重慶交通大學(xué)操縱性與耐波性總結(jié)

操縱性1.船舶操縱性定義及研究內(nèi)容操縱性：船舶按照駕駛者的意圖保持或改變其運動狀態(tài)的性能。即船舶能保持或改變航速、航向和位置的性能。研究內(nèi)容：航向穩(wěn)定性、回轉(zhuǎn)性、轉(zhuǎn)首性及跟從性、停船性能。2.船舶附加質(zhì)量的含義及與物理質(zhì)量比例的大致范圍附加質(zhì)量：附加慣性力與船的加速度成比例，其比例系數(shù)稱為附加質(zhì)量。（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，同時船體作用于周圍的水，使之得到加速度，根據(jù)作用與反作用原理，水對船體存在反作用力，這個反作用力稱為附加慣性力。）附加質(zhì)量：mx≈（0.05~0.15）mmy≈mz≈（0.9~1.2）m附加慣性矩Jxx≈（0.05~0.15）IzzJyy≈（1~2）IzzJzz≈IyyI是質(zhì)量慣性矩3.漂角、航向角和水動力中心的含義漂角：船舶重心處的速度矢量與x軸正方向的交角稱為漂角β。并規(guī)定速度矢量轉(zhuǎn)向x軸順時針方向為正。航向角：船首指向的方向和船舶在水面上的真實軌跡之間的夾角。4動坐標(biāo)系統(tǒng)速度轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系統(tǒng)公式：5、線性水動力導(dǎo)數(shù)Yv,Nv,Yr,Nr的物理意義水動力的位置導(dǎo)數(shù)Yv是一個較大的負值。水動力力矩的位置導(dǎo)數(shù)Nv是一個不大的負值。指的是v引起的升力系數(shù)/力矩系數(shù)水動力的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)Yr的絕對值不是很大，其符號由船型決定，可正可負。水動力矩的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)Nr是一個很大的負值。指的是r引起的水動力系數(shù)/水動力矩系數(shù)6、線/角加速度水動力導(dǎo)數(shù)的物理意義及數(shù)值大小判斷水動力的線加速度導(dǎo)數(shù)是一個相當(dāng)大的負值。指的是附加質(zhì)量水動力矩的線加速度導(dǎo)數(shù)是一個不大的數(shù)值，其符號取決于船型。指的是由引起的附加慣性力矩系數(shù)水動力的角加速度是一個較小的值，其符號取決于船型水動力矩的角加速度導(dǎo)數(shù)是一個很大的負值。指的是回轉(zhuǎn)加速度引起的船舶附加慣性力系數(shù)/慣性力矩系數(shù)7、野本方程及物理意義野本方程：+r=Kδ物理意義δ：船舶的慣性力矩、阻尼力矩和舵力矩的作用下，進行的緩慢轉(zhuǎn)，首運動，可以用下列式子近似表示：+Nr=MδN為船舶回轉(zhuǎn)中的阻尼力矩系數(shù)，I為船舶回轉(zhuǎn)中的慣性力矩系數(shù)，M為舵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)首力矩系數(shù)。T=I/N,K=M/N由此可知，T是慣性力矩系數(shù)與阻尼力矩系數(shù)之比，T值大，表示船舶運動過程中收到的慣性力矩大，阻尼力矩小。而K是舵轉(zhuǎn)首力矩系數(shù)與阻尼力矩系數(shù)之比。K值大，表示舵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)首力矩大，而阻尼力矩小。8:穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù),位置力臂和阻尼力臂表達式答:穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)C>0表示船舶具有直線穩(wěn)定性,C<0表示不具有直線穩(wěn)定性.