风力及缆绳计算
一、风力计算
<1>船舶操纵中 风动力估算公式: Fa=1/2ρa Ca va(Aacosθ+Basinθ) 式中:Fa:水线以上船体所受风动压力,N
ρa:空气密度,1.226kg/mCa:风动力系数 va:相对风速,/s
θ:风舷角,即相对风舷角, Aa:水线上船体下面积,m
2
0
m
3
2
2
2
Ba:水线上船体侧面积, m <2>建筑:WK= βZ×US×UZ×WO 其中: WK:风荷载标准值KW/M
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2
βZ:Z高度处风振系数 US:风荷载体型系数 UZ:风压高度变化系数 WO:基本风压值 <3>空气密度
标准状态下:15C,气压1013hpa(标准大气压),相对温度65%时,空气密度为1.225kg/m
O
3 O
基准状态:0C,气压1013 hpa状态下干空风的密度为ρ0=1.293 kg/m空气密度计算公式:
干空气: ρ=ρ0273/(273+t) ×ρ/0.1013 Ρ:在温度t和压力p状态下干空气的密度kg/m
ρ0: 0C,压力为0.1013mpa状态下干空气的密度, ρ0=1.293 kg/m P:绝对压力(mpa) (273+t):热力学温度(k)
O
3
3
3
含水蒸汽的湿空气
ρ=ρ0273/(273+t) ×(ρ-0.03778φ×Pb)/0.1013 其中:P:湿空气的全压力(mpa)
Pb:温度t时饱和空气中水蒸汽的分压力(mpa) Φ:空气的相对湿度(%)
3.1:大连冬季板端天气:t=-18 P:1026hpa 以干空气计 P=P0（273/(273-18) ）×(0.1026/0.1013) = P0×1.0843 =1.4020kg/m 3.2 台风来时空气密度
A:设气温25C,气压970,湿度100%
P’= P0273/(273+t) ×(P-0.0378ΦPb)/0.1013 查表可得: Pb=31.6×102(Pa)
P’= P0×0.9161×｛0.097-0.0378×100%×(31.6×
102/百万)/0.1013｝
= P0×0.876 =1.1328 kg/m
3
O
3
0
由此可以看出冬季空气密度明显大于夏季的空气密度，以上两种情况空气密度相差1.2376倍，对风力计算有明显的影响，这也是我们觉得冬季风“硬”的原因。
B:气温25C,气压970,干空气密度
P’=ρ0｛273/(273+t)｝ ×｛P/0.1013｝=1.293×｛273/(273+25)｝×｛0.097/0.1013｝=1.1342 kg/m
(4)重力加速度
g=9.7803(1+0.0053024 sinφ-0.000005 sin2φ)m/s Φ:为纬度
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2
3
O
Φ0度时(赤道)g为9.7803 m/s Φ90度时(两极) g为9.83 m/s Φ45时 g为9.80618 m/s 连云港Φ≈35
g=9.7803(1+0.0017444-0.0000044) =9.7973 m/s
纬度较低时，应考虑重力加速度的变化，据说我国在海南文昌设立卫星发射基地，其中一个重要原因就是重力加速度相对较小。 <5>风速:蒲氏风速等级表所列风速是指平地上离地10M处的风速风值.
风速是指气流在单位时间内移动的距离,用米/秒或千米/小时表示. 风速与高度的关系:实测表明,风速沿高度呈指数函数变化 Vh=V0(h/h0)
a :与地貌或地面粗糙程度有关的指数,地面粗糙度越大,a越大,临海地区,海岸,a取0.14 Vh=V0(h/10)
h Vh/V0 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1.058 1.102 1.166 1.214 1.253 1.285 1.313 1.338 1.360 1.380 0.14
a
0
0
<6>风力估算
6.1 ：巴拿马型
225m×32.2m×19m,尾楼型普通散系货船,吃水以尾吃水4.2m,首吃水2m计水线上正,侧面受风面积估算 Aa=C1×B Ba=C2×L
设满载吃水为13m,(4.2+2)/2÷13=23.8%,查表得C1=1.01, C2=0.082 Aa=32.2×32.2×1.01=1047≈1050 Ba=225×225×0.082=4151≈4200
风速41.4 m/s(13级上限、风力高度系数不计)
22
F=1/2×P×v×Ca (Aa cosθ+ Ba sinθ) =0.0992×Ca×(Aa cosθ+ Ba sinθ) 吨 设海平面与码头相平,不计落潮
θ（00） 0 F（t） a/L 40 90 468 0.45～0.55 87-95 140 390 0.58～0.8 100-115 180 91 2
2
222
75.5 379 0.35～0.45 70～82 a 0从上表可以看出，首来风时受风力最小，只有横风的0.161倍，即16.1%，只有横风的六分之一，抛锚首迎风，因此防台时船舶应尽最大可能到锚地抛锚防台。
a :风力中心至船首的距离 L为船长 a:风力方向与船尾方向的夹角
取平均值: θ=140,a/L=0.69 a=107.5 开风: sin72.5×390=372(t)
首尾方向:cos72.5×390=117(t) 开风分解到首尾:尾0.69×372t=257t
首0.31×372t=115t
若倒缆不吃水,尾缆水平面受力
√（117+257） =282吨≈300吨,同时满足分力要求.
326
2
2
117
00
0
0
0
0
257
257
设为30
117 0 65
0
若出缆角度为30,则尾缆受力为326吨. 最高潮,尾部出缆孔距缆桩高度:
19-4.2-1=13.8m,缆长=13.8/ sin30=27.6m,即尾部缆绳长度不得低27.6m
6.2
190×32.2×19,尾楼型普通散杂货船,吃水以尾吃水4.2m,首吃水2m计 Aa=C1×B2=1.01×32.2×32.2=1047≈1050 Ba=C2×L2=0.082×190×190=2960.2 F=(1/2)PV2×Ca(Aa cos2θ+ Ba sin2θ) 根据6.1计算可看出θ=1400时,尾部受风最大
F=1/2×1.1342×41.42×1.675×(1050 cos21400+2960.2×sin2140) =2994170 =305吨
得:开风= sin72.50×305≈290T
首尾方向= cos72.50×305=91.7T≈92T 开风分角到首尾:
尾:0.69×290=200.1T≈200T 首:0.31×290=89.9T≈90T 若倒缆不受力,尾缆水平面合力 F0=220.15T≈220T 设缆绳仰角为300,则 F= F0/ cos300=254T
同时满足横分水平力不少于200T
200T 200T 92T
0
0
290T
0.31
0.69
F0
92T
使用6根尾缆,每根尾缆受力42.33T,水平横向分力33.33T 最高潮尾部导缆孔高度13.8m,仰角300,缆绳长度为27.6m