第二章2-2和船舶航向穩(wěn)定性與回轉(zhuǎn)性-2-3

1、22 航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性第二章第二章 船舶操縱船舶操縱內(nèi)容概要內(nèi)容概要基基本本概概念念研研 究究 方方 法法航向穩(wěn)定性分析航向穩(wěn)定性分析影響因素影響因素航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性 一一. 基本概念基本概念1. 穩(wěn)定性概念穩(wěn)定性概念: 對(duì)處于對(duì)處于定常運(yùn)動(dòng)定常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體狀態(tài)的物體(或系統(tǒng)或系統(tǒng)),若受到極小的若受到極小的外界干擾作用外界干擾作用,而偏離原定常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而偏離原定常運(yùn)動(dòng)狀態(tài),當(dāng)干擾去除之后當(dāng)干擾去除之后,經(jīng)過(guò)一定的過(guò)渡經(jīng)過(guò)一定的過(guò)渡,若物體若物體(或系統(tǒng)或系統(tǒng))能回復(fù)到原定常運(yùn)動(dòng)狀能回復(fù)到原定常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)態(tài),則稱原

2、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是穩(wěn)定的則稱原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是穩(wěn)定的. 物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否穩(wěn)定穩(wěn)定既既取決于取決于物體本身物體本身的性質(zhì)的性質(zhì),而且也取決于所考察的而且也取決于所考察的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和和運(yùn)動(dòng)參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù).航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性Directional Stability船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性 2. 2. 水面船舶的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性水面船舶的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性: :l直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性 (straight line stability, also called Inherent dynamic stability)船舶受瞬時(shí)擾動(dòng)后，其重心軌跡終將恢復(fù)為一直線，但航向發(fā)生了變化。船舶受

3、瞬時(shí)擾動(dòng)后，其重心軌跡終將恢復(fù)為一直線，但航向發(fā)生了變化。 動(dòng)是穩(wěn)定的。對(duì)角速度運(yùn)動(dòng)參數(shù)，運(yùn); 0; 0,rt000Gyrt船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性原航線原航線新航線新航線 2)方向穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性(directional stability, course-keeping ability) 船舶受擾并在擾動(dòng)消除后，其重心軌跡最終將恢復(fù)為與原來(lái)航線相平行船舶受擾并在擾動(dòng)消除后，其重心軌跡最終將恢復(fù)為與原來(lái)航線相平行的另一直線。的另一直線。船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性。0y; 0; 0,Grt000Gyrt3). 位置穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性- 船舶受擾后，其重心運(yùn)動(dòng)軌跡船舶受擾后，

4、其重心運(yùn)動(dòng)軌跡將恢復(fù)為原航線的延長(zhǎng)線將恢復(fù)為原航線的延長(zhǎng)線000Gyrt船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性。0y; 0; 0,Grt具有具有位置穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性的船舶一定具有的船舶一定具有直線穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性和和方向穩(wěn)定性。方向穩(wěn)定性。具有具有方向穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性的船舶一定具有的船舶一定具有直線穩(wěn)定性。直線穩(wěn)定性。按是否操舵按是否操舵, ,穩(wěn)定性可分為固定穩(wěn)定性和控制穩(wěn)定性穩(wěn)定性可分為固定穩(wěn)定性和控制穩(wěn)定性. .前前者取決于船體幾何形狀者取決于船體幾何形狀, ,后者取決于整個(gè)閉合回路的特性。后者取決于整個(gè)閉合回路的特性。固定穩(wěn)定性越好的船固定穩(wěn)定性越好的船, ,控制穩(wěn)定性也越好?？刂品€(wěn)定性也

5、越好。對(duì)于通常的水面船舶對(duì)于通常的水面船舶, ,只有通過(guò)操舵控制才可能使之具備只有通過(guò)操舵控制才可能使之具備方向穩(wěn)定性和位置穩(wěn)定性。方向穩(wěn)定性和位置穩(wěn)定性。如果不操舵如果不操舵, ,最多具備直線穩(wěn)定性最多具備直線穩(wěn)定性. .3. 關(guān)系與分類船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性結(jié) 論：二二. . 研究方法研究方法-小撓動(dòng)方程小撓動(dòng)方程運(yùn)用運(yùn)用”運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論”分析方法對(duì)穩(wěn)定性問(wèn)題分析方法對(duì)穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行定量分析進(jìn)行定量分析. .設(shè)船舶設(shè)船舶初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài): : u u1 1=const,v=const,v1 1=r=r1 1=0=0擾動(dòng)后引起的擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)擾動(dòng)后引起的擾動(dòng)