位置力臂阻尼力臂→直線穩(wěn)定性9.直線,方向,位置穩(wěn)定性的定義直線穩(wěn)定性:船舶受瞬時擾動后,最終能恢復(fù)到直線航行狀態(tài),但航向發(fā)生變化.方向穩(wěn)定性:船舶受擾后,新航線為與原航線平行的另一直線.位置穩(wěn)定性:船舶受擾后,最終仍按原航線的延長線航行.10.船舶是否具有直線穩(wěn)定性的判斷方法（同8）11.船舶回轉(zhuǎn)運動三個階段的定義回轉(zhuǎn)運動的三個階段:轉(zhuǎn)舵階段:船舶從開始執(zhí)行轉(zhuǎn)舵命令起,到實現(xiàn)命令舵角止的階段過渡階段:從轉(zhuǎn)舵終止到船舶進入定?；剞D(zhuǎn)的中間階段定常階段:在回轉(zhuǎn)運動中,過渡階段終了,船舶運動參數(shù)開始穩(wěn)定,達到新的平衡階段,稱為定常階段12.船舶回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)及其定義（畫圖）回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù):定常回轉(zhuǎn)直徑D:在回轉(zhuǎn)運動中,船舶進入定常階段后的回轉(zhuǎn)圈的直徑戰(zhàn)術(shù)直徑:船舶首向改變180゜時,其重心距初始直線的橫向距離縱距:自轉(zhuǎn)舵開始時的船舶重心沿初始直線航向至首向改變90゜時的船舶重心間的縱向距離④正橫距:船舶轉(zhuǎn)首90゜時,其重心至初始直線航線的橫向距離⑤反橫距K:船舶離開初始直線航線的回轉(zhuǎn)中心的反側(cè)橫移的最大距離13.回轉(zhuǎn)性指數(shù)(K)和應(yīng)舵指數(shù)(T)無因次化方法K,T無因次:一般船舶K1.2~3.0。T值為0.8~6或1左右14.回轉(zhuǎn)指數(shù)和應(yīng)舵指數(shù)對船舶操縱性的影響回轉(zhuǎn)性指數(shù)K大,表示回轉(zhuǎn)性好,定?；剞D(zhuǎn)直徑小;應(yīng)舵指數(shù)T小,表示船舶的穩(wěn)定性和跟從性好.15、一般船舶回轉(zhuǎn)性指數(shù)和應(yīng)舵指數(shù)的大致范圍回轉(zhuǎn)性指數(shù)K’的大致范圍為1.2~3.0應(yīng)舵指數(shù)T’的大致范圍0.8~6或1左右16、什么是船舶的轉(zhuǎn)舵指數(shù)？其數(shù)值與船舶的轉(zhuǎn)首性的關(guān)系？轉(zhuǎn)首指數(shù)p≈，P代表操舵后船舶移動一個船長時，用以判斷操舵效應(yīng)的每單位舵角引起的首向角改變值。P值越大，船的轉(zhuǎn)首性越好，船越容易改變航向，P＞0.3可以保證船舶擁有合理的轉(zhuǎn)首性。17、菲爾所夫船舶定?；剞D(zhuǎn)速降估算公式是回轉(zhuǎn)初速，回轉(zhuǎn)直徑越小，回轉(zhuǎn)時漂角就越大，則回轉(zhuǎn)速降就越大。18、船舶回轉(zhuǎn)過程中橫傾變化的基本特征及近似計算公式基本特征：先內(nèi)傾后外傾近似估算公式：19、船舶操縱性試驗種類和實驗?zāi)康幕剞D(zhuǎn)試驗：測量船舶回轉(zhuǎn)圈，從而確定船舶回轉(zhuǎn)時的各要素Z性操縱試驗：測定回轉(zhuǎn)性指數(shù)K和跟從性指數(shù)T螺線試驗、逆螺線試驗、回舵試驗：評價船舶的直線穩(wěn)定性20、《船舶操縱性暫行標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的操縱性衡準(zhǔn)（1）回轉(zhuǎn)能力（2）初始回轉(zhuǎn)能力（3）偏航修正和航向保持能力（4）停船能力21、舵設(shè)計時偏重回轉(zhuǎn)性還是穩(wěn)定性的設(shè)計依據(jù)可以采用系數(shù)作為初步考慮的依據(jù)≥9時，舵設(shè)計應(yīng)偏重回轉(zhuǎn)性要求≤7時，要側(cè)重穩(wěn)定性的要求。