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船吸现象

船吸现象(Suction phenomenon)又名船间效应、船间相互作用,指两船平行向前航行时,两船中间的水流速度比外侧更快。根据流体力学中的伯努利原理—水对两船内侧的压强比两船外侧的压强要小。于是在外侧水的压力作用下,两船逐渐接近甚至相撞。

由于船周围水域流速及压强的变化而产生的横向吸力和回转力矩作用的结果。横向吸力和回转力矩与两船间距离、相对位置、船速、船速比、两船大小、船型及船行波等因素有关。

1912年秋,奥林匹克号在海上航行,一艘名为“豪克”的小型装甲巡洋舰正在距其100米外的海面上疾驰,两艘船平行着驶向前方。忽然,“豪克”号向“奥林匹克”号撞去,其船头撞在“奥林匹克”号的船舷上酿成一件重大海难事故。

力学本质

船吸现象产生的原因,简要概括为下面两点:

一是运动的船舶周围都存在一个压力—速度场,当两船接近时,压力—速度场相互叠加,产生了偏转力和偏转力矩

二是在水面行驶的船舶会激起由散波系和横波系组成的船行波,两船接近时,各自的波系相互干扰,使得压力—速度场的变化更为复杂;而如果是在狭水道、浅水区航行,尤其是高速航行,则船行波将发生很大的变化,其总趋势是波浪变陡、散波扩散角增大,从而使船吸现象更加明显。当船吸效应大于舰船操纵工具(如舱)的作用时,就可能酿成事故。

产生条件

(1)一般发生在追越过程中,尤其是大、小船之间的追越;

(2)航速越高,船吸越甚;

(3)两船横距较小时,易发生;

(4)在限制水域(浅、窄)中比较常见。

影响因素

船吸现象大小受到船舶长度、 船舶横距、航速、船体水下面积等因素的影响。现从横向吸力和回转力矩两方面来进行分析。

横向吸力

两船并航在正横位置时,其横向吸力F为最大值。根据泰勒(D.W.Tayor)对船长L相同的两船所作的并航试验

得:

式中:R-—船舶阻力。

即Fs的大小约与f的平方成反比。

回转力矩

海佛洛克(Havelock)对两个形状为旋转体的几何体,其长度分别为L和2L(图1),以不同间距f和前后位置距离e,在潜水条件下等速并航,用理论方法计算出回转力矩MS值:

式中:v—船速;

A—旋转体侧面积;

CM—回转力矩系数。

由图可见,当f越小时,CM的绝对值越大。在给定f条件下,当en≈±0.75L时,CM达极大(小)值。即小船在大船首尾附近位置时,其回转力矩绝对值最大,而方向相反。小船位于大船尾部附近,在MS作用下,小船转向大船。对于大船,因其对垂向轴的质量惯性矩Jz远大于小船,故在同样MS(方向相反)作用下,其转向趋势不明显。在大船首部附近,小船转离大船。当间距f较大时尚可采用压舱以抵消其回转力矩,当f较小时(例如f≈0.25L)则即使压蛇也很难克服回转力矩(图1),若不采取其它紧急措施,碰撞不可避免。图2是海佛洛克用理论方法计算出抵消最大回转力矩所需的舱角值。可见,当f\u003c0.25L时,根据曲线趋势,所需舱角将超过舱结构的最大舱角。由于MS的大小与u2成正比,所以在同样间距f时,船速越低M起越小,两船并航可安全追越,但船速高时则将导致碰撞。

预防措施

追越中预防措施

船舶在开阔水域中追越,两船的间距应超过可能产生船吸现象的距离;船舶在受限水域中近距离追越,追越船与被追越船应当采取有效措施,减轻船吸效应,避免碰撞事故发生。

(1)航行中尽量避免在狭窄、弯曲、浅滩河段处追越,追越应选择顺直、通航密度小的允许追越的河段。

(2)追越时应尽量保持足够的横距,在深水、宽阔航道中快速追越,两船间的横距至少要大于较大一船的船长。

(3)追越开始前必须用VHF电话与被追越船进行联系,并按照《内河避碰规则》有关规定,鸣放声号,得到被追越船同意后,方可进行。

(4)被追越船如果同意追越,应尽量让出航道,减速至能维持舱效的速度行驶;追越船应适当加速,以缩短两船相互作用时间,尽可能增加两船的横距,及早完成追越。当两船之间横距受到水深或宽度限制时,双方均应情降低航速。

(5)如果出现船吸现象并有碰撞危险时,追越船应减速或停车,并操适当舱角抑制偏转。

对驶中预防措施

两船对驶时,为避免激烈的船吸现象而发生碰撞的预防措施是:

(1)会船时应避免在复杂航道。

(2)对驶开始前应减速缓慢行驶,尽量增大两船间的横距。

(3)当两船船首平行时,不要用大舱角抑制船首向外偏转,否则船首会进人对方船中部低压区时加速内转而引起碰撞。此时,应适当加车以增加舱效,稳定船首向,减少通过的时间,使相互作用迅速消失而安全通过。

(4)在两船对驶相遇时,两船间相互作用造成碰撞的危险程度比追越过程低,但当两船横距过近,一船船首或船尾分别处于他船内触的高压区或低压区,则有可能因激烈的偏转而使该船首或船尾部碰撞他船。

事故案例

1912年秋,奥林匹克号在海上航行,一艘名为“豪克”的小型装甲巡洋舰正在距其100米外的海面上疾驰,两艘船似乎在比赛,彼此靠得较拢,平行着驶向前方。忽然,正在疾驶中的“豪克”号一头向“奥林匹克”号撞去,其船头撞在“奥林匹克”号的船舷上酿成一件重大海难事故。

2009年4月15日晚,在斗门石板沙水道一艘云浮市货船与一艘运石船相撞,货船船体被撞沉没,至少三人失踪。事故原因初步鉴定为货船在与运石船并排顺流行驶时,出现了船吸现象,从而导致两船相撞。

参考资料

美军舰再碰撞,罪魁祸首竟是“船吸效应”.新华社.2023-07-14