船舶操縱性基本知識

1、本次課主要教學內容本次課主要教學內容1 1、操縱性概述、操縱性概述 船舶操縱與搖擺第一章船舶操縱與搖擺第一章 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、附加質量和附加慣性矩、附加質量和附加慣性矩 3 3、船舶操縱運動方程式船舶操縱運動方程式 本次課主要教學要求本次課主要教學要求1 1、掌握船舶操縱性、操縱性衡準等基本、掌握船舶操縱性、操縱性衡準等基本概念。概念。這是本次課的教學重點。這是本次課的教學重點。2 2、了解船舶附加質量和附加慣性矩的基了解船舶附加質量和附加慣性矩的基本知識本知識。這是本次課的一個教學難點。這是本次課的一個教學難點。3 3、了解船舶操縱運動方程式基本知識。、了解船舶

2、操縱運動方程式基本知識。這是本次課的另一個教學重點。這是本次課的另一個教學重點。船舶操縱與搖擺第一章船舶操縱與搖擺第一章 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 第一章第一章 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識1 1、操縱性：、操縱性：船舶能保持或改變航速、航向和位船舶能保持或改變航速、航向和位置的能力。通常包括四個方面的內容：置的能力。通常包括四個方面的內容：A A、航向穩(wěn)定性、航向穩(wěn)定性船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 B B、回轉、回轉性性C C、轉首性及跟從性、轉首性及跟從性1-1 船舶操縱性概述船舶操縱性概述DD、停船性能、停船性能具有良好操縱性的船舶，在直線航行時能保持具有良好

3、操縱性的船舶，在直線航行時能保持運動方向；需要轉向時能迅速地改變航向，使運動方向；需要轉向時能迅速地改變航向，使船舶按照預定的航向航行；并且具有適當?shù)耐４鞍凑疹A定的航向航行；并且具有適當?shù)耐４阅?。船性能? 2、船舶操縱工具、船舶操縱工具靠離碼頭、在狹窄水道內航行、風浪中操縱、靠離碼頭、在狹窄水道內航行、風浪中操縱、緊急避碰、拖帶船舶及海上救濟等。緊急避碰、拖帶船舶及海上救濟等。3 3、船舶操縱的具體內容、船舶操縱的具體內容舵、轉動導管、平旋推進器和主動旋轉裝置等舵、轉動導管、平旋推進器和主動旋轉裝置等船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 4 4、船舶操縱性是船舶的重要性能之一。、船舶操縱

4、性是船舶的重要性能之一。6 6、研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常、研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常運動范疇。而阻力與推進屬于定常運動范疇。運動范疇。而阻力與推進屬于定常運動范疇。5 5、船舶操縱的控制回路、船舶操縱的控制回路船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 1 1、附加慣性力、附加慣性力1-2 附加質量和附加慣性矩附加質量和附加慣性矩由于研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常由于研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常運動范疇，因此必須考慮慣性問題。運動范疇，因此必須考慮慣性問題。作不定常運動的船舶，除了船體本身受到與加作不定常運動的船舶，除了船體本身受到與加速度成比例的慣性力外，同時船

5、體作用于周圍速度成比例的慣性力外，同時船體作用于周圍的水，使之得到加速度，根據作用與反作用原的水，使之得到加速度，根據作用與反作用原理，水對船體存在反作用力，理，水對船體存在反作用力，這個反作用力稱這個反作用力稱為附加慣性力。為附加慣性力。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、附加質量、附加質量附加慣性力與船的加速度成比例，其比例系數(shù)附加慣性力與船的加速度成比例，其比例系數(shù)稱為稱為附加質量附加質量。如果物體在真空中，如果物體在真空中，而不計阻尼：而不計阻尼：如果物體在水中，要如果物體在水中，要計阻尼：計阻尼：附加質量與物體本身的形狀和運動方向有關。附加質量與物體本身的形狀和運動方向有關

