船舶操纵第一PPT课件

1、第一节 船舶的旋回性能转心的特点:P点处的线速度方向与首尾线一致，故该点的漂角为零；同时由于船舶绕该点的竖轴作自转，故该点的横移速度为零。一般商船在定常旋回时，转心P约在船首柱后1/31/5船长处，漂角越大的船，转心距首柱越近。而后退中旋回的船舶，其转心位于重心之后，约与前进旋回时的转心位置几乎对称。 第1页/共33页第一节 船舶的旋回性能 2.漂角：船舶旋回时，：船舶旋回时，船舶首尾线船舶首尾线与首尾线上某一点的旋回圈的与首尾线上某一点的旋回圈的切切线速度方向线速度方向之间的夹角，称为该点的漂角。一般所说的漂角是指之间的夹角，称为该点的漂角。一般所说的漂角是指重重心处的漂角心处的漂角 （如下

2、图）。（如下图）。第2页/共33页第一节 船舶的旋回性能漂角的特点：船舶首尾线不同点处的漂角值各不相等，船尾处的漂角最大。随着回转的加剧，重心处的漂角由小到大，最后在定常旋回阶段趋于稳定。 旋回中船舶所具有的漂角与舵角有关，一般船舶不同舵角时重心处的漂角在定常旋回阶段约在315 之间。漂角越大,其旋回性越好,旋回直径也越小.大型油轮较一般货船的回转性好 浅水中船舶的回转性较深水中差，故漂角也较深水中小 第3页/共33页第一节 船舶的旋回性能一、船舶旋回的运动过程:根据船舶在旋回运动过程中的受力特点及运动状态的不同，可将船舶的旋回运动分为三个阶段 n 第一阶段转舵阶段(船舶从开始转舵起至转至规定

3、舵角止（一般约815s），称为转舵阶段或初始旋回阶段。) 第4页/共33页第一节 船舶的旋回性能特点：特点：产生一定的漂角斜航；产生一定的漂角斜航；船尾出现明显外移；船尾出现明显外移；转心转心P P在船首附近，亦可能在在船首附近，亦可能在首尾延长线上；首尾延长线上；降速不明显；降速不明显；出现少量的向操舵一舷的内倾。出现少量的向操舵一舷的内倾。第5页/共33页第一节 船舶的旋回性能n第二阶段过渡阶段 随着船舶横移速度与漂角的增大，船舶的运动矢量将逐渐偏离首尾面而向外转动，越来越明显的斜航运动将使船舶的旋回运动进入加速旋回阶段。第6页/共33页第一节 船舶的旋回性能该阶段特点：该阶段特点： 船舶

4、的旋回角速度、横移速度和漂角均逐步增大。 转心由船首方向逐渐后移； 角加速度渐次降低，并逐渐向定常旋回阶段过渡； 降速明显（斜航阻力增加）； 船舶由内倾变为外倾逐渐增大；。第7页/共33页第一节 船舶的旋回性能n第三阶段第三阶段定常旋回阶段定常旋回阶段 当漂角增加到一定值时，作用于船体所受合力矩为零，进入定常旋回运动。空船约在转首60左右，满载约在100120左右进入定常旋回阶段。特点：特点：船舶旋回角加速度为零，转头船舶旋回角加速度为零，转头角速度达到最大并稳定于该值；角速度达到最大并稳定于该值；漂角趋于稳定并保持定值；漂角趋于稳定并保持定值；转心转心P P逐渐稳定；逐渐稳定；稳定于某一定常

5、外倾角；稳定于某一定常外倾角；横移速度、线速度固定不变。横移速度、线速度固定不变。第8页/共33页第一节 船舶的旋回性能二、旋回圈及其要素第9页/共33页第一节 船舶的旋回性能n 1. 1.旋回初径 DT（tactical diameter） 指开始操舵到航向转过180重心所移动的横向距离。 DT在.之间n 2. 2.旋回直径 D（final diameter ) 指船舶作定常旋回运动时，重心轨迹的直径。 D = (0.91.2) DTn 3.进距Ad（advance） 进距是指开始操舵到航向转过任一角度时重心所移动的纵向距离。进距又称纵距，通常所说的进距是指航向转过90时的进距 Ad = (

