船舶操縱性基礎(學時)課件

第2章船舶操縱性基礎§2-1船舶操縱性概述§2-2航向穩(wěn)定性與保向性§2-3船舶變向性能§2-4船舶變速性能§2-5船舶操縱性試驗§2-6船型參數(shù)對操縱性的影響第2章船舶操縱性基礎§2-1船舶操縱性概述1§2-1船舶操縱性概述船舶操縱性能（maneuverability）是指船舶對駕引人員實施操縱的響應能力總稱。一、操縱性指標及其判別1、船舶操縱性能（IMO操縱性標準）固有穩(wěn)定性（Inherentdynamicstability）保向性（Course-keepingability）初始回轉性/改向性（Initialturning/course-changingability）首搖抑制性（Yawcheckingability）旋回性（Turningability）停船性（Stoppingability）§2-1船舶操縱性概述船舶操縱性能（maneuverabi§2-1船舶操縱性概述船舶操縱性可以分為：常規(guī)操縱性，包括小舵角的保向性、中等舵角的初始回轉性以及減速或增速操縱性。應急操縱性，包括大舵角（一般為滿舵）的旋回性和全速倒車的停船性。2、航行環(huán)境影響下的操縱性風中操縱性流的影響受限水域操縱性淺水操縱性岸壁效應§2-1船舶操縱性概述船舶操縱性可以分為：3、船舶操縱性的判別實船試驗旋回試驗Z形操縱試驗螺旋試驗或逆螺旋試驗回舵試驗停船試驗等等?！爸苯优袚?jù)”試驗結果，通常有旋回試驗的進距（縱距）、橫距、旋回初徑、定常旋回直徑等?！伴g接（或分析）判據(jù)”操縱性指數(shù)K、T等。3、船舶操縱性的判別實船試驗缺乏操縱性資料、操縱引起的誤差是產生碰撞的主要原因之一。為使船舶操縱性有關信息的內容和格式達成一致，1987年11月，IMO大會通過了A601（15）決議，要求船舶配備：引航卡；駕駛臺操縱性圖；船舶操縱手冊。二、船舶必備操縱性資料缺乏操縱性資料、操縱引起的誤差是產生碰撞的主要原因之一。二、1、引航卡（PilotCard）船長與引航員之間關于船舶操縱性能進行信息溝通的資料卡。船舶每次到港由船長填寫引航卡。內容包括：本船的主尺度操縱裝置性能船在不同載況時主機不同轉速下的航速船舶特殊操縱裝置（側推器），等等。二、船舶必備操縱性資料1、引航卡（PilotCard）二、船舶必備操縱性資料2、駕駛臺操縱性圖（WheelhousePoster）駕駛臺操縱性圖是一種詳細描述船舶旋回性能和停船性能的圖表資料。張貼于：駕駛臺顯著位置。內容包括：深水和淺水（h/d＝1.2），滿載和壓載情況下船舶的旋回圈軌跡圖及制動性能（停船試驗）資料。二、船舶必備操縱性資料2、駕駛臺操縱性圖（WheelhousePoster）二、3、船舶操縱手冊（ManeuveringBooklet）詳細描述船舶實船操縱性試驗結果的手冊；它是重要的船舶資料之一；內容包括：旋回試驗、Z形操縱試驗和停船試驗的試驗條件、試驗記錄以及試驗分析等；操縱手冊包括全部駕駛臺操縱性圖上的全部信息。除實船試驗結果外，操縱手冊中的其他操縱信息是通過理論計算獲得的。

二、船舶必備操縱性資料3、船舶操縱手冊（ManeuveringBooklet）二三、船舶操縱性指數(shù)動坐標系船舶運動方程三、船舶操縱性指數(shù)動坐標系船舶運動方程三、船舶操縱性指數(shù)1、一階（近似）船舶操縱運動方程假設一物體的轉動慣性矩I為，當它以角速度r回轉時，所遭受的粘性阻尼為Nr，N是阻尼系數(shù)。此外，當其尾部轉過一角度后，會產生一個作用在物體上的力矩M

，M表示單位角度產生的力矩，則該物體的運動方程（野本方程）為：三、船舶操縱性指數(shù)1、一階（近似）船舶操縱運動方程三、船舶操縱性指數(shù)船舶的旋回性指數(shù)K（turningabilityindex），單位為1/s；K表示旋回性優(yōu)劣，K越大，旋回性越好。船舶的追隨性指數(shù)T（turninglagindex），單位為s；T表示追隨性優(yōu)劣，T越小，追隨性越好，應舵較快；T如果為負值，船舶航向不穩(wěn)定。三、船舶操縱性指數(shù)船舶的旋回性指數(shù)K表示旋回性優(yōu)劣，K越大，三、船舶操縱性指數(shù)2、無因次化操縱性指數(shù)K、T指數(shù)被廣泛用來評價船舶的操縱性能K參數(shù)的單位為1/s,T參數(shù)的單位為s。用無因次值K′、T′來表示式中：V——船速（m/s）；L——船長（m）。無因次化操縱性指數(shù)便于不同船型操縱性比較三、船舶操縱性指數(shù)2、無因次化操縱性指數(shù)3．影響T、K指數(shù)的因素****T’、K’值將隨舵角、吃水、吃水差、水深吃水比、船體水下線型等因素的變化而變化，且規(guī)律較為復雜，但總體來講，具有如下趨勢：影響因素舵角增加吃水增加尾傾增加水深變淺船型越肥大T’、K’變化同時減小同時增大同時減小同時減小同時增大可見，T’、K’值是同時減小或同時增大的，即：提高船舶旋回性，將使追隨性受到某種程度的降低；追隨性的改善又將導致船舶旋回性的某些降低。注意：當δ增加時，T’、K’值同時減小，但T’值減小的幅度要比K’大，因此船舶的舵效反而變好。3．影響T、K指數(shù)的因素****T’、K’值將隨舵角、吃4、區(qū)分船舶操縱性①T小、K大：追隨性和旋回性都好的船舶。操舵后，船舶應舵快，轉頭角速度增加快，定常旋回角速度大，旋回圈小。如拖輪、漁船及定線的集裝箱班輪。②T小、K?。鹤冯S性好而旋回性差的船舶。操舵后，船舶雖然應舵較快，但定常旋回角速度小，旋回圈大。如淺吃水和空載狀態(tài)的船舶屬于此種類型。①②③④船舶操縱性類型4、區(qū)分船舶操縱性①T小、K大：追隨性和旋回性都好的船舶。4、區(qū)分船舶操縱性③T大、K大：追隨性差而旋回性好的船舶。操舵后，船舶應舵慢，但定常旋回角速度大，旋回圈較小。滿載的大型油輪具有此特點。④T大、K?。鹤冯S性和旋回性都差的船舶。操舵后，船舶應舵慢，轉頭角速度增加緩慢，定常旋回角速度也小，因此旋回圈也大。舵面積較小的船舶、瘦削型船舶均屬于這種類型。①②③④船舶操縱性類型4、區(qū)分船舶操縱性③T大、K大：追隨性差而旋回性好的船舶。5、操縱性指數(shù)的應用****（1）定常旋回直徑D的估算根據(jù)定常旋回運動中旋回角速度r0＝Kδ的結論，可以得到船舶定常旋回直徑的估算式：式中：V——船速（m/s）；δ——舵角（弧度radian，縮寫rad）。5、操縱性指數(shù)的應用****（1）定常旋回直徑D的估算BΔCΔC/2COGδ5、操縱性指數(shù)的應用****（2）推定新航向距離DNC在操舵轉向之前，準確地推定操舵點至轉向點的距離。式中：δ——所操舵角（o）；t1——操舵時間（s）；ΔC——轉向角。BΔCΔC/2COGδ5、操縱性指數(shù)的應用****（2）推5、操縱性指數(shù)的應用****（3）改向中轉頭慣性角的估計當船舶在未轉至新航向之前，準確掌握回舵，即發(fā)出正舵口令的時機，這是如何估算轉頭慣性角的問題。對于具有航向穩(wěn)定性的船舶，當具有初始轉頭角速度r0并操正舵時，則：從操正舵至穩(wěn)定于新航向，船舶轉頭慣性角：轉頭慣性角是衡量轉頭慣性強弱的重要指標。5、操縱性指數(shù)的應用****（3）改向中轉頭慣性角的估計例題某船滿載時船型尺度為L×B×d=150m×20.5m×9.23m，船速V=18kn，舵角轉至10o歷時3s，10o舵角時的T’=1.55，K’=1.25。試求：1．操10o舵角旋回時的滯距Re、旋回直徑D和進距Ad；2．操10o舵角改向60o時的新航向距離DNC。例題某船滿載時船型尺度為L×B×d=150m×20.5m×9例題解：1、滯距Re：所以：