6、。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 3 3、船體質量慣性矩、船體質量慣性矩船體沿坐標軸的移動，慣性作用表現(xiàn)為力的形船體沿坐標軸的移動，慣性作用表現(xiàn)為力的形式；式；船體繞坐標軸的轉動，慣性作用表現(xiàn)為力船體繞坐標軸的轉動，慣性作用表現(xiàn)為力矩的形式，用船體質量慣性矩來衡量。矩的形式，用船體質量慣性矩來衡量。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 在實際計算時可以按不見計算，如：在實際計算時可以按不見計算，如：依據實際載荷分布來計算跟復雜，對于通常船依據實際載荷分布來計算跟復雜，對于通常船型都采用經驗公式計算慣性矩。型都采用經驗公式計算慣性矩。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 4 4、附加慣性矩

7、、附加慣性矩附加質量和附加慣性矩都是流體對物體的反作附加質量和附加慣性矩都是流體對物體的反作用力，所以它們是水下船體的函數(shù)。一般都由用力，所以它們是水下船體的函數(shù)。一般都由模型試驗或經驗公式確定，也可以采用切片法模型試驗或經驗公式確定，也可以采用切片法或有限元法等進行數(shù)值計算?；蛴邢拊ǖ冗M行數(shù)值計算。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 一、坐標系與運動方程一、坐標系與運動方程1-3 船舶操縱運動方程式船舶操縱運動方程式1 1、固定坐標系、固定坐標系首向角首向角船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、運動坐標系

8、、運動坐標系船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 在運動坐標系中的船舶運動方程：在運動坐標系中的船舶運動方程：上式在形式上雖然復雜一些，但由于式中的外上式在形式上雖然復雜一些，但由于式中的外力不再與船舶相對于固定坐標的方向有關，在力不再與船舶相對于固定坐標的方向有關，在表達上將帶來很大的方便。表達上將帶來很大的方便。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 二、操縱運動的線性方程式二、操縱運動的線性方程式1 1、外力的種類、外力的種類一類是由于船舶與水之間的相互作用引起的一類是由于船舶與水之間的相互作用引起的水動力和力矩。水動力和力矩。另一類是由于其它原因引起的外力，如拖纜另一類是由于其它原因引起

9、的外力，如拖纜力、風壓力等。力、風壓力等。對于迎風面積不大的船舶通常在風速下航行對于迎風面積不大的船舶通常在風速下航行時，風壓力一般影響不大。對于外力，一般時，風壓力一般影響不大。對于外力，一般只考慮水動力和力矩。只考慮水動力和力矩。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、船舶操縱性運動方程、船舶操縱性運動方程船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 第二章第二章 舵設計基本知識舵設計基本知識一、操縱性衡準一、操縱性衡準為了具有良好的操縱性能，提高航行安全，減為了具有良好的操縱性能，提高航行安全，減少海損事故，有必要制定科學的、統(tǒng)一的操縱少海損事故，有必要制定科學的、統(tǒng)一的操縱性衡準，來指導

10、船舶設計工作。性衡準，來指導船舶設計工作。2-1 概述概述船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 操縱性衡準：操縱性衡準：1 1、回轉能力。由回轉試驗確定。、回轉能力。由回轉試驗確定。2 2、初始回轉能力。由初始回轉試驗確定。、初始回轉能力。由初始回轉試驗確定。3 3、偏航糾正與航向保持能力。由、偏航糾正與航向保持能力。由Z Z形操縱試形操縱試驗確定。驗確定。4 4、停船能力。由停船試驗確定。、停船能力。由停船試驗確定。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 二、舵設計基本思想二、舵設計基本思想1 1、滿足操縱性要求、滿足操縱性要求A A、遠洋船一般以航向保持性為主，對回轉性、遠洋船一般以航向保持

11、性為主，對回轉性要求不高。要求不高。B B、沿海船和進出港比較頻繁的船，對回轉性、沿海船和進出港比較頻繁的船，對回轉性有較高的要求。有較高的要求。C C、內河船受航道的限制應注意轉首性，同時、內河船受航道的限制應注意轉首性，同時需滿足回轉性的特殊要求。需滿足回轉性的特殊要求。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、舵與船體、漿應組成統(tǒng)一整體，要考慮它、舵與船體、漿應組成統(tǒng)一整體，要考慮它們之間的相互影響，力求降低航行阻力，提高們之間的相互影響，力求降低航行阻力，提高推進效率。推進效率。A A、舵的數(shù)目和形式的選擇。、舵的數(shù)目和形式的選擇。B B、舵的尺度和形狀的設計。、舵的尺度和形狀的設

