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1、2019/1/17,船舶操纵课件,第二章 操纵设备的作用及其运用,操纵设备包括车、舵、锚、缆、拖轮等。 熟悉车、舵、锚、缆、拖船的作用及其运用的知识。,2019/1/17,船舶操纵课件,第一节 螺旋桨的作用,一、船舶阻力与推力 二、滑失和船速 三、螺旋桨的致偏效应及其运用 四、双车船的螺旋桨横向力 五、侧推器的使用,2019/1/17,船舶操纵课件,根据运动方程，其作用于X轴方向的力为： 其中X（TR），T为推力，R为阻力。 船舶作直航运动时，vr=0，则： 船舶作直航运动时，加速度0，则：,一、船舶阻力与推力,2019/1/17,船舶操纵课件,1. 船舶阻力R 船舶阻力由两部分组成： RR0
2、R 其中：R0为基本阻力，R为附加阻力。 （1）基本阻力R0 基本阻力由下列几部分组成： R0RfReRw 其中： Rf为摩擦阻力：由船体与水之间的摩擦引起的阻力。 Re为粘性阻力：由船体前后压力差引起的阻力。 Rw为兴波阻力：由船兴波引起的阻力。,一、船舶阻力与推力,2019/1/17,船舶操纵课件,基本阻力与船速之间的关系 对于给定的船型，基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。,一、船舶阻力与
3、推力,2019/1/17,船舶操纵课件,（2）附加阻力 RR1R2R3R4 其中： R1为污底阻力：由船体湿水部分上的海生物引起的阻力。 R2为附体阻力：由螺旋桨、舵等船体上的附体引起的阻力。 R3为空气阻力：船体水上部分受到的空气作用引起的阻力。 R4为波浪阻力：船体水下部分受到波浪作用引起的阻力。,一、船舶阻力与推力,2019/1/17,船舶操纵课件,2、船舶推力 船舶推力是指螺旋桨通过主机驱动，推水向后，水对螺旋桨的反作用力在船舶首尾方向的分量。倒车时，船舶首尾方向的分量称为拉力。 (1)推力的大小 对于给定的螺旋桨，其推力的大小为： T(n,v),一、船舶阻力与推力,2019/1/17
4、,船舶操纵课件,其中: tp为推力减额系数,wp 为桨处伴流系数,Dp为螺旋桨的直径,n为主机转速,为桨的进程角,CT 、CQ为试验系数,以下式给出: 式中：A(k)、B(k)、C(k)、D(k)分别为桨叶数、螺距比、盘面比的函数。,一、船舶阻力与推力,2019/1/17,船舶操纵课件,1、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。,二、滑失和船速,2019/1/17,船舶操纵课件,2、滑失的概念 （1）滑失 螺
5、旋桨在固体中旋转时，旋转一周，前进的距离为一个螺距P，旋转n周，前进的距离为nP。但是，螺旋桨在水中运动时，由于船速和nP不等，因此，就产生一个差值。 定义：螺旋桨的理论进速nP与实际进速Vp之差称为滑失S，既： SnPVp 其中VpVs-p,二、滑失和船速,2019/1/17,船舶操纵课件,（2）滑失比 定义：螺旋桨的滑失S与理论进速nP之比称为滑失比Sr，既： 滑失与滑失比中的螺旋桨进速Vp若用船速Vs代替，得出的结果分别称为虚滑失或虚滑失比。,二、滑失和船速,2019/1/17,船舶操纵课件,(3)滑失在操纵中的应用 由此可见，滑失是衡量螺旋桨推进效率的重要指标。滑失越大，螺旋桨的推进效
6、率越低。它在船舶操纵中有着重要意义： 由滑失的定义可见，对于给定的螺旋桨，滑失与船速有关，而船速与船舶的阻力有关，阻力越大，船速越低，滑失越大。因此船舶污底越严重、遭受的风浪越大，滑失也越大。 反之，可利用螺旋桨的滑失提高船舶的舵效（在较小的距离内转过较大的角度）。,二、滑失和船速,2019/1/17,船舶操纵课件,3、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
7、Speed）,二、滑失和船速,2019/1/17,船舶操纵课件,（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主机的使用年限逐步降低。,二、滑失和船速,2019/1/17,船舶操纵课件,（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
8、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。,二、滑失和船速,2019/1/17,船舶操纵课件,（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”、
9、“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。,二、滑失和船速,2019/1/17,船舶操纵课件,（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。,二、滑失和船速,2019/1/17,船舶操纵课件,4、船速的测定,二、滑失和船速,20
10、19/1/17,船舶操纵课件,1、沉深横向力 2、伴流横向力 3、排出流横向力 4、船舶不同运动状态下螺旋桨致偏作用的综合分析,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,1、沉深横向力 （1）沉深的概念 h为沉深 h/D为沉深比,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,1、沉深横向力 （2）沉深横向力的产生机理 螺旋桨上下叶水动力差异 由于上下叶所处的深度不同，当螺旋桨转动时，上下叶所受的转力不同，Q1Q2,因此产生横向力。 空气吸入 当沉深比0.5时，上叶有空气吸入，则其所受的转力小，而下叶大，因而，产生横向力。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2
