船舶操纵性能
第一章船舶操纵性能
第一节船舶变速运动性能
船舶出于避碰、狭水道及港内航行或驶往泊地的需要而改变螺旋桨的转速和方向，进行启动、变速、停车、倒车操纵。转速和方向改变后直至达到新的定常运动状态之前，存在着一段加速或减速运动的过程，该段过程称为变速运动过程，也称船舶惯性。衡量船舶变速运动特性有两个重要指标，一是船舶完成变速运动所航进的路程，称为冲程；另一是完成变速运动所需的时间，称为冲时。
一、船舶启动性能
船舶在静止状态中开进车，直至达到与主机输出功率相应的稳定船速前的变速运动，称为船舶起动变速运动。
在起动变速过程中，螺旋桨推力T与船舶阻力R之差，是船舶产生加速运动的动因。由于启动后推力增加较快，而船速增加则较为缓慢，因此要注意合理用车。即分段逐级加车，待达到相应转速的船速时，再提高用车的级别，以免主机超负荷工作。
完成启动变速运动所需的时间t和航进的路径s可用下列关系式估算。
W·V0
t ≈0.004 ————
R0
W·V02
s ≈0.101 ————
R0
式中，V0为最终定常速度，单位为kn；W为船舶实际排水量，单位为t；R0为达到最终定常速度V0时的船舶阻力；计算出的t单位为min；计算出的S单位为m。
根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到海上速度，满载船舶约需航进20L左右的距离，轻载时约为满载的1/2~2/3。
二、船舶减速性能
船舶以一定常速度（全速或半速）行驶中采取停车措施后，直至降到某一余速（2kn~4kn）前的变速运动称为船舶停车变速运动。
主机停车后，推力急剧下降到零。开始时，船速较高，阻力也大，速降很快；但当速度减小后，阻力也随之减小，速降越来越慢，船很难完全停止下来，且在水中亦很难判断。所以，通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算所需时间和船舶航进路程的标准。
主机停车后的时间、速度及航进路程存在如下关系。
达到速度V时所需的时间：
W·V02 1 1
t = 0.00105 —————（——-——）
R0V V0
达到速度V时所航进的路程：
W·V02V0
s = 0.075 —————?n （——）
R0V
式中：R0为速度V0时船舶所受阻力，单位为t；W为船舶实际排水量，单位为t；t 的单位为min；S为m；速度单位为kn。
计算停车冲程还可采用Topley船长提出的经验估算式
S = 0.024 C·V0
式中：C为船速减半时间常数，单位为min；V0为船舶停车时初速，单位为kn。C值随船舶排水量不同而不同。
一般船舶在以常速航进中，从主机停车到降至余速2kn时，其停车冲程约为8~20L；而VLCC满载时，在以海上常速航进中停车至余速降至3kn，则停车冲程约为23L，冲时近30min。当然，正常的进出港或接近泊地仍以逐级降速为妥，以利于主机的养护。
三、倒车制动性能
船舶在全速前进中开后退三，从发令开始至船舶对水停止移动所需的时间和航进的路程，以及相应的偏航量和偏航角，统称为倒车制动性能。倒车冲程又称为紧急停船距离（crash stopping distance）或最短停船距离（shortest stopping distance）。
全速前进的船舶在进行紧急制动时，为不致造成主机转动部件出现应力过大的情况，在关闭主机油门后，通常要等航速降至全速的60%~70%，转速降至额定转速的25%~35%时，方可将压缩空气持续充入汽缸使主机停转，然后进行反向起动。
1.紧急停车距离（C、S、D）和停船时间的估算
1)Lovett式估算法
W·V0
t ≈0.00089 —————
R0
W·V02
s ≈0.0121 —————
R0
式中：s——最短停船距离（m）；
t——所需时间（min）；
W——船舶实际排水量（t）；
R0——船速为V0时的船舶阻力（t）；
V0——倒车前的船舶速度（kn）。
2)紧急停船距离经验估算法
从主机倒车后的船速随时间变化关系看，可近似认为是一个匀减速过程，如图1--14所示。紧急停船距离的大小就是速度曲线与时间轴围成的面积。即
ts
S = ∫ vdt = CV k·t s
式中：V k——倒车时船速（kn）；
t s——倒车使用时间（s）；
C——紧急停船距离系数，一般货船取0.25~0.27，大型油轮取0.27~0.29；
S——紧急停船距离（m）。
大型油轮如时间按分（min）计算，也可按下式求取紧急停船距离
S = 16 V k·t m
使用上述两公式时，可不考虑船舶主机种类和吃水状态。
图1--14
3)低速航进时倒车冲程及冲时的估算
1 w k x
S = ———————— V02
2 g T p
w k x
t s = —————— V0
g T p
式中：S——倒车冲程（m）；
t s——所需时间（s）；
g——重力加速度（9.8m/s2）；
W——船舶排水量（t）；
k x——船舶前进方向虚质量系数，可经实验取得，象VLCC或肥大型船舶可取1.07。
T p——螺旋桨倒车拉力（t），估算时可用T p =0.01N拉（后退倒车功率）来估算；
V0——船舶倒车时船速（m/s）。
当船舶驶向泊地并要求船舶能在一倍船长的距离内用倒车把船停住，则船舶所用余速为
2g·L·T P
V0 =————————
W·k X
4)经验数据
根据统计，一般情况下各类船舶的紧急停船距离大致为（如表1－5所示）：
表1－5
载重量船种主机种类紧急停船距离
1万t 普通货船内燃机 6 ~ 8 L
1万t 高速货船
集装箱船
滚装船
内燃机7 ~ 8 L
5万t 油轮内燃机8 ~ 11 L
5万t 货船内燃机8 ~ 10 L
10万t 油轮汽轮机10 ~ 13 L
15~20万t 油轮汽轮机13 ~ 16 L
2.船舶停船性能
船舶的停船性能是指在标准状态下以海上船速行驶的船舶，经自力制动操纵后，可在允许偏航范围内（偏航量和偏航角）迅速停船的性能。
由于沉深横向力和排出流横向力的作用，倒车制动时，船舶在减速的同时船首将发生剧烈的偏转运动，其运动轨迹是一条曲线，如图1—15所示。
图1—15
在图中曲线的长度即最短停船距离，也称之为制动行程R T（track reach）。船舶重心沿原航向方向移动的距离称为制动纵距R H（head reach），它是用车紧急停船能让开前方物标的最短距离。倒车制动时，船首向偏离原航向的角度，称为偏航角。而船舶重心偏离原航向的横向距离，称为偏航量D L。压载时，停船距离短，偏航角和偏航量较小；满载时，停船时间长，偏航角和偏航量大，有时竟高达200°左右。
具有良好停船性能的船舶应满足，在开阔水域具有相应其船长的最小停船距离，而在水深、航道宽度受限制的水域不仅要具有最小停船距离，而且要具有较小的偏航量和偏航角。
3.影响紧急停船距离的主要因素
1)主机倒车功率、换向时间
主机倒车功率越小，紧急停船距离越大。此外，单位排水量功率（MCR/DWT）越小，紧急停船距离越大，这就是大型船倒车功率较小型船舶大，但紧急停船距离一般较大的原因所在。
主机换向时间越短，紧急停船距离越小。主机换向时间因主机类型不同而不同，一般从前进三到后退三换向所需时间蒸汽机船约需60~90s；内燃机船约需90~120s；汽轮机船约需120~180s。另外，内燃机倒车功率占常用功率的比例也较气轮机为高。
2)推进器种类
与定距桨相比，调距桨只需改变桨叶方向便可达到换向目的。操作时间短，在调整螺距的同时即可产生较大乃至最大的倒车拉力，故紧急停船距离较短。若其他条件相同，一般CPP船的紧急停船距离约为FPP船的60%~80%。
3)排水量和船型
在船速和倒车拉力相同时，排水量越大，紧急停船距离越长。通常压载时的停船冲程约为满载时的80%，而倒车冲程约为满载时的40%~50%左右。此外，C b大的肥大型船舶的附加质量大，故其停船距离较瘦型船舶为长。
4)船速
若其他条件相同，船速越大，冲程越大。
5)外界条件
顺风流时冲程增大；反之则减小。浅水中船舶阻力增加，冲程略有减小。
6)船体污底
船体污底严重，则阻力增加，船舶紧急停船距离将相应减小。
4.各种制动方法及其运用
1)倒车制动法
通过螺旋桨倒转或改变螺距，使之产生强大拉力进行制动的方法称为倒车制动。该法因其制动拉力大，操纵方便而被各类船舶广泛采用。但因存在控向困难，不利于船舶保位的缺陷，因而大型船舶在港内应谨慎使用。
2)蛇航制动法（Zig zag stop manoeuvre）
这是英国造船研究协会（BSRA）提出的紧急停船制动方法。该法通过船舶自身操舵、换车，不仅可利用主机倒车拉力、船舶斜航阻力和舵阻力使船舶快速停住，而且能保证船舶偏航方向明确、较少的偏航距离。此外，由于采用分阶段逐级平稳降速，避免了主机超负荷工作等情况的出现。该法适用较开阔水域，对于大型船舶、方型系数C b较大的船舶，深水域中初速度较高时尤为有效。其缺点是在较窄水域或航道内不宜使用，操纵较复杂。
3)满舵旋回制动法
船舶满舵旋回一周，当航向复原时，可使船速减为原来速度的70%左右，大型油轮甚至降至原船速的50%左右。该法操作简便，无需机舱动车，大型船舶抵港前常用此法减速。
4)拖锚制动法
该法仅适用于万吨及万吨以下船舶，而且抛锚时的船舶对地速度仅限于2~3kn以下。大型船舶由于其锚机的刹车力不足，拖锚制动将会损坏锚设备或使制动失败，故不宜采用此法。
5)拖轮制动法
当本船船速低于6~7kn时，根据当时的吃水情况使用相应数量的拖轮，利用拖轮的推力作用，有效地控制本船航速。该法多用于大型船舶在港内航道中的制动。
6)辅助装置制动法
该法是通过在船体上增设一些辅助装置，在需要时予以启动，以增加船舶运动阻力，消耗船舶动能，使船舶尽快减速。该法在船速较高时制动效果明显。
5.停船冲程的测定
1)测定条件
测定应选择在无风、流影响的水域进行，水深一般应不小于3√Bd （B为船宽，d为吃水），船舶保持正舵。
2)测定内容
通常是在空船和满载时，分别测定主机处于主机转速为前进一、前进二、前进三时使用停车和倒车的冲程和所需时间，至少应测定船舶前进三至停车，前进二至停车的停车冲程和前进三至后退三及前进二至后退三的倒车冲程。
3)测定方法
①抛板法
采用此方法比较简便且实用，停船距离可由下式求得：
停船距离=（n - 1）L + 最后一块木板移动的距离
式中：n为抛出木板总数；L为首尾观测组的距离（m）。
②定位法
多采用无线电定位法和GPS定位法，通过连续测定船位求得冲程。大型船舶多用此法。
第二节船舶旋回性能
在船舶操纵中，就舵的使用而言，大致可分为小舵角的保向操纵、一般舵角的转向操纵及大舵角的旋回操纵三种，船舶旋回性是船舶操纵中极为重要的一种性能。
一、船舶旋回运动的过程
船舶以一定航速直线航行中，操某一舵角并保持之，船舶将作旋回运动。根据船舶在旋回运动过程中的受力特点及运动状态的不同，可将船舶的旋回运动分为三个阶段，如图1—1所示。
1.第一阶段——转舵阶段