12、計。C C、舵力及舵桿扭矩計算和舵機功效估算。、舵力及舵桿扭矩計算和舵機功效估算。A A、舵的設計的內容應注包括：舵的設計的內容應注包括：船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 一、一、舵的幾何要素舵的幾何要素2-2 舵的幾何要素、分類及安裝位置舵的幾何要素、分類及安裝位置1 1、舵面積舵面積2 2、舵高舵高3 3、舵寬舵寬4 4、展弦比展弦比5 5、平衡比平衡比6 6、厚度比厚度比7 7、面積比面積比8 8、舵剖面舵剖面船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 二、二、舵的分類舵的分類1 1、根據舵的支根據舵的支持情況分：持情況分：1 1、普通舵和特普通舵和特種舵，種舵，普通舵普通舵有分為：有分為

13、：船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、根據舵的剖面形狀可分為平板舵和流線根據舵的剖面形狀可分為平板舵和流線型舵。型舵。二、二、舵的數(shù)目及安裝位置舵的數(shù)目及安裝位置1 1、舵的數(shù)目的選擇取決于船型和航行情況，舵的數(shù)目的選擇取決于船型和航行情況，與螺旋槳數(shù)目有很大關系。與螺旋槳數(shù)目有很大關系。2 2、舵形式的選擇與船尾形式、航行形式和設舵形式的選擇與船尾形式、航行形式和設備條件有關。備條件有關。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 三、三、舵的位置應與漿和船尾線型良好配舵的位置應與漿和船尾線型良好配合，以保證：合，以保證：1 1、降有通暢的來流，供水充足。降有通暢的來流，供水充足。2 2

14、、舵能充分吸收漿尾流的動能，把它轉化為舵能充分吸收漿尾流的動能，把它轉化為推力和舵法向力。推力和舵法向力。3 3、舵的上緣與船底間隙足夠小，可利用邊界舵的上緣與船底間隙足夠小，可利用邊界效應提高舵效。效應提高舵效。4 4、使?jié){、舵有效地受到船體遮蓋保護，以避使?jié){、舵有效地受到船體遮蓋保護，以避免損傷。免損傷。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 為了使船舶具有良好的操縱性，保證船舶安全為了使船舶具有良好的操縱性，保證船舶安全航行，設計者應確保：航行，設計者應確保：2-3 改善操縱性的措施改善操縱性的措施1 1、舵的設計正確；舵的設計正確；船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、船體主要尺

15、度和型線的正確選擇；船體主要尺度和型線的正確選擇；3 3、設計特種操縱裝置。設計特種操縱裝置。一、船舶主尺度和形狀對操縱性的影響一、船舶主尺度和形狀對操縱性的影響1 1、船舶水線長：船舶水線長：船越長，定常回轉直徑越大。船越長，定?；剞D直徑越大。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、主尺度比：主尺度比：船長寬度比、寬度吃水比、船體船長寬度比、寬度吃水比、船體修長度。修長度。3 3、方形系數(shù)方形系數(shù)4 4、中剖面面積中剖面面積5 5、尾部形狀尾部形狀6 6、首部形狀首部形狀二、特種操縱裝置二、特種操縱裝置1 1、推進、操縱合一裝置：推進、操縱合一裝置：平旋推進器、轉平旋推進器、轉動導管、動導管、Z Z形推進器、各種噴水推進器等。形推進器、各種噴水推進器等。船舶操縱性基本知識船舶操縱性基本知識 2 2、主動式轉向裝置：主動式轉向裝置：轉柱舵、主動舵和側轉柱舵、主動舵和側推器等。推器等。3 3、特種舵：特種舵：魚