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1、第一章第一章船舶操船舶操纵纵性能性能第二节 船舶的旋回性能 用小舵角保向用小舵角保向用常用舵角改向用常用舵角改向大舵角紧急旋回大舵角紧急旋回就保向和旋回而言就保向和旋回而言 船船舶舶旋旋回回是是最最基基本本的的最最重重要要操操作作性性能能，通通常常在在衡衡量量船船舶舶旋旋回回性性好好坏坏时时，常常采采用用满满舵舵时时旋旋回回初初经经DTDT与与船船长长L L之之比比，即即DT/LDT/L（相相对对旋旋回回初经来衡量）初经来衡量）。船船舶舶的的旋旋回回运运动动的的过过程程中中DT/LDT/L小小，说说明明船船舶舶旋旋回回性性能能好好。（实实际际上上仅仅是旋回的一方面）仅仅是旋回的一方面） 一、旋
2、回运动的三个阶段一、旋回运动的三个阶段（1 1）第一阶段（转舵阶段）第一阶段（转舵阶段） 开始操舵起开始操舵起, ,到舵转至规定的舵角止（一般约需到舵转至规定的舵角止（一般约需8 815S15S） 为转舵阶段，由于惯性作用，为转舵阶段，由于惯性作用，船几乎保持直航。船几乎保持直航。 当船舶以稳定的航速，直线当船舶以稳定的航速，直线航进时，操某一舵角，并保航进时，操某一舵角，并保持不变，船舶就作旋回运动。持不变，船舶就作旋回运动。根据船舶在用舵后，旋回过根据船舶在用舵后，旋回过程中受力情况及运动状况的程中受力情况及运动状况的不同，可将旋回运动分为三不同，可将旋回运动分为三个阶段：个阶段： FWV
3、SMGPNYPN PNPN 转舵后，产生舵力，同时构成舵力转船力转舵后，产生舵力，同时构成舵力转船力矩（矩（M M）。在）。在M M的作用下的作用下船首有向转舵船首有向转舵 一侧回转一侧回转的趋势。的趋势。 由于舵压力由于舵压力P PN N的正横向分量的正横向分量P PNYNY作用，使作用，使船船向操舵相反一侧横移向操舵相反一侧横移（反移量）。（反移量）。 因舵压力因舵压力P PN N的位置比重心高度低，构成一的位置比重心高度低，构成一个横倾力矩，使船出现向个横倾力矩，使船出现向转舵一侧横倾（内转舵一侧横倾（内倾）倾）； 因因P PN N的纵向分量的纵向分量P PNXNX增加船舶阻力，使增加船
4、舶阻力，使航速航速VSVS下降下降。 此时此时旋回角速度较小，而旋回角加速度很大。旋回角速度较小，而旋回角加速度很大。 PNX（2 2）第二阶段（过渡阶段）第二阶段（过渡阶段）由于操舵后，船向反侧横移，船舶改变由于操舵后，船向反侧横移，船舶改变了运动方向，形成了漂角了运动方向，形成了漂角，水动力，水动力F FW W方方向转为船首外舷，其作用点在重心向转为船首外舷，其作用点在重心G G之前。之前。对船体产生对船体产生M M，M M与与MM相同，形成相同，形成加速加速回转回转。 由于旋回角速度的增加，产生不断增大由于旋回角速度的增加，产生不断增大的水阻力的阻尼力矩的水阻力的阻尼力矩M Ma a和和
5、M Mf f，使旋回角速度，使旋回角速度的下降，限制其增加。的下降，限制其增加。特征：特征：A A船速明显下降船速明显下降，原因为船舶斜，原因为船舶斜航时水动力航时水动力F FW W的纵向分力的纵向分力F FWXWX作用；作用； B B、向操舵侧正向横移向操舵侧正向横移； C C、向操舵相反一侧横倾（外倾）向操舵相反一侧横倾（外倾）； D D、角加速度下降，角速度快速增大角加速度下降，角速度快速增大。FWXVWMRf ffFWYPN外倾MGRaaMM（3 3）第三阶段：）第三阶段： （定常旋回阶段（定常旋回阶段 ） 当当船船首首转转向向角角转转过过一一定定角角度度，船船舶舶旋旋回回角角速速度度
