船舶操縱性基本知識

1、本次課主要教學(xué)內(nèi)容本次課主要教學(xué)內(nèi)容1 1、操縱性概述、操縱性概述 船舶操縱與搖擺第一章船舶操縱與搖擺第一章 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、附加質(zhì)量和附加慣性矩、附加質(zhì)量和附加慣性矩 3 3、船舶操縱運(yùn)動方程式船舶操縱運(yùn)動方程式 本次課主要教學(xué)要求本次課主要教學(xué)要求1 1、掌握船舶操縱性、操縱性衡準(zhǔn)等基本、掌握船舶操縱性、操縱性衡準(zhǔn)等基本概念。概念。這是本次課的教學(xué)重點(diǎn)。這是本次課的教學(xué)重點(diǎn)。2 2、了解船舶附加質(zhì)量和附加慣性矩的基了解船舶附加質(zhì)量和附加慣性矩的基本知識本知識。這是本次課的一個教學(xué)難點(diǎn)。這是本次課的一個教學(xué)難點(diǎn)。3 3、了解船舶操縱運(yùn)動方程式基本知識。、了解船舶

2、操縱運(yùn)動方程式基本知識。這是本次課的另一個教學(xué)重點(diǎn)。這是本次課的另一個教學(xué)重點(diǎn)。船舶操縱與搖擺第一章船舶操縱與搖擺第一章 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 第一章第一章 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識1 1、操縱性：、操縱性：船舶能保持或改變航速、航向和位船舶能保持或改變航速、航向和位置的能力。通常包括四個方面的內(nèi)容：置的能力。通常包括四個方面的內(nèi)容：A A、航向穩(wěn)定性、航向穩(wěn)定性船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 B B、回轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)性性C C、轉(zhuǎn)首性及跟從性、轉(zhuǎn)首性及跟從性1-1 船舶操縱性概述船舶操縱性概述DD、停船性能、停船性能具有良好操縱性的船舶，在直線航行時(shí)能保持具有良好

3、操縱性的船舶，在直線航行時(shí)能保持運(yùn)動方向；需要轉(zhuǎn)向時(shí)能迅速地改變航向，使運(yùn)動方向；需要轉(zhuǎn)向時(shí)能迅速地改變航向，使船舶按照預(yù)定的航向航行；并且具有適當(dāng)?shù)耐４鞍凑疹A(yù)定的航向航行；并且具有適當(dāng)?shù)耐４阅?。船性能? 2、船舶操縱工具、船舶操縱工具靠離碼頭、在狹窄水道內(nèi)航行、風(fēng)浪中操縱、靠離碼頭、在狹窄水道內(nèi)航行、風(fēng)浪中操縱、緊急避碰、拖帶船舶及海上救濟(jì)等。緊急避碰、拖帶船舶及海上救濟(jì)等。3 3、船舶操縱的具體內(nèi)容、船舶操縱的具體內(nèi)容舵、轉(zhuǎn)動導(dǎo)管、平旋推進(jìn)器和主動旋轉(zhuǎn)裝置等舵、轉(zhuǎn)動導(dǎo)管、平旋推進(jìn)器和主動旋轉(zhuǎn)裝置等船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 4 4、船舶操縱性是船舶的重要性能之一。、船舶操縱

4、性是船舶的重要性能之一。6 6、研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常、研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常運(yùn)動范疇。而阻力與推進(jìn)屬于定常運(yùn)動范疇。運(yùn)動范疇。而阻力與推進(jìn)屬于定常運(yùn)動范疇。5 5、船舶操縱的控制回路、船舶操縱的控制回路船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 1 1、附加慣性力、附加慣性力1-2 附加質(zhì)量和附加慣性矩附加質(zhì)量和附加慣性矩由于研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常由于研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常運(yùn)動范疇，因此必須考慮慣性問題。運(yùn)動范疇，因此必須考慮慣性問題。作不定常運(yùn)動的船舶，除了船體本身受到與加作不定常運(yùn)動的船舶，除了船體本身受到與加速度成比例的慣性力外，同時(shí)船

5、體作用于周圍速度成比例的慣性力外，同時(shí)船體作用于周圍的水，使之得到加速度，根據(jù)作用與反作用原的水，使之得到加速度，根據(jù)作用與反作用原理，水對船體存在反作用力，理，水對船體存在反作用力，這個反作用力稱這個反作用力稱為附加慣性力。為附加慣性力。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、附加質(zhì)量、附加質(zhì)量附加慣性力與船的加速度成比例，其比例系數(shù)附加慣性力與船的加速度成比例，其比例系數(shù)稱為稱為附加質(zhì)量附加質(zhì)量。如果物體在真空中，如果物體在真空中，而不計(jì)阻尼：而不計(jì)阻尼：如果物體在水中，要如果物體在水中，要計(jì)阻尼：計(jì)阻尼：附加質(zhì)量與物體本身的形狀和運(yùn)動方向有關(guān)。附加質(zhì)量與物體本身的形狀和運(yùn)動方向有關(guān)

