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1、船 舶 操 纵第一章 船舶操纵性能 第一节 船速与冲程 一、船速与阻力、推力的关系 1.船舶阻力 R =R。+R R。=Rf+Rr=Rf+Re+Rw R =RF+RA+Ax+RR 摩擦阻力决定于船体的湿表面积S，表面粗糙度和船 速，在一般商船速度范围内约占全部阻力的7080 ;剩余阻力决定于船体形状和船速，约与船速23次方 成正比。从海船角度看，对于给定的船舶，其基本阻力 R。的大小与船舶吃水、航速有关。 其变化规律为： 基本阻力R。随船舶吃水d的增加而增加；随船速的提高 而增加，在船速较低时基本阻力R。增加得较缓慢，在 船速较高时，基本阻力则增加得较快。 2.船舶推力 船舶推力是指转动的螺旋
2、桨 推水向后，水对螺旋桨的反作 用力在船首方向的分量。倒车 时，则产生指向船尾的拉力。 流向螺旋桨盘面的流称为吸入 流，离开螺旋桨盘面的流称为排出流。吸入流的特点 是流速较慢、范围较大，流线几乎相互平行；排出流 的特点是流速较快，范围较小。水流旋转激烈。对于给定的螺旋桨，它所产生推力T和转矩MQ的大 小与其转速n、船速Vs，以及螺旋桨轴在水下的沉深 有关。船速Vs一定时，推力T与转速n2成正比，转矩 MQ也与n2成正比；当转速n一定时，则相应方向的船 速Vs越低，螺旋桨推力T越大，转矩MQ也越大。3.滑失和滑失比 推进器理论上应能前进的速度nP与螺旋桨进速Vp之 差称为滑失S。其表达式为：S=
3、nP-Vp 滑失s与nP之比称为滑失比Sr，其表达式为：Sr =(nP-Vp) =1-Vp/nP 如用船速Vs代替Vp，则分别称为虚滑失和虚滑 失比。根据滑失定义可知，船体污损越重，海面 状况越坏，同样转速下船速越低，滑失则越大； 发出的推力，乃至主机所受负载也就越大。在操 纵中可借助提高滑失以增加舵效。二、主机功率 1.主机输出功率的名称及比例主机输出功率通常有： 1)最大持续输出功率主机能安全持续运转的最大输出功率，是主机 标称输出功率，可作为船舶主机强度计算的基础 。 2)常用输出功率为取得海上船速而经常使用的主机输出功率即 常用功率。 3)过载输出功率指可供短时间使用的超过最大持续输出
4、功率的 输出功率。 4)倒车输出功率指船舶倒车时的最大输出功率。上述输出功率的相互比例，将因主机的种类 和新旧程度不同而不同，一般情况下如下表 所示。进港航行或雾航时往往需要备车，此时 的输出功率也称备车输 出功率，通常约为最 大持续输出功率的5060。 种 类输出功率比 最大持续输出功率 100 常用(海上)输出功率 8090 过载(应急)输出功率 105110 倒车输出功率 4060 2.功率种类和效率 1)功率种类 (1)指示功率(IHP)指示功率是指在主机的气缸内产生的功率，主要用 于蒸汽机。 (2)制动功率(BHP）制动功率是指输出于主机之外可实际加以利用的功 率，主要用于柴油机。
5、(3)轴功率(SHP)轴功率是指传递到与螺旋桨尾轴相接的中间轴上的 功率，主要用于汽轮机。 (4)收到功率(DHP)收到功率是指通过船尾轴管后向螺旋桨提供的功率 。 (5)推力功率(THP)推力功率是指螺旋桨发出的推进功率， 它等于螺旋桨发出的推力T与螺旋桨进速 Vp的积。即：THP=TVp (6)有效功率(EHP) 有效功是指克服船舶阻力R而保持一定 船速Vs所需要的功率，它等于船舶阻力 与船速的积，即： EHP=RVs2)各功率之间的关系 (1)传送效率c 传送效率是螺旋桨收到功率与主机功率(MHP)之比 ：c=DHP/MHP （该值通常为O.95 O.98） (2)推进器效率p推进器效率