6、趋趋于于稳稳定定时时进入定常旋回。进入定常旋回。该阶段的主要特征：该阶段的主要特征：船速降到最低，并稳定。旋回角速度为常船速降到最低，并稳定。旋回角速度为常数，旋回角加速度为零。船舶保持外倾，转心位置也稳定。数，旋回角加速度为零。船舶保持外倾，转心位置也稳定。二、旋回圈及其要素二、旋回圈及其要素1.1.定义：定速定义：定速直航直航中（一般为全速）的船舶操一舵角，中（一般为全速）的船舶操一舵角，（一般为（一般为满舵满舵），并保持该舵角，船舶作旋回运动，其），并保持该舵角，船舶作旋回运动，其重心所描绘的轨迹叫旋回圈重心所描绘的轨迹叫旋回圈。 13264572 2、旋回圈的要素、旋回圈的要素（1）反
7、移量）反移量LK（偏距）（偏距）定义：在旋回的初始阶段，船舶重心从原航向向操舵相反定义：在旋回的初始阶段，船舶重心从原航向向操舵相反一侧横移的距离，称为反移量一侧横移的距离，称为反移量kickkick。大小：在满舵旋回时，当船首回旋达到一个罗经点大小：在满舵旋回时，当船首回旋达到一个罗经点11。25度度（反移量（反移量 最大最大1%L）（）（G点的最大值）点的最大值）尾偏出首偏出，船尾的反移量远比重心尾偏出首偏出，船尾的反移量远比重心G处的反移量大，处的反移量大，最大值约为最大值约为(1/101/5)L（VS快、快、大，大，LK大）大）LK与与VS、操舵速度、载重状况、船型等有关。、操舵速度、
8、载重状况、船型等有关。 船尾反移量：船尾向操舵相反一侧偏。船尾反移量：船尾向操舵相反一侧偏。（2 2）旋回初径）旋回初径D DT T （Tactical diameterTactical diameter） 是是指指自自初初始始航航向向改改变变1801800 0时时, ,船船舶舶重重心心所所移移动动的的横横向向距距离离。 D DT T/L/L相对旋回初径，表示船舶旋回性能的好坏。相对旋回初径，表示船舶旋回性能的好坏。 * * D DT T5L5L（3 3）进距：）进距：A Ad d (advance) (advance) 又称纵距又称纵距 定定义义：进进距距是是指指发发令令（操操舵舵）开开始始
9、至至船船舶舶航航向向转转过过某某 一一角角度度, ,如如改改变变9090时时，船船舶舶重重心心与与原原船舶重心间的纵向距离。船舶重心间的纵向距离。 A Ad d maxmax：初初始始航航向向改改变变9090稍稍后后（9090+）的的进进距距为为最大进距，它约为旋回初径的最大进距，它约为旋回初径的0.61.20.61.2倍。倍。 （4 4）横距）横距TrTr (Transfer) (Transfer) （正移量）（正移量） 定定义义：横横距距是是指指发发令令位位置置（始始操操船船）船船首首航航向向转转过过任任一一角角度度，船船舶舶重重心心所所移移动动的的横横向向距距离离（一一般般资资料料给给出