6、0.61.2) DT 第10页/共33页第一节 船舶的旋回性能n4.横距Tr（transfer） 横距是指开始操舵到航向转过任一角度时船舶重心向操舵一侧移动的横向距离。通常所说的横距是指当航向转过90 时的横距。Tr 约为0.5 倍DTn5.滞矩 Re（reach） 又称心矩，指操舵开始重心至旋回曲率中心纵距,大约为1-2倍船长。n6.反移量（kick） 指操舵后，船舶重心从原航向向操舵相反一侧横移的距离。又称偏距，当航向转过一个罗经点时达最大。约为船长的1/100左右，而船尾可达船长的1/101/5。第11页/共33页第一节 船舶的旋回性能三、影响旋回性的因素三、影响旋回性的因素1.水线下的

7、船型因素n 方型系数：Cb越大，旋回性越好，旋回圈也越小；n 长宽比L/B：长宽比越大，旋回性越好。n 水线下侧面积：船首部分分布面积大有利于提高旋回性；n 舵面积比：该比值越大，舵力和舵力转船力矩越大，提高了旋回性。但是也有一个最佳的舵面积比值。n 车舵类型。第12页/共33页第一节 船舶的旋回性能 2.船舶的装载状态n 吃水：吃水较大的满载船进矩将有较大增长。旋回初径和横矩有某种程度的降低;n 吃水差：首倾每增加1%L，旋回初径 DT可减小10%左右；尾倾每增加1%L，旋回初径 DT则增加10%左右；空船与满载时的旋回圈大小相差不多n 横倾：船速高低时，横倾对旋回圈的影响均不相同。总的来说

8、，横倾对旋回圈影响不大。第13页/共33页第一节 船舶的旋回性能3、操船因素n 船速：船速越快，旋回时间大大缩短，而DT影响小；n 操舵时间：对船舶的进距影响较大，对横距和旋回初径影响不大；n 旋回方向：因为受螺旋桨横向力的影响，右旋单车船，向左旋回比向右旋回时的旋回初径要小一些。第14页/共33页第一节 船舶的旋回性能4.外界环境的影响浅水：旋回圈随着水深的变浅而逐渐增大。当水深与吃水之比小于2时，旋回圈将明显增大。污底和风流：污底越多摩擦阻力增加，旋回圈变大，但影响很小。顶风顶流将使纵矩减小。第15页/共33页第一节 船舶的旋回性能四、旋回圈要素的应用1.估算掉头所需的水域；2.估算最短避

9、让距离和避让时间；3.反移量在避让中的应用。第16页/共33页船舶操纵第17页/共33页第二节 航向稳定性与保向性一一. .航向稳定性的概念航向稳定性的概念n 航向稳定性航向稳定性 :指的是正舵直航中的船舶，受到外界指的是正舵直航中的船舶，受到外界干扰，偏离原航向，当干扰消失后，回复到原定常运干扰，偏离原航向，当干扰消失后，回复到原定常运动状态的能力。根据外界干扰消除后船舶运动状态的动状态的能力。根据外界干扰消除后船舶运动状态的不同可分为以下几种情况：不同可分为以下几种情况：n1. 1.动航向稳定性动航向稳定性 动航向稳定性指的是当外界干扰消除后，船舶在不动航向稳定性指的是当外界干扰消除后，船

