船舶操縱性第2章PPT課件

1、船受到擾動(dòng)后的四種可能運(yùn)動(dòng)情況：船受到擾動(dòng)后的四種可能運(yùn)動(dòng)情況：（1 1）表示船受到擾動(dòng)后，并在擾動(dòng)消失后，其重心）表示船受到擾動(dòng)后，并在擾動(dòng)消失后，其重心軌跡最終恢復(fù)為原來(lái)的航線，稱為軌跡最終恢復(fù)為原來(lái)的航線，稱為“位置穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性”，因?yàn)閷?duì)于三個(gè)參數(shù)來(lái)說因?yàn)閷?duì)于三個(gè)參數(shù)來(lái)說 ，都有：，都有：Gyr1,0110, 0,GGyyrt第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第1頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)（2 2）表示船受到擾動(dòng)后，并在擾動(dòng)消失后，其重心）表示船受到擾動(dòng)后，并在擾動(dòng)消失后，其重心軌跡最終恢復(fù)為與原來(lái)的航線平行的另一直線，稱它軌跡最終恢復(fù)為與原來(lái)的航線平行的另一直線，稱它

2、具有具有“航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性”，對(duì)此種情況有：，對(duì)此種情況有：3) 3) 表示船受到擾動(dòng)后，并在擾動(dòng)消失后，其重心軌表示船受到擾動(dòng)后，并在擾動(dòng)消失后，其重心軌跡最終恢復(fù)為一直線，但航向發(fā)生了變化，稱為跡最終恢復(fù)為一直線，但航向發(fā)生了變化，稱為“直直線穩(wěn)定性線穩(wěn)定性” ，對(duì)此種情況有：，對(duì)此種情況有： 0110, 0,GGyyrt01100 , 0,GGyyrt第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第2頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)船舶受擾后的幾種運(yùn)動(dòng)情況之間的關(guān)系：船舶受擾后的幾種運(yùn)動(dòng)情況之間的關(guān)系： 具有具有“位置穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性” 的船，必須同時(shí)具有的船，必須同時(shí)具有“航向穩(wěn)定性航

3、向穩(wěn)定性”和和“直線穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性”； 具有具有“航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性”的船，必具有的船，必具有“直線穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性”； 不具有不具有“直線穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性”的船，也不具有的船，也不具有“航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性”和和“位置穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性”； 不具有不具有“航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性”的船也就不具有的船也就不具有“位置穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性”。 第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第3頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè) 自動(dòng)穩(wěn)定性是船的自身屬性，或稱為船的固自動(dòng)穩(wěn)定性是船的自身屬性，或稱為船的固有穩(wěn)定性。然而，對(duì)于實(shí)際的船，一般都只具有有穩(wěn)定性。然而，對(duì)于實(shí)際的船，一般都只具有直線自動(dòng)穩(wěn)定性，直線自

4、動(dòng)穩(wěn)定性，不具有不具有航向和位置的自動(dòng)穩(wěn)定航向和位置的自動(dòng)穩(wěn)定性性，只能通過操舵來(lái)實(shí)現(xiàn)航向與位置的穩(wěn)定性。，只能通過操舵來(lái)實(shí)現(xiàn)航向與位置的穩(wěn)定性。第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第4頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)擾動(dòng)自動(dòng)回到原來(lái)的自動(dòng)回到原來(lái)的航向，稱為航向航向，稱為航向自動(dòng)穩(wěn)定性自動(dòng)穩(wěn)定性。 操舵回到原來(lái)操舵回到原來(lái)的航向的航向，稱為稱為控制穩(wěn)定性控制穩(wěn)定性。第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第5頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)一、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的基本概念一、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的基本概念 設(shè)物體有設(shè)物體有n n個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)或?qū)懗桑夯驅(qū)懗桑菏艿綌_動(dòng)后有：受到擾動(dòng)后有：)()(),(