船舶从开始转舵起至转至规定舵角止（一般约8~15s），称为转舵阶段或初始旋回阶段。
如图1—1所示，该阶段中，船速开始下降但幅度甚微；漂角也已出现但量较小；旋回角速度不大，但旋回角加速度最大。由于船舶运动惯性的原因，船舶重心G基本上沿原航向滑进，在舵力转船力矩M
δ的作用下，船首有向操舵一侧回转的趋势，重心则有向操舵相反方向的微量横移，与此同时，船舶因舵力位置比重心位置低而出现少量内倾。因此，该阶段也称为横移内倾阶段。
2.第二阶段——过渡阶段
操舵后，由于船舶出现向操舵相反一侧横移而使其运动方向发生改变，形成了漂角β。越来越明显的斜航运动将使船舶进入加速旋回阶段，同时伴有明显的降速。
如图1—2（a）所示，该阶段中，船舶的旋回角速度、横移速度和漂角均逐步增大，水动力F w的作用方向由第一阶段来自正前方，逐渐改变为来自船首外舷方向。由于水动力F W
作用点较重心更靠近船首，因而产生水动力转船力矩M
δ，方向与舵力转船力矩MJ一致，使船舶加速旋回；与此同时，随着旋回角速度的不断提高，又会产生不断增大的船舶旋回阻矩，从而使旋回角加速度不断降低，角速度的增加受到限制。
该阶段中船舶的运动特点是：
1）船舶降速明显。其首要因素是船舶斜航时水动力F w的纵向分力F wx的增加，其次是舵力P n的纵向分力P nx，旋回运动产生的离心力Q的纵向分力Q x以及旋回中推进效率的下降。
2）由反向横移变成向操舵一侧正向横移。原因是船舶在旋回中，随着漂角β的增大，水动力F w不断增大，而舵力却有所下降，以致F W的横向分力大于P n的横向分力。
3）船舶出现外倾并逐渐增大。其原因是舵力横向分力P ny、水动力横向分力F wy以及旋回中产生的离心力的横向分力Q y作用于船舶垂直方向的不同位置，构成了力矩，从而使船舶由初始阶段的内倾变为外倾。如图1—2（b）所示。
4）船舶加速旋回，但旋回加速度逐渐减小。
3.第三阶段——定常旋回阶段
随着旋回运动的不断发展，一方面，舵力的下降使舵力转船力矩M
δ减小，水动力F w 的作用点W随着漂角的增大不断后移，水动力转船力矩M
β减小。另一方面，随着船舶旋回角速度的增加，由阻止船舶回转的阻力R f 、R a所构成的水阻，力转船力矩M f 、M a也同时增大。如图1—3所示，当漂角β增加到一定值时，作用于船体的诸力及其力矩达到平衡，即船舶进入定常旋回。该阶段中，船体所受合力矩为零，船舶旋回角加速度为零，转头角速度达到最大并稳定于该值，船舶降速达到最大值（一般可降速1/4—1/2），外倾角、横移速度也趋于稳定。船舶以稳定的线速度、角速度作旋回运动，故又称第三阶段为稳定旋回运动阶段。不同载况的船舶进入定常旋回状态的时间也各不相同。空载船大约在转首60o左右，
满载船大约在转首100 o ~120 o左右进入定常旋回阶段。
图1—1 图1—3
图1—2
二、旋回圈及其要素
定速直航（一般为全速）的船舶操一定舵角（一般为满舵）后，船舶将作旋回运动，其重心所描绘的轨迹叫做旋回圈。在“船舶操纵性临时标准”中，将旋回圈定义中的试验速度规定为至少达到主机最大输出功率85%时所对应的速度的90%。旋回圈及其要素如图1—20所示。
1.进距A d（advance）
进距是指开始操舵到航向转过任一角度时重心所移动的纵向距离。进距又称纵距，通常所说的进距是指航向转过90o时的进距。在此基础上，如再转过相当于漂角的度数，则船舶在原航向上将达到最大纵移距离，称为最大进距（Max advance）。
2.横距T r（transfer）
横距是指开始操舵到航向转过任一角度时船舶重心向操舵一侧移动的横向距离。通常所
说的横距是指当航向转过90 o
时的横距。
3. 旋回初径D T （tactical diameter ）
旋回初径是指开始操舵到航向转过180 o 时重心所移动的横向距离。在此基础上，如再转过相当于漂角的度数，则将出现船舶重心偏离原航向线达到最大的横移距离，称为最大横距（Max transfer ）。
4. 旋回直径D （final diameter ）
旋回直径是指船舶作定常旋回运动时，重心轨迹圆的直径。
5. 滞距R e （reach ）
滞距是指从操舵开始时的重心位置至定常旋回曲率中心的纵向距离。又称心距。
图1—4
上述五个尺度从不同的角度规定了旋回圈的形状和大小，因而被称为船舶旋回圈要素。旋回圈的大小一般用旋回初径D T 或旋回初径与其船长之比D T /L （即相对旋回初径）表示。
根据IMC 提出的操纵性临时标准规定，D T 必须满足不应大于5L 。实船在深水中满舵旋回时，象油轮之类的肥大型船舶，D T /L ≈3；高速货船之类的瘦削型船，D T /L ≈4。在上述比值为3～4的范围内，进距、横距与旋回初径之比，旋回直径与旋回初径的比值一般为：
A d / D T = 0.85 ~ 1.0; T r / D r = 0.55; D / D T = 0.9
为了更完整地表述旋回运动的特性，通常还应考虑以下几个参数。
1. 反移量（kick ）
指操舵后，船舶重心从原航向向操舵相反一侧横移的距离。又称偏距。
在满舵旋回时，当船舶回转达到一个罗经点时，反移量达到最大值，约为船长的1%左右，而船尾反移量的最大值可达船长的10%---20%。
2. 漂角β（drift angle ）
船舶旋回时，船舶首尾线与首尾线上某一点的旋回圈的切线速度方向之间的夹角，称为该点的漂角。一般所说的漂角是指重心处的漂角，如图1—5所示。
图1—5
船舶首尾线不同点处的漂角值各不相等，船尾处的漂角最大。随着回转的加剧，重心处的漂角由小到大，最后在定常旋回阶段趋于稳定。旋回中船舶所具有的漂角与舵角有关，一般船舶不同舵角时重心处的漂角不同，在定常旋回阶段约在3o~15 o之间。
如果把船体视为一个大面积的舵的话，则漂角越大，流向船体的水对船体产生的升力就越大，即水动力F w越大，水动力转船力矩越大，使船舶加速旋回。因此，漂角越大，其旋回性越好，旋回直径也越小。大型油轮较一般货船的回转性好，因此它在定常旋回中的漂角也较大。浅水中船舶的回转性较深水中差，故漂角也较深水中小。
3.转心（pivoting point）
由船舶旋回曲率中心O点作船舶首尾线的垂线，垂足点P即为转心。如图1—21所示，P点处的线速度方向与首尾线一致，故该点的漂角为零；同时由于船舶绕该点的竖轴作自转，故该点的横移速度为零。
在没有进入定常旋回时，转心P的位置不固定，再开始操舵时转心处于中心G点稍前位置，随着船舶旋回不断加快，转心P的位置不断前移，直到定常旋回阶段才趋于稳定。
一般商船在定常旋回时，转心P约在船首柱后1/3~1/5船长处，漂角越大的船，转心距首柱越近。而后退中旋回的船舶，其转心位于重心之后，约与前进旋回时的转心位置几乎对称。
4.旋回中的降速
船舶旋回中，由于斜航而使阻力增加，此外，舵力的纵向分力，惯性离心力的纵向分力引起的阻力增加以及推进器效率降低等原因都将引起船速下降。进入定常旋回后，船速稳定在一个定值上。
定常旋回时的船速V t与操舵前的船速V0的比值V t/V0（速降系数）与D T/L（相对旋回初径）有密切关系如图1—6所示。D T/L越小，V t/V0越小，即速降剧烈。也就是说，旋回性越好，速降越明显。肥大型船的D
/L较瘦削型小得多，故旋回中的速度下降便要明显得
T
多，一般万吨货船可降速40%--50%，肥大型船舶甚至可降速60%。同样，由于船舶在浅水
中得旋回性变差，所以浅水中的旋回速降就小一些。
图1—6
5.旋回中的横倾
在船舶操舵后，由于船舶的舵力横向分力P ny、水动力横向分力F wy以及旋回中产生的离心力的横向分力Q y作用于船舶垂直方向的不同位置，构成了力矩，从而使船舶开始出现少量内倾，随后船舶由内倾变为外倾。再由内倾向外倾过渡的过程中，由于船舶横向摇摆惯性的原因，会出现最大外倾角，这是旋回的过渡阶段尤其应注意的危险现象。进入定常旋回阶段，船舶将稳定在一定常外倾角。
旋回中船舶出现的横倾是一个应予注意的不安全因素。一般货船满舵旋回时的外倾在静水中可达3o~5o左右。超大型油轮因恢复力矩很大，所以满载满舵旋回时几乎不发生横倾。然而恢复力矩较小的船舶高速航进中操大舵角时，将会产生较大横倾，若再加上船内自由液面影响或出现货物移动以及强横风或横浪的影响，则船舶将有倾覆的危险。
为防止这种危险，可采取如下措施：
1)在适当增大初稳性高度的同时，采取措施减小自由液面影响，防止货物移动；
2)降低船速，缓慢操舵，用较小舵角进行旋回，以增大旋回半径；
3)选择使风浪作用力矩与回转产生的最大外倾力矩错开的时机操舵；
4)旋回中若已出现较大外倾角而危及船舶安全时，切忌急速回舵或急操反舵，而应逐渐降速，同时逐渐减小所用舵角。
船舶以一定航速旋回中的外倾角大小可用下式估算：
V t2 BM V t·r·GB
tgθc≈ ———·（—— -1）或tgθc≈ ——————
g·R GM g·GM
——定常旋回切线速度（m/s）；
式中：V
t
R——定常旋回半径（m）；
g——重力加速度（m/s2）；
BM——浮心至稳心的高度（m）；
GM——初稳性高度（m）；
GB——重心浮心间距（m）。
所以，定常旋回外倾角的大小与船舶定常旋回切线速度，角速度，重心浮心间距成正比，与船舶初稳性高度，重力加速度成反比。
三、影响旋回圈大小的因素
船舶旋回圈的大小主要受水下船型、船舶吃水状态、操船、外界环境（水深、风流）等方面因素的影响。
1.水线下的船型因素
1)方型系数C b
方型系数较小的瘦形高速船（C b≈0.6）较方型系数较大的肥大型船（C b≈0.8）旋回性差得多。即C b越大，旋回性越好，旋回圈也越小。
2)水线下侧面积
船首水线下侧面积分布较多者有利于减小旋回圈，船尾水线下侧面积分布较多者有利于提高航向稳定性，而不利于减小旋回圈。例如船首有球鼻首或船尾比较削尖得船，旋回时阻矩较小，旋回圈较小，但航向稳定性变差。
3)舵面积比（A R/L pp×d）
增加舵面积将会使舵的转船力矩增大，使旋回性变好，旋回圈减小。但同时也增加了旋回阻矩，超过了一定值后，旋回圈不能减小。因而一定类型的船舶都有一个最佳的舵面积比值。
各类船舶因其实际使用目的不同，对其应具备的旋回性在要求上也各不相同，同时还需综合考虑舵机功率、船舶阻力、与船尾形状的配合、便于安全操船等多方面条件的制约。比如大型油轮由于具有易于旋回的肥胖船型，不用很大的舵面积比；而旋回困难但又要求具有较高的机动性的高速货船则需要配备较大面积的舵；由于拖船和渔船需要优良的操纵性，所以舵面积比也较大。
2.船舶吃水状态
1)吃水
在船舶其他条件（吃水差、主机转速和船速）不变的情况下，一般船舶均有舵面积比随吃水变深而降低的趋势，舵力转船力矩减小，而且随着吃水的增加，船舶绕重心G的垂直轴的转动惯量也将增加，所以船舶初始旋回缓慢。因此，若其他条件相同，吃水大的满载船的进距将有较大增长。此外，由于随着吃水的增大，斜航时转船力矩较旋回阻矩增加得明显，从而导致旋回初径和横距某种程度的降低。