10、舶在不用舵纠正的情况下，能尽快地用舵纠正的情况下，能尽快地稳定于新航向的性能稳定于新航向的性能。也即船舶直线稳定性。也即船舶直线稳定性。稳定于新航向较慢、惯性转头稳定于新航向较慢、惯性转头角较大的船，其动航向稳定性较差角较大的船，其动航向稳定性较差；稳定得较快、惯；稳定得较快、惯性转头角较小的船，其动航向稳定性较好；一直转头性转头角较小的船，其动航向稳定性较好；一直转头不停而偏转下去的船，则不具备动航向稳定性。不停而偏转下去的船，则不具备动航向稳定性。一般一般所说的船舶航向稳定性指的就是动航向稳定性。所说的船舶航向稳定性指的就是动航向稳定性。第18页/共33页n 2.静航向稳定性静航向稳定性

11、静航向稳定性静航向稳定性指的是船舶受外力作用稍微偏离原航向，指的是船舶受外力作用稍微偏离原航向，而重心仍沿原航线运动时而重心仍沿原航线运动时，船舶斜航漂角将如何变化的性，船舶斜航漂角将如何变化的性能。能。n 3.位置稳定性位置稳定性 如果船舶最终能够恢复到原航迹线的延长线上作直线如果船舶最终能够恢复到原航迹线的延长线上作直线运动，则称为位置稳定。普通船舶不可能具有静航向稳定运动，则称为位置稳定。普通船舶不可能具有静航向稳定性，更不可能具有位置稳定性。性，更不可能具有位置稳定性。第19页/共33页第二节 航向稳定性与保向性第20页/共33页第二节 航向稳定性与保向性二二. .航向稳定性的判别航向

12、稳定性的判别1. 1.经验判断经验判断: :A:A:方形系数较低方形系数较低, ,长宽比较高的船舶具有较好的稳定性；长宽比较高的船舶具有较好的稳定性；B:B:船首侧面积较大的船舶船首侧面积较大的船舶, ,稳定性较差稳定性较差; ;而船尾侧面积的较大船舶航向稳定而船尾侧面积的较大船舶航向稳定性较好；性较好；C: C:空载或压载比满载航向稳定性好。空载或压载比满载航向稳定性好。 方形系数是水线下的型排水体积与由该水线对应的船长、船宽和吃方形系数是水线下的型排水体积与由该水线对应的船长、船宽和吃水的乘积所表示的的长方体体积的比值。如果不考虑海水与淡水水的乘积所表示的的长方体体积的比值。如果不考虑海水

13、与淡水的密度差别，方形系数就是排水量的密度差别，方形系数就是排水量/ /（水线长（水线长* *宽宽* *吃水）。吃水）。 2. 2.实船试验结果：实船试验结果：螺旋试验螺旋试验和和逆螺旋试验逆螺旋试验试验目的：试验目的：用于评价船舶航向稳定性的好坏。用于评价船舶航向稳定性的好坏。第21页/共33页第二节 航向稳定性与保向性 1）螺旋试验：）螺旋试验：指求取某一舵角指求取某一舵角时船舶所能够达到的定常时船舶所能够达到的定常旋回角速度旋回角速度的实验方法。实验结果证明，航向稳定的船舶，的实验方法。实验结果证明，航向稳定的船舶，与与有单值关系；不具备有单值关系；不具备航向稳定性的船舶，航向稳定性的船

14、舶，-曲线构成一个滞后环。曲线构成一个滞后环。第22页/共33页第二节 航向稳定性与保向性 2）逆螺旋试验：）逆螺旋试验：指求取为使船舶达到某一旋回角速度而需指求取为使船舶达到某一旋回角速度而需操的平均舵角的试验方法。实验结果证明，航向稳定的船舶，操的平均舵角的试验方法。实验结果证明，航向稳定的船舶，与与有单值关系；不具备航向稳定性的船舶，有单值关系；不具备航向稳定性的船舶，-存在一个多值的存在一个多值的S曲线。曲线。第23页/共33页第二节 航向稳定性与保向性三三. .船舶保向性船舶保向性n 1. 1.保向性的概念保向性的概念 是指船舶在风、浪、流等外力作用下，由操舵水手（或是指船舶在风、浪

