船艇操縱基本原理

1、船艇船艇操縱基本原理操縱基本原理授課人：楊科軍2012年9月17日一、船艇操縱的基本原理（一）、概念 什么是舵:舵是船舶操縱的重要設(shè)備，操舵者通過操舵可以使船舶保持或改變其航向，達(dá)到控制船舶方向的目的。（二）、舵壓力（1）、舵壓力產(chǎn)生的原理。 船舶正舵航行時，舵葉兩側(cè)的流速對稱相等，不產(chǎn)生壓力。當(dāng)操其某一個角后，在舵葉周圍，除有平行流外，還存在附加環(huán)流，平行流和附加環(huán)流兩者間的流向相反，使流速下降，壓力增大，這樣，在舵葉兩側(cè)產(chǎn)生壓力差。（2）、影響舵壓力的因素1、降低舵壓力的流體現(xiàn)象。1）、失速現(xiàn)象2）、空泡現(xiàn)象3）、空氣吸入現(xiàn)象2、舵的尺度、形狀等因素的影響。1）、舵葉展弦比的影響2）、舵的

2、外形及剖面形狀影響3）、舵面積大小的影響3、船體、伴流和螺旋槳尾流的影響。1）、船體的干擾及船尾形狀的影響2）、伴流對舵壓力的影響船體周圍有一部分伴隨船舶運(yùn)動而運(yùn)動的水流稱伴流。3）、螺旋槳尾流的影響舵葉安裝在螺旋槳后方，受到螺旋槳誘導(dǎo)速度的影響。4）、滑失的影響螺旋槳旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生誘導(dǎo)速度，它是隨滑失的增加而增加的。5）、斜流的影響（三）、舵效（1）、舵效的概念。船舶在各種不同的運(yùn)動狀態(tài)下，用舵設(shè)備操縱船舶所表現(xiàn)的綜合效果稱為舵效，包括正舵的穩(wěn)向性、小舵角的保向性、一般舵角的改向性和大舵角的旋回性。（2）、舵效的判別船舶操舵后能在較短的時間和縱、橫距內(nèi)完成較大的改向角，則認(rèn)為該船的舵效較好；反

3、之，則較差。（3）、影響舵效因素1、舵角。2、舵面積系數(shù)。3、舵速。4、舵性。5、船體水下測面積。6、吃水。7、橫傾。8、風(fēng)、流、污底及淺水。9、舵效與螺旋槳正轉(zhuǎn)進(jìn)航、反轉(zhuǎn)倒航有關(guān)。（四）、特種舵包括：襟翼舵、轉(zhuǎn)動導(dǎo)管螺旋槳、異步轉(zhuǎn)動導(dǎo)管螺旋槳、Z型回轉(zhuǎn)螺旋槳、平旋推進(jìn)器、橫向噴流舵、倒車舵等。二、船、槳、舵效應(yīng)橫向力（一）、概念 船體、螺旋槳、舵葉三者在水中工作時互相影響而產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)。這種力學(xué)效應(yīng)將直接影響船舶操縱性能。（二）、雙螺旋槳船的船、槳、舵效應(yīng)橫向力 雙螺旋槳船包括有外旋、內(nèi)旋和同向旋三種。外旋雙螺旋槳船是指進(jìn)車時右舷槳右旋、左舷槳左旋的雙螺旋槳船。內(nèi)旋雙螺旋槳船是指進(jìn)車時右舷槳

4、左旋，左舷槳右旋的雙螺旋槳船。（1）、雙螺旋槳船比單螺旋槳船有下列有點(diǎn)：1、在主機(jī)功率相同的條件下，雙螺旋槳船的螺旋槳盤面積大，負(fù)荷輕，推進(jìn)效率高；2、在螺旋槳盤面積都相同的條件下，雙螺旋槳的直徑小，能適應(yīng)淺水區(qū)航行；3、可用兩部主機(jī)正、倒車配合操舵操縱船舶；4、舵機(jī)失靈時，可利用兩部主機(jī)正倒車短時間操縱船舶；5一部主機(jī)失靈，可利用另一部主機(jī)短時間航行以尋找泊位停泊；6、雙螺旋槳同時正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)是，其SWT、WT和RST大小相等，方向相反，故航向穩(wěn)定性較好。（2）、推力偏心效應(yīng)橫向力（TET）1、推力偏心效應(yīng)橫向力產(chǎn)生原因。雙螺旋槳船舶的雙槳以不同工況工作，則推力的合力作用線便不通過船舶的重心，