6、。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 3 3、船體質(zhì)量慣性矩、船體質(zhì)量慣性矩船體沿坐標(biāo)軸的移動，慣性作用表現(xiàn)為力的形船體沿坐標(biāo)軸的移動，慣性作用表現(xiàn)為力的形式；式；船體繞坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動，慣性作用表現(xiàn)為力船體繞坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動，慣性作用表現(xiàn)為力矩的形式，用船體質(zhì)量慣性矩來衡量。矩的形式，用船體質(zhì)量慣性矩來衡量。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 在實(shí)際計(jì)算時(shí)可以按不見計(jì)算，如：在實(shí)際計(jì)算時(shí)可以按不見計(jì)算，如：依據(jù)實(shí)際載荷分布來計(jì)算跟復(fù)雜，對于通常船依據(jù)實(shí)際載荷分布來計(jì)算跟復(fù)雜，對于通常船型都采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算慣性矩。型都采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算慣性矩。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 4 4、附加慣性矩

7、、附加慣性矩附加質(zhì)量和附加慣性矩都是流體對物體的反作附加質(zhì)量和附加慣性矩都是流體對物體的反作用力，所以它們是水下船體的函數(shù)。一般都由用力，所以它們是水下船體的函數(shù)。一般都由模型試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式確定，也可以采用切片法模型試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式確定，也可以采用切片法或有限元法等進(jìn)行數(shù)值計(jì)算?；蛴邢拊ǖ冗M(jìn)行數(shù)值計(jì)算。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 一、坐標(biāo)系與運(yùn)動方程一、坐標(biāo)系與運(yùn)動方程1-3 船舶操縱運(yùn)動方程式船舶操縱運(yùn)動方程式1 1、固定坐標(biāo)系、固定坐標(biāo)系首向角首向角船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、運(yùn)動坐標(biāo)系

8、、運(yùn)動坐標(biāo)系船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 在運(yùn)動坐標(biāo)系中的船舶運(yùn)動方程：在運(yùn)動坐標(biāo)系中的船舶運(yùn)動方程：上式在形式上雖然復(fù)雜一些，但由于式中的外上式在形式上雖然復(fù)雜一些，但由于式中的外力不再與船舶相對于固定坐標(biāo)的方向有關(guān)，在力不再與船舶相對于固定坐標(biāo)的方向有關(guān)，在表達(dá)上將帶來很大的方便。表達(dá)上將帶來很大的方便。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 二、操縱運(yùn)動的線性方程式二、操縱運(yùn)動的線性方程式1 1、外力的種類、外力的種類一類是由于船舶與水之間的相互作用引起的一類是由于船舶與水之間的相互作用引起的水動力和力矩。水動力和力矩。另一類是由于其它原因引起的外力，如拖纜另一類是由于其它原因引起

9、的外力，如拖纜力、風(fēng)壓力等。力、風(fēng)壓力等。對于迎風(fēng)面積不大的船舶通常在風(fēng)速下航行對于迎風(fēng)面積不大的船舶通常在風(fēng)速下航行時(shí)，風(fēng)壓力一般影響不大。對于外力，一般時(shí)，風(fēng)壓力一般影響不大。對于外力，一般只考慮水動力和力矩。只考慮水動力和力矩。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、船舶操縱性運(yùn)動方程、船舶操縱性運(yùn)動方程船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 第二章第二章 舵設(shè)計(jì)基本知識舵設(shè)計(jì)基本知識一、操縱性衡準(zhǔn)一、操縱性衡準(zhǔn)為了具有良好的操縱性能，提高航行安全，減為了具有良好的操縱性能，提高航行安全，減少海損事故，有必要制定科學(xué)的、統(tǒng)一的操縱少海損事故，有必要制定科學(xué)的、統(tǒng)一的操縱性衡準(zhǔn)，來指導(dǎo)

10、船舶設(shè)計(jì)工作。性衡準(zhǔn)，來指導(dǎo)船舶設(shè)計(jì)工作。2-1 概述概述船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 操縱性衡準(zhǔn)：操縱性衡準(zhǔn)：1 1、回轉(zhuǎn)能力。由回轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定。、回轉(zhuǎn)能力。由回轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定。2 2、初始回轉(zhuǎn)能力。由初始回轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定。、初始回轉(zhuǎn)能力。由初始回轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定。3 3、偏航糾正與航向保持能力。由、偏航糾正與航向保持能力。由Z Z形操縱試形操縱試驗(yàn)確定。驗(yàn)確定。4 4、停船能力。由停船試驗(yàn)確定。、停船能力。由停船試驗(yàn)確定。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 二、舵設(shè)計(jì)基本思想二、舵設(shè)計(jì)基本思想1 1、滿足操縱性要求、滿足操縱性要求A A、遠(yuǎn)洋船一般以航向保持性為主，對回轉(zhuǎn)性、遠(yuǎn)洋船一般以航向保持