5、),(321tStStStSn )21( )(n,itSSii )()()(tStStSiii受擾運(yùn)動(dòng)受擾運(yùn)動(dòng) 未受擾運(yùn)動(dòng)未受擾運(yùn)動(dòng) 擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)于船舶的水平面運(yùn)動(dòng)來(lái)說，這些參數(shù)對(duì)于船舶的水平面運(yùn)動(dòng)來(lái)說，這些參數(shù)可以是可以是GGyxttrtvtu11,),(),(),(),(2-1 2-1 穩(wěn)定性的一般知識(shí)穩(wěn)定性的一般知識(shí)第第6頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)當(dāng)當(dāng)t 時(shí)時(shí), ,若若 ： 為漸進(jìn)穩(wěn)定。為漸進(jìn)穩(wěn)定。 為非漸進(jìn)穩(wěn)定。為非漸進(jìn)穩(wěn)定。 為不穩(wěn)定。為不穩(wěn)定。0)(1tSi、0 ,)(2CCtSi、)(3tSi、第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第7頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)二、擾動(dòng)運(yùn)

6、動(dòng)微分方程二、擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)微分方程 通過建立擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)微分方程，可以研究擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)通過建立擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)微分方程，可以研究擾動(dòng)運(yùn)動(dòng) 的變化規(guī)律，研究物體運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。的變化規(guī)律，研究物體運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。設(shè)描述物體運(yùn)動(dòng)的設(shè)描述物體運(yùn)動(dòng)的 n n 個(gè)微分方程式可寫為：個(gè)微分方程式可寫為：)(tSi), 2 , 1( ),(21niSSSFdtdSnii 第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第8頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)), 2 , 1( ),(21niSSSFdtdSnii 該函數(shù)可以是表征物體特征及作用在物體上的力的已知該函數(shù)可以是表征物體特征及作用在物體上的力的已知函數(shù)，如：函數(shù)，如： 66INr

7、NvNdtdrrZrv22011)(mYrYvYrumdtdvvrv第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第9頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)當(dāng)物體受到一小的擾動(dòng)后，有：當(dāng)物體受到一小的擾動(dòng)后，有： 1122121212()(,) (,) (2)iiinniiininnd SSF SS SSSSdtFFF S SSSSSSFSoS二階以上的高階項(xiàng)二階以上的高階項(xiàng)第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第10頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)以上兩式相減，并忽略高階項(xiàng)，得到擾動(dòng)微分方程組：以上兩式相減，并忽略高階項(xiàng)，得到擾動(dòng)微分方程組：其中：niniiiSCSCSCdtSd 2211jiij

8、SFC常系數(shù)線性微分方程組常系數(shù)線性微分方程組第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第11頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)), 2 , 1( 2211niSCSCSCdtSdniniii 若要求擾動(dòng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，則需積分上面的若要求擾動(dòng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，則需積分上面的擾動(dòng)微分方程組；若只是判斷運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，則只擾動(dòng)微分方程組；若只是判斷運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，則只需分析擾動(dòng)微分方程組特征方程的根。需分析擾動(dòng)微分方程組特征方程的根。 擾動(dòng)微分方程組：擾動(dòng)微分方程組：第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第12頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)分析方法：將擾動(dòng)微分方程組逐步消元后，可導(dǎo)分析方法：將

9、擾動(dòng)微分方程組逐步消元后，可導(dǎo)出關(guān)于某一參數(shù)（如出關(guān)于某一參數(shù)（如 ）的高階微分方程，再由）的高階微分方程，再由這個(gè)高階微分方程就可確定關(guān)于該參數(shù)的特征方這個(gè)高階微分方程就可確定關(guān)于該參數(shù)的特征方程式：程式：r0.110aaannn第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第13頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)設(shè)特征方程的設(shè)特征方程的 n 個(gè)根為個(gè)根為 ，則擾動(dòng)，則擾動(dòng)方程的解為：方程的解為：n,.,21njtijtintitiijnebebebebS121.21這這 n 個(gè)根可能是不同的根，個(gè)根可能是不同的根，也可能是復(fù)數(shù)，一般情況也可能是復(fù)數(shù)，一般情況下：下： ibajjj第二章第二章 船

