船舶操縱性試驗(yàn)方法

1、船舶操縱性試驗(yàn)方法船舶操縱性是在“船舶原理”各學(xué)科中新近發(fā)展起來的、并且還不很完善的一門學(xué)科。對(duì)于操縱性，可簡(jiǎn)單地理解為船舶按照駕駛者的意圖去保持或改變船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性能。就我國(guó)內(nèi)河水運(yùn)航道目前的狀況和船舶駕駛者的實(shí)用角度來講，較為實(shí)用的實(shí)船操縱性試驗(yàn)主要有以下幾種：定常回轉(zhuǎn)性試驗(yàn)；航行穩(wěn)定性試驗(yàn)；實(shí)船航行制動(dòng)性試驗(yàn)；Z形操縱試驗(yàn)。1船舶定?；剞D(zhuǎn)性試驗(yàn)船舶定?；剞D(zhuǎn)性試驗(yàn)的目的是評(píng)價(jià)船舶回轉(zhuǎn)的迅速程度和所需要的水域大小，從而使駕駛者掌握船舶在港灣、狹窄江面或航道上安全地回旋、轉(zhuǎn)向并在緊急情況下正確地進(jìn)行避讓，防范碰撞事故的能力。定?；剞D(zhuǎn)性試驗(yàn)是船舶實(shí)船試驗(yàn)中典型的操縱性試驗(yàn)。大多數(shù)船舶在交船試驗(yàn)

2、中都必須進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。船舶定常回轉(zhuǎn)性試驗(yàn)的方法很多，內(nèi)河船舶常采用軌跡觀察法和軌跡測(cè)量法測(cè)試。前一種方法主要考核船舶在滿車（100%勺主機(jī)轉(zhuǎn)速）滿舵角條件下回轉(zhuǎn)的安全性，對(duì)定常回轉(zhuǎn)性直徑作定性觀察，主要定量的測(cè)量參數(shù)是船舶回轉(zhuǎn)式的最大動(dòng)力橫傾角和定?；剞D(zhuǎn)性時(shí)的最大靜力橫傾角（船舶在穩(wěn)定回轉(zhuǎn)時(shí)的最大橫傾角）。后一種方法，是我們要詳細(xì)介紹的，即軌跡測(cè)量法：軌跡測(cè)量的具體實(shí)施辦法有許多種，較為常用的是經(jīng)緯儀交會(huì)法。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：比較適合我國(guó)目前內(nèi)河航道的要求，只要有足夠的助航段（主機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，船舶進(jìn)入直航時(shí)的距離能保證有60100倍的船長(zhǎng)），在滿車滿舵的工況下，被測(cè)船舶或船隊(duì)能回旋54072

3、0°的航道寬度即可。通過測(cè)量船舶在試驗(yàn)航行時(shí)的船位測(cè)點(diǎn)，并將船位測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)或人工數(shù)據(jù)分析處理，就可以繪由船舶在操縱航行過程中的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，從而定量地得到船舶在規(guī)定工況下的定?；剞D(zhuǎn)直徑、回轉(zhuǎn)時(shí)最大動(dòng)力橫傾角、定?；剞D(zhuǎn)時(shí)最大靜力橫傾角、定?；剞D(zhuǎn)時(shí)的平均角速度及回轉(zhuǎn)率（定常回轉(zhuǎn)直徑與船長(zhǎng)之比）等。該測(cè)量方法還同時(shí)可以用于船舶諸如航速、橫移、船舶制動(dòng)性等試驗(yàn)，并減少了架設(shè)測(cè)量?jī)x器等繁瑣工作。試驗(yàn)的具體做法分為以下幾步進(jìn)行：檢查完成該項(xiàng)試驗(yàn)所必須具備的條件（1）被檢船舶必須具備的條件：被檢船舶的各項(xiàng)工程應(yīng)全部竣工，系泊試驗(yàn)合格、傾斜試驗(yàn)完成、穩(wěn)性計(jì)算合格并取得船檢認(rèn)可。被檢船舶應(yīng)處于

