指 导 教 师 意 见是否能参加毕业设计(论文)答辩:指导教师签名: 年 月 日毕业论文(设计)答辩记录项目记录成绩自述答辩组提问答辩组成员答辩时间答辩组组长签名毕业论文(设计)答辩评定一、评语: 二、 答辩
5、成绩的评分答辩成绩评分参考标准论 文设 计能否在规定时间内正确地作出报告;语言表达能力、相关知识和问题的理解、掌握情况。能否在规定时间内正确地作出报告;语言表达能力,对相关知识和问题的理解、掌握情况。给定成绩: 答辩小组负责人签字: 年 月 日 浅析船舶应对大风浪航行措施10级航海技术航海3班田更摘要: 俗话说“无风三尺浪”船舶在海上航行遇到的何止三尺风浪。船舶在大风浪中航行势必会遇到大浪的砰击,拍底,尾淹和打空车及人的因素等。各种外力的干扰使船舶产生横摇,纵荡,横荡,垂荡以及偏转等不利的因素,对船舶的强度,稳性,航速及操纵性能等影响很大,直接给船舶航行与操纵带来诸多危害。尽管当今航运科技已经
6、相当发达,但风灾浪损的事屡见不鲜。因此如何确保船舶在大风浪中航行安全一直是古今中外航海界人士努力求索解决的问题。找出大风浪对船舶安全的影响及其影响因素,充分做好各种应该对措施,进一步的保证船舶航行安全将是本文浅析的课题。关键词: 大风浪 稳性 人的因素 航行安全 准备工作 操纵方法 岸基支持引言大风浪是船舶航行的必遇课题,也是船舶航行的潜在威胁,大风浪严重影响船舶的正常航行,给船舶的安全运输生产带来了诸多的困难,可能造成货损、船损,甚至发生海难事故,威胁人的生命安全。但因其有自身的客观规律性,而且我们具备较强的专业知识及能力,事先做好完整的、有效的、具体的安全保障措施,正确处置大风浪带来的各种
7、突发情况,即可达到安全航行的目的。找出大风浪对船舶航行安全的影响及其影响因素,充分做好各种应对措施,尽可能的保证船舶的航行安全将是本文重点研究的课题。本文全面分析船舶大风浪的特性和船舶稳性所受得影响以及船舶面对大风浪航行应对措施,目的就是减少航行事故保证航行安全。本文参考过很多关于船舶大风浪航行的资料,例如:船员心理素质与大风浪安全操作、关于大风浪中船舶航行安全的综合分析、大风浪中的安全航行与避让等,但是这些资料都只是对船舶大风浪航行的某些方面做了特别介绍,并不能使读者全面地了解船舶大风浪航行的全面准备与应对。然而,本文综合了上述资料的精华,并且对船舶大风浪航行的每个方面的介绍都很简练,从而对
8、船舶大风浪航行有一个很全面的介绍。接着,本文又参考了大量关于船舶在大风浪中航行的安全措施和操纵的资料,例如船舶在大风浪中航行的安全措施和操纵、大风浪船舶安全航行的研究综述、大风浪中船舶安全性评估方法综述等,从各个方面来说明船舶应对大风浪航行的措施。1 海洋波浪的概述为了保证船舶在大风浪中航行安全,首先必须要了解风浪,其次要了解船舶在风浪中的运动。然后针对风浪对船舶作用规律采取正确的操船措施方能达到安全航行的目的。海浪是发生在海洋中的一种波动,是海水运动的主要形式之一。海浪按其形成的原因可分为风浪和涌浪、潮汐浪、气压浪、地震浪(海啸)及船舶兴波等很多种类,但船舶航行时最常遇到的是风浪和涌浪1.1