例題解：例題解：2、旋回直徑D：所以：

例題解：例題解：3、進距Ad：

4、新航向距離DNC：所以：

例題解：§2-2航向穩(wěn)定性與保向性一、航向穩(wěn)定性的概念1、船舶運動穩(wěn)定性1）穩(wěn)定性定義：定義：指物體在受外界干擾，使其偏離原定常運動狀態(tài)，當干擾消失后，物體是否具有回復到原定常運動狀態(tài)的能力。判別：不能回復，不具有穩(wěn)定性能回復，具有穩(wěn)定性恢復較快，穩(wěn)定性好§2-2航向穩(wěn)定性與保向性一、航向穩(wěn)定性的概念2）航向穩(wěn)定性穩(wěn)定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動穩(wěn)定性分類：位置穩(wěn)定干擾方向穩(wěn)定直線穩(wěn)定2）航向穩(wěn)定性穩(wěn)定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動2）航向穩(wěn)定性穩(wěn)定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動穩(wěn)定性分類：直線運動穩(wěn)定或動航向穩(wěn)定：船舶重心軌跡最終回復為一直線，航向發(fā)生了變化。方向穩(wěn)定或靜航向穩(wěn)定：船舶重心軌跡最終回復為與原航線平行的另一直線。位置穩(wěn)定：船舶重心軌跡最終回復為沿原航線（航跡）的延長線上。2）航向穩(wěn)定性穩(wěn)定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動2、航向穩(wěn)定性的概念航向穩(wěn)定性含義船舶在直線航行過程中受到某種干擾而改變了航向，當干擾消失后，不經過操縱就能在新航向上自動恢復直線運動，這樣的船舶就具有航向穩(wěn)定性；反之，則不具有航向穩(wěn)定性。航向穩(wěn)定性是船舶的固有穩(wěn)定性。直線運動穩(wěn)定或動航向穩(wěn)定。注意：一般船舶都不可能具有方向穩(wěn)定性和位置穩(wěn)定性：要達到方向穩(wěn)定，需要操舵；要達到位置穩(wěn)定，需要操舵和定位。2、航向穩(wěn)定性的概念航向穩(wěn)定性含義2、航向穩(wěn)定性的概念船舶不具有直線運動穩(wěn)定性的后果：在小舵情況下，可能出現(xiàn)反操現(xiàn)象；保向比較困難；在海上航行時，可能自動舵打不上；操舵者較難以掌握操舵技術；操舵者勞動強度增加，并且要求注意力要高度集中；可能出現(xiàn)失誤。2、航向穩(wěn)定性的概念船舶不具有直線運動穩(wěn)定性的后果：二、航向穩(wěn)定性的判別1、直接判別參數(shù)-實船試驗結果螺旋試驗結果：把定常旋回角速度作為舵角的函數(shù)，可以得到：具有航向穩(wěn)定性的船舶航向不穩(wěn)定的船舶abcdδrrδ二、航向穩(wěn)定性的判別1、直接判別參數(shù)-實船試驗結果具有航向穩(wěn)1、直接判別參數(shù)-實船試驗結果逆螺旋試驗結果航向穩(wěn)定：與螺旋試驗結果相似；航向不穩(wěn)定：δ—r曲線出現(xiàn)多值對應的S形曲線?；囟嬖囼灲Y果***存在殘存角速度，則不具有航向穩(wěn)定性。反之，具有航向穩(wěn)定性。δ不穩(wěn)定環(huán)的寬度r1、直接判別參數(shù)-實船試驗結果逆螺旋試驗結果δ不穩(wěn)定環(huán)r2、間接判別參數(shù)一階船舶操縱運動方程船舶初始轉頭角速度為定值r0，

操正舵：則，任意時刻船舶轉頭角速度為：T指數(shù)是系統(tǒng)的時間常數(shù)（sec），其符號決定船舶是否具有航向穩(wěn)定性，其大小決定船舶航向穩(wěn)定性的優(yōu)劣。2、間接判別參數(shù)一階船舶操縱運動方程2、間接判別參數(shù)T為正值，船舶具有航向穩(wěn)定性，T越小，航向穩(wěn)定性越好，反之則越差；T為負值，船舶不具有航向穩(wěn)定性。因此，操縱性指數(shù)T可以作為判斷船舶是否具有直線運動穩(wěn)定性的參數(shù)，即：船舶具有直線運動穩(wěn)定性的充分必要條件是T指數(shù)為正值。實際船舶操縱中，船舶轉向后操正舵，如果發(fā)現(xiàn)船舶長時間不能穩(wěn)定在新航向上直線航行，則說明該船航向穩(wěn)定性較差，即T較大；反之，則航向穩(wěn)定性較好，即T較小。2、間接判別參數(shù)T為正值，船舶具有航向穩(wěn)定性，T越小，航三、船舶保向性概念船舶保向性是指船舶在外力作用下（如風、流、浪等），由舵工（或自動舵）通過羅經識別船舶首搖情況，通過操舵抑制或糾正首搖并使船舶駛于預定航向上的能力。通過操縱（小舵角）使船舶在短時間內就能恢復原航向的直線運動，則保向性好；反之，保向性差。方向穩(wěn)定性和位置穩(wěn)定性都屬于保向性范疇。三、船舶保向性概念船舶保向性是指船舶在外力作用下（如風、流、四、航向穩(wěn)定性與保向性的關系航向穩(wěn)定性是船舶固有的運動性能，與操船者的操縱無關。保向性是船舶受控狀態(tài)下的運動性能，與船舶運動狀態(tài)和操船者的操縱有關。航向穩(wěn)定性好的船舶其保向性也相應較好；反之，則保向性較差。不具有航向穩(wěn)定性的船舶，通過頻繁操舵或大舵角也可能使船舶保持直線運動，但其保向性較差。四、航向穩(wěn)定性與保向性的關系航向穩(wěn)定性是船舶固有的運動性能，五、影響航向穩(wěn)定性的因素***船型方形系數(shù)、長寬比、水下側面積、干舷及上層建筑、舵面積載況（吃水、船舶縱傾與橫傾）六、影響船舶保向性的因素***航向穩(wěn)定性較高的干舷將降低船舶在風中航行時的保向性操舵人員的技能及熟練程度自動舵、舵機、舵的性能外界環(huán)境條件（水深、風、浪、流等）五、影響航向穩(wěn)定性的因素***船型§2-3船舶變向性能一、變向性能概述變向性和保向性都屬于航向控制性能，但保向性是指保持航向的能力，而變向性是指航向的改變能力，包括：旋回性（Turningability）初始回轉性（Initialturningability）首搖抑制性（Yawcheckingability）§2-3船舶變向性能一、變向性能概述一、變向性能概述1、旋回性（Turningability）船舶勻速直航時，轉舵使船舶作圓弧運動的性能，又稱為船舶回轉性。船舶旋回性是衡量船舶回轉運動所占水域范圍大小的性能指標。船舶旋回性最能代表船舶的變向性能，歷史上對旋回性的研究也是最多的。船舶重心所描繪的軌跡俗稱“旋回圈”。通過對旋回圈的分析，可以獲得多種船舶變向操縱性能指標。一、變向性能概述1、旋回性（Turningability）一、變向性能概述2、初始回轉性（Initialturningability）初始回轉性也稱為改向性，指船舶對中等舵角的反應能力，是衡量直航船舶改變航向能力的性能指標。衡量：操中等舵角時船舶航行單位距離內航向角變化大小，或在給定航向角變化量時船舶所航行的距離長短。旋回性與初始回轉性既有區(qū)別又有聯(lián)系：兩者初始運動過程是一樣；所用舵角不同；旋回性評價船舶運動所占用的最小水域，而初始回轉性是評價船舶改變航向的效率。一、變向性能概述2、初始回轉性（Initialturnin一、變向性能概述3、首搖抑制性（Yawcheckingability）首搖抑制性能是指船舶進入旋回狀態(tài)，角速度達到一定時向旋回相反方向操舵，船首向對舵的反應能力的性能，即指操反舵后船首向對舵的響應迅速程度的性能?？梢?，首搖抑制性能是一個時間的概念。初始回轉性和首搖抑制性都是船舶轉動慣性的一種度量，但初始回轉性是度量直航中的船舶開始轉動的慣性，而首搖抑制性是度量轉動中的船舶停止轉動的慣性。一、變向性能概述3、首搖抑制性（Yawcheckinga二、船舶旋回運動過程船舶以一定航速直進當中，操某一舵角并保持之，船舶將進入旋回過程。根據(jù)船舶在旋回運動過程中所受外力特點之變化，以及運動狀態(tài)之不同，可將船舶旋回過程劃分為三個階段：轉舵階段過渡階段定常階段二、船舶旋回運動過程船舶以一定航速直進當中，操某一舵角并保持船舶旋回運動過程轉舵階段過渡階段定常階段GKGKGK船舶旋回運動過程轉舵階段過渡階段定常階段GKGKGK1、轉舵階段（橫移內傾階段）轉舵階段:從轉舵開始到舵轉至規(guī)定值δC為止，時間很短（約15s）受力情況：由舵角引起橫向力和力矩，使船產生橫向加速度和回轉角加速度。運動特點：由于船體本身的慣性很大，還來不及產生明顯的橫向速度和回轉角速度；船舶重心G向操舵相反一舷的小量橫移；船舶橫向向操舵一舷傾斜（內傾）。1、轉舵階段（橫移內傾階段）轉舵階段:從轉舵開始到舵轉至2、過渡階段過渡階段：從舵角達到規(guī)定值δC時到船舶進入定常回轉運動之前的動態(tài)過程。受力情況：隨船舶橫移、漂角增大，作用于船體的流體力和力矩增大。運動特點：斜航運動；旋回加速；縱向速度下降；內傾漸漸向外傾變化。2、過渡階段過渡階段：從舵角達到規(guī)定值δC時到船舶進入定?；?、定常旋回階段定常階段（steadyturning）:受力與運動處于穩(wěn)定狀態(tài)受力情況：作用于船體的力和力矩將最后達到平衡。運動特點：船舶以一定的橫向速度和回轉速度繞固定點作定?；剞D運動。船舶的橫向運動為外傾。3、定常旋回階段定常階段（steadyturning）:運動變量歷時曲線轉舵階段過渡階段定常階段td運動變量歷時曲線轉舵過渡階段定常階段td三、旋回圈及旋回圈要素1、旋回圈：定速直航（一般為全速）時，操一定的舵角（一般為滿舵）后，其重心G的運動軌跡叫做旋回圈(turningcircle)。DTD0TrLkAdVVbbRe三、旋回圈及旋回圈要素1、旋回圈：DTD0TrLkAdVVb2、旋回圈要素旋回圈要素：表征旋回圈大小的幾何要素。包括：反移量、進距、橫距、旋回初徑、旋回直徑、滯距等。DTD0TrLkAdVVbbRe2、旋回圈要素旋回圈要素：DTD0TrLkAdVVbbRe（1）反移量（Kick）亦稱偏距，是指船舶重心在旋回初始階段向操舵相反一舷橫移的最大距離。DTD0TrLkAdVVbbRe（1）反移量（Kick）亦稱偏距，是指船舶重心在旋回初始階段（1）反移量（Kick）大?。和ǔ?，反移量值較小，其最大量在滿載旋回時僅為船長的1%左右。操船中應注意：船尾的反移量卻不容忽視，其最大量約為船長的1/10～1/5，約出現(xiàn)在操舵后船舶的轉頭角達一個羅經點左右的時刻。影響因素：反移量的大小與船速、舵角、操舵速度、排水狀態(tài)及船型等因素有關；船速、舵角越大，反移量越大。（1）反移量（Kick）大?。海?）進距（Advance）也稱縱距，是指從轉舵開始時刻船舶重心Ｇ點所在的位置，至船首轉向90o時船舶縱中剖面的距離。一般船舶，Ad約為3~4L（應<4.5L），約為旋回初徑DT的0.6～1.2倍。Ad表示船對操舵反應快慢，即應舵速度。DTD0TrLkAdVVbbRe（2）進距（Advance）也稱縱距，是指從轉舵開始時刻船舶（3）橫距（Transfer）橫距為船舶從操舵開始至轉首90o時，重心Ｇ距原航線的距離，以Tr表示。Tr大約為旋回初徑DT的一半。Tr值越小，則回轉性就越好。DTD0TrLkAdVVbbRe（3）橫距（Transfer）橫距為船舶從操舵開始至轉首9（4）旋回初徑（Tacticaldiameter）從船舶原來航線至船首轉向180°時，船縱中剖面所在位置之間的距離。DT一般約為3~6L，回轉性較差船舶可達7~8L。DT值越小，則回轉性越好。DTD0TrLkAdVVbbRe（4）旋回初徑（Tacticaldiameter）從船舶原（4）旋回初徑在航海實踐中，旋回圈的大小常常用其旋回初徑DT表示。采用其旋回初徑與其船長L（一般為兩柱間長）的比值DT／L來表示，稱為相對旋回初徑。船舶種類

