船吸現(xiàn)象(Suction phenomenon)又名船間效應(yīng)、船間相互作用,指兩船平行向前航行時(shí),兩船中間的水流速度比外側(cè)更快。根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利原理—水對(duì)兩船內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)比兩船外側(cè)的壓強(qiáng)要小。于是在外側(cè)水的壓力作用下,兩船逐漸接近甚至相撞。
由于船周圍水域流速及壓強(qiáng)的變化而產(chǎn)生的橫向吸力和回轉(zhuǎn)力矩作用的結(jié)果。橫向吸力和回轉(zhuǎn)力矩與兩船間距離、相對(duì)位置、船速、船速比、兩船大小、船型及船行波等因素有關(guān)。
1912年秋,奧林匹克號(hào)在海上航行,一艘名為“豪克”的小型裝甲巡洋艦正在距其100米外的海面上疾馳,兩艘船平行著駛向前方。忽然,“豪克”號(hào)向“奧林匹克”號(hào)撞去,其船頭撞在“奧林匹克”號(hào)的船舷上釀成一件重大海難事故。
力學(xué)本質(zhì)
船吸現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,簡(jiǎn)要概括為下面兩點(diǎn):
一是運(yùn)動(dòng)的船舶周圍都存在一個(gè)壓力—速度場(chǎng),當(dāng)兩船接近時(shí),壓力—速度場(chǎng)相互疊加,產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)力和偏轉(zhuǎn)力矩。
二是在水面行駛的船舶會(huì)激起由散波系和橫波系組成的船行波,兩船接近時(shí),各自的波系相互干擾,使得壓力—速度場(chǎng)的變化更為復(fù)雜;而如果是在狹水道、淺水區(qū)航行,尤其是高速航行,則船行波將發(fā)生很大的變化,其總趨勢(shì)是波浪變陡、散波擴(kuò)散角增大,從而使船吸現(xiàn)象更加明顯。當(dāng)船吸效應(yīng)大于艦船操縱工具(如艙)的作用時(shí),就可能釀成事故。
產(chǎn)生條件
(1)一般發(fā)生在追越過(guò)程中,尤其是大、小船之間的追越;
(2)航速越高,船吸越甚;
(3)兩船橫距較小時(shí),易發(fā)生;
(4)在限制水域(淺、窄)中比較常見。
影響因素
船吸現(xiàn)象大小受到船舶長(zhǎng)度、 船舶橫距、航速、船體水下面積等因素的影響。現(xiàn)從橫向吸力和回轉(zhuǎn)力矩兩方面來(lái)進(jìn)行分析。
橫向吸力
兩船并航在正橫位置時(shí),其橫向吸力F為最大值。根據(jù)泰勒(D.W.Tayor)對(duì)船長(zhǎng)L相同的兩船所作的并航試驗(yàn)
得:
式中:R-—船舶阻力。
即Fs的大小約與f的平方成反比。
回轉(zhuǎn)力矩
海佛洛克(Havelock)對(duì)兩個(gè)形狀為旋轉(zhuǎn)體的幾何體,其長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)和2L(圖1),以不同間距f和前后位置距離e,在潛水條件下等速并航,用理論方法計(jì)算出回轉(zhuǎn)力矩MS值:
式中:v—船速;
A—旋轉(zhuǎn)體側(cè)面積;
CM—回轉(zhuǎn)力矩系數(shù)。
