[科普中國(guó)]-船行波

船行波是指船舶在水面上運(yùn)行時(shí)，船體推擠水體而形成的波浪，該波浪沿船行方向呈放射錐形分布。船行波與空氣流動(dòng)形成的水波、水位梯級(jí)差導(dǎo)致水體流動(dòng)行成的水波等因素共同構(gòu)成航道水面波浪，并對(duì)船舶通行和水體流動(dòng)造成影響。

波態(tài)分析所謂船行波是船舶在狹窄內(nèi)河航道或人工運(yùn)河航行時(shí)，由于船體對(duì)水體作用產(chǎn)生壓力，使水面引起波動(dòng)，使船艏與船艉分別形成船艏波系和船艉波系。無論船艏或船艉波系，它們都是由二組明顯的擴(kuò)散波和橫向波所組成，并被限制在船后呈扇形的區(qū)域范圍內(nèi)。擴(kuò)散波有傳播方向與船舶航線的夾角為波浪傳播角θ、船行波波峰尖點(diǎn)稱為尖峰點(diǎn)，各尖峰點(diǎn)形成尖峰點(diǎn)連線，散波波峰中心的連線與船舶航行間的夾角φ值，理論解為19°82′，它與船速無關(guān)與船體線型有關(guān)，散波大小與方向同船型、航速等均有關(guān)系，散波波系移動(dòng)方向總是垂直于散波波峰線，以一定速度向二側(cè)岸邊傳播。

橫波波系的波峰線與岸邊線方向垂直，其波高比散波波系小得多，但與散波干涉后，在岐點(diǎn)（橫波與散波波峰的交匯點(diǎn)）處的合成波高將有所增加，從而對(duì)波波作用帶來影響。1

船行波對(duì)系泊船的影響當(dāng)船系泊于航道附近碼頭，如果航道中船舶的航行速度較快，且該船舶距系泊船的距離又比較近時(shí)，船行波將會(huì)引發(fā)系泊船的激烈搖擺運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)則可能導(dǎo)致系泊船的船體受損或纜繩繃斷而造成重大安全事故。

國(guó)外許多專家就船行波對(duì)系泊船的作用機(jī)理作了大量的理論研究和模型試驗(yàn)，總結(jié)出一些既實(shí)用又簡(jiǎn)便的估算方法，并在設(shè)計(jì)規(guī)范中將船行波列為船舶荷載用于船舶系纜力的分析計(jì)算。近年來，我國(guó)許多港口的大型泊位都是沿著進(jìn)港航道而建，且碼頭前沿距航道邊線的距離很近，系泊于這類泊位上的船舶極易受到船行波的影響。盡管我國(guó)海事部門及航運(yùn)公司的有關(guān)文件中都警示船行波對(duì)系泊船的安全性具有不利影響，但我國(guó)港口工程設(shè)計(jì)部門對(duì)此尚未引起足夠重視，且現(xiàn)行港口工程設(shè)計(jì)規(guī)范中尚無將船行波列為船舶系纜力計(jì)算荷載的相關(guān)規(guī)定。2

船行波的計(jì)算方法船行波問題是造船學(xué)家和流體力學(xué)研究者最為關(guān)注的問題之一，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)船行波的研究已有了不少成果。但將船行波的影響反映在港工設(shè)計(jì)中的相關(guān)研究并不多，我國(guó)港工設(shè)計(jì)規(guī)范尚未引入船行波的不利影響，日本規(guī)范OCDI和德國(guó)規(guī)范EAU中都有對(duì)船行波的計(jì)算介紹，均基于凱爾文理論。

另一種實(shí)用又簡(jiǎn)便的估算方法是Flory-Remery算法，將船行波的影響轉(zhuǎn)化成力和力矩作用在系泊船上。

OCDI經(jīng)驗(yàn)公式凱爾文理論將船行波分成散波和橫波，橫波的擴(kuò)散方向與船舶航行方向一致，橫波的波長(zhǎng)和周期均比散波大，橫波可視為一組典型的規(guī)則波，即使在水深相同的水體中，波高都將與傳播距離的平方根成反比趨勢(shì)衰減。如圖所示：

散波與航線呈約19°的夾角（橫波與散波波峰交會(huì)點(diǎn)的連線與航線的夾角約19°）從船首擴(kuò)散，散波波峰方向與擴(kuò)散方向的夾角約為35°，在深水情況下散波的擴(kuò)散方向不受航速影響，散波在相當(dāng)長(zhǎng)的擴(kuò)散距離內(nèi)很少衰減，且其移動(dòng)方向總是垂直于散波波峰線，它們是干擾系泊船只的主要?jiǎng)恿Α?/p>

Flory-Remery算法Remery在前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量的模型試驗(yàn)，總結(jié)繪制出不同航速及間距條件下，船行波對(duì)系泊船只的作用力和力矩曲線圖，描述了不同船位情況下，船行波對(duì)系泊船只的影響演變過程，F(xiàn)lory提出了能簡(jiǎn)便計(jì)算船行波對(duì)系泊船只的最大作用力和最大力矩的經(jīng)驗(yàn)公式，并考慮了流速的影響作用，通過兩者的結(jié)合而構(gòu)成了Flory-Remery算法。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

屈明 - 副研究員 - 西南大學(xué)