DT/L大型貨船5~6.5中小型貨船4~5油輪2.5~7.5大型遠洋客船7.5~8.0中小型海上客船4~5大型客貨船5~7中小型客貨船4~5拖輪1.5~3巡洋艦3~5驅逐艦5~10潛艇3~5（4）旋回初徑在航海實踐中，旋回圈的大小常常用其旋回初徑DT（5）旋回直徑（Finaldiameter）旋回直徑是指船舶作定常旋回時重心軌跡圓的直徑，亦稱旋回終徑或定常旋回直徑。D0大約為旋回初徑DT的0.9～1.2倍。旋回直徑是判斷船舶定常旋回過程中占用水域范圍的依據(jù)。DTD0TrLkAdVVbbRe（5）旋回直徑（Finaldiameter）旋回直徑是指船（6）滯距（Reach）亦稱心距。指從發(fā)令位置起，船舶重心至定常旋回曲率中心的縱向距離。Re大約為1～2L。Re表示操舵后到船舶進入旋回的“滯后距離”，也是衡量船舶舵效的標準之一。

DTD0TrLkAdVVbbRe（6）滯距（Reach）亦稱心距。指從發(fā)令位置起，船舶重心3、旋回要素應用旋回初徑：用來估算船舶用舵旋回掉頭所需的水域。橫距：用來估算轉首后，船舶與岸或其它船舶是否有足夠的間距。滯距：用來推算兩船對遇時無法旋回避讓的距離，即兩船對遇時的距離小于兩船的滯距之和，則用舵無法避讓。進距：兩船的進距之和可用來推算兩船對遇時的最晚施舵點。3、旋回要素應用旋回初徑：3、旋回要素應用反移量（Kick）：本船航行中發(fā)現(xiàn)有人落水時，應立即向落水者一舷操舵，使船尾迅速擺離落水者，以免使之卷進船尾螺旋槳流之內。在船首較近的前方發(fā)現(xiàn)障礙物時，為緊急避開，應立即操滿舵盡量使船首讓開，當估計船首已可避開時，再操相反一舷滿舵以便讓開船尾。當船舶前部已離出碼頭，擬進車離泊時，如操大舵角急欲轉出，則由于尾外擺而將觸碰碼頭。為避免發(fā)生事故應適當減速，待駛出一段距離后再使用小舵角慢慢轉出。3、旋回要素應用反移量（Kick）：四、船舶旋回運動要素船舶旋回運動要素，是表征船舶旋回運動狀態(tài)的運動要素：漂角；轉心；旋回中的降速；旋回中的橫傾等。船舶旋回運動要素與船舶的旋回性能有著密切的關系。四、船舶旋回運動要素船舶旋回運動要素，是表征船舶旋回運動狀1、漂角（Driftangle）一般船舶，重心處漂角大約在3-15°之間；超大型船舶，最大可達到25°左右。漂角越大的船舶，其旋回性越好，旋回直徑也越小。1、漂角（Driftangle）一般船舶，重心處漂角大2、轉心（pivotpoint）位置：大約在首柱后1/3～1/5L處，也可能位于船首前某一點。旋回性能越好、旋回中漂角β越大的船舶，旋回時轉心越靠近船首。2、轉心（pivotpoint）位置：大約在首柱后1/3～3、旋回中的降速降速原因：舵阻力增加；船體的斜航阻力增加；主機特性，推進效率降低。降速幅度：與DT有密切的關系，DT/L值越小，旋回性越好，降速越顯著。一般船舶，旋回中的降速幅度大約為旋回操舵前船舶速度的25%～50%；旋回性能很好的超大型油輪，最大可達到原航速的65%。3、旋回中的降速降速原因：4、橫傾（list）橫傾變化船舶操舵不久，將因舵力橫傾力矩而出現(xiàn)少量內傾；接著由于船舶旋回慣性離心力矩的作用，內傾將變?yōu)橥鈨A；因橫向搖擺慣性的存在，將產生最大的外傾角θmax，最大外傾角一般為定常外傾角的1.2～1.5倍，θmax的大小與操舵時間有關，操舵時間越短，θmax越大；達到最大外傾角后，船舶經過1～2次搖擺，最后穩(wěn)定于某一定常外傾角θ上。4、橫傾（list）橫傾變化4、橫傾（list）內傾外傾0t4、橫傾（list）內傾外傾0t4、橫傾（list）影響因素：船舶旋回橫傾大小與船速、所操的舵角、船舶的旋回性能和船舶的初穩(wěn)性高度GM等有關。注意事項：操船過程中應特別注意回轉突傾，避免用急舵特別是急回舵。1999年10月17日盛魯輪在避讓漁船時因操舵造成橫傾過大，引起汽車碰撞起火，最后沉沒。4、橫傾（list）影響因素：5、旋回時間旋回時間是指船舶旋回360°所需的時間。它與船舶的排水量有密切關系：排水量大，旋回時間增加。萬噸級船舶快速滿舵旋回一周約需6min，而超大型船舶的旋回時間則幾乎要增加一倍。5、旋回時間旋回時間是指船舶旋回360°所需的時間。五、變向性的間接判斷1、旋回性的間接判別直航船舶操滿舵后，不考慮操舵所用時間（階躍操舵），并設初始條件t＝0，r＝0，求解一階船舶操縱運動方程，則旋回運動過程中瞬時角速度表示為：當T＞0時，隨時間t→∞，e-t/T