4、設(shè)計(jì)裝載狀態(tài)，船舶縱傾應(yīng)與設(shè)計(jì)要求一致，無橫傾。被測(cè)船舶若為雙槳船，其左右主機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)能調(diào)整一致，船舶駕駛室的舵角指示器應(yīng)進(jìn)行校對(duì)，使實(shí)際操舵角與指示舵角相符。（2）試驗(yàn)水域必須具備的條件：試驗(yàn)水域的海況應(yīng)是天氣晴朗，能見度大于5000nl風(fēng)速小于蒲氏3級(jí)，浪高不超過0.2m。試驗(yàn)水域的水深應(yīng)大于2倍的船舶吃水，水域的寬度應(yīng)在船舶滿車滿舵工況下，能滿足試驗(yàn)船舶回轉(zhuǎn)540720°的要求。試驗(yàn)水域兩岸應(yīng)有較直的堤岸，便于架設(shè)測(cè)量?jī)x器，并保證測(cè)量?jī)x器觀察目鏡旋轉(zhuǎn)180的視角下無盲區(qū)。測(cè)試時(shí)，試驗(yàn)水域的來往船舶要少，以保證船舶在測(cè)試回轉(zhuǎn)時(shí)的安全，避免發(fā)生碰撞等事故。試驗(yàn)用儀器及其必須具備的條件

5、船舶回轉(zhuǎn)試驗(yàn)主要使用的儀器有經(jīng)緯儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、測(cè)深儀、傾斜儀、羅經(jīng)、舵角指示器、光電轉(zhuǎn)速計(jì)、鋼卷尺、時(shí)間計(jì)數(shù)器等。對(duì)實(shí)驗(yàn)所需用一起包括船舶本身配備的儀器儀表（試驗(yàn)時(shí)需要使用的儀器儀表）要求性能檢定合格，并在檢定合格周期內(nèi)方能使用。試驗(yàn)工況的制定試驗(yàn)工況應(yīng)根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和試車試航大綱的要求確定（一般按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3221-82執(zhí)行），通常是在全速（滿車）滿舵角的工況下，進(jìn)行左右回轉(zhuǎn)，如有其它要求則補(bǔ)做左右15°、25°回轉(zhuǎn)，對(duì)雙槳船來說，還應(yīng)補(bǔ)做正車-倒車的滿舵回轉(zhuǎn)。試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作在試驗(yàn)水域進(jìn)行儀器架設(shè)：在堤岸上架設(shè)不應(yīng)少于兩臺(tái)經(jīng)緯儀，最好能架設(shè)3臺(tái)，每一臺(tái)經(jīng)緯儀為一測(cè)

6、量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)的間距應(yīng)盡量遠(yuǎn)一些，其間距應(yīng)保證不小于350nl對(duì)試驗(yàn)水域觀測(cè)時(shí)經(jīng)緯儀在水平180的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)，觀察物鏡應(yīng)無遮擋物。對(duì)主機(jī)的工作狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)：即主機(jī)各氣缸的工作參數(shù)應(yīng)無較大差別，且工作穩(wěn)定。如是雙機(jī)船舶，則一定要將左右主機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整一致。布置好駕駛臺(tái)（試驗(yàn)指揮臺(tái)）與各測(cè)量點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)工作，保證駕駛臺(tái)、機(jī)艙和岸上測(cè)量點(diǎn)在試驗(yàn)指令發(fā)生后，能及時(shí)同步測(cè)量。船舶開始進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)首先調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后進(jìn)行船位的調(diào)整，然后進(jìn)入直航，舵應(yīng)放零位，船舶進(jìn)入試驗(yàn)水域后，發(fā)生測(cè)量指令，機(jī)艙和岸上觀測(cè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量指令一般間隔10s20s（也可根據(jù)船舶的航速大小而定），直航測(cè)量10點(diǎn)至15點(diǎn)后，

7、發(fā)生操舵回轉(zhuǎn)指令，操舵者應(yīng)一次將舵操到指令舵位，中途不得停頓，同時(shí)記錄每一測(cè)點(diǎn)的航向變化角度及回轉(zhuǎn)時(shí)的最大動(dòng)力橫傾角。在船舶進(jìn)入定?；剞D(zhuǎn)時(shí)，記錄定?；剞D(zhuǎn)時(shí)的最大靜力橫傾角，與此同時(shí)記錄定?；剞D(zhuǎn)時(shí)的主要轉(zhuǎn)速。當(dāng)船舶會(huì)傳達(dá)到540720°時(shí)，該工況宣告結(jié)束，經(jīng)初步分析，無問題后即可進(jìn)入下一工況的試驗(yàn)。測(cè)量數(shù)據(jù)的處理定?；剞D(zhuǎn)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分成兩大部分，一部分?jǐn)?shù)據(jù)可直接反應(yīng)由試驗(yàn)結(jié)果，如回轉(zhuǎn)時(shí)最大動(dòng)力橫傾角、定常回轉(zhuǎn)時(shí)最大靜力橫傾角、回轉(zhuǎn)前的主機(jī)轉(zhuǎn)速、定?；剞D(zhuǎn)時(shí)的主機(jī)轉(zhuǎn)速，另一部分是需要通過轉(zhuǎn)換繪制由軌跡圖后方能分析獲取的數(shù)據(jù)，其轉(zhuǎn)換方法有兩種：一是將經(jīng)緯儀測(cè)量的數(shù)據(jù)通過人工直接繪由軌跡圖，再求