2)纵倾
船舶的纵倾变化，相当于较大程度地改变了船舶水线下船体侧面积的形状分布，尾倾增大，重心后移，水动力作用点后移，使转船力矩减小，旋回圈增大；相反首倾增大时则回转加快，旋回圈减小。首倾每增加1%船长，旋回初径便可减小10%左右；尾倾量每增加1%船长，旋回初径则增加10%左右。
通常，满载时尾倾不大，但吃水增加了，舵面积比减小了；而空载时尾倾相当大，但吃水减小了，舵面积比增加了。所以总的看来，空船与满载时的旋回圈大小相差不多。
3)横倾
总的来说，横倾对旋回圈影响不大。船舶在前进时如存在横倾，船首受其影响会发生偏转。低速时，推力—阻力转矩起主要作用，推首向低舷侧偏转，若向低舷侧旋回，旋回圈小；高速时，首波峰压力转矩起主要作用，推首向高舷侧偏转，若向高舷一侧旋回，旋回圈小。
3.操船方面的影响
1)舵角
在极限舵角范围内，随着舵角的减小，旋回初径将会急剧增大，舵角越小，方形系数越小，舵的高宽比越小，旋回圈的增大率就越大，同时旋回时间也将明显地增长。一般操15°舵角旋回时与操满舵相比，旋回初径可能将增加到130%~170%，而掉头时间则可能增加到140%左右。
2)操舵时间
我国船舶检验局《钢质海船入级与建造规范》关于操舵装置部分规定，主操舵装置应具有足够能力，并足以在船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时进行操纵，将舵自任何一舷的35°转至另一舷的30°的时间应不超过28S。因此，在实际操船中一般认为从正舵位置操舵至最大舵角35°需要15S。如果操舵时间超过15S，则所需时间越长，旋回圈变大，进距将直接受其影响而变大，横距所受影响较小，而旋回直径几乎不受影响。
3)船速
船速对船舶旋回所需时间的长短具有明显的影响，船速越快，旋回时间大大缩短，然而，在商船速度范围内，船速对旋回初径的影响却很小，这是因为船舶在旋回中所受到的舵力转船力矩、旋回阻矩等均大致与船速的平方成正比。然而，当船速低于某一值（傅汝德系数F r<0.18）时，旋回圈将会逐渐增大，这是由于低速时舵力转船力矩明显减小，旋回性明显变差所致。反之，当F r>0.3，即船速增快时，由于兴波增加，尾倾加剧，使航向稳定性得以提高，与此同时旋回性也将恶化，旋回圈将增大。
值得注意的是，主机的使用方式对船舶旋回圈的大小有明显的影响，如图1—7所示。船舶在航进中减速旋回时，旋回圈将增大；相反，船舶在静止中或低速中加车进行旋回，旋回圈将减小，同时旋回圈中心也将落在施舵旋回时船舶重心位置的后方。
图1—7
4.外界环境的影响
1)浅水
旋回圈在其他条件相同时随着水深的变浅而逐渐增大。当水深与吃水之比小于2时，旋回圈将明显增大。
2)污底和风流
船体污底越多，摩擦阻力增加，旋回圈变大，但影响很小。
顶风顶流将使纵距减小，顺风顺流将使纵距增大。
四、旋回圈要素在实际操船中的应用
1.反移量的应用
反移量，尤其是船尾反移量，在操舵后初始阶段出现最大值。现举例说明其利用与防止的有关问题。
1)本船航行中发现有人落水时，应立即向落水者一舷满舵，使船尾迅速摆离落水者，以免使之卷入螺旋桨。
2)在距船首较近的前方发现障碍物时，应立即操满舵使船首让开，当估计船首已可避开时，再操相反一舷满舵以便让开船尾。
3)当船首已摆出码头，拟进车离泊时，如很快操大舵角进车离泊，则会因为船尾外摆较大而触碰码头。所以应适当减速，用小舵角慢慢驶离。
4)船舶过弯道时，如船速快，大舵角转向，则会产生较大的船尾反移量，因此应保持
足够的船岸间距。
2.其他要素的应用
两船对遇时，两船进距之和可用来估算最晚施舵点。即两船距离大于或等于两船进距之和，若用舵紧急避让，则在理论上不管用右满舵还是左满舵都能让开。然而在实际操纵中，还应考虑操舵延迟，风流漂移、尾反移量以及安全余量等因素。
滞距可用来估算两船对遇时用舵无法让开的距离。即两船对遇时的距离小于两船滞距之和，则不论如何操作，用舵都无法让开。如对遇时两船距离滞距之和而小于纵距之和，则理论上可通过两船间的协调行动以避免碰撞。但这在实际操作中极为困难。
旋回初径和进距可用来估算用舵旋回掉头所需水域的大小。值得注意的是，驾引人员在估计船舶所需旋回水域大小时，需将船尾偏出旋回圈外的长度考虑进去，这就要在最大纵距、最大横距的基础上再增加约L/5的长度，否则会影响船舶的顺利旋回。
第三节船舶的航向稳定性与保向性
一、航向稳定性的概念
后，当干扰消除后，在保持所谓航向稳定性，指的是船舶在受外界干扰取得转头速度r
正舵的条件下，船舶所受的转头阻矩对船体转头运动有何影响，因而船舶转头运动将如何变化的性质。
一艘航向稳定性好的船舶，直进航行中即使很少操舵也能较好地保向；而当操舵改向时，又能较快地应舵；转向中回正舵，又能较快地把航向稳定下来。其特点是对舵的响应运动来得快，耗时短，因而舵效较好。
根据外界干扰消除后船舶运动状态的不同可分为以下几种情况，如图1—12所示。
图1—12
正舵直进中的船舶，在受到风、浪、流或其他因素干扰作用后，船舶将偏离原来的运动状态。当干扰消失后，在保持正舵条件下，若船舶能恢复到原来的运动状态，则具有位置稳定性；若能恢复到原来的航向，则具有方向稳定性；若能在偏离原运动状态后，迅速衰减这种偏离，而较快地稳定在新的航向上，进行新的直线运动，则具有直线稳定性；当然，也可能在干扰消除后，船舶最终将进入一个回转运动，这类船舶则不具备航向稳定性。
1.静航向稳定性
静航向稳定性指的是船舶受外力作用稍微偏离原航向，而重心仍沿原航线运动时，船舶斜航漂角将如何变化的性能。也就是说，外力干扰消失后，若船舶不仅最终航向与初始航向相同，而且位置也在原航向延伸线上，则称船舶具有静航向稳定性（位置稳定性）。
一般船舶均不具备静航向稳定性，因为一旦发生斜航，其漂角的出现将产生使漂角继续增大的转头力矩，往往不能自行回复到原航线上，故船舶常常表现为静航向不稳定。船首越首倾，船体侧面积在船首分布越多，静航向稳定性就越差。
2.动航向稳定性
动航向稳定性指的是当外界干扰消除后，船舶在不用舵纠正的情况下，能尽快地稳定于新航向的性能。也即船舶直线稳定性。稳定于新航向较慢、惯性转头角较大的船，其动航向稳定性较差；稳定得较快、惯性转头角较小的船，其动航向稳定性较好；一直转头不停而偏转下去的船，则不具备动航向稳定性。一般所说的船舶航向稳定性指的就是动航向稳定性。大多数船舶都具有动航向稳定性。当然，航向稳定性差甚至航向不稳定的船舶，为了保持航向，就需频繁操舵，且所用舵角也偏大。
二、船舶航向稳定性的判别
在保持正舵条件下，一阶操纵运动方程可写为：
·
T r + r = 0
求解上式，可得外界干扰消失后，初始转头角速度为r0的任意时刻t的转头角速度r的表达式
r = r0 e –t / T（1-20）由式（1-20）可知，当T>0时，T值越小，则e –t/T就很快地衰减趋于零，转头角速度也就衰减得较快，即航向很快稳定。若T为大的正值，则转头角速度r衰减得慢，航向稳定性就较差。相反，若T<0，船舶不具备航向稳定性。如图1—13所示。
如将式（1-20）对时间t积分，则可得到船舶因外界干扰具有转头角速度r
，而当干扰消除之后，船舶惯性转头角度得表达式
Ψ = ∫∞rdt =∫∞ r
0e-t/T dt = r
T （1-21）
00
由上式可知，船舶受干扰后偏离原航向的角度大小由干扰造成的初始转头角速度r
和航向稳定性指数T来决定。在同样的干扰情况下，T为小的正值，则偏航角度（惯性转头角）较小；T为大的正值，则偏航角度就大。若T为负值，则船舶将一直偏转下去。由此可见，船舶的航向稳定性可以用航向稳定性指数T来衡量。
图1—13
三、船舶保向性及其影响因素
1.船舶保向性
船舶保向性与航向稳定性并不是同一概念。航向稳定性是具有一定初始转头角速度的船舶，仅在船体因转头而受到的旋回阻矩作用下逐渐稳定于新航向的能力。是船舶本身固有的性能。保向性则是指船舶在风、浪、流等外力作用下，由操舵水手（或自动舵）通过罗经识别船舶首摇情况，并通过操舵抑制或纠正首摇使船舶驶于预定航向的能力。船舶保向性的好坏不仅与航向稳定性的好坏有关，同时取决于操舵人员的技能及熟练程度、自动舵的控制能力、舵机的响应能力以及舵的控向能力。显然，航向稳定性越好的船舶，保向性也越好。
2.影响保向性的因素
1)船型
方型系C b较小，长宽比L/B较高的瘦削型船舶，回转时阻矩较大，航向稳定性较好，保向性较好；肥胖型船则较差。
2)水线下船体侧面积形状
水线下侧面积在船尾分布较多的船舶，如船首较为削进、船尾有较大钝材的船舶，其航向稳定性较好，保向性也较好；而装有球鼻首的船将使其航向稳定性降低。
3)载态
轻载较满载时的航向稳定性好，保向性也好；尾倾较首倾时保向性好。但在受强风影响时，船舶空载或轻载时的受风面积大，故保向性会下降。
4)船速
对同一艘船舶而言，船速越高，保向性越好。
5)舵角
随着舵角的增加，船舶的保向性将得到明显改善。尤其对于超大型油轮常需使用大舵角才能保向。
6)舵面积比
舵面积越大，航向稳定性越好，保向性越好。
7)其他因素
水深变浅、污底增加，将使航向稳定性变好，保向性提高；顺风、顺流航行将使航向稳定性变差，保向性下降。
第四节船舶操纵运动方程及操纵性指数
一、船舶操纵运动方程
1.船舶操纵运动方程的由来
如果把船舶近似看成刚体，并假定船舶在旋回时只受到转船力矩和水的阻矩的作用，根据力学中有关定律，则可得出：
·
I G·r =Mδ–M W
·
式中I G为船舶绕重心G竖轴的惯性矩，r为回转角加速度。由于Mδ≈a·δ，M W≈b·r，则
·
· r = aδ–br （1-11）
I
G
式中a为转船力矩系数，b为阻尼力矩系数。
将上式（1-11）稍加整理，可得
I G· a
—— r + r = ——δ（1-12）
b b
I G a
令：—— =T ，—— =K ，则式（1-12）可转化为：
b b
·
T·r + r = K·δ（1-13）式中：K——旋回性指数（s-1）；
T——追随性指数（s）；
r——旋回角速度（1/s）；
·r——旋回角加速度（1/s2）；
δ——舵角（°）
式（1-13）就是野本谦作的一阶近似操纵运动方程式。
显然，T指数是船舶绕其重心竖轴的惯性矩与船舶旋回阻矩系数之比所决定的常数；K 指数是操舵后转船力矩系数与船舶旋回阻矩系数之比所决定的常数。船舶K、T值的大小将决定船舶在操舵后任意时刻所具有的转头角加速、角速度、转向角度的值，K、T指数可用来表示船舶操纵性的优劣。因此，称之为船舶操纵性指数。
2.K、T指数与船舶操纵性的关系
船舶直航中操舵，设初始条件t=0时，r=0，则求解一阶操纵运动方程可得船舶转头角速度的表达式：
r = Kδ0（1-e–t/T）（1-14）r随时间的变化情况如图1—8所示，当T>0时，e–t/T将随时间的延长而衰减下去，转头角速度最终逐渐稳定于定值Kδ0，即定常旋回时，船舶以r0=Kδ0的角速度作旋回，而船舶定常旋回时的切线速度Vt与r0的关系是：V t = r0 R，故R = V t / r0= V t / Kδ0 。因此，K值越大，则定常旋回角速度越大，旋回半径也就越小，船舶的旋回性越好；反之，K值越小，船舶旋回性越差。所以称K为船舶旋回性指数。