6、運(yùn)動(dòng)參數(shù): : 由于對(duì)初始狀態(tài)是小擾動(dòng)由于對(duì)初始狀態(tài)是小擾動(dòng), ,偏離量較小偏離量較小, ,可用可用線性操線性操縱運(yùn)動(dòng)方程縱運(yùn)動(dòng)方程來(lái)描敘。來(lái)描敘。 不操舵則不操舵則 =0=0 ， 得小擾動(dòng)方程得小擾動(dòng)方程: : (2-1)(2-2)對(duì)(2-2)可改寫(xiě)為:其對(duì)應(yīng)的特征方程為:則,特征根為:最終解為:二二. . 小撓動(dòng)方程小撓動(dòng)方程航航 向向 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性說(shuō)明: 上式即為縱向速度小擾動(dòng)方程的解: tt,要使擾動(dòng)速度u0u0,應(yīng)使 負(fù)值。m - 為船舶本身質(zhì)量與縱向附連水質(zhì)量之和,對(duì)一般排水量船舶為正值。分子X(jué)u為縱向速度u的增加所引起的縱向分力X的變化率。如下圖:在平衡速度u1時(shí),螺旋槳正好

7、克服 u1 時(shí)的船體阻力,故,合力為零。此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)正的擾動(dòng)速度時(shí),將引起純阻力的增加，即X的減少。從此圖可知在u1處的Xu是一個(gè)明顯的負(fù)值。這樣,對(duì)特征根而言,分母正而分母負(fù)。使之值始終為負(fù)，說(shuō)明其對(duì)縱向速度擾動(dòng)總具有穩(wěn)定性。3uX航航 向向 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性研究船舶在水平面內(nèi)的航向穩(wěn)定性水平面內(nèi)的航向穩(wěn)定性主要取決于以下二式: 消去v化簡(jiǎn)后可得:航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性方程前系數(shù)ttererr2121 特征方程為:由特征方程可求得特征根:角速度擾動(dòng)方程角速度擾動(dòng)方程的解為：的解為：消去r化簡(jiǎn)后,得v的小擾動(dòng)方程為:橫向速度的解為橫向速度的解為:ttevevv2121航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性由以上解

8、式可知由以上解式可知,特征根若具有負(fù)實(shí)部特征根若具有負(fù)實(shí)部,則擾動(dòng)后則擾動(dòng)后的擾運(yùn)動(dòng)量的擾運(yùn)動(dòng)量v,r都回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)稱之為具有都回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)稱之為具有穩(wěn)定性穩(wěn)定性. 但但,即使即使v,r都回復(fù)到初始狀態(tài)參數(shù)都回復(fù)到初始狀態(tài)參數(shù),卻與卻與初始首向仍存在著一個(gè)角度偏差：初始首向仍存在著一個(gè)角度偏差：可見(jiàn)可見(jiàn),對(duì)水面船舶對(duì)水面船舶不操舵不操舵,就不可能實(shí)現(xiàn)就不可能實(shí)現(xiàn) “方向穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性”,最多只能是最多只能是”直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性”, 習(xí)慣上稱之為習(xí)慣上稱之為”航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性”trdt0船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性三三. 航向穩(wěn)定性分析航向穩(wěn)定性分析船舶操縱性與耐

9、波性船舶操縱性與耐波性三三. 航向穩(wěn)定性分析航向穩(wěn)定性分析船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性 穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)C 1) A A 0 大的正值大的正值 大的正值大的正值 小的正值或負(fù)值小的正值或負(fù)值 小的正或負(fù)小的正或負(fù)值值分析知分析知,對(duì)水面船舶對(duì)水面船舶,A必為正必為正,故航向穩(wěn)定性要求故航向穩(wěn)定性要求B/A0,C/A0 即為要求即為要求 B0, C0 2) B B 0分析知分析知,航向穩(wěn)定性條件減少到只需滿足一個(gè)條件航向穩(wěn)定性條件減少到只需滿足一個(gè)條件: C0: C0 .大的負(fù)值大的負(fù)值 大的正值大的正值 小的負(fù)值小的負(fù)值 小的不定符號(hào)小的不定符號(hào) 大的正值大的正值 大的負(fù)值大的負(fù)值 不定符

