船舶旋回運(yùn)動(dòng)課件

一．船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方程達(dá)朗貝爾定理：作用于任意物體上的力與力矩與該物體的慣性力和慣性矩平衡。

假定條件：若船舶僅作平面（三維）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它所受的力分為非慣性力和慣性力；所受力矩分為非慣性力矩和慣性力矩。力和力矩的方向：與推力方向相同的縱向力為正（+），相反方向的為負(fù)（—）；與轉(zhuǎn)舵方向相同的橫向力和力矩為正（+），相反方向?yàn)樨?fù)（—）。

3.2船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一．船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方程3.2船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)11．船舶所受的非慣性力和力矩

（1）螺旋槳所受的推力。（2）舵壓力和轉(zhuǎn)船力矩。

1．船舶所受的非慣性力和力矩（1）螺旋槳所受的推力2（3）船體在某一漂角下的水動(dòng)力和轉(zhuǎn)船力矩

（3）船體在某一漂角下的水動(dòng)力和轉(zhuǎn)船力矩3（4）船體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)的阻尼力、阻尼力矩

阻尼力：，

阻尼力矩：

（4）船體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)的阻尼力、阻尼力矩阻尼力：4綜合（1）~（4），船舶平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受到的總的非慣性力及總的非慣性力矩為：

綜合（1）~（4），船舶平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受到的總的非慣性52．船舶產(chǎn)生的慣性力和慣性矩

船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)曲線的切線方向上，因速度變化產(chǎn)生：

慣性離心力——

慣性力——2．船舶產(chǎn)生的慣性力和慣性矩船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)曲線6將慣性力和慣性離心力分解在、軸上得：

繞軸的慣性矩為：

將慣性力和慣性離心力分解在、軸上得：繞軸的73．船舶非定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程

根據(jù)達(dá)朗貝爾定理，即：

將以上各式代入并整理得：

3．船舶非定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程根據(jù)達(dá)朗貝爾定8船舶旋回運(yùn)動(dòng)ppt課件9二．船舶旋回的運(yùn)動(dòng)過程

1．機(jī)動(dòng)階段（反向橫移內(nèi)傾階段）：開始轉(zhuǎn)舵——船首開始轉(zhuǎn)動(dòng)

運(yùn)動(dòng)參數(shù)：∵，∴運(yùn)動(dòng)方程簡(jiǎn)化為：二．船舶旋回的運(yùn)動(dòng)過程1．機(jī)動(dòng)階段（反向橫移內(nèi)傾10運(yùn)動(dòng)特征：（1）船速下降，∵，為負(fù)加速度。（2）反向橫移，即船舶重心有向操舵相反一側(cè)橫移的趨勢(shì)。

∵，為負(fù)的曲率半徑，瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心在操舵相反的一側(cè)。運(yùn)動(dòng)特征：（1）船速下降，∵11（3）船首有朝操舵一側(cè)偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，∵，即回轉(zhuǎn)角加速度為正。（4）船舶朝操舵一側(cè)橫傾（內(nèi)傾），∵舵力位置較船舶重心位置低。（3）船首有朝操舵一側(cè)偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，122．變化階段（過渡階段、漸變階段）：

回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)起——定常旋回時(shí)止

運(yùn)動(dòng)參數(shù)：∵船舶初始漂角很小,所以，∴,。運(yùn)動(dòng)方程簡(jiǎn)化為：

2．變化階段（過渡階段、漸變階段）：13運(yùn)動(dòng)特征：

（1）船速繼續(xù)下降，∵，仍為負(fù)加速度。（2）船舶加快向操舵一側(cè)偏轉(zhuǎn)?！撸椿剞D(zhuǎn)角加速度仍為一正值且比機(jī)動(dòng)階段要大。水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩仍大于回轉(zhuǎn)阻矩。

（3）船舶重心由反向橫移變?yōu)檎驒M移。

因?yàn)椋?/p>

運(yùn)動(dòng)特征：（1）船速繼續(xù)下降，∵14（4）船體由內(nèi)傾變?yōu)橥鈨A。

由于船舶作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，船體這個(gè)機(jī)翼體斜航時(shí)受到水動(dòng)力的作用；另外船舶回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生了慣性離心力和船體自身的慣性力，其合力為；這兩個(gè)力都是有助于船舶外傾的，而且作用力矩較大。舵壓力的分量是阻礙船舶外傾的，但作用力矩較前二者為小。各力的作用點(diǎn)不在同一平面上，綜合作用使得船舶由內(nèi)傾變?yōu)橥鈨A。

（4）船體由內(nèi)傾變?yōu)橥鈨A。由于船舶作回轉(zhuǎn)運(yùn)15船舶回轉(zhuǎn)后，出現(xiàn)了水阻尼力、，當(dāng)時(shí)，，，船舶就做勻速定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即進(jìn)入了下一階段——穩(wěn)定階段（定常旋回steadyturning階段）。

