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1、,项目三：船舶操纵性能,任务一： 船 速,一、船舶的阻力与推力 （一）船舶阻力（Resistance） 船舶阻力可分为基本阻力和附加阻力。 1、摩擦阻力Rf 大小与船体湿水面积成正比，与航速的1.825次方成正比 2、兴波阻力Rw 大小约与航速的46次方成正比 3、涡流阻力Re 大小与航速的平方成正比,附加阻力,附加阻力 由污底阻力、附体阻力、空气阻力和汹涛阻力组成。 附加阻力的大小取决于风浪大小、船体污底轻重、船型、载况以及航道窄浅情况。 （二）推力 1、推进器种类 固定螺距螺旋桨FPP、可变螺距螺旋桨CPP，还有明轮、平旋式推进器、喷水推进器和Z形推进器等。,2、推力,2、推力 对于给定的
2、船舶，其螺旋桨推力 T 的大小与转速 n、船速 Vs 以及螺旋桨桨轴在水中的沉深 h 有关。 当船速一定时，转速越高，推力越大，且推力与转速的平方成正比；当转速一定时，船速越低推力越大，随着船速的提高，推力逐渐下降；系泊状态时推力最大。,吸入流与排出流 （1）吸入流 流向螺旋桨的流称为吸入流。其特点是：范围大；流速慢；流线平行。 （2）排出流 离开螺旋桨的流称为排出流。其特点是：范围小；流速快；流线旋转 （3）排出流在操纵中的应用 可利用排出流的特点增加舵效。,吸入流与排出流,螺旋桨旋转时，产生螺旋桨流，由吸入流和排出流组成。,流离螺旋桨盘面的水流,流向螺旋桨盘面的水流,特点：范围窄，流速快，
3、流线具有较强的螺旋性,特点：范围宽，流速慢，流线几乎相互平行,尾,首,吸入流与排出流图,3、滑失与滑失比,3、滑失与滑失比,S,wp,Vp,Vs,nP,dQ,dT,dP,r,2r n,O,A,B,C,滑失与滑失比,3、滑失与滑失比 螺旋桨所能给出的推力大小取决于螺旋桨的滑失（比）。当转速一定时，滑失越大，滑失比越高，则冲角便越大，所得到的推力就越大。 当转速一定时，船速越低，滑失比越大，推力越大。 当船速不变时，提高转速，滑失比增大，推力也将增大。船舶在受限水域内操船，为提高舵效，往往采取先降速（即 ），然后再加大转速n的方法，尽可能地提高滑失比。,基本阻力与船速之间的关系 对于给定的船型，基
4、本阻力的大小与吃水、船速有关，即：R(d,v) 由图可见： 当d一定时，船速V增加，R0也增大； 当V一定时，吃水d增加，R0也增大； 由图还可以看出：低速时，R0随船速V呈线性变化；高速时，R0随船速V呈非线性变化，且需要的推力越大。,基本阻力与船速之间的关系,50%左右,100%,二. 主机功率,1、主机功率 1）推进器功率的名称 (1)机器功率（Machinery horse power）MHP 指示功率(Indicated horse power)IHP (往复式蒸汽机) 制动功率(Brake hose power) BHP (柴油机) 轴功率 (Shaft horse power)
5、SHP (气轮机) (2) 收到功率(Delivered horse power) DHP,(3) 推力功率 (Thrust horse power) THP 推进器收到功率后,产生推船前进的功率称为推力功率. 它等于推进器发出的推力T和推进器与水相对速度VP的乘积。 即: THP = TVP /1000 ( kW) 式中: 推力T的单位为 N; VP 单位为 m/s ; THP单位为 kW。,从主机,主轴尾端,轴管,螺旋桨的功率,(4) 有效功率 (Effective horse power) EHP 是指克服R (阻力),以船速VS 行进所必需的功率.它等于船舶阻力R与船速VS的乘积 EH
6、P = R VS/1000 (kW) 2、各功率之间的关系 传送效率c，收到功率DHP与机器功率MHP之比 一般为0.95-0.98 称为传送效率 DHP/MHP 中机 0.95-0.97 尾机 0.97-0.98 推进系数P,有效功率EHP与收到功率DHP之比 EHP/DHP 称为推进系数,其大小与推进器种类、数量、性能、船型、船舶大小因数不同而变化. 推进系数（推进器效率）EHP/DHP 0.600.75 (3)推进效率 =有效功率 EHP/主机功率MHP 0.50-0.70 通常R与VS平方成正比,主机功率MHP与VS 3次方约成正比 。 由此可见主机发出的功率变为船舶推进有效功率后损失