10、號(hào)小量不定符號(hào)小量 不定符號(hào)小量不定符號(hào)小量船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù) C定義定義系數(shù)系數(shù)C C 為穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)；上式即為為穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)；上式即為穩(wěn)定性衡準(zhǔn)式穩(wěn)定性衡準(zhǔn)式。穩(wěn)定性判別穩(wěn)定性判別n C 0 C 0 是船舶航向穩(wěn)定性的是船舶航向穩(wěn)定性的 判據(jù)判據(jù) C0 C0 表明船舶在水平面運(yùn)動(dòng)具有直線穩(wěn)定性表明船舶在水平面運(yùn)動(dòng)具有直線穩(wěn)定性; ; C0 C0 表明不具有直線穩(wěn)定性表明不具有直線穩(wěn)定性 。船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性)()()(1111vrrvvvrGrrvllmuYYYNmuYumxNYmuYCrl11muYumxNlrGrrvlvvvYNlGxvl

11、rl1muYrvYOVr抗干擾力抗干擾力臂偏航力臂偏航力臂定義定義vl側(cè)向力作用點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，由側(cè)向力作用點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，由v引起的力矩常使船偏離航向，引起的力矩常使船偏離航向，是一種不穩(wěn)定因素，稱為偏航力臂是一種不穩(wěn)定因素，稱為偏航力臂rl具有阻止船舶回轉(zhuǎn)的作用，稱為抗干擾力臂具有阻止船舶回轉(zhuǎn)的作用，稱為抗干擾力臂穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù) 航向穩(wěn)定性改善措施 水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)是與船體幾何形狀密切相關(guān)的。水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)是與船體幾何形狀密切相關(guān)的。 增加船長(zhǎng)可使N r負(fù)值增加 增加船舶中縱剖面的側(cè)面積可使 Nr,Yv 的負(fù)值增加 增加Nv的有效方法是: 增加縱中剖面的尾部側(cè)面積 可采用增大呆木,安裝尾鰭 使

12、船產(chǎn)生尾傾 削去前踵等 航向穩(wěn)定性改善措施措施船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性增加縱中剖面的尾部側(cè)面積增加縱中剖面的尾部側(cè)面積使船產(chǎn)生尾傾使船產(chǎn)生尾傾削去前踵削去前踵增加船舶中縱剖面的側(cè)面積增加船舶中縱剖面的側(cè)面積23 船舶回轉(zhuǎn)性第二章第二章 船舶操縱船舶操縱船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性內(nèi)容概要基基本本概概念念研究方法航向穩(wěn)定性分析影響因素航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性 回轉(zhuǎn)性回轉(zhuǎn)性基本概念回轉(zhuǎn)過(guò)程分析回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)耦合特性回轉(zhuǎn)橫傾速降一、基本概念一、基本概念：回轉(zhuǎn)性回轉(zhuǎn)性 轉(zhuǎn)舵使船舶作圓弧運(yùn)動(dòng)的能力。轉(zhuǎn)舵使船舶作圓弧運(yùn)動(dòng)的能力。 用回轉(zhuǎn)直徑來(lái)表示。用回轉(zhuǎn)直徑來(lái)表示。 與船舶避讓、避碰、靠離碼頭、

13、與船舶避讓、避碰、靠離碼頭、 靈活掉頭有關(guān)靈活掉頭有關(guān)定?；剞D(zhuǎn)圈定?；剞D(zhuǎn)圈 操縱性的指標(biāo)。操縱性的指標(biāo)。 衡量轉(zhuǎn)首性和回轉(zhuǎn)性的直觀方法。衡量轉(zhuǎn)首性和回轉(zhuǎn)性的直觀方法?；剞D(zhuǎn)圈回轉(zhuǎn)圈 船舶在不同舵角條件下作圓周回轉(zhuǎn)時(shí)船舶在不同舵角條件下作圓周回轉(zhuǎn)時(shí) 重心重心的航行軌跡。的航行軌跡。船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性l定常回轉(zhuǎn)直徑定?；剞D(zhuǎn)直徑Dc 定?；剞D(zhuǎn)階段船舶重心定常回轉(zhuǎn)階段船舶重心點(diǎn)圓形軌跡。點(diǎn)圓形軌跡。l戰(zhàn)術(shù)直徑戰(zhàn)術(shù)直徑DT 從船舶原來(lái)航線至船首從船舶原來(lái)航線至船首轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向180時(shí)，船總中時(shí)，船總中剖所在位置之間的距離。剖所在位置之間的距離。 Dt= (0.91.2)D 回轉(zhuǎn)圈的主要特征參