3．穩(wěn)定階段（圓航階段）：

船舶作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)起——運(yùn)動(dòng)參數(shù)：，，；

，，，

船舶回轉(zhuǎn)后，出現(xiàn)了水阻尼力、，當(dāng)16運(yùn)動(dòng)方程簡(jiǎn)化為：

運(yùn)動(dòng)特征：（1）船舶以一定的漂角作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即，；（2）船舶處于相對(duì)穩(wěn)定的外傾狀態(tài)。

運(yùn)動(dòng)方程簡(jiǎn)化為：運(yùn)動(dòng)特征：17三．旋回圈（turningcircle）及其要素

船舶旋回圈——船舶全速、滿舵作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，船舶重心的運(yùn)動(dòng)軌跡。旋回圈幾何特征：——最初重心除繼續(xù)前移外，同時(shí)反向橫移；——隨后變成瞬時(shí)曲率半徑逐漸減小的螺旋線；——當(dāng)航向改變量之后，進(jìn)入定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲率半徑為定值。

三．旋回圈（turningcircle）及其要素船舶旋回18船舶旋回運(yùn)動(dòng)ppt課件191．縱距（進(jìn)距）Advance—：

指船舶自操舵起，至航向改變某一角度時(shí)止重心所移動(dòng)的縱向距離。通常，旋回資料中的縱距，特指當(dāng)航向改變900時(shí)重心沿原航向的縱向移動(dòng)距離。

縱距的大小可以用來表征船舶回轉(zhuǎn)性和跟從性，，即回轉(zhuǎn)性好；船舶在操舵后進(jìn)入新的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)快，即跟從性好。操縱應(yīng)用：兩船的縱距之和可以用來推算對(duì)遇時(shí)的最晚施舵點(diǎn)。最大縱距：

1．縱距（進(jìn)距）Advance—：指船舶202．橫距Transfer—：指船舶自操舵起，至航向改變某一角度時(shí)止重心所移動(dòng)的橫向距離。通常，旋回資料中的橫距，特指當(dāng)航向改變900時(shí)重心橫向移動(dòng)距離。最大橫距：

3．反移量（偏距）kick—（亦記作）：船舶重心在操舵后向操舵相反方向橫移的最大距離。

當(dāng)滿舵操縱后船首偏轉(zhuǎn)一個(gè)羅經(jīng)點(diǎn)左右的時(shí)刻：重心處，；船尾處sternkick，。2．橫距Transfer—：3．反移量（偏距）k21（1）航行中有人落水，立即在落水處操同側(cè)舵，船尾由于kick作用，向外側(cè)擺出，使螺旋槳不致傷害落水人員。（2）在航行中發(fā)現(xiàn)前方近距離內(nèi)有障礙物（如小船），先采用小角度避航（或采用大舵角避航），當(dāng)估計(jì)船首已能讓過時(shí)，立即用大舵角取反舵，從而使船尾受kick影響，向外側(cè)擺出，即可安全避開障礙物。

反移量在操縱中的應(yīng)用：反移量在操縱中的應(yīng)用：22（3）在兩船相遇中，由于兩船距離很近，若兩船同時(shí)操舵避讓，兩船可能突然靠攏而發(fā)生碰撞，這正是兩船同時(shí)產(chǎn)生反橫距的結(jié)果。（另外還有船吸作用）（4）在橫移駛靠碼頭（或他船）時(shí)，在靠離泊作業(yè)及避碰時(shí)，應(yīng)充分利用kick。（5）內(nèi)河船在狹窄航道中回轉(zhuǎn)時(shí)，反橫距也是一個(gè)重要參數(shù)。

（3）在兩船相遇中，由于兩船距離很近，若兩船同時(shí)操舵避讓，兩23亦稱戰(zhàn)術(shù)直徑，是軍艦回轉(zhuǎn)性的重要指標(biāo)。是指從操舵開始到船舶航向轉(zhuǎn)過1800時(shí)重心所移動(dòng)的橫向距離。

4．旋回初徑（tacticaldiameter）5．（定常）旋回直徑（finaldiameter）：，是指船舶作定常旋回時(shí)重心軌跡圓的直徑。

判斷回轉(zhuǎn)性的好壞，可以依據(jù)：民用船較好，；驅(qū)逐艦較差，。

亦稱戰(zhàn)術(shù)直徑，是軍艦回轉(zhuǎn)性的重要指標(biāo)。是指從操舵246．滯距（reach）：滯距表示操舵后到船舶進(jìn)入旋回的滯后距離，是衡量船舶舵效的標(biāo)準(zhǔn)之一。操縱應(yīng)用：兩船對(duì)遇時(shí)的距離小于兩船的滯距之和，則用舵無法避讓。