10、舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第14頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)穩(wěn)定性分析：穩(wěn)定性分析：若全部的若全部的 具有負(fù)實(shí)部，則當(dāng)具有負(fù)實(shí)部，則當(dāng) 說說明原來(lái)的未擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)是明原來(lái)的未擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)是“漸進(jìn)穩(wěn)定漸進(jìn)穩(wěn)定”的；的；如果如果 中只要有一個(gè)具有正實(shí)部，則當(dāng)中只要有一個(gè)具有正實(shí)部，則當(dāng) 說明原來(lái)的未擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定的。說明原來(lái)的未擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定的。 j0 ,iStjiSt ,舉例說明舉例說明第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第15頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，對(duì)于時(shí)，對(duì)于“漸進(jìn)穩(wěn)定漸進(jìn)穩(wěn)定”過程，過程，有兩種情況：有兩種情況：ibajjj 則過渡過程是無(wú)振蕩的衰減過程。則過渡過程是

11、無(wú)振蕩的衰減過程。0 , 0jjba第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第16頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè) 則過渡過程是振蕩的衰減過程。則過渡過程是振蕩的衰減過程。 0 , 0jjba第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第17頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)由上述結(jié)論可以得知，由上述結(jié)論可以得知，njtijtintitiijnebebebebS121.21 式中的任意分量式中的任意分量 的函數(shù)性質(zhì)僅與特征根的函數(shù)性質(zhì)僅與特征根 有關(guān)，有關(guān)，初始條件決定的待定常數(shù)初始條件決定的待定常數(shù) ，只決定該分量的大小和正負(fù)，只決定該分量的大小和正負(fù)，不 能 決 定 函 數(shù) 的 性 質(zhì) （

12、是 衰 減 或 發(fā) 散 ）不 能 決 定 函 數(shù) 的 性 質(zhì) （ 是 衰 減 或 發(fā) 散 ）itiiebib第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第18頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)三、古爾維茨判別法三、古爾維茨判別法穩(wěn)定性研究的基本工具之一穩(wěn)定性研究的基本工具之一 不用求解擾動(dòng)微分方程組的特征方程式的根，直接不用求解擾動(dòng)微分方程組的特征方程式的根，直接由方程的系數(shù)判斷根的符號(hào)，進(jìn)而確定過程的穩(wěn)定性的由方程的系數(shù)判斷根的符號(hào)，進(jìn)而確定過程的穩(wěn)定性的方法。方法。 設(shè)有設(shè)有 n 次方程式：次方程式： 1010.0 0nnnaaaa第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第19

13、頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè) 作古爾維茨行列式：作古爾維茨行列式： 在主對(duì)角線上依次寫出從方程的第二個(gè)系數(shù)在主對(duì)角線上依次寫出從方程的第二個(gè)系數(shù) 起的系起的系數(shù)數(shù) , , . 其他各列的元素以主對(duì)角線為準(zhǔn)，向左時(shí)下標(biāo)依次增加，其他各列的元素以主對(duì)角線為準(zhǔn)，向左時(shí)下標(biāo)依次增加，向右時(shí)下標(biāo)依次減少，凡下標(biāo)大于向右時(shí)下標(biāo)依次減少，凡下標(biāo)大于n n或小于零時(shí)，均以零或小于零時(shí)，均以零替代。替代。11ad 10232aadaa1a1a1033215430aadaaaaaa2a第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第20頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)nnaaaaaaaaaaaaaaad000000000004

14、5672345012301則則 n 次方程式的次方程式的全部根具有負(fù)實(shí)全部根具有負(fù)實(shí)部（即漸進(jìn)穩(wěn)定）部（即漸進(jìn)穩(wěn)定）的充分必要條件的充分必要條件是所有的古爾維是所有的古爾維茨行列式為正的，茨行列式為正的，即即 ), 2 , 1( 0nidi 第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第21頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)02112aa例如對(duì)于二次方程例如對(duì)于二次方程：的根都具有負(fù)實(shí)部的充分必要條件是：的根都具有負(fù)實(shí)部的充分必要條件是： 011 ad0012123012aaaaaad021aa即：即：故所求的充分必要條件是故所求的充分必要條件是：0 , 021aa第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定