图1—8
在式（1-14）中，设t =T 则有
r = Kδ0（1-e–t/T）= Kδ0（1-0.368）≈0.63 Kδ0
这说明，T值是表示操舵后，船舶对舵角响应的时间滞后的一种指数。在数值上等于操舵后船舶回转角速度达到0.63 Kδ0（即63%定常旋回角速度）所需的时间。若T为正值，则T值越小，e–t/T趋于零的速度就越快，船舶进入定常旋回也就越快，即船舶追随性越好；反之，T值越大，追随性就差。所以称T为船舶追随性指数。
此外，T值小，船舶惯性转头角就小，能较快地稳定在新航向上，即航向稳定性较好；T值大，则惯性转头角较大，航向稳定得较慢，即航向稳定性差。若T<0，则船舶不具备航
向稳定性。可见，T指数还可反映船舶航向稳定性的好坏，所以又称其为航向稳定性指数。
二、K、T指数的无因次化与数值范围
一般说来，较大的船舶都具有应舵较慢、旋回直径较大的特点（绝对数值），这给比较大小不同的各类船舶的操纵性带来不便。例如具有相同K、T值的两船，以船长L大，航速Vs低者，操纵性好。为了便于比较不同种类船舶或同一船舶不同状态下的操纵性，通常将K、T指数作无因次化处理，即消去其量纲。其处理方式按以下公式进行：
L V s
K′= K ——T′= T ——
V s L
式中：Vs——回转时初速度（m/s）；
L——船长（m）；
K——旋回性指数（1/s）；
T——追随性指数（s）；
K、T值多从Z形试验中求得，下表给出了一些实船的K’、T’实测数据。
表1—3
从上表可知，同一船舶条件不同，K′、T′值均不相同。在其他条件相同的情况下，同一船舶的K′、T′，随Z型试验时所用舵角的增大而同时减小；随吃水的增大而同时增大；随水深的变浅而同时减小；随尾倾增加而同时减小。此外，K′、T′还随船型系数Cb/（L/B）的增大而同时增大，也就是说，丰满而短粗的船舶K′、T′值较高，操舵后应舵慢，旋回圈较小，航向稳定性较差；然瘦削而修长的船舶K′、T′值较低，操舵后应舵快，旋回圈较大，航向稳定性较好。
通常认为，实船Z形试验（10°/10°）所测得的K′、T′值处于下列数值范围内，即可认为该船具有一般的操纵性能。
满载货船（L = 100~150 m）：K′= 1.5~2.0 ，T′= 1.5~2.5 ；
满载油船（L = 150~250 m）：K′= 1.7~3.0 ，T′= 3.0~6.0 ；
三、K、T指数在实际操船中的应用
1.旋回圈部分要素的求算
1)定常旋回半径
R = V t/r = V s/Kδ0= L/K’δ0（1-15）
2)定常旋回直径
D = 2R = 2 V s / Kδ0= 2 L / K’δ0（1-16）
3)心距：
R e = V s（T + t1 / 2）（1-17）
4)进距：
Ad = R e + R = V s（T + t1 / 2）+ V s / Kδ0（1-18）上述式中：K——旋回性指数（1/s）；
T——追随性指数（s）;
V s——旋回时初速（m/s）；
δ0——所操舵角，单位为弧度；
t1——操舵时舵角由正舵至δ0所需的时间（s）。
、R后，即可近似地画出类似图1—9所示的旋回圈轨迹。
计算出R
e
图1—9
2.推算新航向距离
如图1—10所示，原航线上应提前操舵的施舵点A至转向点C之间的距离，称为到新航向距离。
ψ
D NC = AB + BC = R e +R·tg ——
2
t1Vs ψ0
= V s（T + ——）+ ————tg ——（1-19）
2 Kδ02
计算时应注意式中各量的单位统一。旋回时初速V s单位为m/s；K指数单位为1/s；T 指数单位为s；操舵时间t1单位为s；所操舵角δ
单位为弧度（1°= 1∕57.3弧度）；转向
角Ψ0单位为度（°）；新航向距离D NC单位为m。
图1—10
3.利用K、T指数对船舶操纵性进行分类
不同种类、结构和大小的船舶，其操纵性会有很大的不同。按照K、T指数比较船舶的旋回轨迹，可将船舶操纵性大致分为四类，如图1--11所示。
A型：T小K大，该类船舶旋回性、追随性均好。操舵后，应舵快，旋回圈也小。舵
面积比较高的船即属此类船舶，其R e、A d短，T r、D
和D也短。
T
B型：T小K小，该类船舶旋回性差、追随性好。操舵后，应舵虽快，但旋回圈较大。浅吃水或空载状态的船属此类船舶，其R e、A d短，但T r、D
和D却长。
T
C型：T大K大，该类船舶旋回性好、追随性差。操舵后，应舵慢，但旋回圈较小。深吃水或满载状态的船舶常具有此种特点。满载的超大型油轮，虽然舵面积比很小，但也具有这种特点。其R e、A d长，但T r、D
和D却短。
T
D型：T大K大，该类船舶旋回性、追随性均差。操舵后，应舵慢且旋回圈较大。舵面积比较小的船舶、瘦型船均属此类。其R e、A d长，T r、D
和D也长。
T
图1—11
第五节实船操纵性试验
操纵性试验的目的是为了求得船舶操纵性衡准及各运动要素，从而评价船舶操纵性的优劣。实船操纵性试验通常包括：旋回试验（turning test）、Z形试验（Zig - zag manoeuvre test）、螺旋试验（spiral test）和逆螺旋试验（reverse spiral test）、改向试验（course change test）、停船试验（stopping test）五项试验。
试验水域的状态应符合水面宽敞、具备不受浅水影响的水深、流微弱但流向需稳定、无风浪涌等要求；船舶的状态应尽可能取满载状态，无条件者应按适当的压载状态来要求；桨叶中心处水深即沉深应大于0.45倍的螺旋桨直径。
一、旋回试验
1.试验目的：
测定船舶旋回圈，从而求得船舶的旋回诸要素，包括进距、横距、旋回初径、旋回直径、滞距、旋回时间等，以便评价船舶旋回的迅速程度和所需水域的大小。
2.试验要求：
通常是在试验速度条件下，直进中分别向左、右两舷操满舵进行旋回，转头角达到360°(有风流轻微影响时应为540°)时，测定其旋回圈。也可根据实际工作需要，测定不同载况（满载、半载、压载）、不同船速（全速、半速、低速）、不同舵角（10°、15°、20°、35°）情况下向左和向右的旋回资料。
3.旋回试验过程
(1)测试人员就位后，在预定的航线上保持船舶直航并稳定航速。
(2)在开始回转前约一个船长的航程范围内，测量船舶的初始参数，如航速V0、初始航向角Ψ、初始舵角δ0以及螺旋桨的初始转速n0等。
(3)发出操舵口令，以尽可能快的转舵速度操舵至规定舵角δ0。
(4)从转舵开始，首向角变化了1°、5°、15°、30°、60°、90°以及以后每隔30°分别记下对应的时间、航速、船位、转头角、横倾角及螺旋桨转速。
(5)当转头角变化达到360°（或540°）以后，正舵并改为直进状态。
(6)根据上述观测数据，并对风流引起的漂移进行修正，然后在大比例尺海图上连续绘出各个船位点，并把它们圆滑地连结为曲线，便可量出旋回圈各要素。从航速和角速度测量
中可求得回转速降V
t /V
，及定常旋回角速度r
。从横倾角的测量中可得到定常外倾角θc和
最大突倾角θmax。
4.测定旋回圈轨迹的方法
(1)使用GPS定位测旋回圈。
(2)使用航向、航速计算求旋回圈。
(3)使用浮标方位测旋回圈。
(4)使用无线电定位测旋回圈。
不论采取何种方法，均应注意将测得的船位换算为重心G处的船位，并进行漂移修正，以提高测量数据的准确性。
二、Z形试验
1.试验目的：
求船舶的操纵性指数K、T，借以全面评价船舶的旋回性、追随性和航向稳定性等重要操纵性能。
2.试验要求：
通常在海上速度情况下，采用10°/10°（分子表示舵角，分母表示操反舵时的船首向改变量）试验。根据需要也可进行20°/20°、15°/15°、5°/5°等Z形试验，它们分别表示较强和较弱机动下的操纵情况。
3.试验方法（如图1—32所示）
(1)以规定航速保持匀速直航，操右舵10°并保持之；
(2)当船首向右转头的角度达到10°时，即与所操舵角相等的瞬间，立即回舵，改操左舵10°并保持之；
(3)待船首最终左转，越过原航向并向左偏离原航向达10°时，即再一次出现与所操舵角相等的瞬间，立即回舵，再操右舵10°。
如此反复，既可按右—左—右、也可按左—右—左的顺序，连续进行三次蛇航运动（最好五次）即可。
对一些航向稳定性差的船，如船型肥大的大型船，试验中会出现所操相反舵角抑制不住船舶转头运动的情况，往往难于完成Z形试验，为此，常采用降低转头角度的办法，即转头角度较所操舵角小1°~ 5°（或更多）的变Z形试验。
试验中应准确地记录各舵角到位时间、特征转头角的时间及转头超越角的大小。将这些数据描绘成曲线δ—t、ψ—t（如图1—16所示），并据以计算操纵性指数K、T。
船舶用高性能铝合金材料的研制
船舶用高性能铝合金材料研制
目录 1铝材在船舶、舰艇上的应用概况 (1) 2船舶用高性能铝合金材料的发展趋势 (1) 3高性能铝合金材料在船舶领域研发及工程化的发展问题 (3) 4项目的总体目标与阶段目标 (4) 4.1项目的基本内容 (4) 4.2项目总体目标 (4) 4.3阶段思路 (4) 5 项目现有基础、启动条件极其运行机制 (5) 5.1项目现有基础 (5) 5.2项目运行机制 (5)
1铝材在船舶、舰艇上的应用概况 铝材在船舶上的应用发展得很快，铝合金已成为造船工业很有发展前途的材料。现在铝材在造船业上应用越来越广泛，小自舶板、汽艇，大到万吨巨轮，从民用到军用，从高速气垫船到深水潜艇，从渔船到海洋采矿船都在采用性能良好的铝合金材料做为船壳体、上层结构、各种设施、管路以至用具。船舶用铝合金材料包括板、型材、管、锻件、铸件等，随着船体大型化和挤压技术的进步，铝合金挤压型材的应用飞速发展。船用型材的铝合金主要有5154、5083、6063和6082等，典型的船舶型材种类及尺寸有：a、高40~300mm的对称圆头扁铝；b、高40~200mm的非对称圆头扁铝；c、厚3~80mm，宽7.5~250mm 的扁铝；d、高70~400mm的同向圆头角铝；e、高35~120mm的反向圆头角铝；f、15×15~200×200mm的等边角铝；g、20×15~200×120mm的非等边角铝；h、凸缘25V×45，腹板40~250mm的槽铝； i、200~2500mm扁宽薄壁带筋壁板型材；j、100~800mm扁宽空心壁板型材等等。除了一些常规的型材外，船舶上使用的特殊型材，如龙骨、舷墙、桅杆、、舱底和船底外板型材等。铝合金是代替钢材作为船壳体及船舶上层结构的理想材料，也是当今所需要的节能、环保绿色材料，铝合金与钢配合建造船舶，可使船舶减重达50%以上。 2船舶用高性能铝合金材料的发展趋势 中国船舶制造业在全球市场上所占的比重正在明显上升，中国已
第三节 船舶操纵与避碰分解
