日誌2017-01-20 20:03

【純資料】簡述大風浪對船隻航行所造成的危害

根據過往的案例，我們可以清楚得知颱風所帶來的巨大風浪對船隻來說就如同是殺手一般的存在。在暴風圈航行時，船隻將出現較劇烈的搖盪運動、降速、航向不穩定，以及由此引發的其他操縱方面的問題，甚至出現難以預料的危險。

颱風對於船隻作用最明顯的主要就是它所帶來的風浪，風浪是海水受到風的作用而產生的波動，一般來說風越大，風浪就越強；而相同狀態風作用於海面上的時間越長、範圍越大，海象的惡劣程度也會隨著這個比例而攀升。

◎風浪與風力的關聯請參見下圖的蒲福氏風級表（Beaufort scale）


通常我們認為噸位越大的船在風浪中會越穩，但實際上風浪中的生存能力並不僅僅是用排水量來衡量，從耐波性來說，其實它跟船隻設計的關係更大。

雖然船隻設計時一般都會考量到要在惡劣天候的情況下正常運轉，然而實際上這種情況最好還是能避則避。

過去，美日雙方都有艦隊遭遇颱風而造成損傷的情況。雖然到了現在這類的情況已經較為少見，然而這並非代表現代的船艦已經能完全駕馭颱風。事故減少最主要的原因還是人們能夠對天氣進行更精準的預測，海軍艦艇往往會根據氣象單位的預測盡可能迴避這些惡劣天候。

（無法迴避時的因應手段請參照手冊『OPNAV Instruction 3140.24E』）

◎我們在這裡列舉出美日這兩起著名的艦隊遭遇颱風的案例，眼鏡蛇的風速大概跟2016年的梅姬颱風（Typhoon Megi）差不多，而三陸沖大概比較接近米雷颱風（Typhoon Meari）。

國家	美國	日本
艦隊	第三艦隊	第四艦隊
颱風名稱	眼鏡蛇颱風（Typhoon Cobra）	三陸沖颱風（暫定）
中心氣壓	907 hPa	960hPa
最大陣風	62 m/s	不詳
平均風速	45 m/s	34.5m/s

※關於颶風對美國海軍作戰造成的影響可以參考『Typhoons and Hurricanes: The Effects of Cyclonic Winds on U.S. Naval Operations』

即便氣象觀測能讓人們對惡劣天候有所掌握，然而海上航行還是可能會有突如其來的意外發生。因此針對惡劣天候的航海行動得考量到下列幾個項目。

一般來說，在暴風圈中航行對船隻所造成的影響大致可以歸納為：

1. 螺槳空轉
2. 拍底
3. 甲板上浪
4. 舯拱/舯垂
5. 打橫
6. 艉浪擊

航行中伴隨大風而來的湧浪會增加船隻的航行阻力，降低航速，使船隻產生劇烈搖擺。而上面這幾種影響，我們大致上可以用『逆浪』跟『順浪』來作劃分。

颱風這邊的波長與浪高我們以第四艦隊事件為例；當時戰艦戰隊所處海面，根據那智的航海長觀測其波長為100~150米，浪高為10~15米；而水雷戰隊所處的海面波長為200米，浪高15米。

（特型驅逐艦全長118.5米）

【逆浪航行】

1. 當船體長度小於波長，劇烈的波浪運動會讓船隻的車葉時而露出水面、時而沉入水中。導致其轉速大幅增加，並伴隨著強烈的震動。而這個現象就是所謂的『螺槳空轉（Propeller racing）』。


然而這種情況車葉無論是露出水面還是沉入水中，對車葉跟主機都會產生極大的負擔。除了碰撞造成車葉毀損之外，當船隻處於波峰時，由於車葉露出水面導致機組轉速驟增，有可能會導致主機失控；而處於波谷時，又因為船體浸水體積驟增，與海水的摩擦阻力突然加大，造成主機曲軸（包含推進軸）超載，導致這些軸系部件出現損傷。


2. 在激烈的縱搖和垂蕩中，當船艏升起後再落下的過程中，船體與波浪表面產生強烈的撞擊，這種現象就稱之為『拍底（Pounding）』。
   
   和一般的海況相比，暴風圈中的船身與海面碰撞週期急遽增大，而且撞擊程度也更為劇烈。通常這種衝擊多發生在船艏部，尤其是當艏柱（Stem）底端或船底露出水面後，船體在遇波谷以極短的時間落入水中時產生的撞擊最為強烈。很容易造成船體受損。
   
   
   ※於颱風中航行的匹茲堡號(CA-72)，艦首遭到巨大風浪切斷。
   
   
3. 當風浪中船隻嚴重縱搖和垂蕩，巨浪從船隻下偏的一側湧上甲板。這種情況便稱之為『甲板上浪（Green water）』。
   
   甲板上浪的程度與乾舷高度、船速與相對波高等因素息息相關。通常來說船隻乾舷越低、船速越高、波高越大，甲板上浪的情況也會越嚴重。而當船隻逆浪航行的時，海浪拍擊船艏，湧上甲板或船體，巨浪的衝擊力可能會損毀或沖走甲板上的設備（諸如絞纜機、錨機etc…）更甚於有可能會出現大浪衝擊船隻的水密門窗，造成海水進入艙室的情況，這時候船體形成自由液面（Free surface）。（嚴寒地區甚至有結冰的風險）不但減小了船隻的儲備浮力，更會造成穩性（GM）值的下降。
   ※雖然GM值高，代表船隻復原能力好。，然而在大風浪中航行時，船隻的GM值既不能太大，但也不能太小。GM值太大雖然穩性較好，但同時船隻的橫搖週期變短，會降低船員的舒適感。
   