14、數(shù)回轉(zhuǎn)圈的主要特征參數(shù)船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性 3。縱距?？v距L1(Ad) 從轉(zhuǎn)舵開(kāi)始時(shí)刻船舶重心從轉(zhuǎn)舵開(kāi)始時(shí)刻船舶重心G所在的位置所在的位置,至船首轉(zhuǎn)向至船首轉(zhuǎn)向 90時(shí)船舶縱中剖面沿原時(shí)船舶縱中剖面沿原航行方向前進(jìn)的距離航行方向前進(jìn)的距離 4。正橫距。正橫距L2(T) 從船舶初始直航線至轉(zhuǎn)向從船舶初始直航線至轉(zhuǎn)向90時(shí)，船舶重心所在位時(shí)，船舶重心所在位置之間的距離。置之間的距離?；剞D(zhuǎn)圈的主要特征參數(shù)回轉(zhuǎn)圈的主要特征參數(shù)船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性5. 反橫距反橫距L3(K) 從船舶初始的直線航從船舶初始的直線航線至回轉(zhuǎn)軌跡反方向線至回轉(zhuǎn)軌跡反方向最大偏離處的距離最大偏離

15、處的距離 K = (00.1)D6. 進(jìn)程進(jìn)程 縱距縱距L1 定?；剞D(zhuǎn)定?；剞D(zhuǎn) 半徑半徑 R 回轉(zhuǎn)圈的主要特征參數(shù)回轉(zhuǎn)圈的主要特征參數(shù)船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性各類船舶的相對(duì)回轉(zhuǎn)半徑7. 相對(duì)回轉(zhuǎn)直徑相對(duì)回轉(zhuǎn)直徑D/L 通常用通常用D/L代表回轉(zhuǎn)性優(yōu)劣。代表回轉(zhuǎn)性優(yōu)劣。l回轉(zhuǎn)性好回轉(zhuǎn)性好 D/L3l回轉(zhuǎn)性差回轉(zhuǎn)性差 D/L10l大多數(shù)船大多數(shù)船 D/L57船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性定?；剞D(zhuǎn)樞心P船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性1。樞心點(diǎn)。樞心點(diǎn)P在回轉(zhuǎn)過(guò)程在回轉(zhuǎn)過(guò)程 中橫向速度為零。中橫向速度為零。 2。樞心點(diǎn)觀察，。樞心點(diǎn)觀察，VP平移，平移， 角速度繞角速度繞P旋轉(zhuǎn)

16、。旋轉(zhuǎn)。3。一般將駕駛室設(shè)于。一般將駕駛室設(shè)于P 點(diǎn)點(diǎn) 附近便于觀察。附近便于觀察。定?；剞D(zhuǎn)階段定常回轉(zhuǎn)階段 ，R和和 不變不變樞心位置不變樞心位置不變l指指從開(kāi)從開(kāi)始始轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)舵至舵至規(guī)規(guī)定角度定角度 為為止。止。l產(chǎn)產(chǎn)生由舵角引起的生由舵角引起的側(cè)側(cè)向力向力Y Y , , 和力矩和力矩N N .船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段1. 轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段2. 過(guò)渡階段3. 定?；剞D(zhuǎn)階段1. 轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)舵階段運(yùn)動(dòng)方程船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段1. 1. 轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段2. 過(guò)渡階段3. 定?；剞D(zhuǎn)階段1. 轉(zhuǎn)