8、生回轉(zhuǎn)直徑，并根據(jù)船舶進(jìn)行穩(wěn)定回轉(zhuǎn)時(shí)的測(cè)點(diǎn)，計(jì)算由穩(wěn)定回轉(zhuǎn)式的平均角速度。第二種方法是目前常用的方法，即將經(jīng)緯儀測(cè)量的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，繪由軌跡圖并得到回轉(zhuǎn)直徑、平均角速度、回旋率。試驗(yàn)中應(yīng)注意的問題(1)各工況的試驗(yàn)應(yīng)盡量控制在同一水域進(jìn)行。(2)在試驗(yàn)過程中，如果不影響船舶的航行安全，不得隨意改變舵角和主機(jī)轉(zhuǎn)速。如中途與特殊情況改變了舵角或調(diào)整了主機(jī)轉(zhuǎn)速，則該工況應(yīng)作無效處理。重新進(jìn)行工況實(shí)驗(yàn)。(3)船隊(duì)回轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)在船隊(duì)重心處架設(shè)測(cè)量標(biāo)志桿，回轉(zhuǎn)軌跡應(yīng)繪由重心的回轉(zhuǎn)軌跡。(4)經(jīng)緯儀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄應(yīng)按照指揮臺(tái)發(fā)生的測(cè)點(diǎn)順序記錄，如中途測(cè)量掉點(diǎn)、漏點(diǎn)，映空下掉點(diǎn)、漏點(diǎn)的序號(hào)。(

9、5)在有水流速度的屬于進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選流場(chǎng)均勻，且逆水進(jìn)行回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。(6)應(yīng)詳細(xì)記錄被測(cè)船舶的裝在狀況及試驗(yàn)前后的環(huán)境狀況。(7)繪制定?；剞D(zhuǎn)性試驗(yàn)方框圖。2航向穩(wěn)定性試驗(yàn)航向穩(wěn)定性試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)舵的穩(wěn)定性能。它從兩方面對(duì)舵的性能進(jìn)行評(píng)定，即穩(wěn)定性和操縱性。航向穩(wěn)定性試驗(yàn)包含有兩個(gè)部分：一是直航穩(wěn)定性試驗(yàn)，又稱直航延時(shí)試驗(yàn)，是檢測(cè)船舶在航行中保持舵角為零時(shí)，船舶維持直線航行的能力。二是航行穩(wěn)定性試驗(yàn)，又稱直航操舵試驗(yàn)，是檢測(cè)船舶依靠操舵維持航向的能力。對(duì)于雙槳船舶還可以增加一個(gè)測(cè)試內(nèi)容，即在單漿推進(jìn)下，維持航向所必需的操舵次數(shù)、操舵角度及間隔時(shí)間。航向穩(wěn)定性試驗(yàn)的方法比較簡(jiǎn)單，試驗(yàn)中僅需要流

10、速儀、羅經(jīng)、舵角指示器、風(fēng)速風(fēng)向儀、轉(zhuǎn)速計(jì)及時(shí)間計(jì)數(shù)器，對(duì)試驗(yàn)水域要求的條件與回轉(zhuǎn)試驗(yàn)基本相同。具體做法如下：直航穩(wěn)定性試驗(yàn)被檢船舶逆水行駛，調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)速，待主機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,調(diào)整好船位，并使舵角指示器指示舵角為零，記錄主機(jī)轉(zhuǎn)速,初始航向。直航3分鐘后，測(cè)定船舶在該段時(shí)間內(nèi)，偏離原航向的角度，并記錄每偏航0.50所需要的時(shí)間。航行穩(wěn)定性試驗(yàn)航行穩(wěn)定性試驗(yàn)應(yīng)與直航穩(wěn)定性試驗(yàn)在同一水域進(jìn)行。主機(jī)工況也應(yīng)相同，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速和船舶的航行船位調(diào)整好后，即可開始試驗(yàn)，航行5分鐘后，測(cè)定船舶為保持原航向所必須的操縱。試驗(yàn)中應(yīng)注意的問題基本與船舶回轉(zhuǎn)試驗(yàn)要注意的問題相同，但對(duì)試驗(yàn)水域的流場(chǎng)應(yīng)特別注意，如果試驗(yàn)水域

