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1、船舶操作性船舶按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能，即船舶能保持或改变其航速、航向和位置的性能。船 舶 操纵性 内航向稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。转首性和跟从性：表示船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。船 舶 操 纵 运 动 方 程容固定坐标系：固结在地球表面，不随时间而变化的。固结在船体上的，随船一起运动的。首向角口 ： X 0轴与X轴夹角（顺时针为正）；航速角口X 轴与船速V夹角（顺时针为正）0 0漂角口 船速与X轴夹角（顺时针为正）运动坐标系一般方程X
2、m(u x 2)GY m(v % x引起横漂动数坐标系定义参数之间的关系：口 口0枢心：回转时漂角为零点、横向速度为零的点。作用于船体的水动力和力矩：决定因素有船体几何形状、船体运动特性、线性操纵运动微分方程(u u )X1 u(m X )u u(m Y )v v)r Y r(mx N )v N v (Gvvv (mxv重心在原点流体本身特性zI)r (mu r1N )r (mxrG1u)GN I 口 mxZu口 )X 口 m(u 口 v口Y 口 m(v 口 u 口引起回转(v G航 向 稳 定 性直线运动稳定性:船舶受瞬时扰动后，其重心轨迹终将恢复为一直线，但航向发生了变化。方向稳定性：船舶
3、受扰并在扰动消除后，其重心轨迹最终将恢复为与原来航线相平行的另一直线。位置稳定性：船舶受扰后，其重心运动轨迹将恢复为原航线的延长线。匀速直线运动时，只改变一个运动参数，其他不变引起的作用于船舶水动力对运动参数的变化率。 位置导数 旋转导数具有位置稳定性的船舶一定具有直 线稳定性和方向稳定性，具有方向稳 定性的船舶一定具有直线稳定性.水动力导数加速度导数 ， Yv旋转加速度导数 口稳定性衡准数C ： C0Y ,Nv v Yr ,Nr表明船舶在水平面运动具有直线稳定性Nv 口Y rDNCfl表明不具有直线稳定性。 r口回转性：转舵使船舶作圆弧运动的能力，用回转直径来表示。 定常回转圈：操纵性的指标
4、，衡量转首性和回转性的直观方法。基 本 概 念回转圈：船舶在不同舵角条件下作圆周回转时重心的航行轨迹。定常回战术直纵距(Ad):从转舵开始时刻船舶重心G所在的位置，至船首转向90。时船舶纵中剖面沿原航行方向前转直径De :定常回转阶段船舶重心点圆形轨迹。径DT：从船舶原来航线至船首转向180。时，船总中剖所在位置之间的距离。进的距离。(T)：从船舶初始直航线至转向90。时，船舶重心所在位置之间的距离。船舶回转性正横距反横距(K)：从船舶初始的直线航线至回转轨迹反方向最大偏离处的距离，K = (00.1)D 进程:f相相对回纵距Ad与定常回转半径R之差。转直径D/L :代表回转性优劣。回转性好
5、D/L3；回转性差D/L70；大多数船D/Lq57。转舵阶段阶段定常 回转 阶数。从开始转舵至规定角度8为止。产生由舵角引起的侧向力Y 8 ,和力矩N 8。58牛宇点：v丰r h0， v = r =0oCP参数初始回转的有因次角加速度参数。表示转过单位舵角后，在回转初始阶段所产生的回转角加速度。CP是船舶 回转得快慢的指标。cp值越大，cpT，船舶转舵后越能迅速进入回转运动。转舵结束到进入定常回转运动为止。特点：v 、 r 、 v 、 r都不为零，随时间变化，唯有舵角保持常数(口漂角过渡阶段的由r使船舶产生回转，于是船舶纵中剖面与水流形成一漂角。各运动参数不随时间变化特点： 右舵右旋，左舵左旋
6、”22正常操舵，右舵左旋，左舵右旋”22反操现象；增加船首部纵剖面面积使Nv和Nr负值T,导致Cl，稳定性变差；D I,回转性好；减小船首部纵剖面面积使Nv负值T, 0Nr负值T,Y8心轨迹是圆r = 0，v 、 r 为)。影响因素导致c T, dJ，回转性差；负值T，N8正值T，通通常会使回转直径Dl ，并且不导致稳定性下降，从控制水动力导数出发可同时改善稳定性和回转 (如增加舵面积)。挀回转运回 转动横耦倾合定 特性回转过程速降船操舵舶响应对模型操舵指数回转运动的耦合船舶在水平面内作回转运动时会同时产生横摇、纵摇、升沉等运动，以及由于回转过程中阻力增加引起的速降，可理解为回转 运动的耦合，
7、其中以回转横倾与速降最为明显。形成原因：在回转过程中，船体承受侧向力其作用点高度各不相同，于是产生了对Ox轴的倾侧力矩回转横倾分为三个阶段：转舵阶段, 过渡阶段定常回转阶段。最大横倾角出现在过渡阶段.。转舵阶段：v丰丫工0， v = r =0，产生向回转内侧的倾斜；过渡阶段：定常回转阶段：v = r = 0，忽略舵力，船产生外倾；估算原因：回转过程中的横倾会降低船舶的横稳性，所以稳定性规范中对此有一定限制，所以必须估算定常回转阶段稳定横倾角。横倾角估算公式：口 v 2 G d / 2) / ghRRGz（形成原因：侧向速度和角速度引起阻力增加；侧向速度和角速度引起阻力增加。表征系数：表征回转速