   
4. 當船體長度與湧浪的波長相近時，船隻有可能同時受到1~2個波峰的作用，這時甲板與船底分別受到張力與壓力，這種現象稱之為『舯拱（Hogging）』或『舯垂（Sagging）』；它會使船體變形造成結構受到嚴重損傷，其中最糟的情況甚至會導致船體斷裂。

※另外派里級就因為配重的問題有出現過舯拱的現象。

【順浪航行】

一般來說，船隻在順浪航行時由於縱盪的原因可以保持相當的速度，這樣有利於脫離暴風圈。然而順浪航行卻也因為運動十分複雜，伴隨著相當程度的危險性。

1. 當浪速超過船隻航行的速度時，風浪從船隻尾部拍打上來的這種現象我們稱之為『艉浪擊（Pooping）』。它除了會使車葉與艉軸可能因為風浪的衝擊力而損壞以外，而且還有造成大量進水的風險存在。
2. 如果船隻位於波峰前部時，可能會形成一種船隻騎乘在浪潮上面的狀況，這種狀況稱之為『衝浪現象（Surf-riding）』。而當船隻處於衝浪狀態時，海浪的作用力可能造成船隻航向突變，這種現象即為所謂的『打橫（Broaching）』。這時候由於船體橫對風浪造成嚴重傾斜，嚴重時甚至會有翻覆的危險。

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留言

• 2017-01-20 20:10卡列寧：
  每次看大大發這種比較偏門的文都覺得好專業好厲害，是興趣嗎

  2017-01-20 20:20喵哈哈(bye bye)：主要是翻譯的時候會因為某個句子去查看看原因是為什麼。
  然後資料一直蒐集就越來越完善成一篇文章了。
  
  這次是因為看到車葉在水面空轉這一段才想了解一下原因
  http://i.imgur.com/9sqWdTF.jpg

• 2017-01-20 20:43阿姆斯特朗旋風噴射砲：
  打橫好可怕.........差不多翻定了

  2017-01-21 08:51喵哈哈(bye bye)：不過還是要看船長的操作呢…雖然實際上真的有翻過的案例就是了

  2017-01-21 08:53喵哈哈(bye bye)：而且就算沒翻，聽跑船的人說搖晃到40度那邊，吃的東西就不是用吐的，而是用噴的。

• 2017-01-20 23:02壽司犬：
  長知識,感謝

  2017-01-21 08:53喵哈哈(bye bye)：不會[e2]

• 2017-01-21 01:22Ggc：
  每字每句都看得懂，卻無法弄清楚意思，好高深

  2017-01-21 08:54喵哈哈(bye bye)：https://truth.bahamut.com.tw/s01/201503/36d28838e6331cf8520dd5836a56256e.JPG?w=300

• 2017-01-21 14:18超級聰明豆：
  原來受損是這樣一回事啊...現在想想巨大的浪伴隨的是多麼龐大的動能，情況對要折斷船底真的輕而易舉啊...槳葉也是，有點像是在跳水時快速轉動手臂，一進入水中便出現轉動困難，尤其是發動機也是緩慢往上提升驅動著巨大的動力，突然進入水中產生的阻力更是巨大，超過彈性限度果斷壞給你看，離水也讓人感受到脫臼的聲響...巨量化的動能與此之下的物理效應真是可怕，突然想到，要是超人像電影中用雙手撐起巨大的船...也只會因為受力面積過小讓超人像針一般直接刺穿船底對吧...

  2017-01-25 08:16喵哈哈(bye bye)：是啊~~大概就向環太平洋的貨輪劍一樣，那種受力方式龍骨早斷了wwwwwww

• 2017-02-01 17:17你現在到底在講什麼：
  出海突然遇到颱風的話船隻要怎麼應變才能使受損降到最低?

  2017-02-01 20:08喵哈哈(bye bye)：調整航速，盡量避免船隻與波浪產生共振（好像會用Z字航法，還有一些公式之類的）
  輪機停止，讓船隻隨著海浪漂。（僅適用大型船隻，中小型不可以）
  總之最危險的情況就是側身對浪，這樣很容易被打翻。

• 2017-02-02 11:30你現在到底在講什麼：
  了解，謝謝大大點解
• 2017-03-05 23:13白日夢境：
  虹の葡萄佑
  其實現在有氣象預報 大洋上很少真的會遇到颱風 而且現在貨輪也多可以跑到20節
  都可以規劃路徑避開
  反而是在狹小的水域很麻煩 還是想辦法乖乖進港

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