11、流場(chǎng)不均勻，又亂流等情況，則試驗(yàn)數(shù)據(jù)將有較大失真。3船舶制動(dòng)性試驗(yàn)主機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，船舶自由滑行距離的大小是船舶慣性的特征。這一特征，對(duì)于實(shí)船制動(dòng)性的考核更有其實(shí)際意義，制動(dòng)性的掌握成了防范船舶碰撞及船舶停靠港口、錨地、編隊(duì)的重要手段。船舶制動(dòng)性試驗(yàn)一般采用兩種測(cè)量方法：一是拋木塊測(cè)定滑行距離，二是采用經(jīng)緯儀交會(huì)法測(cè)定滑行距離，具體的測(cè)量方法與前面介紹的經(jīng)緯儀測(cè)量方法相同。船舶制動(dòng)性試驗(yàn)一般常做兩個(gè)工況即：全速正車-停車；全速正車-停車-全速倒車（一般為額定轉(zhuǎn)速的85%）制動(dòng)性試驗(yàn)用以測(cè)定船舶在全速前進(jìn)時(shí)接到停車指令后，船舶停止航行所需滑行的距離；滑行的時(shí)間及船首方位偏轉(zhuǎn)的角度。如裝有倒車舵的船

12、舶，應(yīng)補(bǔ)做倒車制動(dòng)性實(shí)驗(yàn)。船舶制動(dòng)性試驗(yàn)的程序如下：在調(diào)整好試驗(yàn)船舶主機(jī)的轉(zhuǎn)速后，船舶進(jìn)入直航，當(dāng)航速穩(wěn)定后，測(cè)量由船舶的航速，待航速測(cè)量完畢后，發(fā)生停車指令（或倒車指令），測(cè)量船舶的滑行速度、滑行距離、滑行時(shí)間，直到船舶穩(wěn)定（完全停止），完成該項(xiàng)工況的試驗(yàn)。4Z形操縱試驗(yàn)在評(píng)價(jià)船舶的操縱性能時(shí)，目前大都采用較有代表性的K、T指數(shù)，而Z形操縱試驗(yàn)是確定K、T指數(shù)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)方法之一?；剞D(zhuǎn)性能數(shù)K:是舵的控制力矩導(dǎo)數(shù)與相當(dāng)阻尼系數(shù)之比，單位1/S,指數(shù)K越大，定常回轉(zhuǎn)角速度越大，回轉(zhuǎn)半徑越小，船的回轉(zhuǎn)性能越好。應(yīng)舵指數(shù)（亦稱穩(wěn)定性指數(shù)）T為船舶相當(dāng)慣性系數(shù)與阻力系數(shù)之比，單位（S）o應(yīng)舵指數(shù)T越小

13、，船舶直線穩(wěn)定性越好，反之，直線穩(wěn)定性越差。Z形操縱試驗(yàn)通常以左右10。舵角作為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如有特殊要求可以補(bǔ)做15°、25°等舵角。Z形試驗(yàn)要求試驗(yàn)水域?qū)掗?，水流順直，試?yàn)時(shí)風(fēng)速小于蒲氏3級(jí)，船舶處于設(shè)計(jì)狀態(tài)下，在全速、逆流航行的情況下進(jìn)行，具體操縱程序如下：船舶全速前進(jìn)（主機(jī)達(dá)到額定功率或設(shè)計(jì)航速），調(diào)整好船位，穩(wěn)定航向，置舵于零位，保持穩(wěn)定直航，經(jīng)一段時(shí)間發(fā)生操舵指令并同時(shí)進(jìn)行航向、舵角、時(shí)間的記錄，當(dāng)航向變化到10°時(shí)，發(fā)生操反舵指令，并記錄航向慣性的角度，當(dāng)航向達(dá)到操反舵指令的航向時(shí)，發(fā)生操舵指令。同樣記錄下航向慣性角，等再次到達(dá)操舵指令舵向時(shí)，發(fā)生操反舵指令，記錄航向慣性角，當(dāng)航向回到原始航向時(shí)該工況結(jié)束。然后根據(jù)記錄的航向、舵角