亦稱進(jìn)程，是船舶重心至定常旋回中心的縱向距離。6．滯距（reach）：滯距表示操舵后到船舶25四．描述船舶旋回運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)要素

1．漂角（driftangle）

四．描述船舶旋回運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)要素1．漂角（drift26漂角與船舶旋回性能的關(guān)系：經(jīng)驗(yàn)值：一般海船，；內(nèi)河船舶超大型船舶，；商船最大舵角深水中

漂角與船舶旋回性能的關(guān)系：272．轉(zhuǎn)心（Pivotingpoint）

2．轉(zhuǎn)心（Pivotingpoint）28隨著船舶旋回進(jìn)程。因?yàn)?，所以：，即轉(zhuǎn)心向前移動(dòng)；船舶回轉(zhuǎn)性越好，則越大，點(diǎn)越靠近船首。船舶進(jìn)入定常旋回時(shí)，，轉(zhuǎn)心點(diǎn)逐漸穩(wěn)定于某一點(diǎn)，大約在船首柱后（或重心前）。因?yàn)檗D(zhuǎn)心在重心之前，靠近船首，所以船首處橫向分速小，船尾處橫向分速大，從而出現(xiàn)“首動(dòng)一尺，尾動(dòng)一丈”的現(xiàn)象。

隨著船舶旋回進(jìn)程。因?yàn)?9船舶后退中回轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)心在重心之后；內(nèi)河中船舶上水（下水）時(shí)：船首順流轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)心位置后移甚至于在重心之后；船首逆流轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)心位置前移甚至于在首柱之前。拖輪協(xié)助調(diào)頭或轉(zhuǎn)向時(shí)：若拖輪在船中前頂推或拖拉助轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)心位置后移；若拖輪在船中后頂推或拖拉助轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)心位置前移。

船舶后退中回轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)心在重心之303．旋回中的降速

3．旋回中的降速31影響減速的因素：

——定常旋回時(shí)的船速；——操舵前的船速。

影響減速的因素：——定常旋回時(shí)的船速；324．回轉(zhuǎn)中的橫傾（list）

（1）內(nèi)傾：內(nèi)傾角較小，持續(xù)時(shí)間較短。

橫傾力矩：，穩(wěn)性力矩：

所以內(nèi)傾角：

4．回轉(zhuǎn)中的橫傾（list）（1）內(nèi)傾：內(nèi)傾角較小，持續(xù)時(shí)33（2）外傾

最大的外傾角（，），達(dá)到后，船舶搖擺1~2次，最后穩(wěn)定在某一定常外傾角上。

（2）外傾最大的外傾角（34影響定常外傾角大小的因素：

經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：一般貨船靜水中滿舵旋回時(shí)，；高速船，當(dāng)時(shí)，。

影響定常外傾角大小的因素：經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：一般貨船靜水中滿35（3）最大橫傾與傾覆的危險(xiǎn)

由內(nèi)傾~~外傾時(shí)，最大外傾角（又稱動(dòng)傾角）較大，有時(shí)可達(dá)定常外傾角（又稱靜傾角）的2倍以上。

為防止轉(zhuǎn)舵時(shí)產(chǎn)生過大的橫傾角，可采取以下措施：a.降低船速，緩緩操舵，小舵角回轉(zhuǎn)，盡量增大回轉(zhuǎn)直徑；b.防止重貨裝在高處，力求合理的值，注意自由液面和貨物移動(dòng)的影響；c.正確選擇操舵時(shí)機(jī)，避免風(fēng)浪等外力產(chǎn)生的橫傾力矩與舵產(chǎn)生的最大橫傾力矩相互疊加。

（3）最大橫傾與傾覆的危險(xiǎn)由內(nèi)傾~~外傾時(shí)365．旋回時(shí)間：船舶旋回3600所需的時(shí)間。

影響因素：。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：萬噸級(jí)船舶，快速滿舵旋回一周，約需要6min，大型船舶約需12min。

5．旋回時(shí)間：船舶旋回3600所需的時(shí)間。影響因素：37五．影響旋回圈大小的因素

1．方型系數(shù)（blockcoefficient）

2．船體水線下側(cè)面積形狀及分布

水線下船首側(cè)面積較大（有球鼻首或船尾比較瘦削）旋回中的阻尼力矩較小旋回性好，旋回圈小，但航向穩(wěn)定性差；水線下船尾部面積較大（船尾有鈍材或船首比較削進(jìn)cutup）旋回中的阻尼力矩較大旋回性差，旋回圈大，但航向穩(wěn)定性好

五．影響旋回圈大小的因素1．方型系數(shù)（block383．舵角

當(dāng)時(shí)，；

4．操舵時(shí)間

規(guī)定參數(shù)：船舶在最大吃水和最大營(yíng)運(yùn)船速