11、019/1/17,船舶操纵课件,1、沉深横向力 （3）沉深横向力的产生条件 当h/D0.65时，螺旋桨沉深横向力明显增大。 （4）沉深横向力的方向 对于右旋螺旋桨，进车时，首向左；倒车时，首向右。 对于左旋螺旋桨，进车时，首向右；倒车时，首向左。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,2、伴流横向力 （1）伴流的概念 定义：运动中的船体附近的水受到船体运动的影响产生一种追随运动的水流称为伴流。 伴流的分类 摩擦伴流：由于水和船体之间的摩擦而产生的伴流； 势伴流：由于船体运动，船体周围压力场的变化产生的伴流； 伴流的分布特点 沿X轴方向：船首小，船尾大。即螺旋桨附近伴流
12、大； 沿Y轴方向：左右对称，离船越远越小； 沿Z轴方向：上大下小。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,2、伴流横向力 （2）伴流横向力的产生机理 由图可见： VpVsp 则，叶因素的攻角为： 为螺距角（常量），攻角越大，转力也越大。由于伴流沿Z轴方向的分布是上大下小，上下叶的攻角不同，其转力也不相同。p越大，V越小，则，越大，因此，螺旋桨伴流造成的转力是上叶大，下叶小。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,（3）伴流横向力的产生条件 由上述分析可见，如果伴流为0，则，螺旋桨上下叶的攻角相同，则，不产生横向力，则，伴流横向力的产生条件为有
13、伴流存在。 （4）伴流横向力的方向 对于右旋螺旋桨，进车时，首向右；倒车时，首向左。 对于左旋螺旋桨，进车时，首向左；倒车时，首向右。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,3、排出流横向力 螺旋桨进车时，排出流作用在舵上； 螺旋桨倒车时，排出流作用在船体上； （1）排出流横向力的产生机理 进车时 舵的X方向进速为 VRX在舵叶处由于螺旋桨旋转引起的轴向增速。 倒车时 倒车时，旋转的排出流打在船体尾部。由于船尾形状上大下小，致使上部的攻角大于下部的攻角，则产生横向力。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,3、排出流横向力 （2）排出流横向力
14、的产生条件 进车时，有伴流存在，就要进车排出流横向力； 倒车时，只要螺旋桨转动就存在倒车排出流横向力。 （3）排出流横向力的方向 对于右旋螺旋桨，进车时，首向右；倒车时，首向右。 对于左旋螺旋桨，进车时，首向左；倒车时，首向左。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,螺旋桨产生的船舶偏转总结,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,4、船舶不同运动状态下螺旋桨致偏作用的综合分析 以下讨论仅限于右旋单车船 （1）静止中进车 空载 低速时，由于h/D较小，沉深横向力使首左偏；开始是静止，伴流不存在或较小，则伴流横向力和排出流横向力可忽略。则，综合作
15、用是沉深横向力使船首左偏。 高速时，随着伴流的增大，伴流横向力和排出流横向力逐渐加大，则，综合作用是伴流横向力和排出流横向力克服沉深横向力使船首右偏。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,4、船舶不同运动状态下螺旋桨致偏作用的综合分析 以下讨论仅限于右旋单车船 （1）静止中进车 满载 低速时，由于h/D较大，沉深横向力较小；开始是静止，伴流不存在或较小，则伴流横向力和排出流横向力可忽略。则，综合作用是船舶几乎不偏转。 高速时，随着伴流的增大，伴流横向力和排出流横向力逐渐加大，则，综合作用是伴流横向力和排出流横向力使船首右偏。 由于是进车，舵效较好，则，无论怎样偏转，
16、都可用舵克服。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,（2）静止中倒车 空载 由于h/D较小，沉深横向力使首右偏；开始是静止，伴流不存在或较小，则伴流横向力可忽略；排出流横向力使船首右偏。则，综合作用是沉深横向力和排出流横向力使船首右偏。 满载 由于h/D较大，沉深横向力可忽略；开始是静止，伴流不存在或较小，则伴流横向力可忽略；排出流横向力使船首右偏。则，综合作用是排出流横向力使船首右偏。 由于是倒车，舵效较差，则，无论怎样偏转，都不可用舵克服。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操纵课件,（3）前进中倒车 空载 高速时，由于h/D较小，沉深横向力使首右偏；伴流较大，伴流横向力使船首向左；倒车排出流横向力使首右偏，则，综合作用是沉深横向力和排出流横向力克服伴流横向力使船首右偏。 低速时，伴流逐渐减小，则伴流横向力可忽略；沉深横向力和排出流横向力使首右偏。则，综合作用是沉深横向力和排出流横向力使船首右偏。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,2019/1/17,船舶操
