第1章船舶操縱基礎(chǔ)理論.ppt

1、洪壁寬聯(lián)海事臺(tái)，船舶操縱，第一章船舶可操作性基礎(chǔ)，1，船舶可操作性金志洙K，T 2，船舶可操作性與金志洙K，T的關(guān)系3，K，T指數(shù)的影響因素4，K，T指數(shù)的應(yīng)用，5節(jié)船舶可操作性金志洙1957年以來的雅本兼作和魯賓Z型實(shí)驗(yàn)受到了廣泛的重視和應(yīng)用。雅本認(rèn)為船舶的控制運(yùn)動(dòng)基本上是大質(zhì)量物體在舵的作用下進(jìn)行的緩慢旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。他省略了船舶旋轉(zhuǎn)角速度的高影響，將船舶運(yùn)動(dòng)描述為以下數(shù)學(xué)模型。船舶操縱性金志洙K，T，表達(dá)式中：I是船舶旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系數(shù)。n是船舶旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的阻尼扭矩系數(shù)。c方向舵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩系數(shù)。常識(shí)的兩端乘以1/N即可。我們?cè)O(shè)定T=I/N、K=C/N，并賦予常識(shí)。即一階船舶操縱運(yùn)動(dòng)方程。雅本認(rèn)

2、為，K，T表征了船舶可操作性的特征參數(shù)。船舶操縱性金志洙K，T，1。金志洙K，T的物理意義(1)機(jī)械意義可在T=I/N中看到。參數(shù)T是慣性矩與阻尼力矩之比。t值越大，船舶慣性越大，阻尼力矩越小。相反，T值越小，表示船舶慣性越小，阻尼力矩越大。k=在C/N中可見：參數(shù)k表示從方向舵生成的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與阻尼力矩之比，k值越大，從方向舵生成的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩越大，阻尼力矩越小。相反，K值越小，表示關(guān)鍵點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩越小，阻尼力矩越大。為了提高船只的機(jī)動(dòng)性，我們總是希望慣性盡可能小，方向舵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩盡可能大。也就是說，希望T盡可能小，K盡可能大。船舶操縱性金志洙K，T，1。金志洙K，T的物理意義(2)運(yùn)動(dòng)學(xué)意義

3、根據(jù)給定的初始條件t=0，r=0，求解上述方程，得到船舶旋轉(zhuǎn)角速度的表達(dá)式。對(duì)于具有航路穩(wěn)定性的船舶，對(duì)于沒有航路穩(wěn)定性的船舶，e-t/T不會(huì)隨著T0、T的增加而衰減。也就是說，船只將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。船舶操縱性金志洙K，T，T的運(yùn)動(dòng)學(xué)意義是系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，其符號(hào)決定了運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，其大小決定了船舶達(dá)到一定旋轉(zhuǎn)角速度的時(shí)間，其次是sec。對(duì)于具有航路穩(wěn)定性的船只，T、r=K、K值越大，R牙齒就越大。k的運(yùn)動(dòng)學(xué)意義是船舶由單位持續(xù)鍵角產(chǎn)生的最終旋轉(zhuǎn)角速度(由1/sec引起)。船舶操縱性金志洙K，T，2。金志洙K，T的無人化及其價(jià)值(1)K，T的無人化，目前，K，T指數(shù)廣泛用于評(píng)估船舶的操縱性能。除了上述

4、原因形式外，為了便于比較，可以使用無人值K，T，這是船舶可操作性金志洙K，T，2。金志洙K，T的無人化及其度量(1)K，T的無人化，在一些數(shù)據(jù)中，P被稱為“操舵效果金志洙”，船舶可操作性金志洙K，T，2。金志洙K，T的無人化及其價(jià)值(1)K，T的無人化，只需將e-1/T展開為平方。船舶操縱性金志洙K，T，2。金志洙K，T的無人化及其值(2)K，T的值K，T的值通過Z型實(shí)驗(yàn)得出。有10度，15度，20度等多種茄子實(shí)驗(yàn)。一般以10度實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)。對(duì)于普通船舶的操縱性能，K，T是滿載貨輪(L=100160m)K=1.52.0 T=1.52.5滿載油輪(l=150250m) k=1范圍內(nèi)，2船舶操縱

5、性和金志洙K，T的關(guān)系，尾部?jī)A斜增加：k，t同時(shí)減少；水深變淺：k，t同時(shí)減少；5.船型越大，K，T同時(shí)增加，影響K，T指數(shù)的三個(gè)茄子因素，K，T影響指數(shù)的三個(gè)茄子因素，1其值計(jì)算如下：其中：t1方向舵時(shí)間通常為T t1/2，稱為旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間。t增加時(shí)，Dr牙齒增加。T1牙齒增加時(shí)，Dr也增加。4K，T指數(shù)的應(yīng)用，2其值以舵角(弧度)K旋轉(zhuǎn)度金志洙計(jì)算，其他符號(hào)向前計(jì)算。k增加時(shí)，AC減少。4K，T指數(shù)的應(yīng)用，=RC T可見，并且T增加時(shí)會(huì)相應(yīng)增加。4K，T指數(shù)的應(yīng)用，4如你所見，D與K成反比。4K，T指數(shù)的應(yīng)用，在研究具體問題時(shí)，為了研究上的方便，不可避免地進(jìn)行了一些假設(shè)，因此研究結(jié)果只能是