9、 海浪的形成风浪是由风的直接作用,将能量传给海洋引起的水面波动。当风力停止后,风所引起的波浪受到重力和摩擦力影响而逐渐衰减。风浪离开风区传至远处或风区里风停止后所存在的波浪称为涌浪。海上风浪要得以发展,与风速、风时、风区有关。风速越大,产生的风浪越大;风对水面作用持续时间越长,海水获得的动能越大风浪也就越大船舶所处的水域的上风一侧风的吹送距离越长,即风区越大,浪在风区移动越远,风浪就越发展。在深水中波浪的水质点以一定的速度做轨圆运动,其波形以某一速度传播出去,而水质点本身不随波形移动。其运动方向是,当水质点处于波峰时与波的船舶方向相同,处于波谷时则与波的传播方向相反。1.2 波浪的特点 在水中
10、,由于波浪底部受海水的摩擦,速度减慢,所以波峰速度比波谷速度快,这样,波形就起了变化,波峰向前弯曲,波长变短,波高越来越大,波浪变得陡而且高,然后成为开花浪。在海岸附近,这些开花浪为海岸所阻挡,又产生拍浪,这些浪对船舶的冲击力较大,对船舶呦一定的航行威胁。海洋上波浪实际上是不规则的,它们有各种不同的波长、波高和陡度的波组成的,而且由于海区地形的关系,波浪的不规则形显得更为复杂。但不规则波是由于无数单元规则波叠加而成的,经过大量的观察表明,如果外界条件没有明显的的变化,波浪的出现有一定的规律。为了简便常以一种波高来说明波浪的状况通常使用的方法有平均波高:即所有波高的平均值; 均方根波高:即将所有
11、的波高平方想加,求平均值后在开方;合成波高:海上风浪和涌浪并存时,可采用合成波高来表示海面状况;部分大波平均波高:有时将观测的波高按大小排列起来,并就最大的一部分波高计算平均值,称为部分波高的平均波高。2 大风浪对船舶航行安全的影响大风浪中的航行船舶,无论是轻载还是满载,都要受到海上大风浪的影响。对于轻载船舶则影响更大。一般轻载船舶航行时,由于吃水浅、干舷高、受风面积大。在风浪中容易发生激烈的摇荡,往往都会使船舶处在非常危险的状态下。2.1 大风浪中航行对船舶稳性的影响2.1.1 船舶稳性的概念 船舶在外力矩作用下偏离其初始平衡位置而倾斜,船舶具有抵抗外力并当外力消失后船体能自行恢复到初始平衡
12、状态的能力称为船舶稳性。船舶稳性从脱离平衡位置的方式可分为横稳性和纵稳性;从倾斜角度的大小又可分为初稳性和大倾角稳性按作用力矩的性质分为静稳性和动稳性;从船舶是否进水分类可分为完整稳性和破舱稳性。12.1.2 船舶稳性在风浪中的特点 船舶在波浪中的稳性是船舶耐波性中最重要的问题之一。根据船舶遭遇波浪的方向不同可区分为以下几种情况:船舶横浪航行时的稳性;船舶纵浪(迎浪或随浪)航行时的稳性;船舶斜浪航行时的稳性。 据船舶在波浪中发生的事故统计表明:最危险的航向为横浪、随浪、首向角135度225度的随浪。当船处于横浪状态时:实际水线面的形状与静水时相比变化不大,此时船舶稳性的计算方法可用静稳性曲线表
13、示。但受高陡波的冲击会使船舶产生相当大的横倾角,从而使稳性变坏,特别对小船的危险更大。美国“博里”号供应船在北大西洋0.91.2米高浪海区航行时,当转向接近横浪时产生倾斜,随后斜度迅速地增大,引起货物移动,致使船倾覆,其原因是甲板上载货移动造成稳度不足。另外低舷船舶在横浪甲板严重上浪的情况下,稳性将大大变坏。横浪试验证实,如甲板上浪是连续不断的,横摇具有非对称的性质。为保证甲板连续上浪时的稳性,必须使横倾力矩不大于扶正力矩。船舶在随浪航行时:由于其水线形状的变化,扶正力矩与静水时的值不同,纵摇和垂荡引起水动压力重新分布,航速的影响使波浪的压力场和波浪剖 面发生变化。扶正力矩分别在波峰和波谷时出