22:舵設(shè)計的主要內(nèi)容。答：舵的數(shù)目和形式的選擇。舵的尺度和形狀的設(shè)計。舵力及多桿扭矩計算和舵機功率估算。23作用在舵上的無因次水動力系數(shù)物理含義。（畫圖）答：升力系數(shù)Cy，阻力系數(shù)Cx，法向力系數(shù),切向力系數(shù),水動力合力系數(shù)C，水動力矩系數(shù)。在機翼理論中，以升力系數(shù)、阻力系數(shù)和壓力中心系數(shù)Cp與攻角α的關(guān)系曲線來全面表達其水動力性能。24；敞水舵水動力性能曲線的解讀。在某一攻角范圍內(nèi)，升力系數(shù)Cy隨攻角α的增大而增加。當(dāng)α較小時，Cy與α呈線性關(guān)系：隨著α的增大，舵上水流在弦向葉背上某點開始分離，Cy與α不再保持線性關(guān)系。隨著攻角的繼續(xù)增加，水流分離的范圍擴大，系數(shù)Cy隨增加更慢。當(dāng)舵葉背上水流產(chǎn)生大面積分離時，Cy迅速下降，這種現(xiàn)象稱為失速，對應(yīng)的攻角為失速角，用表示。25：不同展弦比的升力特點。展弦比大，小攻角升力系數(shù)大，失速角?。徽瓜冶刃?，小攻角升力系數(shù)小，失速角大。26.舵設(shè)計時通常采用的剖面形狀、展弦比和葉厚比。舵設(shè)計展弦比為1.5~2,厚度比：典型槳是0.15~0.18，一般取0.12~0.18我國內(nèi)河船是0.18~0.24剖面形狀為NACA型和茹可夫斯基型。27：舵設(shè)計時需要船舶設(shè)計師做的主要工作？用于舵設(shè)計的Cy、Cp曲線展弦比換算，把曲線展弦比換算成實際λ對應(yīng)的Cy、Cp曲線船槳后舵水動力計算④根據(jù)水動力計算結(jié)果進行舵機扭矩計算。28：改善船舶操縱性的有效措施提高直線穩(wěn)定性，增加中縱剖面尾部面積，中縱剖面面積形心后移，最好使形心處于重心之后。例如：增加呆木，增加尾傾，切去前鍾，前傾首柱實踐表明中橫剖面面積和船尾形狀的微小變動都對船舶操縱性有明顯的影響.耐波性船舶搖蕩主要類型橫搖、縱搖、垂蕩風(fēng)浪要素：風(fēng)速，即在水面規(guī)定高度上風(fēng)的前進速度；風(fēng)時，即穩(wěn)定狀態(tài)的風(fēng)在水面上吹過的持續(xù)時間；風(fēng)區(qū)長度，即風(fēng)接近于不變的方向和速度在開敞水面上吹過的距離風(fēng)浪種類：風(fēng)浪、涌浪、近岸浪3.規(guī)則波：波面可以用簡單函數(shù)表達的波浪.。余弦波：波形輪廓是余弦曲線的規(guī)則波。波高為波幅的兩倍，波幅波峰或波谷到靜水面間的垂向距離圓頻率ω:軌圓運動的周期為波浪周期，軌圓運動的角速度為波浪圓頻率4.深水條件下波長、周期、波速之間的關(guān)系5.史密斯效應(yīng)：在深水中，由波浪引起的壓力變化與軌圓半徑的變化具有相同的規(guī)律，即隨著水深的增加，壓力變化以指數(shù)規(guī)律衰減。6.波浪能量與波幅之間的關(guān)系7.三一平均波幅又叫有義波幅，他是把側(cè)得的波幅按大小依次排列，取最大1/3的平均值。有義波幅接近海上目測的波幅，通常用于衡準(zhǔn)風(fēng)浪大小。8.風(fēng)浪譜密度的使用以及使用條件（366）已知風(fēng)浪譜密度和頻率響應(yīng)函數(shù)，求船舶運動等的譜密度。已知風(fēng)浪譜密度和由測量分析中得到運動的譜密度，從而可以求得頻率響應(yīng)函數(shù)。在某一海區(qū)用已知頻率響應(yīng)函數(shù)的船舶，測量其運動譜密度，從而可以得到該海區(qū)的風(fēng)浪譜密度。12.