→0，r→Kδ；而且，T值越小，達到定常角速度的時間越短。當T＜0時，隨時間t→∞，e-t/T

→∞，r→∞，即最終不能達到定?；剞D，旋回運動不具穩(wěn)定性。對于K值，當T＞0時，隨時間t→∞，r=Kδ；即，船舶最終以定常角速度進行旋回運動。五、變向性的間接判斷1、旋回性的間接判別1、旋回性的間接判別T指數(shù)是系統(tǒng)的時間常數(shù)（s）：符號（±）：決定了運動的穩(wěn)定性；大?。簺Q定了船舶達到定常旋回角速度的時間，該時間越短，說明船舶對操舵的反應能力越好，即船首向追隨舵角的能力越好；故稱T指數(shù)為“追隨性指數(shù)”。K指數(shù)是系統(tǒng)的旋回角速度（1/s）：大?。簺Q定了船舶所能達到的定常旋回角速度的大小，表示船舶受單位持續(xù)舵角作用下產生的最終旋回角速度。該角度值越大，說明船舶進行旋回運動的效率越高。故稱K指數(shù)為“旋回性指數(shù)”。1、旋回性的間接判別T指數(shù)是系統(tǒng)的時間常數(shù)（s）：1、旋回性的間接判別K、T大小的四種組合區(qū)分船舶操縱性船舶操縱性類型①T小K大②T小K?、躎大K小③T大K大1、旋回性的間接判別K、T大小的四種組合區(qū)分船舶操縱性船1、旋回性的間接判別K、T大小的四種組合區(qū)分船舶操縱性1、旋回性的間接判別K、T大小的四種組合區(qū)分船舶操縱性2、改向性的間接判斷改向性可用旋回滯后距離和新航向距離進行判斷。新航向距離DNC式中：δ——所操舵角（o）；t1——操舵時間（s）；ΔC——轉向角。BΔCΔC/2COGδ2、改向性的間接判斷改向性可用旋回滯后距離和新航向距離進行判2、改向性的間接判斷可知：DNC越小，改向性越好；反之，則越差。在航向角變化量、舵角、船速和操舵時間一定的情況下，DNC與操縱性指數(shù)有關：T值越小，DNC越小；K值越大，DNC越小。當T值小K值大時，改向性好；T值大K值小時，改向性差。2、改向性的間接判斷六、影響旋回性的因素船型因素：Cb，L/B，舵面積，推進器類型，船體水線下側面形狀；操縱因素：載態(tài)、縱傾和橫傾、舵角、操舵時間、船速、船舶的螺旋槳轉速等。外界因素：受水深、風、流的影響，旋回圈的大小也有很大變化。六、影響旋回性的因素船型因素：§2-4船舶變速運動性能主要內容船舶變速性能及其判別各種變速操縱性能加速性能減速性能停船性能倒航性能§2-4船舶變速運動性能主要內容一、船舶變速性能及其判別變速性能是指船舶對變速操縱的反應能力，是度量船舶運動（平動）慣性的技術指標。質量越大，慣性越大。船舶質量較大，船舶減速過程中，在慣性力的作用下，需要一定時間和距離，才能達到所要求的運動狀態(tài)，稱為慣性時間和慣性距離。阻力和推力都隨船速的改變而變化，故計算比較復雜。一般采用估算公式或實船試驗結果來判斷變速性能。一、船舶變速性能及其判別變速性能是指船舶對變速操縱的反應能力二、各種變速操縱性能1、加速性能為了保護主機，由靜止狀態(tài)開進車時，轉速應視船速的逐步提高而逐步增加，用車時先開低轉速，在船速達到與轉速相應的船速時再逐級加大轉速。從靜止狀態(tài)逐級動車，直至達到定常速度V所航行的距離與排水量成正比、航速V的平方成正比、航速V時的阻力成反比；根據(jù)經驗，從靜止狀態(tài)逐級動車，直至達到定常速度，滿載船舶約需航經20L左右的距離，輕載時約為滿載時的1/2～2/3。二、各種變速操縱性能1、加速性能二、各種變速操縱性能2、減速性能減速性能就是減速操縱后船速遞減過程中的運動性能。船舶停車后，船速開始下降較快，隨船速降低，阻力減小，船速下降趨緩；以某一速度航行的船舶，從發(fā)出主機停止車令起到船舶對水停止移動時止所需的時間和滑行的距離，稱為停車沖時和停車沖程。實船試驗時，船舶對水停止移動一般以船舶維持舵效最小速度為標準計算，萬噸級船取2kn，超大船取3kn左右。二、各種變速操縱性能2、減速性能二、各種變速操縱性能3、停車性能船舶在常速航行中停車，降速到能維持其舵效的速度時所滑行的距離，稱為停車沖程。一般貨船：8～20L；超大型船舶：超過20L。船越大，停車慣性越大。某大型集裝箱船滿載海上全速、港內全速、港內半速和港內慢速時的停車沖程分別約為24、16、14和9倍船長。VLCC滿載時分別約為37、32、29和25倍船長。二、各種變速操縱性能3、停車性能二、各種變速操縱性能4、停船性能停船性能是指船舶在任意前進速度時使用倒車使船舶停止的性能；實際為兩種情況全速前進操全速后退，稱為緊急停船性能（crashstoppingability），相應的航行距離稱為“最短停船距離”；從港內速度操半速或慢速倒車，屬于正常停船操縱。實際操船很少進行全速倒車操縱；標準操縱性試驗中常常采用，估計停船性能。二、各種變速操縱性能4、停船性能二、各種變速操縱性能沖程對比（全速倒車沖程）二、各種變速操縱性能沖程對比（全速倒車沖程）三、最短停船距離船舶在前進三中開后退三，從發(fā)令開始到船對水停止移動所需的時間及航進的距離，稱為倒車沖時和倒車沖程，又稱緊急停船距離（crashstoppingdistance）或最短停船距離（shorteststoppingdistance）。從前進三到后退三所需時間的長短因主機類型而異：內燃機船約需90～120