第三节船舶操纵与避碰 一、船舶操纵 (一)船舶操纵基础知识 1.船速与冲程 1)船速 为了保护主机不使其超负荷运转，方便操纵和保证安全上来说，就需要对船速做出相应的规定。 (1)额定船速 ①额定功率 供海上长期使用的最大功率。 ②额定转速 额定功率下的主机转速。 ③额定船速 在额定功率与额定转速条件下，船舶在静水中所能达到的速度，称为额定船速。 额定船速是船舶在深水中可供使用的最高船速。 (2)海上船速 在海上常用功率和常用转速条件下，船舶在静水中航行的速度，称为海上船速。 目的：由于海上气象多变，为确保长期安全航行，需储备部分主机功率， 海上常用功率为额定功率的90%， 常用转速为额定转速的96～97%。 (3)港内船速 为保护主机和便于操纵与避碰，规定船舶在港内的航行速度，称为港内船速，或称备车船速。 一般为海上船速的70～80%。 车钟(telegraph)： 前进三(Full ahead)、前进二(Half ahead)、“前进一(Slow ahead)、微速前进(Dead Slow ahead)； 后退三(Full astern)、后退二(Half astern)、后退一(Slow astern)、微速后退(Dead Slow astern)； 停车(Stop Engine)； 完车(Finish with Engine)。 2)冲程 (1)定义 船舶以不同速级的转速前进中停车或倒车，需要经过一段时间和前冲相当长的一段距离
才能使船停住，这段距离称为冲程。 (2)产生原因 船舶运动惯性。 (3)影响冲程的因素 ①排水量 排水量越大，冲程越大； ②船速 船速越大，冲程越大； ③风流 顺风顺流，冲程增大。 ④污底 船舶污底严重时，冲程减小。 ⑤水深 浅水中，冲程较小(因受浅水阻力作用)。 ⑥主机类型 主机倒车功率越大，换向时间越短，冲程越小 (4)冲程的获取 冲程通常是通过实测求得。 (5)冲程的大小 通常，一般货船的倒车冲程约为6～8倍船长，载重量5万吨左右的船舶约为8～10倍船长，10万吨左右的船舶约为10～13倍船长，15～20万吨左右的船舶约为13～16倍船长。 2.螺旋桨的偏转力 1)螺旋桨产生的力 推力：前后方向——推船前进或后退 横向力：左右方向——使船偏转 2)螺旋桨的偏转力 以右旋单桨船为例： (1)从静止状态进车、正舵时 ①空船 船首开始时偏左，随着船速的增加，左偏逐渐消失，继而向右偏转。但偏转力很小，很容易用舵修正。 ②重载船 几乎不出现偏转现象。 (2)从静止状态倒车、正舵时 船首向右偏转，偏转力较大，难以用舵纠正。只有当后退速度较大时，才能用舵纠正。 (3)从前进状态下倒车 开始时，船首偏转方向不定。随着船速的降低，船首明显右偏。难以用舵克服右偏。
船舶操纵性总结
2010年度操纵性总结 1.船舶操纵性含义 船舶操纵性是指船舶借助其控制装置来改变或保持其运动速率、姿态和方向的性能。 2.良好的操纵性应具备哪些特性 具有良好操纵性的船舶，能够根据驾驶者的要求，既能方便、稳定地保持航向、航速，又能迅速地改变航向、航速，准确地执行各种机动任务。 3. 4.分析操舵后船舶在水平面运动特点。 船的重心G做变速曲线运动，同时船又绕重心G做变角速度转动，船的纵中剖面与航速之间有漂角。 5.漂角β的特性（随时间和沿船长的变化）。 船长：船尾处的速度和漂角为最大，向船首逐渐减小，至枢心P点处速度为最小且漂角减小至零，再向首则漂角和速度又逐渐增大，但漂角变为负值。 6. 7.作用在在船上的水动力是如何划分的。 船在实际流体中作非定常运动时所受的水动力，分为由于惯性引起的惯性类水动力和由于粘性引起的非惯性类水动力两类来考虑，并
忽略其相互影响。 8. 9.线性水动力导数的物理意义和几何意义。 物理意义：各线性水动力导数表示船舶在以u=u0运动的情况下，保持其它运动参数都不变，只改变某一个运动参数所引起船体所受水动力的改变与此运动参数的比值。 几何意义：各线性水动力导数表示相应于某一变化参数的受力（矩）曲线在原点处的斜率。 10.常见线性水动力导数的特点。 位置导数：(Yv，Nv）船以u和v做直线运动，有一漂角-β，船首部和尾部所受横向力方向相同，都是负的，所以合力Yv是较大的负值。而首尾部产生的横向力对z轴的力矩方向相反，由于粘性的影响，使尾部的横向力减小，所以Nv为不大的负值。所以，Yv<0, Nv<0。 控制导数：（Yδ，Nδ）舵角δ左正右负。当δ>0时，Y（δ）>0，N（δ）<0。（Z轴向下为正）所以Yδ>0，Nδ<0。 旋转导数：(Yr，Nr) 总横向力Yr数值很小，方向不定。Nr数值较大，方向为阻止船舶转动。所以，Nr<0。 11. 12. 13. 14.一阶K、T方程及K、T含义，可应用什么操纵性试验测得。 在操舵不是很频繁的情况下，船舶的首摇响应线性方程式可近似
船舶操纵知识点196
船舶操纵知识点196
船舶操纵 1.满载船舶满舵旋回时的最大反移量约为船长的1%左右，船尾约为船长的1/5至1/10 2. 船舶满舵旋回过程中，当转向角达到约1个罗经点左右时，反移量最大 3. 一般商船满舵旋回中，重心G处的漂角一般约在3°～15° 4. 船舶前进旋回过程中，转心位置约位于首柱后1/3~1/5船长处 5. 万吨船全速满舵旋回一周所用时间约需6分钟 6. 船舶全速满舵旋回一周所用时间与排水量有关，超大型船需时约比万吨船几乎增加1倍 7. 船舶尾倾，且尾倾每增加1%时，Dt/L将增加10%左右 8. 船舶从静止状态起动主机前进直至达到常速，满载船的航进距离约为船长的 20倍，轻载时约为满载时的1/2~2/3 9. 排水量为1万吨的船舶，其减速常数为4分钟
大时，多的背流面容易出现空泡现象 32. 舵的背面吸入空气会产生涡流，降低舵效 33. 一般舵角为32~35度时的舵效最好 34. 当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为水中锚重的1.6倍 35. 当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为锚重的1.4倍 36. 一般情况下，万吨以下重载船拖锚制动时，出链长度应控制在2.5倍水深左右 37. 霍尔锚的抓力系数和链的抓力系数一般分别取为：3-5， 0.75-1.5 38. 满载万吨轮2kn余速拖单锚，淌航距离约为1.0倍船长 39. 满载万吨轮2kn余速拖双锚，淌航距离约为0.5倍船长 40. 满载万吨轮1.5kn余速拖单锚，淌航距离约为0.5倍船长 41. 满载万吨轮3kn余速拖双单锚，淌航距离约为1.0倍船长 42. 拖锚淌航距离计算：S=0.0135（△vk2/Pa） 43. 均匀底质中锚抓底后，若出链长度足够，则抓力随拖动距离将发生变化：一般拖动约5-6倍
船舶及其操作性能
1.4 船舶及其操作性能 船舶，各种船只的总称。船舶是能航行或停泊于水域进行运输或作业的交通工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。 船舶是一种主要在地理水中运行的人造交通工具。另外，民用船一般称为船，军用船称为舰，小型船称为艇或舟，其总称为舰船或船艇。内部主要包括容纳空间、支撑结构和排水结构，具有利用外在或自带能源的推进系统。外型一般是利于克服流体阻力的流线性包络，材料随着科技进步不断更新，早期为木、竹、麻等自然材料，近代多是钢材以及铝、玻璃纤维、亚克力和各种复合材料。 1.4.1 概述 船舶从史前刳木为舟起，经历了独木舟和木板船时代，1879年世界上第一艘钢船问世后，又开始了以钢船为主的时代。船舶的推进也由19世纪的依靠人力、畜力和风力（即撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆）发展到使用机器驱动。 1807年，美国的富尔顿建成第一艘采用明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙脱”号，时速约为8公里/小时；1839年，第一艘装有螺旋桨推进器的蒸汽机船“阿基米德”号问世，主机功率为58.8千瓦。这种推进器充分显示出它的优越性，因而被迅速推广。 1868年，中国第一艘载重600吨、功率为288千瓦的蒸汽机兵船“惠吉”号建造成功。1894年，英国的帕森斯用他发明的反动式汽轮机作为主机，安装在快艇“透平尼亚”号上，在泰晤士河上试航成功，航速超过了60公里。 早期汽轮机船的汽轮机与螺旋桨是同转速的。后约在1910年，出现了齿轮减速、电力传动减速和液力传动减速装置。在这以后，船舶汽轮机都开始采用了减速传动方式。 1902～1903年在法国建造了一艘柴油机海峡小船；1903年，俄国建造的柴油机船“万达尔”号下水。20世纪中叶，柴油机动力装置遂成为运输船舶的主要动力装置。 英国在1947年，首先将航空用的燃气轮机改型，然后安装在海岸快艇“加特利克”号上，以代替原来的汽油机，其主机功率为1837千瓦，转速为3600转/分，经齿轮减速箱和轴系驱动螺旋桨。这种装置的单位重量仅为2.08千克/千瓦，远比其他装置轻巧。60年代先后，又出现了用燃气轮机和蒸汽轮机联合
第二章 船舶操纵基本知识
第二章船舶操作基本知识 船舶操纵是指船舶驾驶人员根据船舶操纵性能和客观环境因素，正确地控制船舶以保持或改变船舶的运动状态，以达到船舶运行安全的目的。 船舶操纵是通过车、舵并借助锚、缆和拖船来实现的。要完成操纵任务，除保证所有操纵设备处于正常良好的技术状态外，操纵人员必须掌握船舶操纵性能(惯性和旋回性等)及对客观环境（风、流、水域的范围等）的正确估计。 第一节车的作用 推动船舶向前运动的工具叫船舶推进器，推进器的种类很多，目前常见的有明轮、喷水器推进器螺旋桨、平旋推进器、侧推器等。因为螺旋桨结构简单、性能可靠且推进效率高，所以被广泛应用于海上运输船舶。 一、螺旋桨的构造
1、螺旋桨的材料和组成 螺旋桨常用铸锰黄铜、青铜和不锈钢制作。现在也有采用玻璃制作的。 螺旋桨有桨叶和浆毂两部分组成，连接尾轴上。 （1）桨叶，一般为三片和四片，个别也有五片甚至六片的，低速船采用宽叶，高速船采用窄叶。 （2）桨毂，多数浆毂与桨叶铸成一体。浆毂中心又圆锥形空，用以套在尾轴后部。 （3）整流帽 （4）尾轴 2、螺旋桨的配置 一般海船都采用单螺旋桨，叫单车船。也有部分船舶（客船和军舰）采用双螺旋桨，叫双车船。 单桨船的螺旋桨通常是右旋转式的。右旋是指船舶在前进时，从船尾向船首看，螺旋桨在顺车时沿顺时针方向转动的称为右旋，沿逆时针方向转动的称为左旋。目前，大多数商船均采用右旋式。 双桨船的螺旋桨按其旋转方向可分为外旋式和内旋式两，对于双桨船，往舷外方向转动的称为外旋，反之称内旋。通常采用外旋，以防止水上浮物卷入而卡住桨叶。进车时，左舷螺旋桨左转，右舷螺旋桨右转，则称为外旋式；反之，称为内旋式。 二、推力、阻力和功率 1、船舶推力
船舶航行性能
