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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4 6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 对于给定的船舶 其
2、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 流线具有较
3、 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 r2 r 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 基本阻力
4、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 主机 IHP BHP SHP DHP THP EHP 推进器 中间轴 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
5、Shaft horse power 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 T VP 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 EHP R VS 1000
6、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 60 0 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将近一半 船速的分类 在一定范围内
7、 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水船速称为额 定船速VMAX 额定船速随着船舶老化和
8、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96 97 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
9、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70 80 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60 70 应当指出 在港内或某些内海航区或狭水道 为保证航行安全 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
10、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 条件做出规定 IMOIMO安全委员会在安全委员会在MSC Circ 644MSC Circ 644中作出了详细规中作出了详细规 定 定 1 1 水深 水域宽度水深 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应在深水 宽度不受限制 但遮蔽条件较好的水域进行
11、标准操 纵性试验 其水深应大于纵性试验 其水深应大于4 4倍的船舶平均吃水 倍的船舶平均吃水 2 2 船舶载况和吃水差船舶载况和吃水差 船舶应在满载船舶应在满载 达到夏季吃水达到夏季吃水 平吃水 平吃水 吃水差为吃水差为0 0 的条件下进的条件下进 行试验 即确保螺旋桨有足够的沉深 行试验 即确保螺旋桨有足够的沉深 船速的测定条件 3 3 气象与海浪气象与海浪 应尽可能在比较平静的水域进行试验 具体规定如下应尽可能在比较平静的水域进行试验 具体规定如下 1 1 风力不超过蒲氏风力不超过蒲氏5 5级级 2 2 海浪不超过海浪不超过4 4级级 3 3 流场比较均匀流场比较均匀 4 4 试验船速试验
12、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 的的85 85 主机功率达到最大输出功率的 主机功率达到最大输出功率的90 90 船速的测定条件 1 1 试验观测手段试验观测手段 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位置的手段主要采用差分GPS DGPS GPS DGPS 观测方向的手段采用罗经 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
13、可 以进行自动处理 以进行自动处理 2 2 记录内容记录内容 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 据进行记录 这些条件和数据包括 二 观测与记录 1 1 船舶数据船舶数据 试验之前 要记录船舶首 尾吃水 以便计算船舶平均吃水 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 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试验水域情况等 还要记录船舶的螺旋桨 舵
14、以及侧推器的特性及 运行情况运行情况 2 2 环境数据环境数据 环境条件记录的内容包括 水深 波浪环境条件记录的内容包括 水深 波浪 浪级 涌浪的周期及浪级 涌浪的周期及 方向方向 海流 能见度以及其他气象 水文情况 海流 能见度以及其他气象 水文情况 二 观测与记录 3 3 试验数据试验数据 应对有关试验的数据进行观测 并以每次不超过应对有关试验的数据进行观测 并以每次不超过2020秒的间隔秒的间隔 进行记录 这些数据包括 位置 航向 船速 舵角及转舵速率 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螺旋桨转速 螺旋桨螺
15、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 水完全停止的试验 其目的是评价船舶的停止惯性 1 1 试验方法试验方法 1 1 保持船舶直线定常航速 发令之前记录初始船速 航向角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 及推进器转速等 2 2 发令 将主机由全速进车转为全速倒车 发令 将主机由全速进车转为全速倒车 3 3 船舶开始减速 当船舶对水速度为船舶开始减速 当船舶对水速度为0 0时 可结束一次试验时 可结束一次试验 停船试验 Stopping test 2 2 特征参数特征参数 停船试验结果可以下图的形式表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 离 从图中可直接给出下列特征参数 停船试验 Stopping test 横向偏移量 纵 向 进 距 对水停止位置 发令位置