5、引起推心偏心，產(chǎn)生推力偏心轉(zhuǎn)船力矩。1、概念當(dāng)兩螺旋槳以不同工況工作時，將在分水踵（包括船尾部）或中舵兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，而出現(xiàn)橫向力，稱為分水效應(yīng)橫向力。（3）、分水效應(yīng)橫向力（BDT）分析圖分析圖通過上圖可得出下列結(jié)論：1、雙槳單舵船，當(dāng)開左進(jìn)三右一或左進(jìn)停車是，操右舵有利于回轉(zhuǎn)，實(shí)踐證明如此用車操縱船舶，船舶旋回掉頭耗時最短。2、雙槳單舵船，開左進(jìn)三右退或左進(jìn)一右退三車時，以操中舵較為有利。3、雙槳雙舵船，當(dāng)開左進(jìn)三右進(jìn)一、左進(jìn)三右車?；蜃筮M(jìn)三右倒三時，均可操右舵，以利于船舶旋回運(yùn)動。4、雙槳單舵船與雙槳雙舵船均操中舵，當(dāng)開左進(jìn)三右進(jìn)一、左進(jìn)三右車停、或左進(jìn)三右倒三時，前者有礙于船舶的回轉(zhuǎn)，

6、后者無礙于船舶回轉(zhuǎn)。三、船舶操縱性能的基本概念（一）基本概念。船舶操縱性是指船體、螺旋槳和舵在水中作相對運(yùn)動，產(chǎn)生水動力，使船舶保持或改變其水平運(yùn)動狀態(tài)的性能?；蛘哒f是船舶對駕駛員操縱的反應(yīng)能力。它包括船舶的方向性和啟、制動能力。（二）、船舶操縱性的優(yōu)劣與下列因素有關(guān)：1、傳統(tǒng)船體中縱剖面兩舷的線型是否均勻?qū)ΨQ；正舵時舵葉中線平面和舵桿軸線是否與中縱剖面在同一平面內(nèi)，邊舵的中線平面是否與中縱剖面平行或舵葉是否對稱；螺旋槳推力軸線是否在船體的中縱剖面上。2、船舶浮態(tài)的變化會引起水動力作用點(diǎn)的位置以及回轉(zhuǎn)運(yùn)動時側(cè)阻力的大小和作用點(diǎn)位置的變化。3、船舶操縱性的優(yōu)劣與舵面積系數(shù)有密切關(guān)系。4、船舶水線

7、面以上建筑面積的大小、形狀和分布情況的變化，將引起風(fēng)動力的大小和作用點(diǎn)位置的變化。5、船舶的排水量以及貨物的配載等等將使船舶的慣性、慣性矩發(fā)生變化，對船舶操縱性亦有影響。6、主機(jī)功率的大小和螺旋槳的數(shù)目、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、負(fù)荷和倒車時的螺旋槳效率等，都影響著船舶的操縱性能。（三）、船舶啟、制動性能。1、船速（1）、額定船速（2）、海上船速（3）、經(jīng)濟(jì)船速（4）、港內(nèi)船速2、船舶啟動性能船舶在靜止?fàn)顟B(tài)中開動主機(jī)，使船舶達(dá)到與主機(jī)功率相應(yīng)的速度所需的時間和航行距離的性能稱為啟動性能。3、船舶制動性能。1、停車沖程、沖時船舶在各種速度情況下，停車至船舶速度為零時所滑行的距離為停車沖程；滑行過程所需的時間為

8、停車沖時。2、倒車沖程、沖時船舶在各種速度下倒車至船舶完全停住所滑行的距離為倒車沖程，又稱緊急停船距離或最短停船距離；滑行全過程所需時間為倒車沖時，又稱緊急停船時間。3、影響船舶沖程的因素。1）、排水量：在船速一定時，排水量越大，沖程越長。2）、船速：其他條件一定時，船速越大，沖程越長。3）、主機(jī)倒車功率及類型。主機(jī)倒車功率大，倒車沖程就小。4）、推進(jìn)器類型。5）、船型系數(shù)。6）、外界因素。順風(fēng)順流時沖程增長，反之，則較短；淺水域中船舶沖程較深水中短；船體污底程度嚴(yán)重，船舶阻力增加，船舶沖程相應(yīng)減小。4、船舶停船性能1）、制動縱距2）、制動橫距3）、制動偏航角（四）、船舶旋回性能船舶方向性是指