6、近似值，無法證明近似值如何。為了彌補(bǔ)牙齒缺陷，人們一直在開展實(shí)驗(yàn)研究。隨著實(shí)際船舶操作的情況不斷變化，不能一一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只能規(guī)定比較典型的船舶操作性實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)符合以下要求：簡(jiǎn)介，(1)必須具有普遍意義和實(shí)際意義。(2)便于理論分析。(3)便于直接觀測(cè)，減少場(chǎng)地和設(shè)備的要求等。船舶固有的操縱性指標(biāo)與使用船舶有關(guān)，因此一般對(duì)船舶可操作性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有規(guī)定。目前常用的實(shí)驗(yàn)包括旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、方向舵實(shí)驗(yàn)、Z型實(shí)驗(yàn)、螺旋實(shí)驗(yàn)或反螺旋實(shí)驗(yàn)、制動(dòng)實(shí)驗(yàn)等。IMO標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述測(cè)試作了具體規(guī)定。船舶操作性能受水深、水體寬度、氣象條件、水文條件等多種茄子因素的影響，因此為了使實(shí)線實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有普遍意義，必須規(guī)定實(shí)驗(yàn)條件。IM

7、O安全委員會(huì)在MSC/Circ.644中制定了詳細(xì)規(guī)定。1.水深、水體寬度不限，但要在掩蔽條件好的水域進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)可操作性實(shí)驗(yàn)，其水深必須大于4倍以上船舶的平均飲用水。2.船舶裝載狀態(tài)和飲水車道釘應(yīng)在滿載(達(dá)到夏季飲用水)、平水(像差0)條件下進(jìn)行試驗(yàn)。就是確認(rèn)螺旋槳的深度是否足夠深。一，實(shí)驗(yàn)條件，三。氣象和海浪應(yīng)該盡可能在比較平靜的水域進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。具體規(guī)定如下。(1)風(fēng)力不超過波氏5級(jí)(2)波氏4級(jí)(3)流場(chǎng)比較均勻，第一，測(cè)試條件，1?？荚囉^測(cè)手段隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的方法基本淘汰了。當(dāng)前觀察位置的手段主要包括差異GPS(DGPS)、觀察方向的手段是指南針或姿態(tài)測(cè)量?jī)x等。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，可

8、以自動(dòng)處理實(shí)線實(shí)驗(yàn)測(cè)量中獲得的數(shù)據(jù)。2.記錄內(nèi)容各船舶可操作性實(shí)驗(yàn)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)觀察數(shù)據(jù)記錄、這些條件和數(shù)據(jù)包括：2，觀察和記錄，(1)在船舶數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)記錄船舶的第一、尾飲用水，計(jì)算船舶的平均飲水、排水量、船舶的縱向中心位置等，還應(yīng)記錄實(shí)驗(yàn)的地理位置、實(shí)驗(yàn)水域情況等。此外，船舶的螺旋槳、舵、側(cè)偏的特性和運(yùn)行情況，(2)環(huán)境數(shù)據(jù)環(huán)境條件記錄包括水深、海浪(波浪水平、海浪的周期和方向)、海流、能見度和其他天氣、水文情況，(2)觀測(cè)和記錄，(3)實(shí)驗(yàn)等，由實(shí)驗(yàn)中各記錄發(fā)出1.測(cè)試方法(1)保持船舶直線的恒定速度。(2)旋轉(zhuǎn)以前的船長(zhǎng)時(shí)，記錄初始線速度、航線角度、推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)速度等。3，旋轉(zhuǎn)

9、測(cè)試，1 .測(cè)試方法(3)下達(dá)命令，快速轉(zhuǎn)向指定的舵角，保持舵角。(4)隨著船舶的旋轉(zhuǎn)，以不超過20秒的間隔記錄軌跡、速度、橫向傾斜、螺旋槳旋轉(zhuǎn)數(shù)等數(shù)據(jù)。(5)在整個(gè)船舶旋轉(zhuǎn)中，可以保持各種控制，直到船舶旋轉(zhuǎn)360度以上，完成一次實(shí)驗(yàn)。3，旋轉(zhuǎn)測(cè)試，2。在旋轉(zhuǎn)回路和特征參數(shù)旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中，由船舶重心繪制的軌跡稱為旋轉(zhuǎn)回路。旋轉(zhuǎn)回路是船舶旋轉(zhuǎn)性能的重要指標(biāo)。旋轉(zhuǎn)回路越小，旋轉(zhuǎn)性能越好，3，旋轉(zhuǎn)測(cè)試(Turning Test)，Z形操作實(shí)驗(yàn)是評(píng)價(jià)船舶偏轉(zhuǎn)抑制性能的實(shí)驗(yàn)，通過Z形操作實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得到可操作性金志洙K，T。1.實(shí)驗(yàn)方法以10/10(分子表示操舵角度，分母表示相反操舵時(shí)的航行角度)Z形操作