秒；汽輪機船約需120～180

秒；蒸汽機船約需60～90

秒。三、最短停船距離船舶在前進三中開后退三，從發(fā)令開始到船對水停三、最短停船距離1、倒車沖程統(tǒng)計數(shù)據(jù)：中型至萬噸級貨船6～8L；5萬噸左右8～10L；10萬噸10～13L；15～20萬噸級13～16L。三、最短停船距離1、倒車沖程統(tǒng)計數(shù)據(jù)：三、最短停船距離2、最短停船距離的估算假設：船體所受阻力的大小與船速的平方成正比；倒車拉力在整個停船操縱過程中是一個常量，等于船舶最終在水中停止時螺旋槳所產生的倒車拉力；螺旋槳開始倒轉的時間和倒車命令給出的時間相同，即不考慮主機由正轉變?yōu)榈罐D所用的時間。IMO操縱性臨時標準中推薦用下式估算直線方向的最短停船距離S：三、最短停船距離2、最短停船距離的估算2、最短停船距離的估算式中：A——船舶質量與船舶阻力之比，其值完全取決于船型和船體水下形狀。船型系數(shù)A貨船5~8滾裝船8~9液化氣船10~11成品油船12~13VLCC14~162、最短停船距離的估算式中：A——船舶質量與船舶阻力之比，其2、最短停船距離的估算式中：B——船舶倒車操縱前的船舶阻力與船舶停止時倒車拉力之比，其值取決于主機提供的倒車功率大小。倒車功率越小，B值越大。主機類型倒車功率系數(shù)Bln(1+B)內燃機85%0.6~1.00.5~0.7汽輪機40%1.0~1.50.7~0.92、最短停船距離的估算式中：B——船舶倒車操縱前的船舶阻力2、最短停船距離的估算式中：C——船舶獲得倒車拉力的時間與船舶開始倒車時的初始速度的乘積。幾乎倒車沖程的一半時才獲得全速倒車拉力，且船舶越小，系數(shù)C越大；初始船速越高，系數(shù)C越大。船長（m）獲得倒車拉力時間（s）船速（kn）系數(shù)C10060152.320060151.130060150.82、最短停船距離的估算式中：C——船舶獲得倒車拉力的時間與3、影響緊急停船距離的因素船舶排水量在其他條件相同的情況下，排水量越大，緊急停船距離越大。初始船速若其他因素相同，初始船速越高，緊急停船距離越大。主機倒車功率、轉速和換向時間若其他條件相同，主機轉速越高、主機倒車功率越大，緊急停船距離越小；主機換向時間越短，緊急停船距離也越小。船體的污底程度船體污底越嚴重，緊急停船距離越小。外界條件順風、順流時大，頂風、頂流時??；淺水域中較深水中小。3、影響緊急停船距離的因素船舶排水量四、幾種制動方法的比較和運用倒車制動大舵角旋回制動蛇航制動拖錨制動拖輪制動輔助裝置制動四、幾種制動方法的比較和運用倒車制動1、倒車制動法優(yōu)點：該方法不受水域、船速等條件的限制，即不論在港內或港外水域，也不論船速的高與低，該方法均可適用；在緊急避讓中一旦發(fā)生碰撞，碰撞的損失也比較??；缺點：歷時較長，對于FPP船需要進行主機換向操作；單槳船在倒車過程中總伴有一定的偏航量和偏航角，且倒車時間越長，偏航量越大1、倒車制動法優(yōu)點：2、大舵角旋回制動優(yōu)點：操作方便，無需機艙操作，而且降速時間也相對較短，可以降速達25-50％；缺點：所需的水域比較寬仍殘留部分余速2、大舵角旋回制動優(yōu)點：3、蛇航制動（zigzagstopmanoeuvre）優(yōu)點：在倒車未開出之前的2～3min的時間之內已充分地利用斜航阻力使船舶相應減速；主機由進車換為倒車的過程可以分階段、逐級平穩(wěn)進行，避免了主機超負荷工作等情況的出現(xiàn)。缺點：在較窄的水域或航道內不宜使用；操縱復雜。3、蛇航制動（zigzagstopmanoeuvre）4、拖錨制動通過拖錨利用拖錨阻力，即拖錨時錨的抓力來剎減船舶余速的方法稱為拖錨制動法。該法僅用于萬噸級及其以下的船舶；拋錨時船舶對地的速度也僅限于2～3kn以下。4、拖錨制動通過拖錨利用拖錨阻力，即拖錨時錨的抓力來剎減船舶5、拖輪制動法通過拖輪協(xié)助，或僅靠拖輪提供的推力使船制動的方法叫作拖輪制動法。多用于超大型船舶在港內低速狀態(tài)時的制動。6、輔助裝置制動在船舶上設置一些如阻力鰭等輔助裝置而使船舶減速制動的方法稱為輔助裝置制動。該方法僅在船舶航速較高時使用，才會有明顯的效果。

5、拖輪制動法通過拖輪協(xié)助，或僅靠拖輪提供的推力使船制動的方§2-5船舶操縱性試驗一、實船試驗條件深水（大于4、5倍吃水）、寬度不受限制、遮蔽條件較好；滿載、平吃水；平靜的水域：風力不超過蒲氏5級；海浪不超過4級；即有義波高不超過1.9m、最大波周期不超過8.8s；流場比較均勻。試驗船速最小船速的規(guī)定：海上速度的85%，主機最大輸出功率的90%?！?-5船舶操縱性試驗一、實船試驗條件§2-5船舶操縱性試驗二、觀測與記錄試驗觀測手段差分GPS（DGPS）；羅經或姿態(tài)測量儀；獲得的數(shù)據(jù)可以進行自動處理。記錄內容——有關的實驗條件、觀測數(shù)據(jù)：船舶數(shù)據(jù)：首尾吃水，螺旋槳、舵、側推器的特性及運行情況。環(huán)境條件：水深、波浪、海流、能見度及其他氣象水文情況。試驗數(shù)據(jù)：時間、位置、航向、船速、舵角及轉舵速率、螺旋槳轉速、螺距以及風速等，以不超過20s的間隔進行記錄?！?-5船舶操縱性試驗二、觀測與記錄三、實船試驗種類及方法1、旋回試驗（Turningtest）目的：求取船舶的旋回要素，評價船舶旋回的迅速程度和所需水域的大小，從而判定船舶的旋回性能。測定旋回軌跡的方法：經緯儀測定航向、航速雷達定位GPS三、實船試驗種類及方法1、旋回試驗（Turningtest2、Z形試驗（Zig-zagtests）目的：利用測定的數(shù)據(jù)，求取船舶的操縱性指數(shù)K，T，全面評判船舶的旋回性、追隨性和航向穩(wěn)定性等性能；最早是Kempf提出，又稱標準操縱性試驗。2、Z形試驗（Zig-zagtests）目的：3、螺旋試驗包括：（正）螺旋試驗（directspiraltest）逆螺旋試驗（reversespiraltest）目的：判定船舶航向穩(wěn)定性的好壞。3、螺旋試驗包括：（1）螺旋試驗（directspiraltest）試驗方法：從右滿舵開始逐步減小舵角直至正舵、左舵、左滿舵，最后再從左滿舵向右滿舵一步步過渡，依次求出各舵角所對應的定常角速度。缺點：所需水域大；費時長。（1）螺旋試驗（directspiraltest）試驗方（1）螺旋試驗（directspiraltest）螺旋試驗結果：r與δ具有單值對應關系，具有航向穩(wěn)定性；r與δ關系構成滯后環(huán)，不具有航向穩(wěn)定性。具有航向穩(wěn)定性的船舶航向不穩(wěn)定的船舶abcdδrrδ（1）螺旋試驗（directspiraltest）螺旋試（2）逆螺旋試驗（reversespiraltest）試驗方法：選定一系列回轉角速度，通過操舵使船舶保持各角速度定?；剞D，然后求取對應于各角速度所需操的舵角平均值。優(yōu)點：省時，省力；結果比較準確。缺點：需要角速度儀（gyrorate）。（2）逆螺旋試驗（reversespiraltest）試（2）逆螺旋試驗（reversespiraltest）逆螺旋試驗結果航向穩(wěn)定：與螺旋試驗結果相似；航向不穩(wěn)定：δ—r曲線出現(xiàn)多值對應的S形曲線。δ不穩(wěn)定環(huán)的寬度r（2）逆螺旋試驗（reversespiraltest）逆4、停船試驗（Stoppingtest）目的：評價船舶停止慣性。方法：通常采用拋板法。結果（特征參數(shù)）縱向進距（Headreach）橫向偏移量（Lateraldeviation）航跡進距（Trackreach）航向變化量（Headingdeviation）橫向偏移量縱向進距對水停止位置發(fā)令位置航跡進距4、停船試驗（Stoppingtest）目的：橫向偏移量縱四、船舶操縱性衡準船舶操縱性試驗是對船舶操縱性的一種物理模擬，由試驗求得的特征參數(shù)可作為評價操縱性優(yōu)劣的衡準。1993年國際海事組織（IMO）對100m及以上海船的操縱性標準提出了要求，之后，又進行了修訂，具體規(guī)定如下。旋回性（Turningability）旋回圈的進距：Ad≤4.5L（垂線間長，下同）；相應的旋回初徑：DT≤5.0L。初始回轉性（Initialturningability）操左10o舵角或右10o舵角后，船首向角從原航向改變10o時，船舶在原航向上的縱向行進距應不超過2.5L。四、船舶操縱性衡準船舶操縱性試驗是對船舶操縱性的一種物理模擬四、船舶操縱性衡準偏轉抑制性能和保向性（Yaw-checkingandcourse-keepingability）10o／10oZ形操縱試驗測得的第一超越角應不超過：10o 當L/V＜10s時；20o 當L/V＞30s時；(5＋1/2(L/V))o當10s＜L/V＜30s時。10o／10oZ形操縱試驗測得的第二超越角應不超過：25o 當L/V＜10s時；40o 當L/V＞30s時；(17.5＋0.75())o當10s＜L/V＜30s時。

