《船舶的旋回性能》PPT課件.ppt

1、第一章 船舶操縱性能,第二節(jié) 船舶的旋回性能,用小舵角保向,用常用舵角改向,大舵角緊急旋回,就保向和旋回而言,船舶旋回是最基本的最重要操作性能，通常在衡量船舶旋回性好壞時，常采用滿舵時旋回初經(jīng)DT與船長L之比，即DT/L（相對旋回初經(jīng)來衡量）。 船舶的旋回運動的過程中DT/L小，說明船舶旋回性能好。（實際上僅僅是旋回的一方面）,一、旋回運動的三個階段,（1）第一階段（轉(zhuǎn)舵階段） 開始操舵起,到舵轉(zhuǎn)至規(guī)定的舵角止（一般約需815S） 為轉(zhuǎn)舵階段，由于慣性作用，船幾乎保持直航。,當(dāng)船舶以穩(wěn)定的航速，直線航進(jìn)時，操某一舵角，并保持不變，船舶就作旋回運動。根據(jù)船舶在用舵后，旋回過程中受力情況及運動狀況

2、的不同，可將旋回運動分為三個階段：,FW,VS,M,G,PNY,PN ,PN,PN ,轉(zhuǎn)舵后，產(chǎn)生舵力，同時構(gòu)成舵力轉(zhuǎn)船力矩（M）。在M的作用下船首有向轉(zhuǎn)舵 一側(cè)回轉(zhuǎn)的趨勢。 由于舵壓力PN的正橫向分量PNY作用，使船向操舵相反一側(cè)橫移（反移量）。 因舵壓力PN的位置比重心高度低，構(gòu)成一個橫傾力矩，使船出現(xiàn)向轉(zhuǎn)舵一側(cè)橫傾（內(nèi)傾）； 因PN的縱向分量PNX增加船舶阻力，使航速VS下降。 此時旋回角速度較小，而旋回角加速度很大。,PNX,（2）第二階段（過渡階段） 由于操舵后，船向反側(cè)橫移，船舶改變了運動方向，形成了漂角，水動力FW方向轉(zhuǎn)為船首外舷，其作用點在重心G之前。對船體產(chǎn)生M，M與M相同，

3、形成加速回轉(zhuǎn)。 由于旋回角速度的增加，產(chǎn)生不斷增大的水阻力的阻尼力矩Ma和Mf，使旋回角速度的下降，限制其增加。 特征：A船速明顯下降，原因為船舶斜航時水動力FW的縱向分力FWX作用； B、向操舵?zhèn)日驒M移； C、向操舵相反一側(cè)橫傾（外傾）； D、角加速度下降，角速度快速增大。,FW,X,VW,M,Rf,f,FWY,PN,外傾,M,G,Ra,a,M,M,（3）第三階段： （定常旋回階段 ）,當(dāng)船首轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)過一定角度，船舶旋回角速度趨于穩(wěn)定時進(jìn)入定常旋回。,該階段的主要特征：船速降到最低，并穩(wěn)定。旋回角速度為常數(shù)，旋回角加速度為零。船舶保持外傾，轉(zhuǎn)心位置也穩(wěn)定。,二、旋回圈及其要素,1.定義：定

4、速直航中（一般為全速）的船舶操一舵角，（一般為滿舵），并保持該舵角，船舶作旋回運動，其重心所描繪的軌跡叫旋回圈。,1,3,2,6,4,5,7,2、旋回圈的要素,（1）反移量LK（偏距） 定義：在旋回的初始階段，船舶重心從原航向向操舵相反 一側(cè)橫移的距離，稱為反移量kick。 大?。涸跐M舵旋回時，當(dāng)船首回旋達(dá)到一個羅經(jīng)點11。25度 （反移量 最大1%L）（G點的最大值） 尾偏出首偏出，船尾的反移量遠(yuǎn)比重心G處的反移量大，最大值約為(1/101/5)L （VS快、大，LK大） LK與VS、操舵速度、載重狀況、船型等有關(guān)。 船尾反移量：船尾向操舵相反一側(cè)偏。,（2）旋回初徑DT （Tactical