15、性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第22頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)一、船舶擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程及其解一、船舶擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程及其解 為了分析船舶的航向穩(wěn)定性，本節(jié)開始討論船舶直線為了分析船舶的航向穩(wěn)定性，本節(jié)開始討論船舶直線運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)角速度運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)角速度 的自動(dòng)穩(wěn)定性，即考察船舶受到擾動(dòng)的自動(dòng)穩(wěn)定性，即考察船舶受到擾動(dòng)后，在不操舵的情況下，當(dāng)：后，在不操舵的情況下，當(dāng)： ，并著，并著重分析船具有自動(dòng)穩(wěn)定性的條件。重分析船具有自動(dòng)穩(wěn)定性的條件。不考慮操舵情況下的不考慮操舵情況下的K-TK-T 方程為：方程為：r0 ,rt0)(2121rrTTrTT 2-2 2-2 船舶直線運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)穩(wěn)定性船舶直線運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)穩(wěn)定性第第23頁(yè)頁(yè)/

16、共共44頁(yè)頁(yè)TTp21112211TTq 令令可將二階可將二階 K-TK-T 方程寫成：方程寫成：擾動(dòng)增量方程為：擾動(dòng)增量方程為：擾動(dòng)方程為：擾動(dòng)方程為：02qrrpr 0)()(2)(22rrqdtrrdpdtrrd0)()(222rqdtrdpdtrd）（第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第24頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)0)()(222rqdtrdpdtrd）（擾動(dòng)方程擾動(dòng)方程為常系數(shù)二階線性微分方程，其特征方程為：為常系數(shù)二階線性微分方程，其特征方程為：022qp特征方程的解為：特征方程的解為：qppqpp222, 12442擾動(dòng)方程的通解可寫為：擾動(dòng)方程的通解可寫為： t

17、tececr2121第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第25頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè) 當(dāng)當(dāng) 和和 均為負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)的虛數(shù)，則該運(yùn)均為負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)的虛數(shù)，則該運(yùn)動(dòng)對(duì)角速度動(dòng)對(duì)角速度 來(lái)說是漸進(jìn)穩(wěn)定的，這是一種自動(dòng)的穩(wěn)定。來(lái)說是漸進(jìn)穩(wěn)定的，這是一種自動(dòng)的穩(wěn)定。 12r即當(dāng)：即當(dāng)：或：或：則則：12120, 0()0, ()0, 0EERRtr 反之，當(dāng)反之，當(dāng) 、 中有一個(gè)為正實(shí)數(shù)或兩個(gè)都是實(shí)中有一個(gè)為正實(shí)數(shù)或兩個(gè)都是實(shí)部為正的復(fù)數(shù)，則該運(yùn)動(dòng)對(duì)角速度部為正的復(fù)數(shù)，則該運(yùn)動(dòng)對(duì)角速度 來(lái)說是發(fā)散的，運(yùn)來(lái)說是發(fā)散的，運(yùn)動(dòng)是不穩(wěn)定的。動(dòng)是不穩(wěn)定的。 12r第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航

18、向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第26頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)船的艏向角的自動(dòng)穩(wěn)定性分析船的艏向角的自動(dòng)穩(wěn)定性分析船的艏向增量：船的艏向增量：tteCeCCrdt2122110所以，當(dāng)所以，當(dāng) 和和 均為負(fù)實(shí)部時(shí)，有：均為負(fù)實(shí)部時(shí)，有：120 , 0 ,Crt也就是說，船最多只具有直線自動(dòng)穩(wěn)定性，而不具有航也就是說，船最多只具有直線自動(dòng)穩(wěn)定性，而不具有航向自動(dòng)穩(wěn)定性，擾動(dòng)消失后，船將沿著新的航向直線航向自動(dòng)穩(wěn)定性，擾動(dòng)消失后，船將沿著新的航向直線航行。但是，習(xí)慣上也常將直線自動(dòng)穩(wěn)定性稱為航向自動(dòng)行。但是，習(xí)慣上也常將直線自動(dòng)穩(wěn)定性稱為航向自動(dòng)穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的

