减摇装置和船型对耐波性的影响船舶运动学教学

第五章减摇装置和船型对耐波性的影响,第一节横摇减摇装置,横摇减摇装置,一、减摇装置概述,1。减摇装置：由于横摇阻尼较小，导致了横摇过大，必须设置减摇装置改善横摇性能。,2。分类：a.从本身是否具有动力可分为主动和被动式。,b.从结构形式可以分为：舭龙骨、减摇鳍和减摇水舱。减摇水舱可分为主动式、被动式和被动可控式。,BilgeKeels,FinStabilizer,横摇减摇装置,一、减摇装置概述,3。各类减摇装置的放大因数示意图,结论：从图中可知，减摇鳍的效果最好，被动可控式水舱也较为满意。,横摇减摇装置,一、减摇装置概述,4。减摇效果采用的减摇百分比的表达法。,a.共振时的减摇效果K0：,b.减摇比K：,c.减摇百分数K1：,无减摇装置共振横摇角,有减摇装置共振横摇角,无减摇装置三一横摇幅值,有减摇装置三一横摇幅值,横摇减摇装置,二、舭龙骨,1。基本概念：由流体动力的作用产生稳定力矩的减摇装置，是位于舭部占船长的1/2到1/4左右，宽度为0.3到1.2米的钢板，垂直与船体固结。,横摇减摇装置,二、舭龙骨,2。舭龙骨的作用机理,舭龙骨的主要作用是增加漩涡阻尼减缓横摇。阻尼分为2部分：一是由正背面压力差形成的龙骨板阻尼，二是由它的存在产生了增压区和减压区，改变了船体表面的压力分布。,横摇减摇装置,二、舭龙骨,3。定性分析舭龙骨的减摇效果,a.舭龙骨尺度对减摇效果的影响,宽度与消灭系数的关系,长度与消灭系数的关系,横摇减摇装置,二、舭龙骨,3。定性分析舭龙骨的减摇效果,b.舭龙骨位置对减摇效果的影响,设置在舭部距离横摇中心最远的部位，尽量产生最大的稳定力矩。为了防止靠码头和搁浅时舭龙骨部损坏，不能超出中站面的方框线之外。,横摇减摇装置,二、舭龙骨,3。定性分析舭龙骨的减摇效果,c.船速对减摇效果的影响,试验表明：随着船速的增加船体本身的阻尼随之增加，但是与没用舭龙骨的阻尼之差是常数，即舭龙骨的绝对效果与船速无关。,横摇减摇装置,三、被动式减摇水舱,1。减摇水舱的分类,U型减摇水舱,开式减摇水舱,自由液面减摇水舱,横摇减摇装置,三、被动式减摇水舱,2。水舱设计的基本思想,双共振的设计原则：,波浪周期,船舶固有横摇周期,水振荡周期,水舱内水产生的力矩刚好与波浪的扰动力矩相抵消,横摇减摇装置,三、被动式减摇水舱,3。水舱的周期,U型水舱，周期近似表达式如下：,边水舱断面积,联通水道断面积,横摇减摇装置,三、被动式减摇水舱,4。水舱阻尼,如图所示：水舱阻尼的大小直接影响放大因数曲线的形状。阻尼小虽然共振时有较高的的减摇效果，但在共振区外的横摇值增加较多。阻尼增加放大因数曲线趋于平坦，峰值下降。,被动式水舱,横摇减摇装置,三、被动式减摇水舱,5。减摇水舱的相当波倾量,减摇水舱的作用相当于减小波倾角。计算公式：,满足条件：,（1）水舱高度不小于水深的1.7倍。,（2）自由液面的稳性损失要限制在使初稳性高度减小2.5%之内。,（3）水舱重量占排水量1%到2%之间。,（4）航行时水量留有余地来调整水舱周期。,横摇减摇装置,三、被动式减摇水舱,6。