6、是有效功率与收到功率之比：p=EHPDHP （该值约为O.60O.75） (3)推进效率推进效率是有效功率与主机机器功率之比。该 值约为O.50.7。这就是说，主机发出功率变为 船舶推进有效功率后已损失了将近一半。3)主机输出功率与船速的关系主机输出功率P约与船速Vs的立方成正比，即 ：P Vs3 或 Vs P三、船速分类 1.额定船速在额定功率转速条件下，船舶在平静的深水域 中取得的船速称为额定船速。 2.海上船速在海上常用输出功率转速条件下，船舶在平均 的深水域中取得的船速称为海上船速。 3.经济船速 海上航行中，以节约燃料消耗和提高营运效益 为目的，根据航线条件等特点所确定的船速。一 般
7、情况下，经济船速应较海上船速为低。 4.港内船速港内船速是将主机输出功率降为常用功率一半 左右所得到的船速。此时最高转速可定为海上常 用转速的80。四、测速 1.测速条件1)测速时的主机输出功率定为额定功率的2/4、3/4 、4/4、11/10(过载)；海面状况良好可追加1/4额 定 功率的条件。2)船舶吃水以满载状态最为理想。3)测试水域应足够广阔、平静、风流影响甚小，来 往船舶较少。具备的水深以不影响船舶阻力为准 ，例如VLCC之类的船舶应在4d以上的深水域测速 ，而高速货船则需要10d以上的深水域测速(d为船 舶实际吃水)。 2.测速方法1)叠标法；2)抛板法；3)定位法。 3使用叠标法
8、测速时的计算方法 1)求单次观测的速度值Vt(kn)Vt= St3600/ti式中：St两对测间距(n mile)；ti经过两测标方位线所用的时间(s) 。 2)无风流影响时，测两次(一个往返)求平均值Vs=(V1 V2)/2 3)有均匀流影响时，测三次求平均值Vs=(V1 2V2V3)/4 4)有不均流影响时，测四次求平均值Vs=(V1 3V23V3V4)/8 式中：V1、V2、V3、V4分别为各单次观测按次序 算出的速度。 五、船舶变速和冲程 1.启动根据理论推导，船舶由静止状态开进车达到定 常速度V。时所需时间t。和航进距离S。为：t。0.004V。/R。 S。0.101V。2/R。 式
9、中：t。时间(min)；S。距离(m)； 排水量(t)；V。最终速度(kn)；R。阻力(t)。另外，根据经验，船舶从静止状态起动主机， 逐级用车，直至达到海上船速，满载船舶约需20 倍的船长，轻载时约为满载时的1/22/3。 2.减速一般来说，从速度V。减至V1时，各瞬时的速度 变化与速度差(V。-V1)成指数函数关系，减速后 ，经过时间t，船舶冲程进距离近似为：式中：C减速常数，单位为min。C值随船舶排 水量的增大而增大。 3.停车船舶停止后船速的降低情况是当主机刚 刚停下时，由于船速较高，所受阻力较大 ，因此，速度下降率很高，而后当速度变 低时，阻力也将大幅度降低，速度下降率 逐渐变缓，
10、甚至一时难以停住。船舶停车后冲程的变化情况是：冲程在 开始阶段增加很快，而后急剧变慢，最后 将以极慢的速度向某一值趋近。该值的极 限，即为最后的停车冲程。4.倒车紧急停船时，单靠停车措施很难短时间 内停住，因而需要使用倒车。前进中的船 舶由进车改为倒车，通称主机换向。一般 情况下，主机从前进三到后退三所需换向 时间，蒸汽机约6090s，内燃机约90 120s，汽轮机约120180s。 倒车冲程系称最短停船距离。据统计， 一般中型至万吨级货船倒车冲程约为68 倍船长，载重量5万吨的船约为810倍船 长，10万吨的船约为1013倍船长，15 20万吨的船约1316倍船长。六、冲程测定 船舶冲程测定
