橫盪

橫盪（swaying）是指浸於水中的物體沿最長延展方向的垂直方向的水平線性振盪運動。如果該物體(如軸對稱物體)無最長的水平延展方向，則規定橫盪運動方向為入射波方向的垂直方向。浸於水中的物體沿垂直方向的線性振盪運動稱為“垂盪”，沿垂直於橫盪運動方向的水平線性振盪運動稱為“縱盪”，即沿最長延展方向的水平線性振盪運動。

純橫盪運動是平面運動機構（FMM）可以實現的典型運動方式之一。橫盪水池中船模沿水池中心線勻速運動的同時，疊加一個橫向位移y=y₀sinωt，由於船模的中心線始終和船池中心線平行，即首向不變。

基本介紹

• 中文名：橫盪
• 外文名：swaying
• 定義：一種水平線性振盪運動
• 方向：沿最長延展方向的垂直方向
• 一級學科：船舶工程
• 二級學科：船舶術語

船舶搖盪

船舶搖盪（ship oscillation）又稱船舶搖擺。船舶在風浪等外力作用下產生的橫搖、縱搖、首搖、橫盪、縱盪、垂盪及其耦合運動的總稱。一般地，取以船舶重心為原點的直角坐標系，X軸平行於船體基線指向船首，Z軸垂直於船體基線向上，Y軸指向船體左側，則橫搖、縱搖、艏搖分別是繞X、Y、Z軸的往復轉動，縱盪、橫盪、垂盪分別是沿X，Y，Z軸的往復平動。其中，縱搖、縱盪和垂盪稱為縱向運動，橫搖、橫盪和艏搖稱為橫向運動。由於船舶的特殊外形(船體的艏艉外形不對稱)及其與波浪的相對航向，船舶的六個自由度搖盪運動並不總是獨立進行的，往往其中的幾個自由度上的運動會相互影響、相伴產生，這樣的運動現象稱為耦合運動，如船舶垂盪時會伴有縱搖。

船舶的搖盪運動對船舶的航行、船上工作人員和旅客的居住以及船上設備和裝備的正常工作都是不利的，劇烈的橫搖有可能使船舶喪失穩性而傾覆，嚴重的縱搖會加劇船首露天甲板的上浪、船底砰擊和尾部螺旋槳的出水等。因此，對船舶搖盪運動的預報與減搖是船舶耐波性研究的首要任務，通過理論分析或模型實驗可以預報船舶的搖盪運動幅值；採用各種減搖裝置、選擇適當的船體主尺度以及改進船體線型設計可以減緩搖盪。

船舶搖盪帶來的不利影響

船舶的搖盪運動會使船舶產生以下一些不良現象。

砰擊

由於嚴重的縱搖和升沉，船體與風浪之間產生猛烈的局部衝擊現象稱為砰擊。砰擊多發生在船首部，當艏柱底端或船底露出水面，然後在極短的時間以較大的速度落人水中時就會發生砰擊。

上浪

船舶在風浪中劇烈搖盪時風浪湧上甲板的現象稱為上浪。上浪時船首常常埋入風浪中，海水淹沒艏部甲板邊緣，甲板上水。上浪主要是由嚴重的縱搖和升沉引起的。

失速

它包括風浪失速和主動減速。風浪失速是指推進動力裝置功率一定時，由於劇烈的搖盪，船舶在風浪中較靜水航行中航速的降低值。主動減速是指船舶在風浪中航行，為了減小風浪對船舶的不利影響，主動降低主機功率，使航速比靜水中下降的數值。

螺旋槳飛車

船舶在風浪中航行，部分螺旋槳露出水面，轉速劇增，並伴有強烈振動的現象稱為螺旋槳飛車。

影響表現

船舶搖盪運動以及由搖盪引起的上述現象，對船舶的航海性能和使用性能帶來極不良的影響，主要表現在以下幾個方面。

對舒適性的影響

船舶為了完成一定的任務，必須給乘員提供一個合適的環境，使他們能有效地進行工作。船舶搖盪時的幅度越大，頻率越高，則對人體的影響越劇烈，危害越大。這種危害主要受兩種運動特性的影響，即加速度和橫搖幅值。

加速度引起人們暈船。人耳朵的前庭系統，特別是內耳腔對線加速度和角加速度特別敏感，超過一定的刺激就要引起暈船。一般來說，發生暈船的可能性隨加速度增加。

橫搖角影響人的運動能力，大致可以分為三個區域：在0°～4°範圍內對人的活動沒有影響；在4°～10°範圍內使人的運動能力明顯下降；10°以上使乘員吃飯、睡覺及在船上走動都發生困難。