15、、流等外力作用下，由操舵水手（或自动舵）通过罗经识别船舶首摇情况，并通过操舵抑制自动舵）通过罗经识别船舶首摇情况，并通过操舵抑制或纠正首摇使船舶驶于预定航向的能力。船舶保向性的或纠正首摇使船舶驶于预定航向的能力。船舶保向性的好坏不仅与航向稳定性的好坏有关，同时取决于操舵人好坏不仅与航向稳定性的好坏有关，同时取决于操舵人员的技能及熟练程度、自动舵的控制能力、舵机的响应员的技能及熟练程度、自动舵的控制能力、舵机的响应能力以及舵的控向能力。显然，航向稳定性越好的船舶，能力以及舵的控向能力。显然，航向稳定性越好的船舶，保向性也越好。保向性也越好。第24页/共33页第二节 航向稳定性与保向性n 2. 2

16、.影响保向性的因素影响保向性的因素1.船型船型:方型系数方型系数CbCb较小较小，长宽比长宽比L/BL/B较高较高的瘦削型船舶，回的瘦削型船舶，回转时阻矩较大，转时阻矩较大，航向保向性较好航向保向性较好；2.水线下船体侧面积形状水线下船体侧面积形状:水线下侧面积在船尾分布较多的船水线下侧面积在船尾分布较多的船舶，如舶，如船首较为削进、船尾有较大钝材船首较为削进、船尾有较大钝材的船舶，其航向的船舶，其航向稳定性较好，稳定性较好，保向性也较好保向性也较好；而装有球鼻首的船将使其；而装有球鼻首的船将使其航向稳定性降低。航向稳定性降低。3.装载状态：装载状态：轻载轻载较满载时的航向稳定性好，保向性也好

17、；较满载时的航向稳定性好，保向性也好；尾倾尾倾较首倾时保向性好较首倾时保向性好 4.船速船速：对同一艘船舶而言，对同一艘船舶而言，船速越高船速越高，保向性越好，保向性越好。5.舵角舵角：随着随着舵角的增加舵角的增加，船舶的保向性将得到明显改善，船舶的保向性将得到明显改善。6.其他因素其他因素：水深变浅、污底增加水深变浅、污底增加，将使航向稳定性变好，将使航向稳定性变好，保向性提高；顺风、顺流航行将使航向稳定性变差，保保向性提高；顺风、顺流航行将使航向稳定性变差，保向性下降。向性下降。第25页/共33页第三节 船舶变速运动性能 衡量船舶变速运动特性有两个重要指标，一是船舶衡量船舶变速运动特性有两

18、个重要指标，一是船舶完成变速运动所航进的路程，完成变速运动所航进的路程，称为冲程称为冲程；另一是完成变速；另一是完成变速运动所需的时间，运动所需的时间，称为冲时称为冲时。 一一.加速性能与启动性能加速性能与启动性能n加速性能指船舶从静止或某一速度增加到更高速度的性能；加速性能指船舶从静止或某一速度增加到更高速度的性能；n启动性能指船舶在静止状态中开进车，使船舶达到与主机启动性能指船舶在静止状态中开进车，使船舶达到与主机功率相应的稳定船速所需的时间和航进的距离。功率相应的稳定船速所需的时间和航进的距离。n在起动变速过程中，螺旋桨推力在起动变速过程中，螺旋桨推力T T与船舶阻力与船舶阻力R R之差

19、，是之差，是船舶产生加速运动的动因船舶产生加速运动的动因 。第26页/共33页n 注意合理用车。注意合理用车。即分段逐级加车，待达到相应转速即分段逐级加车，待达到相应转速的船速时，再提高用车的级别，以免主机超负荷工的船速时，再提高用车的级别，以免主机超负荷工作作。n 完成启动变速运动所需的时间完成启动变速运动所需的时间t和航进的路径和航进的路径s可用可用下列关系式估算。下列关系式估算。n t=0.004D.U。R。n S=0.101D.U。R。n 根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到海上速根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到海上速度，满载船舶约需航进度，满载船舶约需航进20L20L左右的距