减摇水舱的设计步骤（多次组合、反复修正）,（1）首先估算设计工况的横摇固有周期。,（2）选择水舱的相当波倾量，一般2到3之间。,（3）选择水舱尺度时，考虑水舱周期和相当波倾量。,（4）校核：水舱周期、相当波倾量、自由液面对稳性的影响以及水舱占排水量的比例。,横摇减摇装置,四、减摇鳍（主动式减摇装置）,1。减摇鳍的构造,机翼型的鳍、转鳍传动机构、控制系统,横摇减摇装置,四、减摇鳍（主动式减摇装置）,1。减摇鳍的工作原理,横摇运动时，鳍在自动控制系统操纵下随船横摇规律改变鳍角，产生周期性的稳定力矩来抵抗海浪干扰力矩。,横摇减摇装置,四、减摇鳍（主动式减摇装置）,2。减摇鳍的位置与干扰,a.鳍最理想的位置在船中的舭部，产生最大的稳定力矩。可避免产生回转力矩偏航。,b.大船有多个鳍，有干扰问题，前面的鳍会破坏流线影响后面的，安装时控制2个鳍中心线间的距离。鳍与舭龙骨也有干扰问题，两者距离一定要大些，同一水平线的要将鳍的前端和后端的舭龙骨削去一段。,横摇减摇装置,四、减摇鳍（主动式减摇装置）,3。减摇鳍的相当波倾量,一般船舶相当波倾量在5左右可以抵消波倾对船的扰动。同时由于控制系统敏感度和随机因素影响，总要保持一定的剩余横摇幅值的。通常剩余横摇幅值在3之内。,第五章减摇装置和船型对耐波性的影响,第二节船型对耐波性的影响,船型对耐波性的影响,从耐波性角度来选择船型是一个非常复杂的问题。由于纵摇、垂荡、首垂向速度、甲板上浪、砰击、失速对主尺度和船型要素的要求是不同的或者相互矛盾的。,耐波性要求选型条件,可靠的海浪资料和预报耐波性能的方法,有统一的耐波性衡准指标,船型对耐波性的影响,一、主尺度和系数对耐波性的影响,1。主尺度和有关要素对船在迎浪中纵摇垂荡影响,浪级不变，增大方形系数、吃水、纵向质量惯性半径，对于减小纵摇和垂荡不利。而增大长度、水线面系数、船宽却有利。,2。主尺度和要素对运动及波浪中马力增加的影响,方形系数和纵向质量惯性半径的变化对运动和失速有一致性影响，而其它因素的影响是相矛盾的。增加船长对运动有利，使失速加大；而增加吃水使失速减少，对运动不利。,船型对耐波性的影响,二、船首部横剖面形状对运动和失速的影响,一般认为：U型剖面在静水中阻力较低，V型剖面在波浪中的运动性能较好。,剖面形状对垂荡影响的试验结果,船型对耐波性的影响,二、船首部横剖面形状对运动和失速的影响,一般认为：U型剖面在静水中阻力较低，V型剖面在波浪中的运动性能较好。,剖面形状对纵摇影响的试验结果,船型对耐波性的影响,二、船首部横剖面形状对运动和失速的影响,一般认为：U型剖面在静水中阻力较低，V型剖面在波浪中的运动性能较好。,剖面形状对推力影响的试验结果,总结：大型货船和油船采用U型剖面，而小型渔船多采用V型剖面。,船型对耐波性的影响,三、球鼻首对船舶耐波性的影响,静水中有球鼻首的船具有最佳阻力。但在波浪中它的运动性能试验如下：,有无球鼻首对纵摇的影响：,有球鼻首的船纵摇运动较小，比无球鼻首的船纵摇约小0.2到0.4度。,船型对耐波性的影响,三、球鼻首对船舶耐波性的影响,静水中有球鼻首的船具有最佳阻力。但在波浪中它的运动性能试验如下：,有无球鼻首对垂荡的影响：,有球鼻首的船垂荡运动较大