船舶搖蕩運動的頻率響應(yīng)函數(shù)的理解式中分子代表輸出，是船舶搖蕩值（橫傾角、縱傾角、或升沉距離）；分母代表輸入，是波浪的波幅，波幅可由中波傾角替換，則頻率響應(yīng)函數(shù)為，代表遭遇頻率14.水質(zhì)點m的合力沿著波面的法線方向，此合力稱為表現(xiàn)重力。，是有效波傾角的幅值，稱為有效波傾，它代表對船舶整個水下體積起作用的波傾；是有效波傾系數(shù)，應(yīng)小于1，它是船體形狀、船寬與波長比、吃水和重心位置等的函數(shù)，也是波浪頻率的函數(shù)。15.影響橫搖固有周期的因素及計算式橫搖固有周期：D:船的排水量h:船的初穩(wěn)性高船的固有周期：影響因素：排水量、初穩(wěn)性高、以及船舶對縱軸ox的總慣性矩Ixx包含實際慣性矩和附加慣性矩。16.橫搖阻尼力矩系數(shù)、衰減系數(shù)、橫搖調(diào)諧因素、無因次衰減次數(shù)，放大因數(shù)橫搖阻尼力矩系數(shù)：由橫搖自由運動試驗得到阻尼系數(shù)。稱為衰減系數(shù)，它表征阻尼和慣性對橫搖衰減影響的程度。稱為橫搖調(diào)諧因數(shù)，它等于波浪的頻率與橫搖固有頻率之比。稱為無因次衰減次數(shù)，他表征了阻尼，慣性和復(fù)原力矩對橫搖的影響，是表征橫搖性能的又一重要參數(shù)。表示橫搖幅值與有效波傾之比，稱為放大因數(shù)，它表征了船舶在規(guī)則波中橫搖大小的程度。18.船舶的主要減搖裝置及效果①舭龍骨②減搖鰭它是減搖效果最好的主動式減搖裝置，設(shè)計的好的減搖鰭在任何情況下都可以使橫搖幅值保持在3°之內(nèi)。③減搖水艙，分為主動式和被動式兩種，主動式水艙的效果很好，設(shè)計的好的被動式水艙可以使橫搖幅值減小一半左右。減搖效果的比較：減搖鰭>主動式水艙>被動可控式水艙>被動式水艙19.用流體力學(xué)理論研究縱搖問題時做的基本假定。①假設(shè)船舶是一個剛體，忽略它的彈性變形。②不考慮水的粘性和可壓縮性③假定作用在船體上的是微幅規(guī)則波④假定船舶搖蕩的幅值是微小的。20.縱搖、橫搖、垂蕩周期和無因此衰減系數(shù)的比較。縱搖和垂蕩的固有周期是接近的，這里指的固有周期實際上是在靜水中的自由搖蕩周期，對于一般船型大約在2～5s之間，約為橫搖固有周期的1/2。縱搖無因次衰減系數(shù)在0.3～0.5之間，而橫搖只是在0.05～0.07之間。垂蕩與縱搖相類似，垂蕩的無因此衰減系數(shù)在0.3～0.4之間。21.求頂浪航行時縱搖諧搖波長的方法。將船舶縱搖固有周期或垂蕩固有周期代替Te帶入上式求出的就是縱搖諧搖波長。22.最大能量波長和最大有義波長的定義和確定方法（1）對應(yīng)譜密度曲線的峰點的單元波，在不規(guī)則波的組成中含有最大的能量，稱為最大能量的單元波，其波長稱為最大能量波長（2）波長超過一定范圍的波，它在整個單元波中占有很小的比例，不具備使船產(chǎn)生很大橫搖的能量，這個波長界線稱為最大有義波長,≈6023.針對縱搖運動的主成分波和有義成分波的劃分方法（1）主成分波：波長等于船長的單元波和最大能量單元波之間的單元波，稱為主成分波，他們對縱向運動起著主要的作用。（2）有義成分波：波長等于3/4船長的單元波和最大有義波之間的單元波，稱為有義成分波。在有義波區(qū)間之外的單元波，對船舶縱向運動不產(chǎn)生明顯影響。24.縱搖運動臨界狀態(tài)的劃分方法（1）亞臨界區(qū)域：以某一航速航行的船舶，當(dāng)諧搖波長小于3/4船長時，則定義該船處于亞臨界區(qū)域。（2）臨界區(qū)域：當(dāng)船舶的諧搖波長位于主成分波區(qū)間時，這時波浪給予船舶較多的能量，因而產(chǎn)生激烈的運動，稱為臨界區(qū)域。（3）超臨界區(qū)域：當(dāng)諧搖波長大于時，稱為超臨界區(qū)域。介于亞臨界區(qū)域與臨界區(qū)域之間的稱為亞臨界過渡區(qū)域。介于臨界區(qū)域與超臨界區(qū)域之間的稱為超臨界過渡區(qū)域。25.船舶初穩(wěn)性高對船舶橫搖運動的