8、降一一定常回转阶段航速Vc与直线航速u之比，称为回转速降系数。 1估算法：经验公式估算（模型试验整理）操舵二阶响应模型：T1 3T操舵一阶响应模型：Tr 口 r口 (1T式中T=I/N ，K=C/NVc R 2 1.9L20 T )r口 r KT 23K，T为操作性指数回转直径越小，回转漂角越大，回转速降越大。船舶回转惯性力矩系数；N船舶回转中所受的阻尼力矩系数；C舵产生的回转力矩系数。船舶皆进入定常回转，且定常回转角速度口k口，可得0K、T 与操 纵性 关系D 2 口 n 口，L 口口 L K值越大，相应回转直径越小，回转性越好。K值与回转性密切相关，可衡量回转性好坏。 阶跃操舵：口 口K口
9、 ;有限操舵速度：口 t T 0口常忽略操舵时间t 1。T值越小，表示操舵进入定常回转时间越小，进入定常回转运动的相对回转直径与系数K成反比，即t 上式表征了舵效情况，从操舵进入定常回转的时间分别为T和T+t /2 ,1 1舵效越好。K 表示了回转性，T表示了应舵性和航向稳定性。2 指数K T 物 理意义转首力学:意义运动学意义性指数K、T响因素由T=I/N可见，参数T是惯性力矩与阻尼力矩之比，T值越大， 表示船舶惯性大而阻尼力矩小；反之，T值越小，表示船舶惯性小而阻尼力矩大。 由K=C/N可见，参数K是舵产生的回转力矩与阻尼力矩之比，K值越大，表示舵产生的回转力矩大而阻尼力矩小；反之，K值越
10、小，表示舵产生的回转力矩小而阻尼力矩大。为了提高船舶的操纵性，总希 望惯性尽可能小，而舵产生的 回转力矩尽可能大，也就是希 望T尽量小，K尽量大。T的运动学意义：它是系统的时间常数，它的符号决定了运动的稳定性，它的大小决定了船舶达到定常旋回角速度的时间，其 因次为sec。 对于具有航向稳定性的船舶，tT8时，r =K5 ，K值越大，r越大。K的运动学意义：船舶受单位持续舵角作用下产生的最终旋回角速度，其因次为1/sec。表征操舵后船舶行驶一倍船长，单位舵角引起的首向角改变量。实质相当于K、T指数的比值，仅与惯性、回转力矩有关。 舵角增加： 吃水增加： 尾倾增加： 水深变浅：P:船型越肥大:回转
11、阻尼预报图：回转阻K、T同时减小;K. T同时增大; K、T同时减小;K、T同时减小；K、T同时增大船舶的操纵性指数K、T值是同时减小或同时增大的，即提高船舶回转性的结果 将使其航向稳定性受到某种程度的降低，而航向稳定性的改善又将导致船舶回 转性的某些降低。值得注意的是，当舵角增加时，K/、T/值同时减小，但T/值 减小的幅度要比K/值减小的幅度大，因此船舶的舵效反而变好。不改变粘性阻 尼条件，增加舵效提高回转力矩值，可以改善回转性而不影响航向稳定性。尼随舵面积的减少而减少；回转阻尼随FL d的增力标相交，可求得回转阻尼为零的临界舵面积，若小于此面积，船舶航向将 影响的船体之回转阻:尼。K，、
12、T之间存在一定的关系，若舵面积和SL d不变，K-T预报图改 阻减少；B/d越大，回转阻尼越小；使/L d为定值的直线与横坐不稳定；使/ d为定值的直线与纵坐标相交，可以求得不包括舵那么任何在回转性方面的改善必然使航向稳定性和转首性变差；为了同时回转性和航向稳定性转首性，必须增加A ,/Ld或L d /对于同一艘船 在各种操纵运动幅度时保持为常数。但随着操舵角的增大，引起了回转 尼的非线性变化，存在较大的非线性影响。船舶操纵性设计基本原则；给定船的主尺度（即船的惯性），以提供必要和足够的流体动力阻尼及舵效，使之满足设计船舶所要求的回转性、航向稳定 性和转首性。通常最常用的办法是改变舵面积，因为
13、舵既有明显的航向稳定作用，又会产生回转力矩。指数的使用范围K、T方程只适合操小舵角的航向较稳定的船的操纵运动。K、T实验目的：求取船舶操纵性衡准及各运动要素，从而评价操纵性优劣。 自航模：回转试验；螺旋与逆螺旋试验；Z型操舵试验;约束模：直线拖曳试验；悬臂试验；平面运动机构试验；操纵性试验,回转试验概念：在试验船:模拟了 实试验目的：求船直航条件下，操左35舵角和右35舵角或设计最大舵角并保持之，使船舶进行左、右旋回运动的试验。大舵角的回转船航行时紧急规避时的操纵。通过回转试验可评价回转运动的迅速程度和所需的水域大小。舶的回转要素。轨迹测量方法：光学跟踪的绕标方法；测量航速及首向角的积分方法；岸上设置固定观察站。 方型系数：C 越大，回转性越好，回转圈也越小；舵面积比；水线下侧面积：1首部多有利于减小旋回圈，尾部多有利于提高航向稳定性。 吃水 舵角 浅水水线下的船型因素影响回转圈大小因素验与试验船舶的吃水状态 操船方面的影响 外界环境的影卩酸纵倾 横倾