17、舵階段轉(zhuǎn)舵階段消消元元略去小量船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段1. 轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段2. 過(guò)渡階段3. 定?；剞D(zhuǎn)階段1. 轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段物理含義物理含義：表示轉(zhuǎn)過(guò)單位舵角后，在回：表示轉(zhuǎn)過(guò)單位舵角后，在回轉(zhuǎn)初始階段所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)角加速度。轉(zhuǎn)初始階段所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)角加速度。CP 參數(shù)參數(shù)CP是船舶開(kāi)始回轉(zhuǎn)得快慢的指標(biāo)是船舶開(kāi)始回轉(zhuǎn)得快慢的指標(biāo)。*przCNINr表達(dá)式：初始回轉(zhuǎn)的有因次角加速度參數(shù)CP 1. CP值越大,C CP P 船舶轉(zhuǎn)舵后越能迅速進(jìn)入回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2. 對(duì)要求操縱靈活得內(nèi)河船舶、拖船、頂推船等，常對(duì)轉(zhuǎn)舵后得轉(zhuǎn)首時(shí)間有一定要求。l可近似得認(rèn)為，階躍操

18、舵后（指操舵速度很大得操舵），初始階段船舶的回轉(zhuǎn)是等角加速運(yùn)動(dòng)， 首向角變化為：4. 近似估算轉(zhuǎn)首時(shí)間22*2121tCt rpPCt1*2船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性轉(zhuǎn)舵結(jié)束到進(jìn)入定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為止。轉(zhuǎn)舵結(jié)束到進(jìn)入定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為止。船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段1. 轉(zhuǎn)舵階段2. 過(guò)渡階段過(guò)渡階段3. 定?；剞D(zhuǎn)階段2. 過(guò)渡階段過(guò)渡階段 由轉(zhuǎn)舵階段產(chǎn)生的由轉(zhuǎn)舵階段產(chǎn)生的 、 隨時(shí)間的推移，很快隨時(shí)間的推移，很快就會(huì)表現(xiàn)出明顯的側(cè)向速度就會(huì)表現(xiàn)出明顯的側(cè)向速度 和回轉(zhuǎn)角速度和回轉(zhuǎn)角速度 。過(guò)渡階段的特點(diǎn)過(guò)渡階段的特點(diǎn): 、 、 、 、都不為零，隨時(shí)、都不為零，隨時(shí)間變

19、化，唯有舵角保持常數(shù)（間變化，唯有舵角保持常數(shù)（ ）。）。rrvv vrvr 由由 使船舶產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，于是船舶縱中剖面使船舶產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，于是船舶縱中剖面與水流形成一漂角。與水流形成一漂角。r2. . 過(guò)渡階段（或漸變階段過(guò)渡階段（或漸變階段)船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段1. 轉(zhuǎn)舵階段2. 過(guò)渡階段過(guò)渡階段3. 定?；剞D(zhuǎn)階段定?；剞D(zhuǎn)階段2. 過(guò)渡階段過(guò)渡階段過(guò)渡階段運(yùn)動(dòng)方程過(guò)渡階段運(yùn)動(dòng)方程線性化假設(shè)線性化假設(shè) 船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段1. 轉(zhuǎn)舵階段2. 過(guò)渡階段3. 定常回轉(zhuǎn)階段定?；剞D(zhuǎn)階段3. 定常回轉(zhuǎn)階段定?；剞D(zhuǎn)

20、階段l 各運(yùn)動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化各運(yùn)動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化l 特點(diǎn)特點(diǎn)：重心軌跡是圓：重心軌跡是圓定?；剞D(zhuǎn)階段船舶運(yùn)動(dòng)方程：定?；剞D(zhuǎn)階段船舶運(yùn)動(dòng)方程： 船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性回轉(zhuǎn)的三個(gè)階段段1. 轉(zhuǎn)舵階段2. 過(guò)渡階段3. 定?；剞D(zhuǎn)階段各運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性定?；剞D(zhuǎn)半徑1。解定?；剞D(zhuǎn)階段運(yùn)動(dòng)方程得：。解定常回轉(zhuǎn)階段運(yùn)動(dòng)方程得：2。重心點(diǎn)線速度與角速度的關(guān)系：。重心點(diǎn)線速度與角速度的關(guān)系：船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性定?；剞D(zhuǎn)半徑3。解出定?；剞D(zhuǎn)直徑：。解出定?；剞D(zhuǎn)直徑：4。無(wú)因次形式：。無(wú)因次形式：船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性定?；剞D(zhuǎn)分析