11、时应选无风、流影响，水 深不低于3Bd(B为船宽，d为吃水)条件 下进行。应分别测定船舶在空载和满载时 ，主机转速为前进一、二、三时使用停车 和倒车后的冲程以及所用时间。应注意的是，当测定倒车冲程时，所测 冲程虽确系船舶在下令倒车后航经的距离 ，但由于种种原因，却并非船舶沿原航向 直进的距离，因而测定值较沿原航向直进 距离为大。七、影响冲程的因素1.排水量越大，冲程越大；2.排水量一定，船速越大，冲程越大；3.主机倒车功率越小，换向时间越长， 冲程越大；4.浅水中冲程将减小；5.船体污底严重，冲程减小；6.顺风流时冲程增大，反之则减少。第二节 船舶航向稳定性与旋回性 一、航向稳定性与舵效 船舶
12、航向稳定性是指船舶在受外界干扰取得转 头速度ro后，当干扰结束之后在船舶保持正舵的条 件下，船舶所受的转头阻矩对船体转头运动有何 影响，因而船舶转头运动将如何变化的性质。 1.静航向稳定性静航向稳定性是指当船舶因外力作用稍微偏离 原航向而重心仍沿原航线运动时，船舶斜航漂角 将如何变化的性能。 2.动航向稳定性动航向稳定性是指当干扰过去之后，在不用舵 纠正的情况下，能尽快地稳定于新航向的性质。 3.判断航向稳定性的方法 1)航向稳定性指数判断法 船舶航向稳定性指数TO且为较小正数时，其具 有良好的航向稳定性。随着T值的增大。虽然仍具 有航向稳定性，但是其航向稳定性将变差。当TO则具有航向稳定性；
13、若TO.65O.75 三种情况分析。 螺旋桨旋转时，由于叶稍露出水面或空气吸入以及 水动压力的差异，从而产生沉深横向力；沉深横 向力与沉深的大小密切相关。当hO.650.75D 时，横向力很小，当hO.3时，尾下沉将可能超过首下沉；(4)当FrO.6时，船体仍保持其尾倾势而逐渐上浮并 超过其静浮位置，呈滑行于水面的状态。 2浅水域中的船体下沉与纵倾浅水中的特点是：浅水域出现船体下沉的船速 较低；随船速增加，下沉的增加率较快，船首上 浮所需船速较低；水越浅，达到最大首纵倾和开 始变为尾倾所需船速越低。VLCC船舶在相对水深H/d处于1.11.2的极浅水 域中，其船模试验的主要结论是： 1)相对水
14、深越浅，首尾下沉量越大；当FrO.15时 ，首沉大于尾沉，并呈现首倾。 2)使船舶具有较大初始纵倾驶于浅水域时，船舶却 未必首倾。其变化是： (1)初始纵倾为首倾时，首倾将加剧； (2)原为平吃水时，将出现首倾； (3)初始纵倾为尾倾时，尾倾将减小。 四、浅水对操纵性的影响 1.舵力下降 2.旋回性下降 3.航向稳定性提高 4.浅水对冲程的影响 五、岸壁效应岸壁效应与下列因素有关： 1)距岸越近、偏离中心航道越远，岸壁效应越明显； 2)水道宽度越窄，岸壁效应越激烈； 3)水深越浅，岸壁效应的越明显； 4)船速越高，岸壁效应越激烈； 5)船型越肥大，岸壁效应越明显。 六、船间效应与船间效应有关的
15、因素 1)当距离小于两船船长之和时，就会直接产生这种作 用；当距离小于两船船长之和的一半时，则明显加 剧；过度接近则有碰撞危险。 2)双方航向相同比航向相反作用时间长，影响也越大 。 3)航速越高、影响越大；两船速度差越小，影响也越 大。 4)大小越悬殊的两船，小船受影响越大。 5)船间作用力和力矩均与船速的平方成正比。 七、浅水域航行时的富余水深富余水深的估算可由下式求出：CUr=海图水深 + 当时当地潮高船舶静止时的吃 水 1.确定富余水深应考虑的主要因素 1)船体下沉和纵倾变化，浅水域尤其应注意首沉量。 2)船体在波浪中的摇荡，包括横摇、纵摇及重荡造成 的实际吃水的可能变化。 3)海图标识的水深精度，海图标识的水深可能有如下 等级的误差水深范围 容许误差O20 m O.3 m20100 m 1.O m 4)其他方面(1)气压、每升高1hPa，水面下降1。(2)潮高变化，应按实际潮位计算。(3)水域内水密度导致的吃水变化；(4)至少需有主机冷却水进口直径1.52倍的船底富 余水深。2确定富余水深的方法相对比例法；绝对尺度法；混合法三