10、出的的为为首首转转过过9090的的横横距距。），约为旋回初径的一半），约为旋回初径的一半 。（5 5）定常旋回直径：）定常旋回直径：D D（final diameterfinal diameter） 船舶作定常旋回运动时，重心轨迹的直径，约为船舶作定常旋回运动时，重心轨迹的直径，约为0.9-1.2 D0.9-1.2 DT T （6 6）滞距）滞距:Re (reach) :Re (reach) 也称心距也称心距 从从发发令令位位置置起起，船船舶舶重重心心至至定定常常旋旋回回曲曲率率中中心心的的纵纵向向距距离离称称为滞距。为滞距。 （7 7）飘角：）飘角： （drift angledrift an
11、gle） 船船舶舶旋旋回回时时，船船舶舶首首尾尾线线与与首首尾尾线线上上任任何何一一点点的的旋旋回回切切线线速速度度t t方方向向之之间间夹夹角角，称称为为该该点点的的漂漂角角，一一般般指指重重心心G G处处漂漂角角G G。满舵旋回时，定常阶段的漂角。满舵旋回时，定常阶段的漂角G G 在在3 31515。* *船舶首尾线不同点处，船舶首尾线不同点处，值不同，船尾处值不同，船尾处角最大。角最大。* *漂角越大，回转性好，旋回直径漂角越大，回转性好，旋回直径D D小，小， 大型油轮旋回性能好，就因大型油轮旋回性能好，就因大大. .浅水中旋回性比深水中差浅水中旋回性比深水中差; ; 漂角较深水中小漂
12、角较深水中小 船舶首尾线不同点处，值不同，船尾处角最大。VtVtOVtRGP(8)(8)转心：（转心：（pivoting pivoting pointpoint）船舶转舵后绕旋回船舶转舵后绕旋回曲率中心曲率中心O O的旋回的旋回运动，可看成是两运动，可看成是两个方面运动的合成，个方面运动的合成，一是船舶以切线速一是船舶以切线速度度VtVt前进，另一则前进，另一则是绕自身某一点为是绕自身某一点为中心作自转，该点中心作自转，该点即转心即转心P P。 VtVtOVtRGPVtVtOVtRGP从旋回曲率中心作首尾线的从旋回曲率中心作首尾线的垂线，其垂足点即为转心垂线，其垂足点即为转心P P。 P P点
13、的点的VtVt 与首尾线一致，与首尾线一致，P P点处漂角点处漂角=0=0（横移速度（横移速度=0=0）开始操舵时开始操舵时, P, P点在点在G G之前的之前的1/10 L1/10 L，随着旋回加快，随着旋回加快，P P点前移，点前移， 首向内偏首向内偏 尾向外偏。尾向外偏。 船船舶舶后后退退时时回回转转, ,转转心心P P位位于于重重心心G G之之后后，大大约约与与前前进进中中回回转转时时的的P P位相对称位相对称, ,在尾柱前约在尾柱前约 （1/31/51/31/5）L L处。处。（9 9）旋回中船速：）旋回中船速： （降速）（降速）降速原因：降速原因：斜航，斜航，、阻力、阻力 舵力纵向
14、分量增大舵力纵向分量增大推进效率下降推进效率下降直观理解直观理解: D: DT T/L/L小，小， 旋回初径旋回初径D DT T小、旋回性能好，小、旋回性能好， 降速越明显，速降系数越小。降速越明显，速降系数越小。肥大型船肥大型船 D DT T/L/L小，降速小，降速；* *浅水浅水 ，D DT T/L/L大大 降速小降速小 就旋回过程：开始小，就旋回过程：开始小，降速降速，定常旋回时降，定常旋回时降速最大。速最大。实船试验结果表明：旋回性能好的船实船试验结果表明：旋回性能好的船D DT T/L=3/L=3，降速，降速达达40%50% 40%50% (11)(11)旋回中的横倾：旋回中的横倾：
