船舶操縱性-第0章緒論課件

HarbinEngineeringUniversity哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院本科生專業(yè)基礎(chǔ)理論課程船舶操縱性船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院緒言一、船舶操縱性的概念

船舶操縱性:是指船舶借其控制裝置來改變或保持其運(yùn)動(dòng)速率、姿態(tài)和方向的性能。船舵螺旋槳速率姿態(tài)方位啟動(dòng)、加速、減速、停車保持航向、航跡、位置回轉(zhuǎn)、規(guī)避良好的操縱性包括兩個(gè)方面：方便、穩(wěn)定地保持（穩(wěn)定性）迅速、靈活地改變（機(jī)動(dòng)性）船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院學(xué)習(xí)船舶操縱性的目的意義：

船舶的重要性能分為：

快速性穩(wěn)性耐波性操縱性抗沉性船舶的重要性能之一

（1）操縱性好的船在戰(zhàn)斗中可以靈活地運(yùn)動(dòng)，占據(jù)有利陣位，發(fā)揚(yáng)火力，打擊敵人和規(guī)避敵人火力的攻擊。（2）航向穩(wěn)定性不好的船在航行中容易左右偏航，增加航行阻力和航程、從而增加油耗和延長航行時(shí)間。研究船舶操縱性的目的：掌握船舶操縱運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立船舶操縱性標(biāo)準(zhǔn)和完善的操縱性計(jì)算、試驗(yàn)方法，研究船形等對操縱性的影響，滿足、改進(jìn)船舶操縱性。

船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院現(xiàn)代海運(yùn)的特點(diǎn)：

a．航行密度大；

b．航行速度高；

c．船舶大型化、專門化；

d．操縱性計(jì)算書和試驗(yàn)報(bào)告已成為船舶必備的重要文件；

e．“船舶操縱性標(biāo)準(zhǔn)的制定”（國際海事組織IMO）。

操縱困難、事故頻繁、損失巨大，因操縱性原因而導(dǎo)致碰撞和觸礁的約占失事船總噸位的48%船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院人類利用各種操縱裝置來控制船舶的運(yùn)動(dòng)已經(jīng)有很長的歷史（公元前我國勞動(dòng)人民就已學(xué)會(huì)使用舵）。但是，船舶操縱正式成長為一門學(xué)科還是很年輕的。

剡木為楫：

篙、槳、櫓：舵：在帆船時(shí)代有了舵甚至可以逆風(fēng)航行，19世紀(jì)后，風(fēng)帆由蒸汽和柴油機(jī)動(dòng)力所代替，而舵一直延用至今。

二、船舶操縱性研究的發(fā)展過程船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院

搖櫓船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院

在中國人發(fā)明了船尾舵后的很長時(shí)間內(nèi)，船舶操縱技術(shù)和舵設(shè)計(jì)主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，很少進(jìn)行理論分析。直至1860年，船舶操縱性設(shè)計(jì)還局限于選擇舵的尺寸和形狀，并把舵布置于船首及船尾長度當(dāng)作船寬的函數(shù)，這一原則在20世紀(jì)的拖船舵設(shè)計(jì)中仍在應(yīng)用。1860年開始實(shí)船及模型回轉(zhuǎn)試驗(yàn)研究船舶的操縱性。1912年，W.Hovgaard繪制了根據(jù)船、舵主尺度即可確定定?；剞D(zhuǎn)直徑所必需的系數(shù)圖譜。試驗(yàn)研究方面：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院1944年，Kemf（肯普夫）提出用Z形操舵試驗(yàn)結(jié)果來評價(jià)船舶操縱性。

1952年，Diedene(迪唐納)提出了螺旋槳試驗(yàn)，后由Bech(比奇)發(fā)展為逆螺旋試驗(yàn)。

一般可以利用操舵自航試驗(yàn)可以求取船舶的操舵下響應(yīng)，另外也可利用拘束模型試驗(yàn)求取操縱運(yùn)動(dòng)方程中的全部水動(dòng)力系數(shù)，從而分析船舶的運(yùn)動(dòng)。

旋臂試驗(yàn)：20世紀(jì)40年代末50年代初，巴黎水池、戴維遜實(shí)驗(yàn)室、泰勒水池、英國海軍水池等等。試驗(yàn)研究方面：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院50年代末，Gortler和Goodman設(shè)計(jì)出了約束船摸的試驗(yàn)設(shè)備——平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。類型：水平型、垂直型特點(diǎn)：小振幅——線性水動(dòng)力大振幅——線性與非線性水動(dòng)力試驗(yàn)研究方面：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院理論研究方面：

J.Pollard和A.Dudebout在他們1885年著作《船舶原理》中提出船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1922年N.Minorsky發(fā)表了題為“自動(dòng)操縱物體的航向穩(wěn)定性”一文。德國人W.Kucharshi在1932年發(fā)表的“關(guān)于船舶操縱性理論”一文是把船舶當(dāng)作機(jī)翼來處理的首批文章。隨后，1938年，Weinblum（文伯倫）將飛艇操縱性理論引入船舶操縱中，首先建立了有效的數(shù)學(xué)研究方法。