19、航向穩(wěn)定性第第27頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè) 特征值特征值 和和 的實(shí)部的正負(fù)決定了船是否具有自的實(shí)部的正負(fù)決定了船是否具有自動(dòng)穩(wěn)定性，實(shí)部負(fù)值的大小決定了衰減的快慢。負(fù)實(shí)部的動(dòng)穩(wěn)定性，實(shí)部負(fù)值的大小決定了衰減的快慢。負(fù)實(shí)部的絕對(duì)值大，則擾動(dòng)衰減快，船的新航線偏離原航線就愈小。絕對(duì)值大，則擾動(dòng)衰減快，船的新航線偏離原航線就愈小。所以，它們可以作為所以，它們可以作為穩(wěn)定性的指數(shù)穩(wěn)定性的指數(shù)。 12)11(21)11(2121212, 1TTTT由于：由于：所以：所以：122111 TT 顯然，顯然， 、 與與 、 互為負(fù)倒數(shù)，故也可以作互為負(fù)倒數(shù)，故也可以作為穩(wěn)定性的一種度量。為穩(wěn)定性的一種度量。121

20、T2T第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第28頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)022qp二、船舶直線運(yùn)動(dòng)自動(dòng)穩(wěn)定性的判別二、船舶直線運(yùn)動(dòng)自動(dòng)穩(wěn)定性的判別20 0pq由于：由于：0)()()(266226622ImYINmpzvZr)()(6622011ImYumNNYqzrvrv由特征方程：由特征方程：知其二根都具有負(fù)實(shí)部的充分必要條件是方程式的系數(shù)知其二根都具有負(fù)實(shí)部的充分必要條件是方程式的系數(shù)滿足：滿足： 。第第29頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)所以穩(wěn)定性的充分必要條件就變?yōu)椋核苑€(wěn)定性的充分必要條件就變?yōu)椋?0)(011YumNNYCrvrv 稱為穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)，為直線運(yùn)動(dòng)自動(dòng)穩(wěn)定性的充分必稱

21、為穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)，為直線運(yùn)動(dòng)自動(dòng)穩(wěn)定性的充分必要條件。要條件。若：若：C00CC具有直線自動(dòng)穩(wěn)定性。具有直線自動(dòng)穩(wěn)定性。不具有直線自動(dòng)穩(wěn)定性。不具有直線自動(dòng)穩(wěn)定性。 第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第30頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)rvrvYumNNYC011)(CImTTZ/ )(662221CYINmTTvZr/)()(662221CNYYNKvv/ )()/()(223NYYNNmTvvTTp21112211TTq 第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第31頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè))(011YumNNYCrvrv由于：由于：0, 0vrvrY NNY并且較小并且

22、較小 ，符號(hào)不定，但絕對(duì)值較小。符號(hào)不定，但絕對(duì)值較小。 0)(011um 并且較大并且較大 ，所以，并不是對(duì)所有的，所以，并不是對(duì)所有的船都能滿足船都能滿足0C當(dāng)當(dāng) 時(shí)，有：時(shí)，有：0CrvrvNYYumN)(011穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)：穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)：第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第32頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)又由于：又由于：0)(011YYumrv將其同除上式兩端，得到：將其同除上式兩端，得到：YumNYNrrvv011)(上式也可寫成：上式也可寫成： vrll位置力臂位置力臂 阻尼力臂阻尼力臂所以，船舶直線自動(dòng)穩(wěn)定性的條件就是：位置力臂所以，船舶直線自動(dòng)穩(wěn)定性的條件就是：位置

23、力臂 阻尼力臂阻尼力臂 第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第33頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)從公式從公式： 可以看出：可以看出：考慮到考慮到 約占約占 的的10%10%， 又較小，又較小， 無(wú)因次化無(wú)因次化后為后為1 1，則影響穩(wěn)定性的主要因素為，則影響穩(wěn)定性的主要因素為 和和 ，它們都取決于船型因素。它們都取決于船型因素。 11mYr0urvvNNY,m 是搖艏力矩的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)，反映了阻尼的影響。由于在是搖艏力矩的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)，反映了阻尼的影響。由于在艏，艉兩部分作用力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力矩相疊加，所以艏，艉兩部分作用力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力矩相疊加，所以 總總是較大的負(fù)值。其絕對(duì)值越大，船舶越趨于

