船舶操縱與避碰-船舶操縱 第一章 船舶操縱性能

第一章船舶操縱性能第一節(jié)船舶旋回性能第二節(jié)船舶航向穩(wěn)定性和保向性第三節(jié)船舶變速運(yùn)動性能第四節(jié)船舶操縱性能試驗(yàn)第五節(jié)ＩＭＯ船舶操縱性衡準(zhǔn)的基本內(nèi)容第一節(jié)船舶旋回性能在實(shí)際操船中，對舵的使用大致可分為小舵角的保向操縱、一般舵角的轉(zhuǎn)向操縱及大舵角的旋回操縱三種。定速直航的船舶操某一大舵角后進(jìn)入定常旋回的運(yùn)動性能稱為船舶的旋回性能，它是船舶操縱性當(dāng)中極為重要的一種性能。旋回性：船舶勻速直航時(shí)，轉(zhuǎn)舵使船舶作圓弧運(yùn)動的性能,稱為船舶回轉(zhuǎn)性。一、船舶旋回運(yùn)動過程船舶以一定航速直進(jìn)當(dāng)中操某一舵角并保持之，船舶將進(jìn)入旋回過程。根據(jù)船舶在旋回運(yùn)動過程中所受外力特點(diǎn)之變化，以及運(yùn)動狀態(tài)之不同，可將船舶旋回過程劃分為三個(gè)階段：轉(zhuǎn)舵階段過渡階段定常階段第一階段（轉(zhuǎn)舵階段）

轉(zhuǎn)舵階段:從轉(zhuǎn)舵開始到舵轉(zhuǎn)至規(guī)定角度為止，時(shí)間很短(約15s)受力情況：由舵角引起橫向力和力矩，使船產(chǎn)生橫向加速度和回轉(zhuǎn)角加速度。運(yùn)動特點(diǎn)： 由于船體本身的慣性很大，還來不及產(chǎn)生明顯的橫向速度和回轉(zhuǎn)角速度； 船舶重心G操舵相反一舷的小量橫移； 船舶橫向向操舵一舷傾斜（內(nèi)傾）；第二階段（過渡階段）過渡階段：轉(zhuǎn)舵結(jié)束起到船舶進(jìn)入定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動為止的動態(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(yùn)動特點(diǎn)： 斜航運(yùn)動； 旋回加速； 縱向速度下降； 內(nèi)傾漸漸向外傾變化。第三階段(定常階段)定常階段（steadyturning）

:受力與運(yùn)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(dá)到平衡。運(yùn)動特點(diǎn)： 船舶以一定的橫向速度和回轉(zhuǎn)速度繞固定點(diǎn)作定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動。 船舶的橫向運(yùn)動為外傾二、旋回圈及旋回圈要素旋回圈

(turningcircle)

：定速直航（一般為全速）時(shí)，操一定的舵角（一般為滿舵）后，其重心G的運(yùn)動軌跡叫做旋回圈。二、旋回圈及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(jìn)距、橫距、旋回初徑、旋回直徑、滯距等1.反移量（Kick）定義：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。1.反移量（Kick）大?。和ǔ＃匆屏恐递^小，其最大量在滿載旋回時(shí)僅為船長的1/2~1B左右。但操船中應(yīng)注意的是，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(zhuǎn)頭角達(dá)一個(gè)羅經(jīng)點(diǎn)左右的時(shí)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(guān)；船速、舵角越大，反移量越大。2.進(jìn)距（Advance）定義：進(jìn)距也稱縱距，是指從從轉(zhuǎn)舵開始時(shí)刻船舶重心Ｇ點(diǎn)所在的位置，至船首轉(zhuǎn)向900時(shí)船舶縱中剖面的距離。大?。杭s為3~4L，約為旋回初徑DT的0.6～1.2倍，Ad表示船舶對操舵反映得快慢，即應(yīng)舵速度。3.橫距（Transfer）

定義：橫距為船舶從操舵開始轉(zhuǎn)首90°時(shí)，重心Ｇ距原航線的距離，以Tr表示。大?。篢r大約為旋回初徑DT的一半。Tr值越小，則回轉(zhuǎn)性就越好。4.旋回初徑旋回初徑定義：

Tacticaldiameter從船舶原來航線至船首轉(zhuǎn)向180°時(shí)，船縱中剖面所在位置之間的距離。大小：一般約為3~6L，回轉(zhuǎn)性較差船舶可達(dá)7~8L。DT值越小，則回轉(zhuǎn)性越好。4.旋回初徑應(yīng)用：在航海實(shí)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(yuǎn)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(qū)逐艦5~10

潛艇3~55.旋回直徑定義：Finaldiameter

旋回直徑是指船舶作定常旋回時(shí)重心軌跡圓的直徑，亦稱旋回終徑或定常旋回直徑。大?。篋0大約為旋回初徑DT的0.9～1.2倍。

6.滯距（Reach）

定義：亦稱心距。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。大小：Re大約為1～2L，表示操舵后到船舶進(jìn)入旋回的“滯后距離”，也是衡量船舶舵效的標(biāo)準(zhǔn)之一。