1939年，巴辛利用里雅普諾夫的穩(wěn)定性理論解決了船舶航行穩(wěn)定性問題。

二、船舶操縱性研究的發(fā)展過程船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院理論研究方面：1946年，Davidson（戴維遜）導(dǎo)出船舶運(yùn)動(dòng)方程，用一般穩(wěn)定性理論闡明了船舶操縱的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與回轉(zhuǎn)性的相互矛盾又相互制約的關(guān)系，提出了回轉(zhuǎn)性指數(shù)與航向穩(wěn)定性指數(shù)，奠定了理論基礎(chǔ)。1967年，Abkowitz(阿伯科維茲)嚴(yán)格推導(dǎo)了整體型方程，并以Taylor級(jí)數(shù)表示，將船、槳、舵作為一體來考慮。

1977年，日本人提出MMG方程，以船、槳、舵單獨(dú)的水動(dòng)力為基礎(chǔ)，再加上它們的相互干擾。二、船舶操縱性研究的發(fā)展過程船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院隨著計(jì)算機(jī)的進(jìn)步，船舶操縱性的數(shù)值預(yù)報(bào)有了很大發(fā)展，一方面用于船體水動(dòng)力的計(jì)算，一方面用于運(yùn)動(dòng)仿真，主要有：

1、船舶操縱性預(yù)報(bào)：用于預(yù)報(bào)操縱性能，從而為縮短設(shè)計(jì)周期、節(jié)約資金走出了一條新路。

2、船舶運(yùn)動(dòng)模擬器：成為開發(fā)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的有利工具。

3、船員訓(xùn)練模擬器：可以縮短時(shí)間、減少危險(xiǎn)，同時(shí)便于設(shè)計(jì)海上環(huán)境。

數(shù)值計(jì)算研究方面：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院三、影響船舶操縱性的因素：

1、船型船體水動(dòng)力船舶操縱性阻力（矩）慣性力（矩）附加慣性力（矩）如船體受到的水動(dòng)力大，則改變位置或速度就較困難常規(guī)船型，瘦長，肥大型等等，為了適應(yīng)不同需要發(fā)展起了各種船型：如水翼船，氣墊船，掠海地效翼船型，小水線面船型，穿浪雙體船型，多體船型，三體船，四體船，五體船型等船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院

沙船在唐代出現(xiàn)于江蘇崇明，它在宋代稱“防沙平底船”，在元代稱“平底船”，到了明代則通稱“沙船”。它的載重量很大，一般為4000石到6000石（約合500噸到800噸）。沙船活躍在沿江沿海以及遠(yuǎn)洋航線上，是我國古代非常重要的一種航海木帆船。沙船的船型設(shè)計(jì)，是我國和世界上古代船舶中最先進(jìn)的。沙船雖然在唐代定型，但其前身可以追溯到春秋戰(zhàn)國時(shí)期，因此，沙船的船型已有2000多年歷史了。而西方，直到公元19世紀(jì)出現(xiàn)鋼、鐵船舶以后，才采用這一先進(jìn)的船型設(shè)計(jì)。古代最先進(jìn)的船型設(shè)計(jì)：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院三、影響船舶操縱性的因素：

2、操縱裝置：舵：常規(guī)舵、襟翼舵、主動(dòng)舵等推進(jìn)器：敞式推進(jìn)器、導(dǎo)管推進(jìn)器隧道（槽道）推進(jìn)器等

3、控制系統(tǒng)：航向自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、自動(dòng)定位系統(tǒng)等。

船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院

制作好的舵

裝上船舵后的效果舵：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院舵是船舶操縱裝置的一個(gè)重要部件。舵是一塊平板或具有流線型截面的板，稱為舵葉。裝在船尾中縱剖面或?qū)ΨQ于中縱剖面的位置上。它垂直地浸沒在水中，并能繞舵軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

舵對船舶操縱性的作用船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院舵是船舶的一種十分重要和不可缺少的專用舾裝設(shè)備?？梢韵胂螅绻瑳]有舵，或舵失靈，就象汽車沒有方向盤一樣，將無法行駛。在大海里任憑風(fēng)浪擺布。

舵對船舶操縱性的作用船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院

舵是舵手（駕駛?cè)藛T）用來保持或改變船舶在水中運(yùn)動(dòng)方向的專用設(shè)備。舵有兩大功能：一、是保持船舶預(yù)定航向的能力，稱為航向穩(wěn)定性；二、是改變船舶運(yùn)動(dòng)方向的能力，稱回轉(zhuǎn)性。

舵對船舶操縱性的作用船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院敞式螺旋槳推進(jìn)器船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院槽道螺旋槳推進(jìn)器船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院顯示儀駕駛儀設(shè)定航向指令船舵機(jī)舵航向誤差舵角指令舵角舵的水動(dòng)力實(shí)際航向反饋的航向信號(hào)反饋的舵角信號(hào)航向自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的組成船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院四、船舶操縱性目前的研究方向水面船：

a．淺水效應(yīng)

b．窄航道

c．風(fēng)浪流復(fù)雜環(huán)境

d.特種操縱裝置

水下潛艇與潛器：

a．海底復(fù)雜環(huán)境

b．強(qiáng)流條件下穩(wěn)定性與機(jī)動(dòng)性

c．在多目標(biāo)或障礙物附近的運(yùn)動(dòng)

d.近水面運(yùn)動(dòng)

船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院學(xué)習(xí)方法1.課堂講授，做筆記，相關(guān)操縱性試驗(yàn)課；2.完成要求的作業(yè)，做完全部的復(fù)習(xí)思考題；

3.課前要預(yù)習(xí)，課后要復(fù)習(xí)。船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院參考書1.

《船舶操縱性》范尚雍，國防工業(yè)出版社，1988年2.《船舶操縱性》蘇興翹，國防工業(yè)出版社