20o／20oZ形操縱試驗測得的第一超越角應不超過25o。四、船舶操縱性衡準偏轉抑制性能和保向性（Yaw-checki四、船舶操縱性衡準停船性能（Stoppingability）船舶全速倒車停船試驗中的航跡進距（CrashStoppingDistance）不超過15倍船長。但是，對于超大型船舶，主管機關認為該標準不能滿足時，可進行修訂，但任何情況下不應超過20倍船長。四、船舶操縱性衡準停船性能（Stoppingability§2-6船型參數(shù)對操縱性的影響一、影響操縱性的船型參數(shù)排水量長寬比(L／B)水下側面形狀舵面積與船舶水下側面積之比方形系數(shù)主機功率等§2-6船型參數(shù)對操縱性的影響一、影響操縱性的船型參數(shù)一、影響操縱性的船型參數(shù)1、排水量隨著船舶排水量的增大，旋回性變化不大（相對旋回直徑變化不大），但航向穩(wěn)定性會變得越來越差。2、長寬比（L/B）長寬比大的船舶，快速性較好，旋回性較差，航向穩(wěn)定性較好。一、影響操縱性的船型參數(shù)1、排水量一、影響操縱性的船型參數(shù)3、船體水線下側面形狀船首部分分布面積較大如有球鼻首者，或船尾比較瘦削的船舶，旋回中的阻尼力矩小，旋回性較好，旋回圈較小，但航向穩(wěn)定性較差；船尾部分分布面積較大者如船尾有鈍材（deadwood），或船首比較削進（cutup）的船舶，旋回中的阻尼力矩比較大，旋回性較差，旋回圈較大，但航向穩(wěn)定性較好。一、影響操縱性的船型參數(shù)3、船體水線下側面形狀一、影響操縱性的船型參數(shù)4、舵面積比（rudderarearatio）增加舵面積，轉船力矩增大，因而旋回性變好。增加舵面積，又增加了旋回阻尼力矩，超過一定值后，旋回性就不能提高。就一定船型的船舶而言，舵面積比的大小在降低旋回初徑方面存在一個最佳值：拖輪——1/20～1/25；漁船——1/30～1/40；高速貨船——1/35～1/40；大型油輪——1/65～1/75；一般貨船——1/45～1/60。一、影響操縱性的船型參數(shù)4、舵面積比（rudderarea一、影響操縱性的船型參數(shù)5、方形系數(shù)Cb在長寬比一定時，Cb越大，船舶的旋回性越好，旋回圈越小，但航向穩(wěn)定性越差。6、主機功率單位排水量所分配的主機功率（BHP/△）是衡量船舶快速性和停船性能的重要指標。BHP/△值越大，船速越高，倒車功率也相應較大，其停船性能也較好。一、影響操縱性的船型參數(shù)5、方形系數(shù)Cb二、超大型船舶的操縱特點1、質量大，慣性大單位排水量主機功率遠較一般船為低，進行機動操縱異常呆笨；2、淺水效應和岸壁效應較明顯船舶線型尺度大，淺水效應和岸壁效應均較突出，特別是船體下沉量明顯增大。3、受風、流影響較大由于水線上下面積的加大，受風、流影響較大；4、航向穩(wěn)定性差，旋回性好5、去舵效的船速較高淌航中喪失舵效的時間出現(xiàn)得較早。二、超大型船舶的操縱特點1、質量大，慣性大第2章船舶操縱性基礎§2-1船舶操縱性概述§2-2航向穩(wěn)定性與保向性§2-3船舶變向性能§2-4船舶變速性能§2-5船舶操縱性試驗§2-6船型參數(shù)對操縱性的影響第2章船舶操縱性基礎§2-1船舶操縱性概述111§2-1船舶操縱性概述船舶操縱性能（maneuverability）是指船舶對駕引人員實施操縱的響應能力總稱。一、操縱性指標及其判別1、船舶操縱性能（IMO操縱性標準）固有穩(wěn)定性（Inherentdynamicstability）保向性（Course-keepingability）初始回轉性/改向性（Initialturning/course-changingability）首搖抑制性（Yawcheckingability）旋回性（Turningability）停船性（Stoppingability）§2-1船舶操縱性概述船舶操縱性能（maneuverabi§2-1船舶操縱性概述船舶操縱性可以分為：常規(guī)操縱性，包括小舵角的保向性、中等舵角的初始回轉性以及減速或增速操縱性。應急操縱性，包括大舵角（一般為滿舵）的旋回性和全速倒車的停船性。2、航行環(huán)境影響下的操縱性風中操縱性流的影響受限水域操縱性淺水操縱性岸壁效應§2-1船舶操縱性概述船舶操縱性可以分為：3、船舶操縱性的判別實船試驗旋回試驗Z形操縱試驗螺旋試驗或逆螺旋試驗回舵試驗停船試驗等等?！爸苯优袚?jù)”試驗結果，通常有旋回試驗的進距（縱距）、橫距、旋回初徑、定常旋回直徑等?！伴g接（或分析）判據(jù)”操縱性指數(shù)K、T等。3、船舶操縱性的判別實船試驗缺乏操縱性資料、操縱引起的誤差是產生碰撞的主要原因之一。為使船舶操縱性有關信息的內容和格式達成一致，1987年11月，IMO大會通過了A601（15）決議，要求船舶配備：引航卡；駕駛臺操縱性圖；船舶操縱手冊。二、船舶必備操縱性資料缺乏操縱性資料、操縱引起的誤差是產生碰撞的主要原因之一。二、1、引航卡（PilotCard）船長與引航員之間關于船舶操縱性能進行信息溝通的資料卡。船舶每次到港由船長填寫引航卡。內容包括：本船的主尺度操縱裝置性能船在不同載況時主機不同轉速下的航速船舶特殊操縱裝置（側推器），等等。二、船舶必備操縱性資料1、引航卡（PilotCard）二、船舶必備操縱性資料2、駕駛臺操縱性圖（WheelhousePoster）駕駛臺操縱性圖是一種詳細描述船舶旋回性能和停船性能的圖表資料。張貼于：駕駛臺顯著位置。內容包括：深水和淺水（h/d＝1.2），滿載和壓載情況下船舶的旋回圈軌跡圖及制動性能（停船試驗）資料。二、船舶必備操縱性資料2、駕駛臺操縱性圖（WheelhousePoster）二、3、船舶操縱手冊（ManeuveringBooklet）詳細描述船舶實船操縱性試驗結果的手冊；它是重要的船舶資料之一；內容包括：旋回試驗、Z形操縱試驗和停船試驗的試驗條件、試驗記錄以及試驗分析等；操縱手冊包括全部駕駛臺操縱性圖上的全部信息。除實船試驗結果外，操縱手冊中的其他操縱信息是通過理論計算獲得的。

二、船舶必備操縱性資料3、船舶操縱手冊（ManeuveringBooklet）二三、船舶操縱性指數(shù)動坐標系船舶運動方程三、船舶操縱性指數(shù)動坐標系船舶運動方程三、船舶操縱性指數(shù)1、一階（近似）船舶操縱運動方程假設一物體的轉動慣性矩I為，當它以角速度r回轉時，所遭受的粘性阻尼為Nr，N是阻尼系數(shù)。此外，當其尾部轉過一角度后，會產生一個作用在物體上的力矩M