21、1. 分母大于零分母大于零 YV 0， N 0 ； NV 0 ，Y ；2. 如果分子大于零如果分子大于零，則則（右右舷）產(chǎn)生舷）產(chǎn)生 （右右舷）舷）則則（左左舷）產(chǎn)生舷）產(chǎn)生 （左左舷）舷）船舶可控制，船舶具有直線穩(wěn)定性船舶可控制，船舶具有直線穩(wěn)定性 如果分子小于零如果分子小于零， 舵角和回轉(zhuǎn)半徑具有相反的符號(hào)，舵不能控制船舶的舵角和回轉(zhuǎn)半徑具有相反的符號(hào)，舵不能控制船舶的 運(yùn)動(dòng)，直線不穩(wěn)定。運(yùn)動(dòng)，直線不穩(wěn)定。0)()(11rvrGvYmuNNumxYC-穩(wěn)定性衡準(zhǔn)穩(wěn)定性衡準(zhǔn)影響定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的因素1?！坝叶嬗倚蠖孀笮叶嬗倚?，左舵左旋”正常操舵正常操舵 “右舵左旋，左舵右旋右舵左旋，左舵右

22、旋”反操現(xiàn)象反操現(xiàn)象2。 增加船首部縱剖面面積使增加船首部縱剖面面積使Nv和和Nr 負(fù)值負(fù)值， 導(dǎo)致導(dǎo)致C 穩(wěn)定性變差穩(wěn)定性變差 ; D0 回轉(zhuǎn)性好回轉(zhuǎn)性好 減小船首部縱剖面面積使減小船首部縱剖面面積使 Nv 負(fù)值負(fù)值, Nr 負(fù)值負(fù)值， 導(dǎo)致導(dǎo)致C ， D0 回轉(zhuǎn)性和直線穩(wěn)定性存在矛盾回轉(zhuǎn)性和直線穩(wěn)定性存在矛盾!船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性影響定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的因素3。增加。增加Yv的負(fù)值對(duì)回轉(zhuǎn)直徑的影響取決于的負(fù)值對(duì)回轉(zhuǎn)直徑的影響取決于 mxGu1-Nr 和和 N 之比；之比；4。 Y 負(fù)值負(fù)值 ，N正值正值，通常會(huì)使通常會(huì)使回轉(zhuǎn)直徑回轉(zhuǎn)直徑D ，并且不導(dǎo)致穩(wěn)定性下降。，并且不導(dǎo)致穩(wěn)定

23、性下降。 從從控制水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)控制水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)出發(fā)可同時(shí)改善穩(wěn)定出發(fā)可同時(shí)改善穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性性和回轉(zhuǎn)性 (如增加舵面積如增加舵面積)船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性l基本概念：基本概念： 船舶在水平面內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生橫船舶在水平面內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生橫搖、縱搖、升沉等運(yùn)動(dòng)搖、縱搖、升沉等運(yùn)動(dòng), ,以及由于回轉(zhuǎn)過(guò)程中以及由于回轉(zhuǎn)過(guò)程中阻力增加引起的速降。阻力增加引起的速降。 以上所述可理解為回以上所述可理解為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的耦合轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的耦合, ,其中以其中以回轉(zhuǎn)橫傾回轉(zhuǎn)橫傾與與速降速降最為明最為明顯顯. . 船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性一、回轉(zhuǎn)橫傾形成原因形成原因:在回轉(zhuǎn)過(guò)程中，船

24、體承受側(cè)向力在回轉(zhuǎn)過(guò)程中，船體承受側(cè)向力其作用點(diǎn)高度各不相同，于是產(chǎn)生了對(duì)其作用點(diǎn)高度各不相同，于是產(chǎn)生了對(duì)Ox軸的傾側(cè)力矩軸的傾側(cè)力矩將回轉(zhuǎn)橫傾分為將回轉(zhuǎn)橫傾分為三個(gè)階段三個(gè)階段，如圖所示：，如圖所示：轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段過(guò)渡階段過(guò)渡階段定?；剞D(zhuǎn)階段定常回轉(zhuǎn)階段轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段過(guò)渡階段過(guò)渡階段定?；剞D(zhuǎn)階段定?；剞D(zhuǎn)階段船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性一、回轉(zhuǎn)橫傾一、回轉(zhuǎn)橫傾轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段過(guò)渡階段過(guò)渡階段定?；剞D(zhuǎn)階段定?；剞D(zhuǎn)階段1.轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段r=v=0產(chǎn)生向回轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)的傾斜產(chǎn)生向回轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)的傾斜船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性一、回轉(zhuǎn)橫傾一、回轉(zhuǎn)橫傾轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段過(guò)渡階段過(guò)渡階段定?；?/p>