24、穩(wěn)定。所以，是較大的負(fù)值。其絕對(duì)值越大，船舶越趨于穩(wěn)定。所以， 是影響穩(wěn)定性的首要因素。是影響穩(wěn)定性的首要因素。 NrNrNrrvrvNYYumN)(011 三、船型和舵對(duì)穩(wěn)定性的影響第第34頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè) 是側(cè)向力的速度導(dǎo)數(shù)（或稱為位置導(dǎo)數(shù)），也反映是側(cè)向力的速度導(dǎo)數(shù)（或稱為位置導(dǎo)數(shù)），也反映了阻尼的影響。又由于艏艉兩部分受力相疊加，也總是一個(gè)了阻尼的影響。又由于艏艉兩部分受力相疊加，也總是一個(gè)較大的負(fù)值。其絕對(duì)值越大，船愈穩(wěn)定，較大的負(fù)值。其絕對(duì)值越大，船愈穩(wěn)定， 也是影響穩(wěn)定也是影響穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。性的一個(gè)重要因素。 YvYv 為轉(zhuǎn)艏力矩的速度導(dǎo)數(shù)，由于艏艉作用相互抵消一為轉(zhuǎn)艏

25、力矩的速度導(dǎo)數(shù)，由于艏艉作用相互抵消一部分，所以可能為正，也可能為負(fù)。但絕對(duì)值不是很大。通部分，所以可能為正，也可能為負(fù)。但絕對(duì)值不是很大。通常為一不是很大的負(fù)數(shù)。常為一不是很大的負(fù)數(shù)。 vN若若 則越大，船越穩(wěn)定。則越大，船越穩(wěn)定。若若 則絕對(duì)值越大，船越趨于不穩(wěn)定。則絕對(duì)值越大，船越趨于不穩(wěn)定。故故 對(duì)穩(wěn)定性的影響也很大。對(duì)穩(wěn)定性的影響也很大。 ，0vN，0vNvN第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第35頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè) 船的質(zhì)量船的質(zhì)量 : : 由于無(wú)因次的由于無(wú)因次的mLTLBCLLBTCLmmBB2321321YumNYNrrvv011)(又由于又由于 處于阻

26、尼力臂分母的位置。所以，就船型來(lái)處于阻尼力臂分母的位置。所以，就船型來(lái)說說 、 、 越小，即船型瘦長(zhǎng)，則穩(wěn)定性好；反之，越小，即船型瘦長(zhǎng)，則穩(wěn)定性好；反之，穩(wěn)定性差。穩(wěn)定性差。 mBCBLTL第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第36頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)四、改善穩(wěn)定性的方案四、改善穩(wěn)定性的方案 增加艉部在縱中剖面上的投影面積，將使阻尼力矩增加艉部在縱中剖面上的投影面積，將使阻尼力矩 增大，同時(shí)使得橫向阻尼力增大，同時(shí)使得橫向阻尼力 增大，并且橫向作用力在增大，并且橫向作用力在艏艉的分布更加均勻，從而使艏艉的分布更加均勻，從而使 減少，故使船的穩(wěn)定性增減少，故使船的穩(wěn)定性增加。加。vN|vY|rN第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第37頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)0)(rY)(rNrBVAV0uABOyx第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第38頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè)第二章第二章 船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性船舶運(yùn)動(dòng)的航向穩(wěn)定性第第39頁(yè)頁(yè)/共共44頁(yè)頁(yè) 適當(dāng)增加船艉部的縱傾，即相當(dāng)于增加了艉部在縱中剖面適當(dāng)增加船艉部的縱傾，即相當(dāng)于增加了艉部在縱中剖面上的投影面積，從而使穩(wěn)定性增加。上的投影面積，從而使穩(wěn)