，M表示單位角度產生的力矩，則該物體的運動方程（野本方程）為：三、船舶操縱性指數(shù)1、一階（近似）船舶操縱運動方程三、船舶操縱性指數(shù)船舶的旋回性指數(shù)K（turningabilityindex），單位為1/s；K表示旋回性優(yōu)劣，K越大，旋回性越好。船舶的追隨性指數(shù)T（turninglagindex），單位為s；T表示追隨性優(yōu)劣，T越小，追隨性越好，應舵較快；T如果為負值，船舶航向不穩(wěn)定。三、船舶操縱性指數(shù)船舶的旋回性指數(shù)K表示旋回性優(yōu)劣，K越大，三、船舶操縱性指數(shù)2、無因次化操縱性指數(shù)K、T指數(shù)被廣泛用來評價船舶的操縱性能K參數(shù)的單位為1/s,T參數(shù)的單位為s。用無因次值K′、T′來表示式中：V——船速（m/s）；L——船長（m）。無因次化操縱性指數(shù)便于不同船型操縱性比較三、船舶操縱性指數(shù)2、無因次化操縱性指數(shù)3．影響T、K指數(shù)的因素****T’、K’值將隨舵角、吃水、吃水差、水深吃水比、船體水下線型等因素的變化而變化，且規(guī)律較為復雜，但總體來講，具有如下趨勢：影響因素舵角增加吃水增加尾傾增加水深變淺船型越肥大T’、K’變化同時減小同時增大同時減小同時減小同時增大可見，T’、K’值是同時減小或同時增大的，即：提高船舶旋回性，將使追隨性受到某種程度的降低；追隨性的改善又將導致船舶旋回性的某些降低。注意：當δ增加時，T’、K’值同時減小，但T’值減小的幅度要比K’大，因此船舶的舵效反而變好。3．影響T、K指數(shù)的因素****T’、K’值將隨舵角、吃4、區(qū)分船舶操縱性①T小、K大：追隨性和旋回性都好的船舶。操舵后，船舶應舵快，轉頭角速度增加快，定常旋回角速度大，旋回圈小。如拖輪、漁船及定線的集裝箱班輪。②T小、K小：追隨性好而旋回性差的船舶。操舵后，船舶雖然應舵較快，但定常旋回角速度小，旋回圈大。如淺吃水和空載狀態(tài)的船舶屬于此種類型。①②③④船舶操縱性類型4、區(qū)分船舶操縱性①T小、K大：追隨性和旋回性都好的船舶。4、區(qū)分船舶操縱性③T大、K大：追隨性差而旋回性好的船舶。操舵后，船舶應舵慢，但定常旋回角速度大，旋回圈較小。滿載的大型油輪具有此特點。④T大、K?。鹤冯S性和旋回性都差的船舶。操舵后，船舶應舵慢，轉頭角速度增加緩慢，定常旋回角速度也小，因此旋回圈也大。舵面積較小的船舶、瘦削型船舶均屬于這種類型。①②③④船舶操縱性類型4、區(qū)分船舶操縱性③T大、K大：追隨性差而旋回性好的船舶。5、操縱性指數(shù)的應用****（1）定常旋回直徑D的估算根據(jù)定常旋回運動中旋回角速度r0＝Kδ的結論，可以得到船舶定常旋回直徑的估算式：式中：V——船速（m/s）；δ——舵角（弧度radian，縮寫rad）。5、操縱性指數(shù)的應用****（1）定常旋回直徑D的估算BΔCΔC/2COGδ5、操縱性指數(shù)的應用****（2）推定新航向距離DNC在操舵轉向之前，準確地推定操舵點至轉向點的距離。式中：δ——所操舵角（o）；t1——操舵時間（s）；ΔC——轉向角。BΔCΔC/2COGδ5、操縱性指數(shù)的應用****（2）推5、操縱性指數(shù)的應用****（3）改向中轉頭慣性角的估計當船舶在未轉至新航向之前，準確掌握回舵，即發(fā)出正舵口令的時機，這是如何估算轉頭慣性角的問題。對于具有航向穩(wěn)定性的船舶，當具有初始轉頭角速度r0并操正舵時，則：從操正舵至穩(wěn)定于新航向，船舶轉頭慣性角：轉頭慣性角是衡量轉頭慣性強弱的重要指標。5、操縱性指數(shù)的應用****（3）改向中轉頭慣性角的估計例題某船滿載時船型尺度為L×B×d=150m×20.5m×9.23m，船速V=18kn，舵角轉至10o歷時3s，10o舵角時的T’=1.55，K’=1.25。試求：1．操10o舵角旋回時的滯距Re、旋回直徑D和進距Ad；2．操10o舵角改向60o時的新航向距離DNC。例題某船滿載時船型尺度為L×B×d=150m×20.5m×9例題解：1、滯距Re：所以：

例題解：例題解：2、旋回直徑D：所以：

例題解：例題解：3、進距Ad：

4、新航向距離DNC：所以：

例題解：§2-2航向穩(wěn)定性與保向性一、航向穩(wěn)定性的概念1、船舶運動穩(wěn)定性1）穩(wěn)定性定義：定義：指物體在受外界干擾，使其偏離原定常運動狀態(tài)，當干擾消失后，物體是否具有回復到原定常運動狀態(tài)的能力。判別：不能回復，不具有穩(wěn)定性能回復，具有穩(wěn)定性恢復較快，穩(wěn)定性好§2-2航向穩(wěn)定性與保向性一、航向穩(wěn)定性的概念2）航向穩(wěn)定性穩(wěn)定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動穩(wěn)定性分類：位置穩(wěn)定干擾方向穩(wěn)定直線穩(wěn)定2）航向穩(wěn)定性穩(wěn)定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動2）航向穩(wěn)定性穩(wěn)定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動穩(wěn)定性分類：直線運動穩(wěn)定或動航向穩(wěn)定：船舶重心軌跡最終回復為一直線，航向發(fā)生了變化。方向穩(wěn)定或靜航向穩(wěn)定：船舶重心軌跡最終回復為與原航線平行的另一直線。位置穩(wěn)定：船舶重心軌跡最終回復為沿原航線（航跡）的延長線上。2）航向穩(wěn)定性穩(wěn)定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動2、航向穩(wěn)定性的概念航向穩(wěn)定性含義船舶在直線航行過程中受到某種干擾而改變了航向，當干擾消失后，不經過操縱就能在新航向上自動恢復直線運動，這樣的船舶就具有航向穩(wěn)定性；反之，則不具有航向穩(wěn)定性。航向穩(wěn)定性是船舶的固有穩(wěn)定性。直線運動穩(wěn)定或動航向穩(wěn)定。注意：一般船舶都不可能具有方向穩(wěn)定性和位置穩(wěn)定性：要達到方向穩(wěn)定，需要操舵；要達到位置穩(wěn)定，需要操舵和定位。2、航向穩(wěn)定性的概念航向穩(wěn)定性含義2、航向穩(wěn)定性的概念船舶不具有直線運動穩(wěn)定性的后果：在小舵情況下，可能出現(xiàn)反操現(xiàn)象；保向比較困難；在海上航行時，可能自動舵打不上；操舵者較難以掌握操舵技術；操舵者勞動強度增加，并且要求注意力要高度集中；可能出現(xiàn)失誤。2、航向穩(wěn)定性的概念船舶不具有直線運動穩(wěn)定性的后果：二、航向穩(wěn)定性的判別1、直接判別參數(shù)-實船試驗結果螺旋試驗結果：把定常旋回角速度作為舵角的函數(shù)，可以得到：具有航向穩(wěn)定性的船舶航向不穩(wěn)定的船舶abcdδrrδ二、航向穩(wěn)定性的判別1、直接判別參數(shù)-實船試驗結果具有航向穩(wěn)1、直接判別參數(shù)-實船試驗結果逆螺旋試驗結果航向穩(wěn)定：與螺旋試驗結果相似；航向不穩(wěn)定：δ—r曲線出現(xiàn)多值對應的S形曲線?；囟嬖囼灲Y果***存在殘存角速度，則不具有航向穩(wěn)定性。反之，具有航向穩(wěn)定性。δ不穩(wěn)定環(huán)的寬度r1、直接判別參數(shù)-實船試驗結果逆螺旋試驗結果δ不穩(wěn)定環(huán)r2、間接判別參數(shù)一階船舶操縱運動方程船舶初始轉頭角速度為定值r0，