15、 操一操一后后: :先内倾后外倾。由内倾先内倾后外倾。由内倾外倾，加上外倾，加上摇摆惯性角，在此过程中产生最大横倾角摇摆惯性角，在此过程中产生最大横倾角mm； 定常旋回时，定常外倾角稳定在定常旋回时，定常外倾角稳定在cc; ;(10) (10) 旋回时间：旋回时间： 旋回旋回360360所需的时间，它与船舶排水量和船速有关。万吨所需的时间，它与船舶排水量和船速有关。万吨船约为船约为6 6分钟，而超大型船舶旋回时间几乎要增加一倍。分钟，而超大型船舶旋回时间几乎要增加一倍。向右旋回定常旋回时定常外倾角计算公式：定常旋回时定常外倾角计算公式：式中式中 ：GM GM 初稳性高度（初稳性高度（m m ）
16、GB GB 重心距浮心间距重心距浮心间距 （ m m ）V Vt t 定常旋回时切线速度定常旋回时切线速度 （m/sm/s）R R 定常旋回半径（定常旋回半径（ m m）g g重力加速度重力加速度 (m/s(m/s2 2) ) cc的的大大小小与与船船舶舶定定常常旋旋回回切切线线速速度度（VtVt），角角速速度度（r r），重心浮心间距重心浮心间距GBGB成正比成正比, ,与重力加速度和与重力加速度和GMGM成反比。成反比。 船的旋回直经越小，初稳性高度越低，航速越快，外倾角就越大。最大外倾角m的大小除与影响定常外倾角的因素有关外，还与操舵速度有关。操舵速度快，m则大。瞬时最大外倾角m约为定常
17、外倾角c的12倍。3、影响旋回圈大小的因素 操船方面的因素：操船方面的因素： 1 1）舵角：）舵角：大大 D DT T小小 、 1515时，旋回初径时，旋回初径D DT T的幅度减小；的幅度减小；2 2）操舵时间：越短，进距越小）操舵时间：越短，进距越小3 3）船船速速：VsVs，旋旋回回时时间间缩缩短短：船船速速对对旋旋回回圈圈大大小小影影响响很很小小，但但对对旋旋回回时时间间影影响响明显。明显。减减速速旋旋回回( (进进三三停停车车) )加速旋回（停车加速旋回（停车进三）进三）正常旋回正常旋回 进三进三船舶水线下船型因素船舶水线下船型因素 ：（4 4）方型系数）方型系数 C Cb b ：
18、（型排水体积（型排水体积 / / L.B.hL.B.h ） C Cb b小的瘦削比小的瘦削比C Cb b肥大型的旋回性差（旋回圈大）；肥大型的旋回性差（旋回圈大）； （C Cb b小的船，在旋回时追随其旋回的水量多，惯性矩小的船，在旋回时追随其旋回的水量多，惯性矩大，阻尼大，旋回性差。）大，阻尼大，旋回性差。）（5 5）水线以下船体侧面积：）水线以下船体侧面积： 首部水线下侧面积多首部水线下侧面积多尾部水线下侧面积少尾部水线下侧面积少( (球球 鼻鼻 首首 bulbous bulbous bow)bow)旋回时阻尼力矩小旋回时阻尼力矩小 旋回圈小旋回圈小相反，船尾较纯大或船首较瘦削的船舶，其旋
19、回圈则较大。相反，船尾较纯大或船首较瘦削的船舶，其旋回圈则较大。 (6) (6) 舵面积比：舵面积比： A AR R/Ld/Ld（一般货船为（一般货船为1/601/451/601/45）比值大，舵力大，旋回）比值大，舵力大，旋回性能好。性能好。 （有一定的最佳值）如太大，旋回圈会有所增大。（有一定的最佳值）如太大，旋回圈会有所增大。 (7) (7) 船舶吃水船舶吃水: : 吃水增加，舵面积比减小，船绕重心的转动惯吃水增加，舵面积比减小，船绕重心的转动惯量增加，初始旋回慢；量增加，初始旋回慢； 吃水增加，进距吃水增加，进距A Ad d加大，横距、旋回初径增加；但反加大，横距、旋回初径增加；但反移