20、离，轻载时约为左右的距离，轻载时约为满载的满载的1/22/31/22/3。第27页/共33页二 减速性能n 船舶以一定常速度（全速或半速）行驶中采取停车措施后，直至降到某船舶以一定常速度（全速或半速）行驶中采取停车措施后，直至降到某一余速（一余速（2kn4kn2kn4kn）前的变速运动称为）前的变速运动称为船舶停车变速运动船舶停车变速运动。n 主机停车后，推力急剧下降到零。开始时，船速较高，阻力主机停车后，推力急剧下降到零。开始时，船速较高，阻力也大，速降很快；但当速度减小后，阻力也随之减小，速降也大，速降很快；但当速度减小后，阻力也随之减小，速降越来越慢，船很难完全停止下来，且在水中亦很难判

21、断。所越来越慢，船很难完全停止下来，且在水中亦很难判断。所以，以，通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算所需时间通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算所需时间和船舶航进路程的标准和船舶航进路程的标准。n 一般船舶在以常速航进中，一般船舶在以常速航进中，从主机停车到降至余速从主机停车到降至余速2kn2kn时，时，其停车冲程约为其停车冲程约为820L820L；而而VLCCVLCC满载时，在以海上常速航进满载时，在以海上常速航进中停车至余速降至中停车至余速降至3kn3kn，则停车冲程约为，则停车冲程约为23L23L，冲时近冲时近30min30min。当然，正常的进出港或接近泊地仍以逐级降速为妥，

22、以利于当然，正常的进出港或接近泊地仍以逐级降速为妥，以利于主机的养护。主机的养护。第28页/共33页三 倒车停船性能n 1. 1.概念概念: :n 船舶在船舶在全速前进中开后退三全速前进中开后退三，从发令开始至船舶从发令开始至船舶对水停止对水停止移移动所需的时间和航进的路程，以及相应的动所需的时间和航进的路程，以及相应的偏航量偏航量和和偏航角，偏航角，统称为倒车制动性能统称为倒车制动性能。倒车冲程又称为紧急停船距离（。倒车冲程又称为紧急停船距离（crash crash stopping distancestopping distance）或最短停船距离（）或最短停船距离（shortest st

23、opping distanceshortest stopping distance）。）。n 倒车时，主机换向时间随主机种类不同而不同：蒸汽机约需倒车时，主机换向时间随主机种类不同而不同：蒸汽机约需606090s90s，内燃机约需，内燃机约需9090120s120s，汽轮机约需，汽轮机约需120120180s180s。n 2.倒车停船冲程估算（看课本公式）倒车停船冲程估算（看课本公式）n 根据统计，一般情况下各类船舶的紧急停船距离大致为：根据统计，一般情况下各类船舶的紧急停船距离大致为：n 一般中型至万吨级的紧急停船距离可达一般中型至万吨级的紧急停船距离可达68倍船长；倍船长；5万吨万吨级达级

24、达810倍船长；倍船长；10万吨级达万吨级达1013倍船长；倍船长；15-20万吨万吨级达级达1316倍船长。倍船长。第29页/共33页3.影响紧急停船距离的主要因素n 1) 1)排水量排水量在船速和倒车拉力相同时，排水量越大，在船速和倒车拉力相同时，排水量越大，紧急停船距离越长紧急停船距离越长n 2) 2)船速船速：若其他条件相同，船速越大，冲程越大：若其他条件相同，船速越大，冲程越大n 推进器种类推进器种类若其他条件相同，一般若其他条件相同，一般CPPCPP船的紧急船的紧急停船距离约为停船距离约为FPPFPP船的船的60%80%60%80%。n 3) 3)主机倒车功率、换向时间主机倒车功率、换向时间n 主机倒车功率越小，紧急停船距离越大。主机换主机倒车功率越小，紧急停船距离越大。主机换向时间越短，紧急停船距离越小向时间越短，紧急停船距离越小 n 4) 4)船体污底船体污底：船体污底严重，则阻力增加，船舶：船体污底严重，则阻