《船舶的旋回性能》PPT课件.ppt

第一章船舶操纵性能 第二节船舶的旋回性能 用小舵角保向 用常用舵角改向 大舵角紧急旋回 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坏时 常采用满舵时旋回初经DT与船长L之比 即DT L 相对旋回初经来衡量 船舶的旋回运动的过程中DT L小 说明船舶旋回性能好 实际上仅仅是旋回的一方面 一 旋回运动的三个阶段 1 第一阶段 转舵阶段 开始操舵起 到舵转至规定的舵角止 一般约需8 15S 为转舵阶段 由于惯性作用 船几乎保持直航 当船舶以稳定的航速 直线航进时 操某一舵角 并保持不变 船舶就作旋回运动 根据船舶在用舵后 旋回过程中受力情况及运动状况的不同 可将旋回运动分为三个阶段 FW VS M G PNY PN PN PN 转舵后 产生舵力 同时构成舵力转船力矩 M 在M 的作用下船首有向转舵一侧回转的趋势 由于舵压力PN的正横向分量PNY作用 使船向操舵相反一侧横移 反移量 因舵压力PN的位置比重心高度低 构成一个横倾力矩 使船出现向转舵一侧横倾 内倾 因PN的纵向分量PNX增加船舶阻力 使航速VS下降 此时旋回角速度较小 而旋回角加速度很大 PNX 2 第二阶段 过渡阶段 由于操舵后 船向反侧横移 船舶改变了运动方向 形成了漂角 水动力FW方向转为船首外舷 其作用点在重心G之前 对船体产生M M 与M 相同 形成加速回转 由于旋回角速度的增加 产生不断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 船速明显下降 原因为船舶斜航时水动力FW的纵向分力FWX作用 B 向操舵侧正向横移 C 向操舵相反一侧横倾 外倾 D 角加速度下降 角速度快速增大 FW X VW M Rf f FWY PN 外倾 M G Ra a M M 3 第三阶段 定常旋回阶段 当船首转向角 转过一定角度 船舶旋回角速度趋于稳定时进入定常旋回 该阶段的主要特征 船速降到最低 并稳定 旋回角速度为常数 旋回角加速度为零 船舶保持外倾 转心位置也稳定 二 旋回圈及其要素 1 定义 定速直航中 一般为全速 的船舶操一舵角 一般为满舵 并保持该舵角 船舶作旋回运动 其重心所描绘的轨迹叫旋回圈 1 3 2 6 4 5 7 2 旋回圈的要素 1 反移量LK 偏距 定义 在旋回的初始阶段 船舶重心从原航向向操舵相反一侧横移的距离 称为反移量kick 大小 在满舵旋回时 当船首回旋达到一个罗经点11 25度 反移量 最大 1 L G点的最大值 尾偏出 首偏出 船尾的反移量远比重心G处的反移量大 最大值约为 1 10 1 5 L VS快 大 LK大 LK与VS 操舵速度 载重状况 船型等有关 船尾反移量 船尾向操舵相反一侧偏 2 旋回初径DT Tacticaldiameter 是指自初始航向改变1800时 船舶重心所移动的横向距离 DT L相对旋回初径 表示船舶旋回性能的好坏 DT 5L 3 进距 Ad advance 又称纵距定义 进距是指发令 操舵 开始至船舶航向转过某一角度 如改变90 时 船舶重心与原船舶重心间的纵向距离 Admax 初始航向改变90 稍后 90 的进距为最大进距 它约为旋回初径的0 6 1 2倍 4 横距Tr Transfer 正移量 定义 横距是指发令位置 始操船 船首航向转过任一角度 船舶重心所移动的横向距离 一般资料给出的为首转过90 的横距 约为旋回初径的一半 5 定常旋回直径 D finaldiameter 船舶作定常旋回运动时 重心轨迹的直径 约为0 9 1 2DT 6 滞距 Re reach 也称心距从发令位置起 船舶重心至定常旋回曲率中心的纵向距离称为滞距 7 飘角 driftangle 船舶旋回时 船舶首尾线与首尾线上任何一点的旋回切线速度 t方向之间夹角 称为该点的漂角 一般指重心G处漂角 G 满舵旋回时 定常阶段的漂角 G在3 15 船舶首尾线不同点处 值不同 船尾处 角最大 漂角越大 回转性好 旋回直径D小 大型油轮旋回性能好 就因 大 浅水中旋回性比深水中差 