三、船舶旋回運(yùn)動要素

表征船舶旋回運(yùn)動狀態(tài)的運(yùn)動要素： 漂角； 轉(zhuǎn)心； 旋回中的降速； 旋回中的橫傾等，運(yùn)動要素與船舶的旋回性能有著密切的關(guān)系。1.漂角（Driftangle）

定義：船舶首尾線上某一點(diǎn)的線速度與船舶首尾面的交角叫作漂角，用β表示之。大?。阂话愦爸匦钠谴蠹s在6-15°之間，超大型船舶最大可達(dá)到25°左右。漂角越大的船舶，其旋回性越好，旋回直徑也越小。2.旋回中的降速

降速原因：舵阻力增加；船體的斜航阻力增加與旋回初徑DT有密切的關(guān)系，DT/L值越小，旋回性越好，降速越顯著。主機(jī)特性，推進(jìn)效率降低降速幅度：與旋回初徑DT有密切的關(guān)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%，而旋回性能很好的超大型油輪最大可達(dá)到原航速的65%。3.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(nèi)傾；接著由于船舶旋回慣性離心力矩的作用，內(nèi)傾將變?yōu)橥鈨A；因橫向搖擺慣性的存在將產(chǎn)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(shí)間有關(guān)，操舵時(shí)間越短，θmax越大；達(dá)到最大外傾角后，船舶經(jīng)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）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(guān)。注意事項(xiàng)：操船過程中應(yīng)特別注意回轉(zhuǎn)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(shí)因操舵造成橫傾過大，引起汽車碰撞起火，最后沉沒。5.旋回時(shí)間旋回時(shí)間是指船舶旋回360°所需的時(shí)間。它與船舶的排水量有密切關(guān)系，排水量大，旋回時(shí)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(shí)間則幾乎要增加一倍。四、影響旋回圈的因素旋回圈的大小與船型、舵面積、所操舵角、操舵時(shí)間、載態(tài)、水深、船速、船舶的縱傾和橫傾、螺旋槳轉(zhuǎn)速等密切相關(guān)。另外，受風(fēng)、流的影響，旋回圈的大小也有很大變化。1．方形系數(shù)Cb規(guī)律：方形系數(shù)越大，船舶的旋回性越好，旋回圈越小。

2．長寬比（L/B）規(guī)律：L/B系數(shù)較大的瘦形高速船較L/B系數(shù)較小的肥形船的旋回性能差得多。主要原因：是L/B系數(shù)較大的船舶旋回阻尼較大。3．船體水線下側(cè)面形狀規(guī)律：就整體而言，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，或船首比較削進(jìn)（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。4．舵面積比定義（rudderarearatio）舵面積比是指舵面積與船體浸水側(cè)面積的比AR/（LPP×d）。規(guī)律：增加舵面積將會使舵的轉(zhuǎn)船力矩增大，因而旋回性變好。增加舵面積的同時(shí)又增加了旋回阻尼力矩，當(dāng)舵面積超過一定值后，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(gè)最佳值。大小：拖輪為1/20～1/25，漁船為1/30～1/40；高速貨船為1/35～1/40；大型油輪一般僅為1/65～1/75；一般貨船為1/45～1/60。5．推進(jìn)器及舵類型裝配雙車雙舵的船舶能夠獲得更大的舵力及舵里轉(zhuǎn)船力矩，旋回性能優(yōu)于單車舵船舶；某些船舶可能裝備特殊的推進(jìn)器及舵裝置，性能各異，如裝備ZP的拖輪可原地掉頭。6．舵角規(guī)律：在極限舵角的范圍之內(nèi)，操不同舵角時(shí)的旋回初徑變化情況，總的趨勢是，隨著舵角的減小，旋回初徑將會急劇增加，當(dāng)然旋回時(shí)間也將增加。對于不同的船舶，隨著舵角的減小，旋回初徑的增加率是不一樣的，其中舵的高寬比小的船舶，其旋回初徑的增加率較大。

7．操舵時(shí)間操舵時(shí)間主要對船舶的進(jìn)距影響較大，進(jìn)距隨操舵時(shí)間的增加而增加；操舵時(shí)間對橫距和旋回初徑的影響不大，旋回直徑則不受其影響。8．船速船速對船舶旋回時(shí)間影響顯著；船速對旋回初徑大小的影響呈現(xiàn)較為復(fù)雜的情況：急低速狀態(tài)旋回性明顯變差；停車進(jìn)行旋回即減速旋回時(shí)，旋回圈將大大擴(kuò)大；從船速極低狀態(tài)開始，進(jìn)行加速旋回時(shí)，旋回圈將因而受到壓縮，旋回圈中心也將落在旋回前的船舶正橫之后。