船舶航行性能 为了确保船舶在各种条件下的安全和正常航行，要求船舶具有良好的航行性能，这些航行性能包括浮力、稳性、抗沉性、快速性、摇摆性和操作性。 船舶浮性 船舶在一定装载情况下的漂浮能力叫做船舶浮性（buoyancy） 船舶是浮体，决定船舶沉浮的力主要是重力和浮力。其漂浮条是：重力和浮力大小相等方向相反，而且两力应作用在同一铅垂线上。 船舶重力即船舶的总重量。船舶浮力是指水对船体的上托力 根据阿基米德定理，船舶浮力大小等于船体所排开同体积水的重量。 船舶重力，通常用W表示，它经过船舶重量的中心，也叫重心（G），其方向垂直向下，船舶重心G的位置是随货物移动而改变；船舶浮力，通常用B表示，它经过船舶水下体积的几何中心，也叫浮心（G），其方向垂直向上，船舶浮心G的位置是随水线下船体体积的变化而变化，如图1-23所示。 船舶重力（W）和浮力（B）大小相等、方向相反且重力与浮力又是作用在同一铅垂线上，这时船舶就平衡漂浮在水面上。 如果增加载货，重力增大船舶就会下沉，使吃水增加，浮力也就增大，直到浮力和重力又相等，船舶就达到新的平衡位置；同样，若重力减少，船舶上浮，也会到达另一新的平衡点。船舶的平衡漂浮状态，简称船舶浮态。船舶浮态可分为四种。 1．正浮状态 是指船舶首、尾、中的左右吃水都相等的情况。 2．纵倾状态 是指左右吃水相等而首尾吃水不等的情况。船首吃水大于船尾 水叫首倾；船尾吃水大于船首吃水叫尾倾。为保持螺旋桨一定的水深，提高螺旋桨效率，一航未满载的船舶都应有一定的尾倾。 3、横倾状态 是指船首尾吃水相等而左右吃水不等的情况，航行中不允许出现 横倾状态。 4、任意状态 是指既有横倾又有纵横倾的状态。 船舶在海上航行，经常会遇到海浪打上甲板，冬季还会结成很厚 的冰，这就等于给船舶增加了重量。为了保障船舶安全，船舶必须留有一定的储备浮力（也叫保留浮力）。储备浮力是指船舶主甲板以下至水线之间水密空间产生的浮力，如下图所示。载货越少，船舶干舷越高，储备浮力越大，浮性越好，越有利于航行安全。所以，为了既保证船舶安全，又能充分利用船舶的载重能力，就必须根据不同季节和航区进行合理配载，使最大吃水不超过载重线标志上规定的满载吃水线。 船舶稳性 稳性（stability）是指船舶在外力矩（如风、浪等）的作用下发生倾斜，当外力矩消
船舶操纵性总结
哈尔滨工程大学船舶操纵性总结 1.船舶操纵性含义：P1 2.良好的操纵性应具备哪些特性 具有良好操纵性的船舶，能够根据驾驶者的要求，既能方便、稳定地保持航向、航速，又能迅速地改变航向、航速，准确地执行各种机动任务。 3.对于船舶的水平面运动，绘制固定坐标系和运动坐标系。 4.分析操舵后船舶在水平面运动特点。 5.漂角β的特性（随时间和沿船长的变化）。 6.坐标原点在船的重心处时，船舶的运动方程的推导。 7.作用在在船上的水动力是如何划分的。 8.粘性水动力方程线性展开式及无因次化。 9.线性水动力导数的物理意义和几何意义。
物理意义：各线性水动力导数表示船舶在以u=u0运动的情况下，保持其它参数都不变，只改变某一个运动参数所引起船体所受水动力的改变与此运动参数的比值。 几何意义：各线性水动力导数表示相应于某一变化参数的受力（矩）曲线在原点处的斜率。 10.常见线性水动力导数的特点。 11.船舶操纵水平面运动的线性方程组推导及无因次化。 12.写出MMG方程中非线性水动力的三种表达式。 13.首摇响应二阶线性K-T方程推导。 14.一阶K、T方程及K、T含义，可应用什么操纵性试验测得。 15.画图说明船舶在作直线航行时（舵角δ=0），若受到某种扰动后， 其重心运动轨迹的四种可能情况，并说明三种稳定性之间的关系。 16.影响稳定性的因素有哪些？ 17.船舶回转过程的三个阶段及船舶在各个过程运动特点（速度、加 速度信息） 18.船舶回转运动主要特征参数。 19.影响定常回转直径的5个因素是什么？ 20.推导船舶定常回转时横倾角的确定公式。 21.按照操舵规律由线性响应方程求解舶的回转角速度和艏向角。 22.如何获得船舶的水动力导数？ 可以通过理论数值计算、经验公式估算和拘束模型的水动力试验三种方法来获得船舶的水动力导数。
第1章 船舶操纵基础理论解读
第一章船舶操纵基础理论 通过本章的学习，要求学员概念理解正确，定义描述准确，对船舶操纵性能够正确评估，并具有测定船舶操纵性能的知识。 根据船舶操纵理论，操纵性能包括： 1）机动性（旋回性能和变速运动性能） 2）稳定性（航向稳定性） 第一节船舶操纵运动方程为了定量地描述船舶的操纵运动，我们引入船舶操纵运动方程，用数学方法来讨论船舶的运动问题。 一、船舶操纵运动坐标系 1．固定坐标系Ox0y0z0 其原点为O，坐标分别为x0，y0，z0，由于我们仅讨论水面上的船舶运动，因此，该坐标系固定于地球表面。 作用于船舶重心的合外力在x0，y0轴上的投影分别为X0和Y0 对z0轴的合外力矩为N
2． 运动坐标系Gxyz 其原点为点G （船舶重心），坐标分别为x ，y ，z ，该坐标系固定于船上。 这主要是为了研究船舶操纵性的方便而建立的坐标系。 x ，y ，两个坐标方向的运动速度分别为u 和v ，所受的外力分别为X 和Y ， 对z 轴的转动角速度为r ，z 轴的外力矩为N 。 二、 运动方程的建立 根据牛顿关于质心运动的动量定理和动量矩定理，船舶在水面的平面运动可由下列方程描述： y 0
??? ??===? Z og o og o I N y m Y x m X 该式一般很难直接解出。为了方便，将其转化为运动坐标系表示，这样可以使问题大为简化。经过转换，得： ?? ? ??=+=-=r I N ur v m Y vr u m X Z )()( 该方程看似复杂，但各函数和变量都与固定坐标系没有关系，因此，可以使问题大为简化。 三、 水动力和水动力矩的求解 对于上述方程中的水动力和水动力矩可表示为： ?? ? ??===),,,,,,(),,,,,,(),,,,,,(δδδr v u r v u f N r v u r v u f Y r v u r v u f X N Y X
高性能船舶船型介绍
高性能船舶船型介绍 发布: 2010-3-11 18:07 | 作者: lowellzhu | 来源: 龙de船人 [i=s] 本帖最后由lowellzhu 于2010-3-11 18:27 编辑 接触高性能船舶时一直不太理解什么是高性能船以及高性能船舶船型的分类，经过翻阅各类书籍及论文，总结一下，供船人参考，并希望专业人士斧正！ 当前，高性能船舶的研发与推广应用备受国内外造船界的青睐，其船型更是国际著名学者机构研究的热点。这类船舶种类繁多，新船型层出不穷，日新月异，在各类船舶中是新思想最丰富、最有创新、也最有活力的领域；其高航性、优良的耐波性、低物理场辐射特征、舒适安全性、良好的经济性等性能受到军事和民用领域的极大关注，拥有良好的发展前景 依据支持船重的方式和作用原理的差异对高性能船舶船型进行分类，并分别介绍各类船型。 1 高性能船舶的分类 高性能船舶按其特性可分为气垫船，水翼船，小水线面双体船，多体船，地效翼船，高速单体船等各式各样的显著不同于常规船舶的船型。而按照支承船重的方式和作用原理差异，把高性能船舶分为：浮力支承型、静态气垫升力支承型、动态升力支承型、复合型。本文将按照后者分类方式分别对各种高性能船舶的船型进行介绍。 2 船型介绍 2.1
浮力支承型 1)高速深V型船 船首部横剖面呈深V形，并突出到船体基线的下方，其V形断面比U形断面的船体可以更好的满足适航性的要求。深V船型具有两种基本的舯剖面形式，即单折角线或双折角线（见下图）。当要求设计艇有较大内部容积和较低的相对航行速度（低傅氏数）时采用双折线型，而单折角线型的艇则更适合于要求较低的排水量和较高的相对航行速度（较高傅氏数）的情况。然而，对船舯剖面形式的选择不存在确定性的规则，因为其它的参数也起重要作用。所以双折角线型也可以应用于快艇，反之亦然。 1.jpg 2) 小水线面双体船 小水线面双体船基本上由三大部分组成，即水下体(提供浮力)、桥体结构(生活与工作平台)、支柱(星双凸流线形截面，作为前二者之联结体)。 小水线面双体水下体（如图）有两个深置水下承受大部分浮力的鱼雷状下潜体，它的宽敞的船体高出水面，船体和鱼雷状下潜体之间由狭长的流线型支柱连接。 小水线面双体船有几种形式：下图所示的为“单体单支型”，还有“单体双支柱型”（即一个潜体用前后两个支柱连接），或者“双体双支柱型”（每一侧有前后两个潜体，每个潜体各有一个支柱）。下潜体后端安装有两个螺旋桨，内侧装有前后各两个稳定鳍，前小后大[5]。
武汉理工大学船舶操纵期末考试重点汇总
1、何谓航向稳定性？如何判别？ 答：船舶航行中受到风、浪、流等极小的外界干扰作用，使其偏离原来运动状态。在外来干扰消失后，保持正舵的条件下，船舶能回到原来运动状态的能力。 判别：1）外力干扰消失后，在正舵条件下，如船舶最终能以一个新航向作直线运动，称直线稳定性； 2）外力消失后，在正舵条件下，如船舶最终能恢复到原航向上作直线运动，仅与原来运动轨迹存在一个偏量，称方向稳定性； 3）外力干扰消失后，在正舵条件下，如船舶最终能自行恢复到原来航线上，航向与原航向相同，且运动轨迹无偏离，称具有位置稳定性； 4）外力干扰消失后，最终进入一个回转运动，称该船不具备航向稳定性； 2、何谓航向改变性？哪些因素影响航向改变性？ 答：表示船舶改向灵活的程度，通常由原航向改驶新航向时，到新航向的距离来表示船舶改向性的优劣。航向改变性通常用初始回转性能和偏转抑制能力来衡量。 初始回转性能是指船舶对操舵改变航向的快速响应性能：由操舵后船舶航进一定距离上船首转过的角度大小来衡量； 偏转抑制性能：指船舶偏转中操正舵、反向压舵，使船舶停止偏转保持直线航行的性能； 影响航向改变性的因素：1)方型系数Cb大，旋回性好； 2）舵角：大舵角，旋回性好； 3）吃水与吃水差； 4）横倾； 5）浅水； 6）其他因素：（如强风、强流等） 3、掌握船舶变速性能（冲程、冲时）对船舶操纵有何意义？影响紧急停船距离（冲程）的因素有哪些？ 答：前进中的船舶完成变速过程中所前进的距离，称为冲程，所经历的时间，称为冲时。 当船舶进行启动、变速、停车、倒车时因惯性的存在，采取上述措施时，需经一段时间，航行 一段距离，才能从一种定常运动状态改变到另一种运动状态。 意义：在实际操纵船舶时，应充分考虑到本船的冲程和冲时（即考虑一提前量）才能得心应手地 及时将船停住或避让来往船舶或及时避开障碍物，才能采取一切有利于安全航行的措施， 避免紧迫局面和事故的发生。 尤其要掌握倒车停船性能，当快速航进中，遇到紧急情况时，只有在充分了解本船的紧急 停船距离，才能避免碰撞的发生。 影响紧急停船的因素： 1）主机倒车功率、换相时间； 2）推进器种类； 3）排水量 4）船速 5）其他因素：顺流冲程大，顶流冲程小；浅水阻力大；污底严重阻力大、冲程小等 4、何谓舵效？影响舵效和舵力的因素有哪些？ 答：广义：船体对舵的响应。 即舵对于船舶转首的控制作用。 狭义：运动中的船舶操一舵角δ后，船舶在较短的时间内，在较短的距离内（L或2L） （一定的水域内）转首角的大小来表示舵效的好坏。 能在较短的时间、较小水域内有较大的回转角，称该船的舵效好。反之，则舵效差； 影响舵效的因素有：1）舵角和舵面积比；2）舵速3）吃水 4）纵倾和横倾 5）舵机性能 6）其他因素 影响舵力的因素有舵面积，舵展弦比，舵平衡系数。 5、试述纵倾、横倾对船舶操纵的影响？ 答：当船舶产生纵倾、横倾时影响船舶的航向稳定性、保向性和旋回性、舵效。 纵倾：1）首倾：使船舶保向性和航向稳定性下降，回转速度加快，旋回圈减小； 首倾增加1%L，旋回初径减小10%， 2）尾倾：船舶保向性和航向稳定性提高，回转速度慢，旋回圈增大，