20、量减小。移量减小。 吃水减少呢？吃水减少呢？（8 8）吃水差）吃水差: : 重心前移（力臂增加）重心前移（力臂增加）M MR R 增加增加 首倾增加旋回圈变小首倾增加旋回圈变小 F Fn n前移，前移，M MF F 增加增加 * *首倾增加首倾增加1%L 1%L 旋回初径旋回初径D DT T 减小减小10%10% 尾倾增加尾倾增加1%L 1%L 旋回初径旋回初径D DT T 增大增大10% 10% 同样船，空船同样船，空船D DT T满载满载D DT T （但相差不大）（但相差不大） （9 9） 横倾：横倾： 横倾状态对旋回圈大小影响呈较为复杂的变化横倾状态对旋回圈大小影响呈较为复杂的变化;
21、; 与横倾角，船速等有关，影响也不同与横倾角，船速等有关，影响也不同; ; 横倾（横倾（listlist）对旋回圈大小总的影响不大。）对旋回圈大小总的影响不大。 低速低速Vs Vs 低，在阻力推力转矩作用下低，在阻力推力转矩作用下, , 向低舷侧旋回时旋回初径小；向低舷侧旋回时旋回初径小； 高速高速VsVs高高 , ,在首波锋压力转矩作用下在首波锋压力转矩作用下, , 向高舷侧旋回时旋回初径小向高舷侧旋回时旋回初径小 首波锋压力转矩：因横倾，航进中艏会产生偏转，船首两侧产生首波锋压力转矩：因横倾，航进中艏会产生偏转，船首两侧产生的波峰不同，船首两侧构成了压力差，产生转船力矩。的波峰不同，船首两
22、侧构成了压力差，产生转船力矩。 （1010）浅水）浅水 ： 当水深与吃水之比，小于一定值（当水深与吃水之比，小于一定值（H/d2）时，）时， 旋回圈就明显增大。旋回圈就明显增大。 虚质量增加，兴波增加虚质量增加，兴波增加 V Vs s船体下沉船体下沉 （1111）船体污底和风流影响）船体污底和风流影响 ： 污底严重（总体上很小），污底严重（总体上很小），摩擦阻力大，旋回圈大；摩擦阻力大，旋回圈大； 风、流致漂移作用。风、流致漂移作用。 顺风（流）旋回时顺风（流）旋回时旋回圈大；旋回圈大； 顶风（流）旋回时顶风（流）旋回时旋回圈小。旋回圈小。浅水效应浅水效应三、旋回圈要素的应用1 1、反移量的应
23、用：、反移量的应用：人落水人落水 停车并向落水者一舷操舵（避开）；停车并向落水者一舷操舵（避开）；紧急避让或避开船艏障碍物；紧急避让或避开船艏障碍物；驶离码头或靠船，应避免用快速、满舵；驶离码头或靠船，应避免用快速、满舵；船舶过弯头时，应保持足够的横距，船舶过弯头时，应保持足够的横距， 防止尾部扫到码防止尾部扫到码头或停泊的船舶。头或停泊的船舶。 2 2、其他要素的应用：、其他要素的应用：进距进距Ad Ad 估算对遇两船的最迟施舵点（估算对遇两船的最迟施舵点（DAdDAd1 1+ Ad2+ Ad2）心距心距 Re Re 估算对遇两船无法用舵让开的距离（估算对遇两船无法用舵让开的距离（D DDr1+Dr2) Dr1+Dr2) 当当Dr1+Dr2Dr1+Dr2D DAd1+ Ad2 Ad1+ Ad2 运用良好的船艺才能用舵让开。运用良好的船艺才能用舵让开。 即先用满舵让开船首即先用满舵让开船首再利用再利用“反向满舵反向满舵”让开艉部。让开艉部。 旋回初径和进距可以用来估算用舵旋回掉头所需水域的大小。旋回初径和进距可以用来估算用舵旋回掉头所需水域的大小。当制动纵距小于旋回纵距时，用车让；当制动纵距大于旋回纵距时，用舵让。