漂角较深水中小 船舶首尾线不同点处 值不同 船尾处 角最大 Vt Vt O 8 转心 pivotingpoint 船舶转舵后绕旋回曲率中心O的旋回运动 可看成是两个方面运动的合成 一是船舶以切线速度Vt前进 另一则是绕自身某一点为中心作自转 该点即转心P Vt Vt O Vt R G P 从旋回曲率中心作首尾线的垂线 其垂足点即为转心P P点的Vt 与首尾线一致 P点处漂角 0 横移速度 0 开始操舵时 P点在G之前的1 10L 随着旋回加快 P点前移 首向内偏 尾向外偏 船舶后退时回转 转心P位于重心G之后 大约与前进中回转时的P位相对称 在尾柱前约 1 3 1 5 L处 9 旋回中船速 降速 降速原因 斜航 阻力 舵力纵向分量增大 推进效率下降 直观理解 DT L小 旋回初径DT小 旋回性能好 降速越明显 速降系数越小 肥大型船DT L小 降速 浅水 DT L大降速小就旋回过程 开始小 降速 定常旋回时降速最大 实船试验结果表明 旋回性能好的船DT L 3 降速达40 50 11 旋回中的横倾 操一 后 先内倾后外倾 由内倾 外倾 加上摇摆惯性角 在此过程中产生最大横倾角 m 定常旋回时 定常外倾角稳定在 c 10 旋回时间 旋回360 所需的时间 它与船舶排水量和船速有关 万吨船约为6分钟 而超大型船舶旋回时间几乎要增加一倍 向右旋回 定常旋回时定常外倾角计算公式 式中 GM 初稳性高度 m GB 重心距浮心间距 m Vt 定常旋回时切线速度 m s R 定常旋回半径 m g 重力加速度 m s2 c的大小与船舶定常旋回切线速度 Vt 角速度 r 重心浮心间距GB成正比 与重力加速度和GM成反比 船的旋回直经越小 初稳性高度越低 航速越快 外倾角就越大 最大外倾角 m的大小除与影响定常外倾角的因素有关外 还与操舵速度有关 操舵速度快 m则大 瞬时最大外倾角 m约为定常外倾角 c的1 2倍 3 影响旋回圈大小的因素操船方面的因素 1 舵角 大DT小 15 时 旋回初径DT的幅度减小 2 操舵时间 越短 进距越小 3 船速 Vs 旋回时间缩短 船速对旋回圈大小影响很小 但对旋回时间影响明显 减速旋回 进三 停车 加速旋回 停车 进三 正常旋回进三 船舶水线下船型因素 4 方型系数Cb 型排水体积 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 在旋回时追随其旋回的水量多 惯性矩大 阻尼大 旋回性差 5 水线以下船体侧面积 旋回时阻尼力矩小旋回圈小 相反 船尾较纯大或船首较瘦削的船舶 其旋回圈则较大 6 舵面积比 AR Ld 一般货船为1 60 1 45 比值大 舵力大 旋回性能好 有一定的最佳值 如太大 旋回圈会有所增大 7 船舶吃水 吃水增加 舵面积比减小 船绕重心的转动惯量增加 初始旋回慢 吃水增加 进距Ad加大 横距 旋回初径增加 但反移量减小 吃水减少呢 8 吃水差 重心前移 力臂增加 MR增加首倾增加旋回圈变小Fn前移 MF增加 首倾增加1 L旋回初径DT减小10 尾倾增加1 L旋回初径DT增大10 同样船 空船DT 满载DT 但相差不大 9 横倾 横倾状态对旋回圈大小影响呈较为复杂的变化 与横倾角 船速等有关 影响也不同 横倾 list 对旋回圈大小总的影响不大 低速Vs低 在阻力推力转矩作用下 向低舷侧旋回时旋回初径小 高速Vs高 在首波锋压力转矩作用下 向高舷侧旋回时旋回初径小首波锋压力转矩 因横倾 航进中艏会产生偏转 船首两侧产生的波峰不同 船首两侧构成了压力差 产生转船力矩 10 浅水 当水深与吃水之比 小于一定值 H d 2 时 旋回圈就明显增大 虚质量增加 兴波增加Vs 船体下沉 11 船体污底和风流影响 污底严重 总体上很小 摩擦阻力大 旋回圈大 风 流致漂移作用 顺风 流 旋回时 旋回圈大 顶风 流 旋回时 旋回圈小 浅水效应 三 旋回圈要素的应用 1 反移量的应用 人落水停车并向落水者一舷操舵 避开 紧急避让或避开船艏障碍物 驶离码头或靠船 应避免用快速 满舵 船舶过弯头时 应保持足够的横距 防止尾部扫到码头或停泊的船舶 2 其他要素的