操正舵：則，任意時刻船舶轉頭角速度為：T指數(shù)是系統(tǒng)的時間常數(shù)（sec），其符號決定船舶是否具有航向穩(wěn)定性，其大小決定船舶航向穩(wěn)定性的優(yōu)劣。2、間接判別參數(shù)一階船舶操縱運動方程2、間接判別參數(shù)T為正值，船舶具有航向穩(wěn)定性，T越小，航向穩(wěn)定性越好，反之則越差；T為負值，船舶不具有航向穩(wěn)定性。因此，操縱性指數(shù)T可以作為判斷船舶是否具有直線運動穩(wěn)定性的參數(shù)，即：船舶具有直線運動穩(wěn)定性的充分必要條件是T指數(shù)為正值。實際船舶操縱中，船舶轉向后操正舵，如果發(fā)現(xiàn)船舶長時間不能穩(wěn)定在新航向上直線航行，則說明該船航向穩(wěn)定性較差，即T較大；反之，則航向穩(wěn)定性較好，即T較小。2、間接判別參數(shù)T為正值，船舶具有航向穩(wěn)定性，T越小，航三、船舶保向性概念船舶保向性是指船舶在外力作用下（如風、流、浪等），由舵工（或自動舵）通過羅經識別船舶首搖情況，通過操舵抑制或糾正首搖并使船舶駛于預定航向上的能力。通過操縱（小舵角）使船舶在短時間內就能恢復原航向的直線運動，則保向性好；反之，保向性差。方向穩(wěn)定性和位置穩(wěn)定性都屬于保向性范疇。三、船舶保向性概念船舶保向性是指船舶在外力作用下（如風、流、四、航向穩(wěn)定性與保向性的關系航向穩(wěn)定性是船舶固有的運動性能，與操船者的操縱無關。保向性是船舶受控狀態(tài)下的運動性能，與船舶運動狀態(tài)和操船者的操縱有關。航向穩(wěn)定性好的船舶其保向性也相應較好；反之，則保向性較差。不具有航向穩(wěn)定性的船舶，通過頻繁操舵或大舵角也可能使船舶保持直線運動，但其保向性較差。四、航向穩(wěn)定性與保向性的關系航向穩(wěn)定性是船舶固有的運動性能，五、影響航向穩(wěn)定性的因素***船型方形系數(shù)、長寬比、水下側面積、干舷及上層建筑、舵面積載況（吃水、船舶縱傾與橫傾）六、影響船舶保向性的因素***航向穩(wěn)定性較高的干舷將降低船舶在風中航行時的保向性操舵人員的技能及熟練程度自動舵、舵機、舵的性能外界環(huán)境條件（水深、風、浪、流等）五、影響航向穩(wěn)定性的因素***船型§2-3船舶變向性能一、變向性能概述變向性和保向性都屬于航向控制性能，但保向性是指保持航向的能力，而變向性是指航向的改變能力，包括：旋回性（Turningability）初始回轉性（Initialturningability）首搖抑制性（Yawcheckingability）§2-3船舶變向性能一、變向性能概述一、變向性能概述1、旋回性（Turningability）船舶勻速直航時，轉舵使船舶作圓弧運動的性能，又稱為船舶回轉性。船舶旋回性是衡量船舶回轉運動所占水域范圍大小的性能指標。船舶旋回性最能代表船舶的變向性能，歷史上對旋回性的研究也是最多的。船舶重心所描繪的軌跡俗稱“旋回圈”。通過對旋回圈的分析，可以獲得多種船舶變向操縱性能指標。一、變向性能概述1、旋回性（Turningability）一、變向性能概述2、初始回轉性（Initialturningability）初始回轉性也稱為改向性，指船舶對中等舵角的反應能力，是衡量直航船舶改變航向能力的性能指標。衡量：操中等舵角時船舶航行單位距離內航向角變化大小，或在給定航向角變化量時船舶所航行的距離長短。旋回性與初始回轉性既有區(qū)別又有聯(lián)系：兩者初始運動過程是一樣；所用舵角不同；旋回性評價船舶運動所占用的最小水域，而初始回轉性是評價船舶改變航向的效率。一、變向性能概述2、初始回轉性（Initialturnin一、變向性能概述3、首搖抑制性（Yawcheckingability）首搖抑制性能是指船舶進入旋回狀態(tài)，角速度達到一定時向旋回相反方向操舵，船首向對舵的反應能力的性能，即指操反舵后船首向對舵的響應迅速程度的性能。可見，首搖抑制性能是一個時間的概念。初始回轉性和首搖抑制性都是船舶轉動慣性的一種度量，但初始回轉性是度量直航中的船舶開始轉動的慣性，而首搖抑制性是度量轉動中的船舶停止轉動的慣性。一、變向性能概述3、首搖抑制性（Yawcheckinga二、船舶旋回運動過程船舶以一定航速直進當中，操某一舵角并保持之，船舶將進入旋回過程。根據(jù)船舶在旋回運動過程中所受外力特點之變化，以及運動狀態(tài)之不同，可將船舶旋回過程劃分為三個階段：轉舵階段過渡階段定常階段二、船舶旋回運動過程船舶以一定航速直進當中，操某一舵角并保持船舶旋回運動過程轉舵階段過渡階段定常階段GKGKGK船舶旋回運動過程轉舵階段過渡階段定常階段GKGKGK1、轉舵階段（橫移內傾階段）轉舵階段:從轉舵開始到舵轉至規(guī)定值δC為止，時間很短（約15s）受力情況：由舵角引起橫向力和力矩，使船產生橫向加速度和回轉角加速度。運動特點：由于船體本身的慣性很大，還來不及產生明顯的橫向速度和回轉角速度；船舶重心G向操舵相反一舷的小量橫移；船舶橫向向操舵一舷傾斜（內傾）。1、轉舵階段（橫移內傾階段）轉舵階段:從轉舵開始到舵轉至2、過渡階段過渡階段：從舵角達到規(guī)定值δC時到船舶進入定?；剞D運動之前的動態(tài)過程。受力情況：隨船舶橫移、漂角增大，作用于船體的流體力和力矩增大。運動特點：斜航運動；旋回加速；縱向速度下降；內傾漸漸向外傾變化。2、過渡階段過渡階段：從舵角達到規(guī)定值δC時到船舶進入定?；?、定常旋回階段定常階段（steadyturning）:受力與運動處于穩(wěn)定狀態(tài)受力情況：作用于船體的力和力矩將最后達到平衡。運動特點：船舶以一定的橫向速度和回轉速度繞固定點作定?；剞D運動。船舶的橫向運動為外傾。3、定常旋回階段定常階段（steadyturning）:運動變量歷時曲線轉舵階段過渡階段定常階段td運動變量歷時曲線轉舵過渡階段定常階段td三、旋回圈及旋回圈要素1、旋回圈：定速直航（一般為全速）時，操一定的舵角（一般為滿舵）后，其重心G的運動軌跡叫做旋回圈(turningcircle)。DTD0TrLkAdVVbbRe三、旋回圈及旋回圈要素1、旋回圈：DTD0TrLkAdVVb2、旋回圈要素旋回圈要素：表征旋回圈大小的幾何要素。包括：反移量、進距、橫距、旋回初徑、旋回直徑、滯距等。DTD0TrLkAdVVbbRe2、旋回圈要素旋回圈要素：DTD0TrLkAdVVbbRe（1）反移量（Kick）亦稱偏距，是指船舶重心在旋回初始階段向操舵相反一舷橫移的最大距離。DTD0TrLkAdVVbbRe（1）反移量（Kick）亦稱偏距，是指船舶重心在旋回初始階段（1）反移量（Kick）大小：通常，反移量值較小，其最大量在滿載旋回時僅為船長的1%左右。操船中應注意：船尾的反移量卻不容忽視，其最大量約為船長的1/10～1/5，約出現(xiàn)在操舵后船舶的轉頭角達一個羅經點左右的時刻。影響因素：反移量的大小與船速、舵角、操舵速度、排水狀態(tài)及船型等因素有關；船速、舵角越大，反移量越大。（1）反移量（Kick）大?。海?）進距（Advance）也稱縱距，是指從轉舵開始時刻船舶重心Ｇ點所在的位置，至船首轉向90o時船舶縱中剖面的距離。一般船舶，Ad約為3~4L（應<4.5L），約為旋回初徑DT的0.6～1.2倍。Ad表示船對操舵反應快慢，即應舵速度。DTD0TrLkAdVVbbRe（2）進距（Advance）也稱縱距，是指從轉舵開始時刻船舶（3）橫距（Transfer）橫距為船舶從操舵開始至轉首90o時，重心Ｇ距原航線的距離，以Tr表示。Tr大約為旋回初徑DT的一半。Tr值越小，則回轉性就越好。DTD0TrLkAdVVbbRe（3）橫距（Transfer）橫距為船舶從操舵開始至轉首9（4）旋回初徑（Tacticaldiameter）從船舶原來航線至船首轉向180°時，船縱中剖面所在位置之間的距離。DT一般約為3~6L，回轉性較差船舶可達7~8L。DT值越小，則回轉性越好。DTD0TrLkAdVVbbRe（4）旋回初徑（Tacticaldiameter）從船舶原（4）旋回初徑在航海實踐中，旋回圈的大小常常用其旋回初徑DT表示。采用其旋回初徑與其船長L（一般為兩柱間長）的比值DT／L來表示，稱為相對旋回初徑。船舶種類

DT/L大型貨船5~6.5中小型貨船4~5油輪2.5~7.5大型遠洋客船7.5~8.0中小型海上客船4~5大型客貨船5~7中小型客貨船4~5拖輪1.5~3巡洋艦3~5驅逐艦5~10潛艇3~5（4）旋回初徑在航海實踐中，旋回圈的大小常常用其旋回初徑DT（5）旋回直徑（Finaldiameter）旋回直徑是指船舶作定常旋回時重心軌跡圓的直徑，亦稱旋回終徑或定常旋回直徑。D0大約為旋回初徑DT的0.9～1.2倍。旋回直徑是判斷船舶定常旋回過程中占用水域范圍的依據(jù)。DTD0TrLkAdVVbbRe（5）旋回直徑（Finaldiameter）旋回直徑是指船（6）滯距（Reach）亦稱心距。指從發(fā)令位置起，船舶重心至定常旋回曲率中心的縱向距離。Re大約為1～2L。Re表示操舵后到船舶進入旋回的“滯后距離”，也是衡量船舶舵效的標準之一。

DTD