船舶操纵性基本知识.ppt

1、1,船舶原理,熊云峰,2007年12月8日,本次课主要教学内容,1、操纵性概述,船舶操纵与摇摆第一章 船舶操纵性基本知识,2、附加质量和附加惯性矩,3、船舶操纵运动方程式,本次课主要教学要求,1、掌握船舶操纵性、操纵性衡准等基本概念。这是本次课的教学重点。,2、了解船舶附加质量和附加惯性矩的基本知识。这是本次课的一个教学难点。,3、了解船舶操纵运动方程式基本知识。这是本次课的另一个教学重点。,船舶操纵与摇摆第一章 船舶操纵性基本知识,第一章 船舶操纵性基本知识,1、操纵性：船舶能保持或改变航速、航向和位置的能力。通常包括四个方面的内容：,A、航向稳定性,船舶操纵性基本知识,B、回转性,C、转首

2、性及跟从性,1-1 船舶操纵性概述,D、停船性能,5,具有良好操纵性的船舶，在直线航行时能保持运动方向；需要转向时能迅速地改变航向，使船舶按照预定的航向航行；并且具有适当的停船性能。,2、船舶操纵工具,靠离码头、在狭窄水道内航行、风浪中操纵、紧急避碰、拖带船舶及海上救济等。,3、船舶操纵的具体内容,舵、转动导管、平旋推进器和主动旋转装置等,船舶操纵性基本知识,4、船舶操纵性是船舶的重要性能之一。,6、研究船舶操纵和耐波性问题，属于非定常运动范畴。而阻力与推进属于定常运动范畴。,5、船舶操纵的控制回路,船舶操纵性基本知识,1、附加惯性力,1-2 附加质量和附加惯性矩,由于研究船舶操纵和耐波性问题

3、，属于非定常运动范畴，因此必须考虑惯性问题。,作不定常运动的船舶，除了船体本身受到与加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度，根据作用与反作用原理，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。,船舶操纵性基本知识,2、附加质量,附加惯性力与船的加速度成比例，其比例系数称为附加质量。,如果物体在真空中，而不计阻尼：,如果物体在水中，要计阻尼：,附加质量与物体本身的形状和运动方向有关。,船舶操纵性基本知识,3、船体质量惯性矩,船体沿坐标轴的移动，惯性作用表现为力的形式；船体绕坐标轴的转动，惯性作用表现为力矩的形式，用船体质量惯性矩来衡量。,船舶操纵性基本知识,在实际计算

4、时可以按不见计算，如：,依据实际载荷分布来计算跟复杂，对于通常船型都采用经验公式计算惯性矩。,船舶操纵性基本知识,11,4、附加惯性矩,附加质量和附加惯性矩都是流体对物体的反作用力，所以它们是水下船体的函数。一般都由模型试验或经验公式确定，也可以采用切片法或有限元法等进行数值计算。,船舶操纵性基本知识,船舶操纵性基本知识,船舶操纵性基本知识,14,一、坐标系与运动方程,1-3 船舶操纵运动方程式,1、固定坐标系,首向角,船舶操纵性基本知识,15,2、运动坐标系,船舶操纵性基本知识,16,在运动坐标系中的船舶运动方程：,上式在形式上虽然复杂一些，但由于式中的外力不再与船舶相对于固定坐标的方向有关

5、，在表达上将带来很大的方便。,船舶操纵性基本知识,17,二、操纵运动的线性方程式,1、外力的种类,一类是由于船舶与水之间的相互作用引起的水动力和力矩。,另一类是由于其它原因引起的外力，如拖缆力、风压力等。,对于迎风面积不大的船舶通常在风速下航行时，风压力一般影响不大。对于外力，一般只考虑水动力和力矩。,船舶操纵性基本知识,18,2、船舶操纵性运动方程,船舶操纵性基本知识,第二章 舵设计基本知识,一、操纵性衡准,为了具有良好的操纵性能，提高航行安全，减少海损事故，有必要制定科学的、统一的操纵性衡准，来指导船舶设计工作。,2-1 概述,船舶操纵性基本知识,操纵性衡准：,1、回转能力。由回转试验确定

6、。,2、初始回转能力。由初始回转试验确定。,3、偏航纠正与航向保持能力。由Z形操纵试验确定。,4、停船能力。由停船试验确定。,船舶操纵性基本知识,二、舵设计基本思想,1、满足操纵性要求,A、远洋船一般以航向保持性为主，对回转性要求不高。,B、沿海船和进出港比较频繁的船，对回转性有较高的要求。,C、内河船受航道的限制应注意转首性，同时需满足回转性的特殊要求。,船舶操纵性基本知识,22,2、舵与船体、浆应组成统一整体，要考虑它们之间的相互影响，力求降低航行阻力，提高推进效率。,A、舵的数目和形式的选择。,B、舵的尺度和形状的设计。,C、舵力及舵杆扭矩计算和舵机功效估算。,A、舵的设计的内容应注包括

7、：,船舶操纵性基本知识,一、舵的几何要素,2-2 舵的几何要素、分类及安装位置,1、舵面积,2、舵高,3、舵宽,4、展弦比,5、平衡比,6、厚度比,7、面积比,8、舵剖面,船舶操纵性基本知识,24,二、舵的分类,1、根据舵的支持情况分：,1、普通舵和特种舵，普通舵有分为：,船舶操纵性基本知识,25,2、根据舵的剖面形状可分为平板舵和流线型舵。,二、舵的数目及安装位置,1、舵的数目的选择取决于船型和航行情况，与螺旋桨数目有很大关系。,2、舵形式的选择与船尾形式、航行形式和设备条件有关。,船舶操纵性基本知识,26,三、舵的位置应与浆和船尾线型良好配合，以保证：,1、降有通畅的来流，供水充足。,2、

8、舵能充分吸收浆尾流的动能，把它转化为推力和舵法向力。,3、舵的上缘与船底间隙足够小，可利用边界效应提高舵效。,4、使浆、舵有效地受到船体遮盖保护，以避免损伤。,船舶操纵性基本知识,为了使船舶具有良好的操纵性，保证船舶安全航行，设计者应确保：,2-3 改善操纵性的措施,1、舵的设计正确；,船舶操纵性基本知识,2、船体主要尺度和型线的正确选择；,3、设计特种操纵装置。,一、船舶主尺度和形状对操纵性的影响,1、船舶水线长：船越长，定常回转直径越大。,船舶操纵性基本知识,2、主尺度比：船长宽度比、宽度吃水比、船体修长度。,3、方形系数,4、中剖面面积,5、尾部形状,6、首部形状,二、特种操纵装置,1、推进、操纵合一装置：平旋推进器、转动导管、Z形推进器、各种喷水推进器等。,船舶操纵性基本知识,2、主动式转向装置：转柱舵、主动舵和侧推器等。,3、特种舵：鱼尾舵、反应舵和整