9、船舶的航向穩(wěn)定性和操縱靈活性。操縱靈活性又包括了旋回性和航向機(jī)動性，它是船舶的主要航行性能之一。1、船舶旋回運(yùn)動（1）、船舶旋回運(yùn)動的三個階段1）、機(jī)動階段2）、變化階段3）、穩(wěn)定階段2、船舶旋回運(yùn)動中船舶的運(yùn)動狀態(tài)1）、旋回中的降速2）、旋回中的橫傾內(nèi)傾階段：在直航中操舵，船在舵壓力效應(yīng)橫向分力的作用下，吧船推向與操舵方向相反的一側(cè)。外傾階段：操舵后不久，由于旋回運(yùn)動的進(jìn)展，船體將受到旋回運(yùn)動慣性離心力的橫向分力及斜航時水動力橫向分力的作用。（3）、最大橫傾與傾覆的危險及防止措施1）、理貨時，防止重件貨物裝在高處，力求合理GM值，并要注意自由液面的影響和防止貨物的移動。2）、降低船速，緩緩操

10、舵，用小舵角旋回操縱，盡量增大旋回圈直徑。3）、應(yīng)正確選擇操舵時機(jī)，以使風(fēng)浪產(chǎn)生的橫傾力矩影響較小，并避免外力橫傾力矩與舵產(chǎn)生的最大橫傾力矩互相疊加而產(chǎn)生過大的橫傾角。4）、在旋回運(yùn)動中，出現(xiàn)較大橫傾角時，不宜立即回航，應(yīng)立即慢車、停車，待船速下降后再緩慢回舵。（五）、航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性又稱方向穩(wěn)定性，是指船舶保持指定航向航行的能力，即使在風(fēng)、浪等外力影響下，也希望能保持指定的航向航行。（六）、船舶操縱性指數(shù)1、K、T值的物理意義（1）、旋回性指數(shù)（K）旋回性指數(shù)是用以表示船舶定?；剞D(zhuǎn)角速度與對應(yīng)舵角關(guān)系的一種指數(shù)。（2）、追隨性指數(shù)（T）追隨性指數(shù)又稱為應(yīng)舵指數(shù)，是用以表示船舶操舵時，對舵

11、角響應(yīng)的時間滯后的一種指數(shù)。2、與操縱指數(shù)K、T值有關(guān)的因素操縱性指數(shù)K、T值的大小是與船舶大小、浮態(tài)、船型、舵角、船速以及水深等環(huán)境條件有關(guān)。（1）、船型對K、T值的影響。肥大船具有的T大，追隨性差；瘦削船具有的K小，旋回性差。（2）、水線下側(cè)面積對K、T值的影響。水線下側(cè)面積的分布形狀，對K、T值有很大的影響。一般尾鰭大，首鰭小的船，T值小，K值?。环粗馋捫。做挻蟮拇?，則T值大、K值大。（3）、船舶縱傾對K、T值的影響（4）、船速與K、T值的關(guān)系（5）、舵面積與K、T值的關(guān)系四、影響船舶操縱性能的因素（一）、浮態(tài)對船舶操縱性能的影響浮態(tài)是指船舶漂浮在水面上的狀態(tài)，包括有正?。M載、空載

12、）橫傾和縱傾等狀態(tài)。船舶以各種不同浮態(tài)航行時，引起作用于船體上各種能力的變化和出現(xiàn)新的能力，使船舶的操縱性能發(fā)生變化。（1）、船舶吃水變化對操縱性能的影響在港內(nèi)操縱，一般要早用舵、早回舵、用大舵。在實(shí)際操縱中，重載船應(yīng)舵慢，常有遲鈍的感覺。旋回圈直徑較大，旋回性較差。另外，吃水深、排水量大，則慣性大、沖程打，在靠泊時，應(yīng)及早慢車和停車。（2）、橫傾對船舶操縱性能的影響當(dāng)船舶存在橫傾時，其入水體積形狀的左右對稱性被破壞，因而改變了左右舷各種作用力的對稱性，使船舶偏轉(zhuǎn)。（3）、縱傾對船舶操縱性能的影響1）、縱傾與船的重心位置有關(guān)2）、船舶的縱傾與船體水線下側(cè)面積的形狀有關(guān)。（二）風(fēng)對船舶操縱性的影