5、 diameter） 是指自初始航向改變1800時,船舶重心所移動的橫向距離。 DT/L相對旋回初徑，表示船舶旋回性能的好壞。 * DT5L （3）進(jìn)距：Ad (advance) 又稱縱距 定義：進(jìn)距是指發(fā)令（操舵）開始至船舶航向轉(zhuǎn)過某 一角度,如改變90時，船舶重心與原船舶重心間的縱向距離。 Ad max：初始航向改變90稍后（90+）的進(jìn)距為最大進(jìn)距，它約為旋回初徑的0.61.2倍。,（4）橫距Tr (Transfer) （正移量） 定義：橫距是指發(fā)令位置（始操船）船首航向轉(zhuǎn)過任一角度，船舶重心所移動的橫向距離（一般資料給出的為首轉(zhuǎn)過90的橫距。），約為旋回初徑的一半 。 （5）定常旋回直

6、徑：D（final diameter） 船舶作定常旋回運動時，重心軌跡的直徑，約為0.9-1.2 DT （6）滯距:Re (reach) 也稱心距 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稱為滯距。,（7）飄角： （drift angle） 船舶旋回時，船舶首尾線與首尾線上任何一點的旋回切線速度t方向之間夾角，稱為該點的漂角，一般指重心G處漂角G。滿舵旋回時，定常階段的漂角G 在315。 *船舶首尾線不同點處，值不同，船尾處角最大。 *漂角越大，回轉(zhuǎn)性好，旋回直徑D小， 大型油輪旋回性能好，就因大. 淺水中旋回性比深水中差; 漂角較深水中小,船舶首尾線不同點處，值不同，船尾處角最大。

7、,Vt,Vt,O,(8)轉(zhuǎn)心：（pivoting point）,船舶轉(zhuǎn)舵后繞旋回 曲率中心O的旋回運動，可看成是兩 個方面運動的合成，一是船舶以切線速度Vt前進(jìn)，另一則是繞自身某一點為中心作自轉(zhuǎn)，該點即轉(zhuǎn)心P。,Vt,Vt,O,Vt,R,G,P,從旋回曲率中心作首尾線的垂線，其垂足點即為轉(zhuǎn)心P。, P點的Vt與首尾線一致，P點處漂角=0（橫移速度=0） 開始操舵時, P點在G之前的1/10 L，隨著旋回加快，P點前移， 首向內(nèi)偏尾向外偏。 船舶后退時回轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)心P位于重心G之后，大約與前進(jìn)中回轉(zhuǎn)時的P位相對稱,在尾柱前約 （1/31/5）L處。 （9）旋回中船速： （降速） 降速原因：,斜航，、

8、阻力 ,舵力縱向分量增大,推進(jìn)效率下降,直觀理解: DT/L小， 旋回初徑DT小、旋回性能好， 降速越明顯，速降系數(shù)越小。 肥大型船 DT/L小，降速；*淺水 ，DT/L大 降速小 就旋回過程：開始小，降速，定常旋回時降速最大。 實船試驗結(jié)果表明：旋回性能好的船DT/L=3，降速達(dá)40%50%,(11)旋回中的橫傾： 操一后:先內(nèi)傾后外傾。由內(nèi)傾外傾，加上搖擺慣性角，在此過程中產(chǎn)生最大橫傾角m； 定常旋回時，定常外傾角穩(wěn)定在c;,(10) 旋回時間： 旋回360所需的時間，它與船舶排水量和船速有關(guān)。萬噸船約為6分鐘，而超大型船舶旋回時間幾乎要增加一倍。,向右旋回,定常旋回時定常外傾角計算公式：