7、将近一半。,船速的分类 在一定范围内，螺旋桨转速n越高，船速V越大。但是，对于给定的船舶主机，其转数的提高不是无限的一旦超出这个范围，主机将超负荷运转，最终可能损坏主机，因此不得不对船速作出一定的限制。 （1）额定船速 （2）海上船速（Sea Speed） （3）港内船速（Harbour Speed） （4）经济船速（Harbour Speed）,三、船速的分类,（1）额定船速 新船验收后的主机，可供海上长期使用的最大功率称为额定功率NH，与其相对应的转数称为额定转数nH，该条件下主机发出的转矩称为额定转矩QH，相应的船速称为额定船速VMAX。 定义：在深水中，在额定转速下船舶所能达到的最大静
8、水船速称为额定船速VMAX 额定船速随着船舶老化和主机的使用年限逐步降低。,（1）额定船速,（2）海上船速（Sea Speed） 由于海上的情况多变，船舶的阻力也随之变化，为了保证长期安全航行，需要留有一定的功率主机功率储备，以便在应急时使用。因此，海上长期使用的功率不是额定功率，而是海上功率。 海上功率一般为额定功率的90，相应的海上转数为额定转数的9697。 定义：在深水中，主机在海上转数下船舶所能达到的静水船速称为海上船速。,（2）海上船速,（3）港内船速（Harbour Speed） 近岸航行，尤其是近港航行，常需备车；港内船舶密集，水深较浅，弯道较多，用舵频繁。为便于操纵与避让和不使
9、主机超负荷，港内航行最高船速也应较海上船速为低，该船速通常由船长和轮机长商定并共同遵守执行。 一般港内的最高主机转速约为海上常用转速的7080%左右。 港内船速与海上船速一样，常按主机输出功率的比例不同而划分为“前进三”、“前进二”、“前进一”之外，尚有“微速前进”一档；微进时的主机输出功率和转速，是主机可以输出的最低功率和最低转速。,（3）港内船速,（3）港内船速（Harbour Speed） 如同前进时港内船速分级一样，在倒车档次中也分为“后退三”、“后退二”、“后退一”等几档。通常港内“后退三”时的主机转速约为海上常用转速的6070%。 应当指出，在港内或某些内海航区或狭水道，为保证航行
10、安全，根据经验与统计，特别规定了最高限速。如本船所用的港内船速高于该限速时，则应遵照各港内或航区的有关规定执行。,（3）港内船速,4、船速的测定,4、船速的测定,船舶操纵性能受水深、水域宽度、气象条件、水文条件等诸多因素的影响，所以为了使实船试验结果具有普遍意义，需要对试验条件做出规定。IMO安全委员会在MSC/Circ.644中作出了详细规定。 1. 水深、水域宽度 应在深水、宽度不受限制、但遮蔽条件较好的水域进行标准操纵性试验，其水深应大于4倍的船舶平均吃水。 2. 船舶载况和吃水差 船舶应在满载(达到夏季吃水)、平吃水(吃水差为0)的条件下进行试验。即确保螺旋桨有足够的沉深。,船速的测定
11、条件,3. 气象与海浪 应尽可能在比较平静的水域进行试验，具体规定如下 (1) 风力不超过蒲氏5级 (2) 海浪不超过4级 (3) 流场比较均匀 4. 试验船速 标准对实船试验中的最小船速的规定为：应达到船舶海上速度的85%，主机功率达到最大输出功率的90% 。,船速的测定条件,1. 试验观测手段 随着测量技术的发展，传统方法基本上被淘汰了。目前的观测位置的手段主要采用差分GPS(DGPS)，观测方向的手段采用罗经或姿态测量仪等。随着计算机的发展，实船试验测量获得的数据可以进行自动处理。 2. 记录内容 每次船舶操纵性试验，都要求对有关的实验条件、试验观测数据进行记录，这些条件和数据包括：,二
12、、观测与记录,(1) 船舶数据 试验之前，要记录船舶首、尾吃水，以便计算船舶平均吃水、排水量和船舶纵向重心位置等。此外，还要记录试验的地理位置、试验水域情况等。还要记录船舶的螺旋桨、舵以及侧推器的特性及运行情况 (2) 环境数据 环境条件记录的内容包括：水深、波浪(浪级，涌浪的周期及方向)、海流、能见度以及其他气象、水文情况,二、观测与记录,(3) 试验数据 应对有关试验的数据进行观测，并以每次不超过20秒的间隔进行记录，这些数据包括：位置、航向、船速、舵角及转舵速率、螺旋桨转速、螺旋桨螺距以及风速等。试验中还要对每次记录发出的时间信号进行记录,二、观测与记录,停船试验是指船舶在试验速度时，进行全速倒车，直至船舶对水完全停止的试验。其目的是评价船舶的停止惯性。 1. 试验方法 (1) 保持船舶直线定常航速；发令之前记录初始船速、航向角、及推进器转速等； (2) 发令，将主机由全速进车转为全速倒车； (3) 船舶开始减速，当船舶对水速度为0时，可结束一次试验。,停船试验(Stopping test),2. 特征参数 停船试验结果可以下图的形式表 示。其纵坐标为距离，横坐标也为距 离。从图中可直接给出下列特征参数。,停船试验(Stopping test),