11、性為主，對回轉(zhuǎn)性要求不高。要求不高。B B、沿海船和進(jìn)出港比較頻繁的船，對回轉(zhuǎn)性、沿海船和進(jìn)出港比較頻繁的船，對回轉(zhuǎn)性有較高的要求。有較高的要求。C C、內(nèi)河船受航道的限制應(yīng)注意轉(zhuǎn)首性，同時(shí)、內(nèi)河船受航道的限制應(yīng)注意轉(zhuǎn)首性，同時(shí)需滿足回轉(zhuǎn)性的特殊要求。需滿足回轉(zhuǎn)性的特殊要求。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、舵與船體、漿應(yīng)組成統(tǒng)一整體，要考慮它、舵與船體、漿應(yīng)組成統(tǒng)一整體，要考慮它們之間的相互影響，力求降低航行阻力，提高們之間的相互影響，力求降低航行阻力，提高推進(jìn)效率。推進(jìn)效率。A A、舵的數(shù)目和形式的選擇。、舵的數(shù)目和形式的選擇。B B、舵的尺度和形狀的設(shè)計(jì)。、舵的尺度和形狀的設(shè)

12、計(jì)。C C、舵力及舵桿扭矩計(jì)算和舵機(jī)功效估算。、舵力及舵桿扭矩計(jì)算和舵機(jī)功效估算。A A、舵的設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)注包括：舵的設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)注包括：船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 一、一、舵的幾何要素舵的幾何要素2-2 舵的幾何要素、分類及安裝位置舵的幾何要素、分類及安裝位置1 1、舵面積舵面積2 2、舵高舵高3 3、舵寬舵寬4 4、展弦比展弦比5 5、平衡比平衡比6 6、厚度比厚度比7 7、面積比面積比8 8、舵剖面舵剖面船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 二、二、舵的分類舵的分類1 1、根據(jù)舵的支根據(jù)舵的支持情況分：持情況分：1 1、普通舵和特普通舵和特種舵，種舵，普通舵普通舵有分為：有分為

13、：船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、根據(jù)舵的剖面形狀可分為平板舵和流線根據(jù)舵的剖面形狀可分為平板舵和流線型舵。型舵。二、二、舵的數(shù)目及安裝位置舵的數(shù)目及安裝位置1 1、舵的數(shù)目的選擇取決于船型和航行情況，舵的數(shù)目的選擇取決于船型和航行情況，與螺旋槳數(shù)目有很大關(guān)系。與螺旋槳數(shù)目有很大關(guān)系。2 2、舵形式的選擇與船尾形式、航行形式和設(shè)舵形式的選擇與船尾形式、航行形式和設(shè)備條件有關(guān)。備條件有關(guān)。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 三、三、舵的位置應(yīng)與漿和船尾線型良好配舵的位置應(yīng)與漿和船尾線型良好配合，以保證：合，以保證：1 1、降有通暢的來流，供水充足。降有通暢的來流，供水充足。2 2

14、、舵能充分吸收漿尾流的動能，把它轉(zhuǎn)化為舵能充分吸收漿尾流的動能，把它轉(zhuǎn)化為推力和舵法向力。推力和舵法向力。3 3、舵的上緣與船底間隙足夠小，可利用邊界舵的上緣與船底間隙足夠小，可利用邊界效應(yīng)提高舵效。效應(yīng)提高舵效。4 4、使?jié){、舵有效地受到船體遮蓋保護(hù)，以避使?jié){、舵有效地受到船體遮蓋保護(hù)，以避免損傷。免損傷。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 為了使船舶具有良好的操縱性，保證船舶安全為了使船舶具有良好的操縱性，保證船舶安全航行，設(shè)計(jì)者應(yīng)確保：航行，設(shè)計(jì)者應(yīng)確保：2-3 改善操縱性的措施改善操縱性的措施1 1、舵的設(shè)計(jì)正確；舵的設(shè)計(jì)正確；船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、船體主要尺

15、度和型線的正確選擇；船體主要尺度和型線的正確選擇；3 3、設(shè)計(jì)特種操縱裝置。設(shè)計(jì)特種操縱裝置。一、船舶主尺度和形狀對操縱性的影響一、船舶主尺度和形狀對操縱性的影響1 1、船舶水線長：船舶水線長：船越長，定?；剞D(zhuǎn)直徑越大。船越長，定?；剞D(zhuǎn)直徑越大。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、主尺度比：主尺度比：船長寬度比、寬度吃水比、船體船長寬度比、寬度吃水比、船體修長度。修長度。3 3、方形系數(shù)方形系數(shù)4 4、中剖面面積中剖面面積5 5、尾部形狀尾部形狀6 6、首部形狀首部形狀二、特種操縱裝置二、特種操縱裝置1 1、推進(jìn)、操縱合一裝置：推進(jìn)、操縱合一裝置：平旋推進(jìn)器、轉(zhuǎn)平旋推進(jìn)器、轉(zhuǎn)動導(dǎo)管、動導(dǎo)管、Z Z形推進(jìn)器、各種噴水推進(jìn)器等。形推進(jìn)器、各種噴水推進(jìn)器等。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、主動式轉(zhuǎn)向裝置：主動式轉(zhuǎn)向裝置：轉(zhuǎn)柱舵、主動舵和側(cè)轉(zhuǎn)柱舵、主動舵和側(cè)推器等。推器等。3 3、特種舵：特種舵：魚