船舶操纵性与耐波性复习
漂角：船舶重心处速度与动坐标系中ox轴之间的夹角，速度方向顺时针到ox轴方向为正。首向角：船舶纵剖面与固定坐标系OX轴之间的夹角，OX到x轴顺时针为正 舵角：舵与动坐标系ox轴之间的夹角，偏向右舷为正 航速角：重心瞬时速度与固定坐标系OX轴的夹角，OX顺时针到速度方向为正 浪向角：波速与船速之间的夹角。 作用于船体的水动力、力矩将与其本身几何形状有关（L、m、I），与船体运动特性有关(u、v、r、n)，也与流体本身特性有关（密度、粘性系数、g）。 对线速度分量u的导数为线性速度导数，对横向速度分量v的导数为位置导数，对回转角速度r的导数为旋转导数，对各角速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数，对舵角的导数为控制导数。 直线稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终能恢复指向航行状态，但是航向发生了变化； 方向稳定性：船舶受瞬时扰动后，新航线为与原航线平行的另一直线； 位置稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终仍按原航线的延长线航行； 具备位置稳定性的必须具备直线和方向稳定性，具备方向稳定性的必定具有直线运动稳定性。 1.定常回转直径 2.战术直径 3.纵距 4.正横距 5.反横距 回转的三个阶段 一、转舵阶段二、过度阶段三、定常回转阶段 耦合特性：船舶在水平面内作回转运动时会同时产生横摇、纵摇、升沉等运动,以及由于回转过程中阻力增加引起的速降。以上所述可理解为回转运动的耦合,其中以回转横倾与速降最为明显。 Tr r Kδ += 回转性指数K是舵的转首力矩与阻尼力矩系数之比，表征船舶转首性， 应舵指T 是惯性力矩数系数与阻尼力矩系数之比， 由T=I/N可见：参数T是惯性力矩与阻尼力矩之比，T值越大，表示船舶惯性大而阻尼力矩小；反之，T值越小，表示船舶惯性小而阻尼力矩大。 由K=M/N可见：参数K是舵产生的回转力矩与阻尼力矩之比，K值越大，表示舵产生的回转力矩大而阻尼力矩小；反之，K值越小，表示舵产生的回转力矩小而阻尼力矩大。 K值越大,相应回转直径越小,回转性越好.T为小正值时,船舶具有良好的航向稳定性. K表示了回转性,T表示了应舵性和航向稳定性。舵角增加：K、T同时减小；吃水增加：K、T 同时增大；尾倾增加：K、T同时减小；水深变浅：K、T同时减小；船型越肥大：K、T 同时增大。 船舶操纵性设计的基本原则是：给定船的主尺度(即船的惯性)，以提供必要和足够的流体动力阻尼及舵效，使之满足设计船舶所要求的回转性、航向稳定性和转首性。通常最常用的办法是改变舵面积，因为舵既有明显的航向稳定作用，又会产生回转力矩。
船舶的操纵性能
船舶的操纵性能（旋回性、冲程、保向性、改向性以及船舶变速运动性能） 船舶驾驶人员必须较好地掌握船舶操纵知识，了解本船的操纵性能以及各种外界条件对本船操纵性能的影响，才能正确操纵船舶；准确控制船舶的运动。往往一艘操纵性能良好的船舶，具有稳定地保持运动状态和迅速准确地改变运动状态的性能。 一、旋回性能是船舶操纵中的重要部分，它包括的因素有偏移或反移量、进距、横距、旋回初径、漂角、转 心、旋回时间、旋回中的降速和横倾等。这些数值是在船舶满载，半载以及空载等不同的状态下实测所得，掌握这些要素，对避让船舶、狭窄区域旋回或掉头等情况下安全操纵船舶有着重要的作用，也是判定船舶是否处于安全操纵范围内的重要参数。偏移或反移量（KICK）是船舶重心向转舵相反一舷横移的距离，满载时其最大值约为船长的1%左右，但船尾的反移量较大，其最大值约为船长的1/10—1/5，可趁利避害的加以运用，如来船已过船首，且可能与船尾有碰撞危险，紧急情况下可向来船一侧满舵利用
反移量避免碰撞（有人落水时向人落水一舷操满舵也是利用该反移量）；进距（ADVCNCE）是开始转舵到航向转过任一角度时中心所移动的纵向距离，旋回资料中提供的纵距通常特指转过90度的进距，即最大进距，其值约为旋回初径的0.85—1.0倍，熟练掌握可常帮助我们正确判断船首来船或危险的最晚避让距离；横距（TRANSPER）是开始转舵到航向90度时船舶中心所一定的横向距离，其值约为旋回初径的0.55倍；旋回初径（TACTICAL DIAMETER）是船舶开始转舵到航向180度时重心所移动的横向距离，其值约为3-6倍船长；旋回直径（PINAL IAMETER）是船舶做定常旋回运动时的直径，约为旋回初径的0.9-1.2倍。漂角（DRIPT AUGTE）是船舶旋回中船首与重心G点处旋回圈切线的方向夹角，其值约在3度—15度之间，漂角约大，其旋回性能越好；转心P是旋回圈的曲率中心O到船舶首尾线所做垂线的垂点，该点处的漂角和横移速度为零，转心P约在船首柱后1/3-1/5船长处，因此，旋回中尾部偏外较船首里为大，操船是应特别注意；旋回时间是旋回360度所需要的时间，它与排水量有密切关系，排水
高性能船舶动力定位系统技术分析
高性能船舶动力定位系统技术分析 摘要：对国外一些船舶动态定位控制系统设计方案的控制精度和响应速度控制 问题等进行了分析和研究，提出了相应的改进方案。根据定位控制系统设备情况 的基本配置，分析了系统的基本工作原理，得到了定位控制系统的基本数学模型 和传递函数，并根据控制系统的工作特性提出了解决问题的方法。该方法采用了 控制系统中的神经网络控制算法，代替了原方案中的多级系统控制算法。与改进 方案的控制性能相比，改进方案的控制性能大大提高。 关键词：高性能；船舶；定位系统；技术分析 1 前言 某造船厂为国外某公司承造的多用途工作船具有向钻井平台输送物资、起锚、消防、救生及拖带船舶和钻井平台等作业功能。根据该船设计任务书的要求，该 船必须配置动力自动定位系统，既能克服自动化操船问题，又能解决该船在大风 浪下的安全作业问题。该系统原由国外某公司进行设计，使用表明，其系统的设 计方案基本可行，但尚有改进之处。本文对该系统的基本设计思路进行了分析和 研究，提出了系统的设计改进方案，仿真结果表明该改进方案优于原设计方案， 可供有关人员参考及借鉴。 2 原设计方案 根据DNV规范及船东的要求，设计方提出了本船动力定位系统的设计方案的 基本配置如下： 2.1电力系统 电力系统包括2台2 000 kW的轴带发电机，2台1 360 kW及500 kW的主柴 油发电机，1台200 kW的应急发电机，12屏的主配电板一个，应急配电板一个，电站设有电站管理系统，可实现自动起停机组、自动并车、转移负载、大功率负 载询问、故障报警及处理功能。电力系统为动力定位系统的侧推、方位推等设备 提供驱动动力，为各设备及控制系统提供工作电源。 2.2推进系统 推进系统包括2台主机及齿轮箱、2根轴系及2个可调桨、2台舵机、艏艉侧推及方位推各1个以及相关的辅助设备等。在推进系统中，方位推与艏侧推、艉 侧推与桨及舵、主机与轴带电机之间可互为备用，能够保证推进系统的有效运性，从而确保动力定位系统的功能能够安全可靠地实现。推进系统的各主要设备均通 过通讯线路与动力定位控制系统相联，可由动力定位系统自动控制或人工操控， 实现动力推进功能。 2.3动力定位控制系统 该系统包括动力定位操作台、便携式定位操作板、动力定位系统控制器等设备。能够实现：手动操作、自动转向、自动定位、自动寻迹航行、自动导航和自 动跟踪目标航行等功能。动力定位操纵台：该操纵台为动力定位系统的主要控制 中心，配有显示器及操纵杆等设备。便携式操作板可作为动力定位操作台的备用 设备，其接线盒分别安装驾驶室的前后台、左右两翼及后操作椅上共5个位置。 动力定位系统控制器：该装置为动力定位系统信号采集、控制信息处理中心。本 船采用的动力定位控制处理器将采集到的各种信号进行分析处理后，送到控制模 块进行运算，并将得出的控制指令发送至所控制的推进或报警设备，实现船舶推 进控制及报警等功能。 3 动力定位控制系统设计原理
第一章 船舶操纵性能复习重点
第一章船舶操纵性能 说课笔记 知识与技能掌握要点： 通过学习，掌握船舶的旋回性能。重点对三副岗位值班与船舶操纵知识及能力要求相联系，做到技能在航运船舶工作中能实际运用； 对操纵运动方程与K、T指数能进行定性分析。对于船员职务晋升多项考试具有重要指导作用。并做到工学结合，使船舶操纵知识及能力要求与岗位紧密相联。 对航向稳定性与保向性、变速运动性能能准确理解。通过旋回试验等实训操作，对中、大型商船操纵有感性认识，为下一步深入学习打下基础。 掌握Z形试验与螺旋试验方法。使学生明确用途，以及在新船试航及修船试航中三副的操作要点。 工学结合： 三副值班时，船舶操纵知识及能力要求与本次课的关联； 岗位与船舶操纵知识及能力要求实际应用； 测试冲程选外高桥叠标场仿真场景，突出训练三副角色。
课程教学特色： 理论性较强，注意三校生与普高生的认知能力差别； 充分运用企业提供生产案例和影视资料，使内容贴近航运岗位； KT指数讲解插入本校教师几十年前的理论贡献，增强学生荣誉感； 在重点训练外高桥测速场冲程实验后，运用仿真模拟设备让学生领略世界主要狭水道场景。对学生职业兴趣的培养有意义。 第一节船舶旋回性能 在船舶操纵中，就舵的使用而言，大致可分为小舵角的保向操纵、一般舵角的转向操纵及大舵角的旋回操纵三种，船舶旋回性是船舶操纵中极为重要的一种性能。 一、船舶旋回运动的过程 船舶以一定航速直线航行中，操某一舵角并保持之，船舶将作旋回运动。根据船舶在旋回运动过程中的受力特点及运动状态的不同，可将船舶的旋回运动分为三个阶段，如图1—1所示。 1.第一阶段——转舵阶段 船舶从开始转舵起至转至规定舵角止（一般约8~15s），称为转舵阶段或初始旋回阶段。
船舶操纵性总结
哈尔滨工程大学船舶操纵性总结 1. 船舶操纵性含义：P1 2. 良好的操纵性应具备哪些特性 具有良好操纵性的船舶，能够根据驾驶者的要求，既能方便、稳定地保持航向、航速，又能迅速地改变航向、航速，准确地执行各种机动任务。 3.对于船舶的水平面运动，绘制固定坐标系和运动坐标系 ? 1-1-3表示籍舶操纵运动的参数GS中各运勒参数都为it値） 4. 分析操舵后船舶在水平面运动特点。 5. 漂角B的特性（随时间和沿船长的变化）。 6. 坐标原点在船的重心处时，船舶的运动方程的推导。 7. 作用在在船上的水动力是如何划分的。 8. 粘性水动力方程线性展开式及无因次化。 9. 线性水动力导数的物理意义和几何意义。物理意义：各线性水动力导数