13、響船舶在風(fēng)動力作用下，向下風(fēng)漂移產(chǎn)生水動力，由于兩力作用點(diǎn)在高度上不一致，構(gòu)成橫傾力矩，使船橫傾影響穩(wěn)性；由于兩力作用點(diǎn)沿首尾方向上的不一致，構(gòu)成轉(zhuǎn)船力矩，使船偏轉(zhuǎn)。1、風(fēng)對船舶偏轉(zhuǎn)影響的規(guī)律（1）、船舶靜止中受風(fēng)1）、船舶中縱剖面尾部浸水面積較大的船或前部受風(fēng)面積較大的船，如尾縱傾船、拖船、漁船等，最后常以尾迎風(fēng)并向下漂移。2）、船舶中縱剖面首部浸水面積較大的船或后部受風(fēng)面積較大的船，如首傾船、油船、尾機(jī)型船，常以首迎風(fēng)并向下漂移。3）、船舶中縱剖面浸水面積和受風(fēng)面積首尾較均勻的船，如客船，最后趨向橫風(fēng)狀態(tài)并向下漂移。（2）、船舶前進(jìn)中受風(fēng)前進(jìn)中，正橫后來風(fēng)，則風(fēng)動力作用點(diǎn)位于水動力作用點(diǎn)之

14、后。船在風(fēng)、水動力轉(zhuǎn)船力矩作用下，船首自然轉(zhuǎn)向上風(fēng)。（3）、船舶倒退中受風(fēng)倒車后退時，風(fēng)從正橫前吹來，則風(fēng)動力作用點(diǎn)在水動力作用點(diǎn)之前。船在風(fēng)、水動力轉(zhuǎn)船力矩作用下，船尾迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)。（三）、流對船舶操縱性的影響船舶在河流中航行時，還受到自然水流的影響。水流有均勻性水流和非均勻性之分。在均勻性水流水域中，船舶的航速等于船速與流速的矢量和，同時船舶受流影響易偏離計(jì)劃航線，需作流壓差修正。在非均勻水流水域中，船舶會產(chǎn)生較大橫移和首搖。1、均勻性水流對船舶操縱性影響（1）、對航速和沖程的影響順流航行時，船舶對岸速度（航速）約等于航速加流速；逆流航行時，沖程減小，流速越大，沖程減少越多；順流時，則相反，停

15、車后減速非常緩慢，往往需要借助倒車或拋錨，才能制止船舶對岸運(yùn)動。（2）、水流對船舶漂移的影響（3）、水流對舵效的影響船舶在均勻流中，無論逆流還是順流航行，當(dāng)螺旋槳轉(zhuǎn)速時，船舶對水運(yùn)動速度約等于船速（4）、水流對旋回性能的影響2、非均勻性水流對船舶操縱的影響非均勻性水流從船橫向或成交角沖擊，可使船迅速橫移和因船體前后部分受力不同而產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩，使船突然偏轉(zhuǎn)而離開航線；有時甚至超過車、舵控制能力而失控導(dǎo)致事故。（四）、受限水域?qū)Υ安倏v性的影響1、淺水效應(yīng)船舶在通過淺灘時，應(yīng)降低螺旋槳轉(zhuǎn)速，減速航行，以減小水阻力和動吃水的增加，以免發(fā)生擦淺事故，保證有足夠的儲備功率和安全航行。（1）、興波變形，流

16、水聲失常（2）、船體跳動，易發(fā)生斷纜事故（3）、船體產(chǎn)生縱傾（4）、船尾泥沙翻滾，鵝卵石沖擊船底（5）、螺旋槳轉(zhuǎn)速下降（6）、操縱性能發(fā)生變化1）、旋回性下降、航向穩(wěn)定性變好。2）、航向難控現(xiàn)象。3）、船舶沖程減小。（7）、托浪和趕浪2、岸壁效應(yīng) 船舶在航道中航行時，如果過分靠近一側(cè)岸壁航行，則船首高壓在靠岸一側(cè)，受到岸壁的反射作用，壓力升高，產(chǎn)生指向河心的壓力差，使船首向河心一側(cè)轉(zhuǎn)動。這種把船首推向河心的力，稱為“岸推力”。 在船尾處，由于過水?dāng)嗝孑^小，螺旋槳處于船尾工作，使船尾靠岸與一側(cè)的流速增高較多，壓力下降較大。所以，在船尾兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，其方向指向岸壁一側(cè)，該力稱為“岸吸力”。 岸推和岸吸統(tǒng)稱為岸壁效應(yīng)3、船間效應(yīng)船間效應(yīng)的影響因素有：（1）、兩船間距越小，互相作用越大。船吸、船推的作用與兩船間距的4次方成反比；偏向力矩與兩船間距的3次方成反比。（2）、在兩船航向相反的對駛局面中，由于相互持續(xù)時間極短，船間效應(yīng)尚未發(fā)生船已駛過，或已發(fā)生但消失很快，影響較小。而處于同向追越的局面中，由于相互作用時間較長，尤其當(dāng)兩船速度相差較小時，持續(xù)時間更長，船間效應(yīng)也更嚴(yán)重。（3）、船速越