9、,式中 ：GM 初穩(wěn)性高度（m ） GB 重心距浮心間距 （ m ） Vt 定常旋回時切線速度 （m/s） R 定常旋回半徑（ m） g重力加速度 (m/s2) c的大小與船舶定常旋回切線速度（Vt），角速度（r），重心浮心間距GB成正比,與重力加速度和GM成反比。 船的旋回直經(jīng)越小，初穩(wěn)性高度越低，航速越快，外傾角就越大。最大外傾角m的大小除與影響定常外傾角的因素有關(guān)外，還與操舵速度有關(guān)。操舵速度快，m則大。瞬時最大外傾角m約為定常外傾角c的12倍。,3、影響旋回圈大小的因素 操船方面的因素： 1）舵角：大 DT小 、 15時，旋回初徑DT的幅度減??； 2）操舵時間：越短，進(jìn)距越小,3）船速

10、：Vs，旋回時間縮短：船速對旋回圈大小影響很小，但對旋回時間影響明顯。,減速旋回(進(jìn)三停車),加速旋回（停車進(jìn)三）,正常旋回 進(jìn)三,船舶水線下船型因素 ： （4）方型系數(shù) Cb ： （型排水體積 / L.B.h ） Cb小的瘦削比Cb肥大型的旋回性差（旋回圈大）； （Cb小的船，在旋回時追隨其旋回的水量多，慣性矩大，阻尼大，旋回性差。）,（5）水線以下船體側(cè)面積：,旋回時阻尼力矩小 旋回圈小,相反，船尾較純大或船首較瘦削的船舶，其旋回圈則較大。,(6) 舵面積比： AR/Ld（一般貨船為1/601/45）比值大，舵力大，旋回性能好。 （有一定的最佳值）如太大，旋回圈會有所增大。 (7) 船舶吃

11、水: 吃水增加，舵面積比減小，船繞重心的轉(zhuǎn)動慣量增加，初始旋回慢； 吃水增加，進(jìn)距Ad加大，橫距、旋回初徑增加；但反移量減小。 吃水減少呢？,（8）吃水差: 重心前移（力臂增加）MR 增加 首傾增加旋回圈變小 Fn前移，MF 增加 *首傾增加1%L 旋回初徑DT 減小10% 尾傾增加1%L 旋回初徑DT 增大10% 同樣船，空船DT滿載DT （但相差不大）,（9） 橫傾： 橫傾狀態(tài)對旋回圈大小影響呈較為復(fù)雜的變化; 與橫傾角，船速等有關(guān)，影響也不同; 橫傾（list）對旋回圈大小總的影響不大。 低速Vs 低，在阻力推力轉(zhuǎn)矩作用下, 向低舷側(cè)旋回時旋回初徑??； 高速Vs高 ,在首波鋒壓力轉(zhuǎn)矩作用

12、下, 向高舷側(cè)旋回時旋回初徑小 首波鋒壓力轉(zhuǎn)矩：因橫傾，航進(jìn)中艏會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，船首兩側(cè)產(chǎn)生的波峰不同，船首兩側(cè)構(gòu)成了壓力差，產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩。,（10）淺水 ： 當(dāng)水深與吃水之比，小于一定值（H/d2）時， 旋回圈就明顯增大。 虛質(zhì)量增加，興波增加 Vs船體下沉 （11）船體污底和風(fēng)流影響 ： 污底嚴(yán)重（總體上很?。?，摩擦阻力大，旋回圈大； 風(fēng)、流致漂移作用。 順風(fēng)（流）旋回時旋回圈大； 頂風(fēng)（流）旋回時旋回圈小。,淺水效應(yīng),三、旋回圈要素的應(yīng)用,1、反移量的應(yīng)用： 人落水 停車并向落水者一舷操舵（避開）； 緊急避讓或避開船艏障礙物； 駛離碼頭或靠船，應(yīng)避免用快速、滿舵； 船舶過彎頭時，應(yīng)保持足夠的橫距， 防止尾部掃到碼頭或停泊的船舶。,2、