9．吃水與縱傾吃水影響：舵面積比隨吃水增加而降低；隨著吃水的增加，船舶通過重心G點(diǎn)豎軸的轉(zhuǎn)動慣量增加；隨著吃水的增加，初始旋回大大減慢。若縱傾狀態(tài)相同，吃水增加時(shí)，旋回進(jìn)距增大，橫距和旋回初徑也將有所增加。吃水差影響：較大程度地改變了船舶水線下船體側(cè)面積的分布狀態(tài)，因而對船舶旋回性能帶來明顯的影影響。尾傾增大，旋向圈也將增大；對于Cb=0.8的船舶，若尾傾增大量為船長的1%，旋回初徑將可增加10%左右；對于Cb=0.6的船舶，若尾傾增大量為船長的1%，旋回初徑將可增加3%左右。

10．橫傾船體存在橫傾時(shí)，左右浸水面積不同，兩側(cè)所受的水動壓力也不相同，改變了左右舷各種作用力的對稱性。低速時(shí)，推力－阻力轉(zhuǎn)矩起主要作用，推首向低舷側(cè)偏轉(zhuǎn)；高速時(shí)，首波峰壓力轉(zhuǎn)矩起主要作用，推船首向高舷側(cè)偏轉(zhuǎn)。總的來講，橫傾對旋回圈的影響并不大。11．淺水影響規(guī)律：由于淺水中橫向阻力明顯增大，漂角β明顯下降，同時(shí)淺水中的舵力有所下降，舵力轉(zhuǎn)船力矩下降，再加上淺水中的阻尼力矩明顯增大，船舶的旋回性下降，因此，在淺水中的旋回圈明顯增大。當(dāng)水深吃水比小于2時(shí)，旋回圈有所增大（特別是對高速船而言）；當(dāng)水深吃水比小于1.5時(shí)，旋回圈明顯增大；當(dāng)水深吃水比小于1.2時(shí)，旋回圈急劇增大12．旋回方向由于受螺旋槳橫向力的影響，船舶向左或向右旋回時(shí)的旋回圈的大小將有所不同。對于右旋固定螺距螺旋槳單車船而言，在其它條件相同的情況下，向左旋回時(shí)的旋回初徑要比向右旋回時(shí)的旋回初徑要小一些。但對于超大型船舶而言，這一差別很小。13．其他因素船體的污底、風(fēng)、流的作用都將對船舶旋回圈的大小產(chǎn)生影響。例如頂風(fēng)、頂流使旋回圈進(jìn)距減小，順風(fēng)、順流使旋回圈進(jìn)距增大等等。五、旋回圈要素應(yīng)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(zhuǎn)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(shí)無法旋回避讓的距離，即兩船對遇時(shí)的距離小于兩船的滯距之和，則用舵無法避讓；進(jìn)距 兩船的進(jìn)距之和可用來推算對遇時(shí)的最晚施舵點(diǎn)。五、旋回圈要素應(yīng)用反移量(Kick)的應(yīng)用本船航行中發(fā)現(xiàn)有人落水時(shí)，應(yīng)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(jìn)船尾螺旋槳流之內(nèi)。在船首較近的前方發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，為緊急避開，應(yīng)立即操滿舵盡量使船首讓開，當(dāng)估計(jì)船首已可避開時(shí)，再操相反一舷滿舵以便讓開船尾。當(dāng)船舶前部已離出碼頭，擬進(jìn)車離泊時(shí)，如操大舵角急欲轉(zhuǎn)出，則由于尾外擺而將觸碰碼頭。為避免發(fā)生事故應(yīng)適當(dāng)減速，待駛出一段距離后再使用小舵角慢慢轉(zhuǎn)出。第二節(jié)航向穩(wěn)定性和保向性

穩(wěn)定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運(yùn)動穩(wěn)定性分類一、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(yùn)動穩(wěn)定性分類一、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(yùn)動穩(wěn)定性分類一、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(yùn)動穩(wěn)定性分類直線運(yùn)動穩(wěn)定或動航向穩(wěn)定：其重心軌跡最終回復(fù)為一直線，航向發(fā)生變化方向穩(wěn)定或靜航向穩(wěn)定：其重心軌跡最終回復(fù)為與原航線平行的另一直線位置穩(wěn)定：其重心軌跡最終回復(fù)為與原航線的延長線上二、船舶保向性概念保向性是指船舶在外力作用下（如風(fēng)、流、浪等），由舵工（或自動舵）通過羅經(jīng)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(yù)定航向上的能力。三、船舶保向性影響因素 船舶保向性的好壞不但與船舶航向穩(wěn)定性的好壞有關(guān)，同時(shí)還與操舵人員的技能及熟練程度、自動舵、舵機(jī)的性能有關(guān)，具體因素主要有：船型方形系數(shù)、長寬比、水下側(cè)面積、干舷及上層建筑、舵面積載況吃水、船舶縱傾與橫傾舵角與船速外界因素水深、風(fēng)流條件第三節(jié)船舶的變速運(yùn)動性能

啟動與停車慣性停車：以某一速度航行的船舶，