10、實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)述如下(1)保持船舶直線恒定的速度。出發(fā)前記錄初始線速度、航線角度、推進(jìn)器速度等。(2)發(fā)出命令，將右鍵快速轉(zhuǎn)動(dòng)到指定的舵角(10)，其舵角，4，Z形操縱實(shí)驗(yàn)，1。發(fā)出測(cè)試方法(3)命令，將右舵快速轉(zhuǎn)向指定的舵裝置(4)，船舶開始右轉(zhuǎn)，船舶航向的變化量等于操縱的舵角時(shí)，迅速將左舵轉(zhuǎn)向指定的舵角(10)并保持其擊球角度。(5)船舶左側(cè)航路變化量等于操縱的左側(cè)擊球角度時(shí)，迅速將右側(cè)擊球轉(zhuǎn)向指定擊球角度(10或20)，并保持該擊球角度。(6)這樣反復(fù)，舵手達(dá)到5次，就可以完成一次實(shí)驗(yàn)。4，Z形操縱實(shí)驗(yàn)(Zig-Zag Tests)，2。特征參數(shù)Z形操縱實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以如下圖所示?？v坐

11、標(biāo)是導(dǎo)航角度或關(guān)鍵角度，橫坐標(biāo)是時(shí)間。圖中直接提供了以下特征參數(shù)：4，Z形操縱實(shí)驗(yàn)(Zig-Zag Tests)，2?？梢钥闯?，特征參數(shù)(1)航行超越角(Overshoot Angle)航行超越角(Overshoot Angle)航行方向舵航路超越角是在航路變化量方面對(duì)船舶轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量。超越角度越大，船舶的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性就越大。一般使用第一超越角度和第二超越角度作為測(cè)量船舶慣性的參數(shù)。(2)航行超越時(shí)間(Overshoot Time)航行超越時(shí)間是從逆推時(shí)間到船東開始轉(zhuǎn)向舵的時(shí)間間隔。航道超越時(shí)間是對(duì)時(shí)間方面船舶轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的一種測(cè)量。超越時(shí)間越長(zhǎng)，船舶的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性就越大。一般使用第一超越時(shí)間和第二超越

12、時(shí)間作為測(cè)量船舶慣性的參數(shù)。4，Z形操作實(shí)驗(yàn)，由于船舶在海上不斷碰撞的干擾作用，不能直接用實(shí)驗(yàn)測(cè)量船舶的航行方向穩(wěn)定性和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，必須使用間接的實(shí)驗(yàn)方法、螺旋實(shí)驗(yàn)，這是狄德在20世紀(jì)40年代提出的。目的評(píng)價(jià)船舶的航路穩(wěn)定性和旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。1.試驗(yàn)方法(1)保持船舶直線航向速度，并在舵開始前記錄初始線速度、航線角度、推進(jìn)器轉(zhuǎn)動(dòng)速度等。(2)下達(dá)命令，迅速轉(zhuǎn)向一個(gè)縣指定的擊球角度，保持擊球角度，使船舶旋轉(zhuǎn)。5，螺旋實(shí)驗(yàn)，(3)當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度達(dá)到正常值時(shí)，記錄相應(yīng)的角速度R和關(guān)鍵角。(4)將舵角更改為指定的角度，反復(fù)測(cè)量角速度R和舵角。例如，以15個(gè)舵角為例，舵角為右15右10右5右3右10左3左

13、3左3左3左5左10左5左3左10左3右5右10右10右15，舵角更改1周，回到起始值，結(jié)束，5，螺旋實(shí)驗(yàn)，特征參數(shù)鍵角相當(dāng)于一種干涉，當(dāng)干涉逐漸減少或消失時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以使用正常旋轉(zhuǎn)角速度作為鍵角的函數(shù)來獲得圖1和圖2中的圖形。5，螺旋實(shí)驗(yàn)，圖1中的R與單值關(guān)系，船舶具有航路穩(wěn)定性。圖2中的R沒有單值關(guān)系。舵角在A，B之間時(shí)，角速度大約在C，D之間，R和關(guān)系構(gòu)成了循環(huán)(通常稱為螺旋實(shí)驗(yàn)的延遲環(huán))。5，螺旋實(shí)驗(yàn)，尾環(huán)范圍內(nèi)，舵角從右舵更改為0，則船舶仍然向右旋轉(zhuǎn)，以C點(diǎn)的值，而不是0牙齒的速度。當(dāng)擊球角度變?yōu)樽髶羟驎r(shí)，只要有A，船舶仍有向右轉(zhuǎn)彎的角速度。這就是常說的反潮現(xiàn)象。到了a，船只突然開始向左轉(zhuǎn)向，然后進(jìn)入正常的向左舵，向左轉(zhuǎn)彎。(阿爾伯特愛因斯坦，Northern Exposure(美國(guó)電視電視劇)，相反，當(dāng)船只從左向右變化時(shí)，又重復(fù)上述過程。后排的寬度和高度是衡量船舶運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的標(biāo)志，后排外的船舶運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)