25、轉(zhuǎn)階段定?；剞D(zhuǎn)階段2.過(guò)渡階段過(guò)渡階段船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性一、回轉(zhuǎn)橫傾一、回轉(zhuǎn)橫傾轉(zhuǎn)舵階段轉(zhuǎn)舵階段過(guò)渡階段過(guò)渡階段定常回轉(zhuǎn)階段定?；剞D(zhuǎn)階段3.定?；剞D(zhuǎn)階段定常回轉(zhuǎn)階段0 rv忽略舵力忽略舵力,船產(chǎn)生外傾船產(chǎn)生外傾船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性回轉(zhuǎn)過(guò)程中橫傾角隨時(shí)間的變化回轉(zhuǎn)過(guò)程中橫傾角隨時(shí)間的變化船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性特別指出特別指出過(guò)渡階段橫傾角隨時(shí)間變化而振動(dòng)過(guò)渡階段橫傾角隨時(shí)間變化而振動(dòng)圖中最大橫傾角出現(xiàn)在過(guò)渡階段圖中最大橫傾角出現(xiàn)在過(guò)渡階段.回轉(zhuǎn)過(guò)程中橫傾角隨時(shí)間的變化回轉(zhuǎn)過(guò)程中橫傾角隨時(shí)間的變化船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性穩(wěn)定橫傾角的估算穩(wěn)

26、定橫傾角的估算慣性力取矩慣性力取矩原因原因：回轉(zhuǎn)過(guò)程會(huì)降低橫穩(wěn)性：回轉(zhuǎn)過(guò)程會(huì)降低橫穩(wěn)性,穩(wěn)性規(guī)范對(duì)此有穩(wěn)性規(guī)范對(duì)此有所限制所限制,所以必須所以必須估算估算定常回轉(zhuǎn)階段定?；剞D(zhuǎn)階段穩(wěn)定橫傾角穩(wěn)定橫傾角. 估算式：估算式：質(zhì)量慣性力取矩：質(zhì)量慣性力取矩：消元推出消元推出Nxo穩(wěn)定回轉(zhuǎn)階段的橫傾外力矩；穩(wěn)定回轉(zhuǎn)階段的橫傾外力矩；ZG為重心垂向高度為重心垂向高度船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性穩(wěn)定橫傾角的估算穩(wěn)定橫傾角的估算慣性力取矩慣性力取矩穩(wěn)定回轉(zhuǎn)過(guò)程存在速降，穩(wěn)定回轉(zhuǎn)過(guò)程存在速降，V0代替代替u1,穩(wěn)定橫傾角穩(wěn)定橫傾角：通常取通常取R0=2.6L時(shí)，橫傾角最大，并且取穩(wěn)定時(shí)，橫傾角最大，并且取穩(wěn)定回轉(zhuǎn)時(shí)回轉(zhuǎn)時(shí)V0=0.7u1，于是上式：，于是上式：我國(guó)海船我國(guó)海船穩(wěn)性規(guī)范穩(wěn)性規(guī)范船舶操縱性與耐波性船舶操縱性與耐波性穩(wěn)定橫傾角影響穩(wěn)定橫傾角影響 外傾角與回轉(zhuǎn)初速平方成正比外傾角與回轉(zhuǎn)初速平方成正比，與與初穩(wěn)性高成反比。初穩(wěn)性高成反比。這表明這表明高速船回轉(zhuǎn)時(shí)高速船回轉(zhuǎn)時(shí)外傾角比低速船大得多。外傾角比低速船大得多。特別是在橫風(fēng)特別是在橫風(fēng)順浪航行的船舶滿舵調(diào)頭在外傾角加上順浪航行的船舶滿舵調(diào)頭在外傾角加上風(fēng)和浪的作用，有可能使船舶處于危險(xiǎn)風(fēng)和浪的作用，有可能使船舶處于危險(xiǎn)狀態(tài)