對航行使用性的影響

船員利用船上的全部設備，在預定的海況下完成其規定使命的能力稱為航行使用性。激烈的搖盪以及搖盪引起的其他性能對航行使用性產生極為不利的影響。

由於縱搖和升沉，使船舶造成失速，主機功率得不到充分利用。

嚴重的砰擊使船首部結構損壞，使船體發生顫振。在壓載航行時，駕駛人員主動減速，主要是避免艏部嚴重砰擊。高速船在洶濤海面上的航速常常是由砰擊頻度所決定，稱為砰擊限制航速。

上浪使甲板機械損壞，給船員造成惡劣的工作條件。滿載船舶主動減速的重要因素是考慮上浪頻度，稱為上浪限制航速。

螺旋槳飛車使主軸受到極大的扭轉振動，主機突然加速和減速，損壞主機部件，推進效率降低。

過大的搖盪使波浪負荷加大，可能損壞船體結構，甚至斷裂。

大的風和浪加上激烈的搖盪，給船舶操縱帶來困難，使船舶難於維持或改變航向。

對安全性的影響

激烈的搖盪運動有可能造成船舶某些部件(如主機、螺旋槳、舵及導航設備等)的損壞，使船失去控制而造成慘重後果。

此外，大角度橫搖可能使艙室進水，貨物移動，因而造成海難事件的發生。

總之，船舶的搖盪運動會帶來嚴重的後果，對於我們來說，尋求減緩搖盪的方法以及研究如何消除搖盪帶來的不良後果，是一個十分重要的課題。

減搖裝置

為了減少船舶的搖盪，除了在裝載和操縱方面採取措施以外，在船舶設計與建造中，都裝設必要的減搖裝置。目前採用的減搖裝置有下列幾種。

舭龍骨

舭龍骨板是裝設在舭部外側、沿著水流方向的一塊長條板，如圖1(a)所示。舭龍骨的作用是減小船舶橫搖。由於減搖效果較好，製造簡單，幾乎所有的船舶均裝設有舭龍骨。

圖1

舭龍骨板的長度為船長的1/4～1/3，寬度為200～600 mm(大型船更大些)，近似垂直於舭部列板，其外緣不超出船的半寬線與船底基線所圍的範圍，以免受到碼頭和海底等碰損。在結構形式上，舭龍骨有連續式的和間斷式的兩種結構。連續式結構簡單，適用於航速不很高的船。間斷式結構適用於高速船，其優點是對船舶的航行阻力較小，而對橫搖阻力較大。為了防止舭龍骨損壞時使船體外板受損，舭龍骨一般不直接焊接在舭部外板上，而是用一塊覆板將兩者連線起來。

舭龍骨雖然裝設在船中部很長的一段範圍內，但在結構上它不參與船舶的總縱彎曲，僅承受船舶橫搖時的水動壓力。

圖1(b)是一艘船裝設舭龍骨和無舭龍骨時的橫搖角θ曲線，由圖中可明顯看出舭龍骨的減搖效果，而且船在航行時舭龍骨的減搖效果更好一些。

減搖鰭

減搖鰭，一般是一個長約為3.0 m、寬為1.5 m的長方體，剖面為機翼型，安裝在船中央附近兩舷的舭部。在船內設定操縱機構，根據需要可將減搖鰭收進船內或伸出舷外。並且可調整機翼剖面相對於水流的攻角，使兩舷的減搖鰭所產生的升力形成一個阻礙船舶橫搖的力偶矩，如圖2(a)所示，並使力偶矩方向的改變與船舶橫搖同步，這樣可有效地減小船舶橫搖。因減搖鰭需配備有自動操縱系統，造價高。目前只有在大型豪華客船上或軍艦上才設定。

圖2

減搖水艙

如圖2(b)所示，在船內橫向設定“U”形水艙，當船在橫搖時，使水艙的水位移動與船的橫搖之間有一個相位差。這樣，水的重力所形成的力矩可減小船舶的橫搖。

上述U形減搖水艙內的水與舷外水不連通時，則稱閉式減搖水艙。若減搖水艙內的水與舷外水相通時，稱開式減搖水艙。如水艙內的水左右舷流動是可以控制的，稱為主動式減搖水艙；而不能控制水的流動的，稱為被動式減搖水艙。