14、现极值。在随浪时,船的视周期比波浪的视周期要大得多。因此,船舶相对波浪的位置改变比较慢,从而可能长时间处于稳性较低的状态。航速越接近波浪传播速度,船处于这种状态的时间就越长,从而使倾覆的危险也越大。特别是出现波长接近于船长的波浪时,随着陡波的增加遭受倾覆的危险性增大。据统计在随浪时的大部分事故发生在船长为2050米的各种船上。首向角为135度225度的随浪航行时:尽管扶正力矩的极值逐步减小,但横摇的作用增大,从而使此时的稳性和随浪航行时一样低。2.1.3 保障船舶具有适当的稳性保持足够的稳性对在大风浪中航行的船舶很重要,特别是散货船。对于散粮船,由于散粮自身的特点,船舶应根据有关对散装谷物船舶
15、稳性的要求进行校核,保证船舶有足够的稳性。对于矿砂船和装煤的船舶,船舶虽然有足够的稳性,然而由于矿砂船的重心很低,船舶的初稳性相对较大。船舶在波浪中的横摇频率较快。如果在平舱不理想的情况下,很容易引起货物的移动。在实践中许多船舶都采用隔舱装货的方法来提高船舶的重心。从而降低船舶的初稳性高度。然而隔舱装货将使船舶剪力急剧增加,对船舶的纵向强度十分不利。大型船舶尤其是超大型船舶不宜采用。因此对于大型矿砂船只能在航行中及时调整船舶的航向及航速,降低横摇的幅度,避免货物移动而造成危险。大型散货船在空载航行时为了降低拍击、螺旋桨打空车等不利现象的影响,应将一个或两个大舱作为压载舱。在这种情况下应将大舱压
16、满或接近压满(最小应压至百分之九十),以减小自由液面的影响,在保证船舶稳性的情况下及时降低船舶在摇摆时,大舱中的压载水对船体的冲击,保证船舶的强度。2.2 大风浪航行对船舶纵向强度的影响 大型船舶由于其船长比较长,无论是顶浪或斜顶浪航行还是顺浪或斜顺浪航行,船舶都将横跨两个波浪,当船舶横跨两个波峰时,船舶处于中垂状态:当刚船舶横跨两个波谷时,船舶又处于中拱状态。无论是中拱状态还是中垂状态,波浪对船舶的总纵强度都有极大的影响。当船舶在波浪中的总纵弯矩或剪力超过船舶的许用强度时,船 体在波浪中可能产生断损的危险,造成整个船体折断。因此大型船舶在大风浪中航行时必须保证其有足够的总纵强度。 船舶在波浪
17、中的总纵弯矩和剪力与船舶载重的分布、波长及船舶与波浪的相对位置有关。因此船舶驾驶人员应在配载、积载和航行操船过程中充分考虑各种因素的影响,降低船舶在波浪中的总纵弯矩和剪力。2.2.1合理配载,减小船舶在静水中的弯矩和剪力船舶在配载时,应尽量均匀地分配载重,校核船舶的强度,将船舶在静水中的弯矩和剪力降至最低。当船舶货舱装载不均匀时,船舶在静水中的最大弯矩和剪力将急剧增加,是均匀分配载重时的几倍。因此利用货舱集中装载来提高船舶的重心从而降低船舶的初稳性高度,对于大型船舶是不可取的。尤其是船舶在航行中会遇到大风浪的情况下。另外船舶在波浪中航行,当船长与波长相等。波峰或波谷位于船中时,船舶所承受的弯矩
18、和剪力最大。为减小船舶在波浪中的中垂或中拱,保证船舶的安全,在配载时应注意保证船舶在出航时避免出现中垂或中拱,例如南非等港,除严格禁止超载外,也同样禁止出航时中垂或中拱。在装载过程中为避免过大的弯矩和剪力折损船体。在装货、卸货、压排压载水的过程中应注意校核船舶所承受的弯矩和剪力2.2.2 降低船舶在大风浪中的弯矩和剪力在大风浪中合理地操纵船舶,为降低船舶在波浪中承受的弯矩和剪力,船舶可横浪航行。然而横浪航行容易引起激烈的横摇而引起倾覆的危险。因此在实际航行中应综合评判各种危害,使之对船舶的威胁程度降至最低。 2.2.3密切注意船体承受弯矩和剪力最大的部位为了采取必要的措施保证船舶的安全,船舶在