表示船舶在以u=u0 运动的情况下，保持其它参数都不变，只改变某一个运动参数所引起船体所受水动力的改变与此运动参数的比值。 几何意义：各线性水动力导数表示相应于某一变化参数的受力（矩）曲线在原点处的斜率。 10. 常见线性水动力导数的特点。 11. 船舶操纵水平面运动的线性方程组推导及无因次化。 12. 写出MMG 方程中非线性水动力的三种表达式。 13. 首摇响应二阶线性K-T 方程推导。 14. 一阶K、T 方程及K、T 含义，可应用什么操纵性试验测得。 15. 画图说明船舶在作直线航行时（舵角3 =0）,若受到某种扰动后, 其重 心运动轨迹的四种可能情况，并说明三种稳定性之间的关系。 16. 影响稳定性的因素有哪些 17. 船舶回转过程的三个阶段及船舶在各个过程运动特点（速度、加速度信 息） 18. 船舶回转运动主要特征参数。 19. 影响定常回转直径的5 个因素是什么 20. 推导船舶定常回转时横倾角的确定公式。 21. 按照操舵规律由线性响应方程求解舶的回转角速度和艏向角。 22. 如何获得船舶的水动力导数 可以通过理论数值计算、经验公式估算和拘束模型的水动力试验三
highspeedship高性能船舶
High speed vessels of semi-displacement type are often equipped with appendages such as trim tabs, stern flaps and wedges to control the trim angle and improve the resistance performance. However, dynamic instability can be occurred if dimensions of those appendages are not suitable for the hull. So it is important to predict effects of appendages on the running attitudes of a vessel and choose proper dimensions of appendages at initial design stage. There are many researchers that calculate running attitudes of high speed vessels in calm water and in waves. Especially, steady states of prismatic planning hulls were theoretically predicted in some previous researches. In this paper, running attitudes of a semi-displacement vessel are predicted by theoretical methods, and model tests are carried out to verify theoretical calculations. Present calculations are based on previous formulas for prismatic planning hulls and developed to be applied to semi-displacement round bilge vessels. High speed model tests for the vessel with various trim tabs are performed in Seoul National University towing tank. Vertical motions in calm water are measured at various Froude numbers, and those are compared with calculation, results. Running attitudes of semi-displacement vessels are significantly changed at high speed and thus have an effect on resistance performance and stability of the vessel. There have been many theoretical approaches about the prediction of running attitudes of high-speed vessels in calm water. Most of them proposed theoretical formulations for the prismatic hard-chine planing hull. In this paper, running attitudes of a semi-displacement round bilge vessel are theoretically predicted and verified by high-speed model tests. Previous calculation methods for hard-chine planing vessels are extended to be applied to semi-displacement round bilge vessels. Force and moment components acting on the vessel are estimated in the present iteration program. Hydrodynamic forces are calculated by 'added mass planing theory', and near-transom correction function is modified to be suitable to a semi-displacement vessel. Next, 'plate pressure distribution method' is proposed as a new hydrodynamic force calculation method. Theoretical pressure model of the 2-dimensional flat plate is distributed on the instantaneous waterplane corresponding to the attitude of the vessel, and hydrodynamic force and moment are estimated by integration of those pressures. Calculations by two methods show good agreements with experimental results. The Effect of Appendages on the Course Keeping Ability of a Semi-Displacement
船舶操纵性总结汇总
操纵性 绪论 操纵性定义：船舶按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能，即船舶能保持或改变航速、航向和位置的性能。 操纵性内容： 1. 航向稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。 2．回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。 3．转首性和跟从性：表示船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。 4. 停船性能：船舶对惯性停船和盗车停船的相应性能。 附加质量和附加惯性矩： 作不定常运动（操纵和耐波运动）的船舶，除了船体本身受到愈加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度。根据作用力和反作用力，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。 附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为附加质量。船舶操纵 一、操纵运动方程
1.1坐标系 一、固定坐标系： 固定坐标系是固结在地球表面，不随时间而变化的，如图所示。 首向角ψ：X 0与X 的夹角（由X 0转向X ，顺时针为正）。 二、运动坐标系： 运动坐标系是固结在船体上的，随船一起运动的，如图所示。 重心坐标：X OG 、Y OG ； 船速：V 重心G 瞬时速度； 航速角ψ0：X0轴与船速V 夹角(顺时针为正)； 漂角：β船速与X 轴夹角(顺时针为正)； 回转角速度：γ= dψdt ； 回转曲率：R 右舷为正； 舵角：δ左舷为正。 三、枢心： 回转时漂角为零点、横向速度为零的点。 1.2线性运动方程 一、坐标转换 00cos sin sin cos ψψψψ =-=+G G x u v y u v
二、简化方程 当重心在原点处：X G =0 运动坐标系一般方程： 三、对于给定船型、给定流体中的运动情况 船型参数和流体特性为已知条件； 操纵运动为缓变过程，忽略高阶小量； 忽略推进器转速影响； 操舵过程短暂，忽略转舵加速度。 则可将给定船型流体中受力情况表示如下： 由泰勒展开式，用水动力导数表示如下： 四、简化后的操纵运动线性方程式： 2()()() ψψψψψψ=--=++=++G G Z G X m u v x Y m v u x N I mx v u 00cos sin ψψ =+G G X mx my 00cos sin ψψ =-G G Y my mx ()() ψψψ =-=+=z X m u v Y m v u N I (,,,,,,)(,,,,,,)(,,,,,,) X X u v r u v r Y Y u v r u v r N N u v r u v r δδδ== =v r v r v r v r Y Y v Y r Y v Y r Y N N v N r N v N r N δδδδ =++++=+++ +111()()v ur v u u r r v u r +=++?+?=+