由圖可見,當(dāng)f越小時(shí),CM的絕對(duì)值越大。在給定f條件下,當(dāng)en≈±0.75L時(shí),CM達(dá)極大(小)值。即小船在大船首尾附近位置時(shí),其回轉(zhuǎn)力矩絕對(duì)值最大,而方向相反。小船位于大船尾部附近,在MS作用下,小船轉(zhuǎn)向大船。對(duì)于大船,因其對(duì)垂向軸的質(zhì)量慣性矩Jz遠(yuǎn)大于小船,故在同樣MS(方向相反)作用下,其轉(zhuǎn)向趨勢(shì)不明顯。在大船首部附近,小船轉(zhuǎn)離大船。當(dāng)間距f較大時(shí)尚可采用壓艙以抵消其回轉(zhuǎn)力矩,當(dāng)f較小時(shí)(例如f≈0.25L)則即使壓蛇也很難克服回轉(zhuǎn)力矩(圖1),若不采取其它緊急措施,碰撞不可避免。圖2是海佛洛克用理論方法計(jì)算出抵消最大回轉(zhuǎn)力矩所需的艙角值。可見,當(dāng)f<0.25L時(shí),根據(jù)曲線趨勢(shì),所需艙角將超過(guò)艙結(jié)構(gòu)的最大艙角。由于MS的大小與u2成正比,所以在同樣間距f時(shí),船速越低M起越小,兩船并航可安全追越,但船速高時(shí)則將導(dǎo)致碰撞。
預(yù)防措施
追越中預(yù)防措施
船舶在開闊水域中追越,兩船的間距應(yīng)超過(guò)可能產(chǎn)生船吸現(xiàn)象的距離;船舶在受限水域中近距離追越,追越船與被追越船應(yīng)當(dāng)采取有效措施,減輕船吸效應(yīng),避免碰撞事故發(fā)生。
(1)航行中盡量避免在狹窄、彎曲、淺灘河段處追越,追越應(yīng)選擇順直、通航密度小的允許追越的河段。
(2)追越時(shí)應(yīng)盡量保持足夠的橫距,在深水、寬闊航道中快速追越,兩船間的橫距至少要大于較大一船的船長(zhǎng)。
(3)追越開始前必須用VHF電話與被追越船進(jìn)行聯(lián)系,并按照《內(nèi)河避碰規(guī)則》有關(guān)規(guī)定,鳴放聲號(hào),得到被追越船同意后,方可進(jìn)行。
(4)被追越船如果同意追越,應(yīng)盡量讓出航道,減速至能維持艙效的速度行駛;追越船應(yīng)適當(dāng)加速,以縮短兩船相互作用時(shí)間,盡可能增加兩船的橫距,及早完成追越。當(dāng)兩船之間橫距受到水深或?qū)挾认拗茣r(shí),雙方均應(yīng)情降低航速。
(5)如果出現(xiàn)船吸現(xiàn)象并有碰撞危險(xiǎn)時(shí),追越船應(yīng)減速或停車,并操適當(dāng)艙角抑制偏轉(zhuǎn)。
對(duì)駛中預(yù)防措施
兩船對(duì)駛時(shí),為避免激烈的船吸現(xiàn)象而發(fā)生碰撞的預(yù)防措施是:
(1)會(huì)船時(shí)應(yīng)避免在復(fù)雜航道。
(2)對(duì)駛開始前應(yīng)減速緩慢行駛,盡量增大兩船間的橫距。
(3)當(dāng)兩船船首平行時(shí),不要用大艙角抑制船首向外偏轉(zhuǎn),否則船首會(huì)進(jìn)人對(duì)方船中部低壓區(qū)時(shí)加速內(nèi)轉(zhuǎn)而引起碰撞。此時(shí),應(yīng)適當(dāng)加車以增加艙效,穩(wěn)定船首向,減少通過(guò)的時(shí)間,使相互作用迅速消失而安全通過(guò)。
(4)在兩船對(duì)駛相遇時(shí),兩船間相互作用造成碰撞的危險(xiǎn)程度比追越過(guò)程低,但當(dāng)兩船橫距過(guò)近,一船船首或船尾分別處于他船內(nèi)觸的高壓區(qū)或低壓區(qū),則有可能因激烈的偏轉(zhuǎn)而使該船首或船尾部碰撞他船。
事故案例
1912年秋,奧林匹克號(hào)在海上航行,一艘名為“豪克”的小型裝甲巡洋艦正在距其100米外的海面上疾馳,兩艘船似乎在比賽,彼此靠得較攏,平行著駛向前方。忽然,正在疾駛中的“豪克”號(hào)一頭向“奧林匹克”號(hào)撞去,其船頭撞在“奧林匹克”號(hào)的船舷上釀成一件重大海難事故。
2009年4月15日晚,在斗門石板沙水道一艘云浮市的貨船與一艘運(yùn)石船相撞,貨船船體被撞沉沒(méi),至少三人失蹤。事故原因初步鑒定為貨船在與運(yùn)石船并排順流行駛時(shí),出現(xiàn)了船吸現(xiàn)象,從而導(dǎo)致兩船相撞。
參考資料 >
美軍艦再碰撞,罪魁禍?zhǔn)拙故恰按?yīng)”.新華社.2023-07-14