19、波浪中航行,船舶所承受的最大弯矩出现在船中附近而最大剪力出现在离船首或船尾四分之一船长的位置。在这些位置附近,尤其是在大的开口(如舱口)附近,船体最容易被撕开,在大风浪航行中应密切注意这此部位,一旦发生撕开等情况,及时采取修复,加强等措施,保证船舶的安全。2.2.4 紧急情况下的及时躲避当船舶遇到恶劣海况,如南非好望角附近的怪浪时,在不能保证船舶强度的,待海况好转后再通过。在好望角附近即南非的东南沿海,在四月份,在某种气象条件下,例如吹强劲的西南风时,从西南方向来的涌浪碰到阿古拉斯海流的边缘或近岸浅到50拓的浅滩时,浪遇到这股急流和浅滩,猛然折回冲向另一方向,不同方向的涌浪相互干扰后,将产生宝
20、塔形的三角浪,使涌浪的高度急剧增加,这种怪浪的高度有时可达到20米,有的大型船舶就是遇到这种怪浪后引起船体折断而沉没。2.3 大风浪航行中船舶的横摇 波浪将引起船舶摇荡,船舶在波浪中有横摇,纵摇,首摇,垂摇,横荡,纵荡六个自由度的运动,其中危害最大的是横摇。船舶在波浪中横摇剧烈时,不但会危及人员、设备、货物和船舶的安全,严重时还会发生谐摇而使船舶颠覆,则需要采取减摇措施,避免谐摇。从船舶操纵角度出发,减轻谐摇包括调整船舶自由横摇周期和遭遇周期。 2.3.1调整船舶自由横摇周期船舶航次计划确定之后,可根据本航次各海区、各季节可能的波浪遭遇周期,在装载时适当选择船舶自由横摇周期,避开谐振区间。 2
21、.3.2调整波浪遭遇周期波浪的遭遇周期与船速、波向角、波速和波长等因素有关,其中只有船速和波向角是可以调整的。实际上,对于航行中的船舶,调整船速和波向角对于减轻横摇是行之有效的措施。2.4 大风浪航行中船舶的纵摇和垂荡 船舶的大风浪纵摇主要受波长与船长之比、船速、船舶固有纵摇周期与遭遇周期之比、船舶的航向有关。影响船舶垂荡振幅的因素与波高有关,波高越大,垂荡振幅越大。与波长与船长之比有关。当波长与船长之比小于等于四分之三时,不论其他条件如何,即使谐摇垂荡振幅也是非常小的。与船舶固有垂荡周期与遭遇周期之比有关。由于垂荡周期有阻尼性,即使出现垂荡谐振也不会有很高的相对垂荡振幅。与船速有关。当波长与
22、船长之比小于等于四分之三时,船速的影响是较小的;当波长与船长之比大于等于一时,船速越高,垂荡越激烈。3 大风浪来临前船员的心理准备与物质准备 大风浪航行的船舶,应对大风浪航行操纵固然重要,但是船舶在遭遇到大风浪之前的准备措施也很重要。来临前的船舶准备措施涉及到船舶的各个方面,这里面包涵了船员的准备措施,如航线的正确选择;船舶的物质准备措施,如加强物件的系固;还有岸上公司的准备措施,如实时提供重要的航行安全信息等等,做好各项大风浪来临前的措施,从而保证船舶的航行安全。3.1 心理准备在航海活动中,船员除了要具备扎实的理论知识及娴熟的技术外,还需要有良好的心理素质,这样才能在紧张情势甚至危急关头有
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