船舶操纵基础知识课件

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1、国家级精品课程船舶操纵国家级精品课程船舶操纵 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能上海海事职业技术学院上海海事职业技术学院 王王 忠忠第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能 第一节 船速与主机功率一、阻力和推力（一）船舶阻力船舶阻力按其形成的性质可分为空气阻力和水阻力，按其特征又可分为基本阻力R0和附加阻力R两部分，即 R=R0+R 基本阻力由摩擦阻力Rf、涡流阻力Re和兴波阻力Rw组成，后两者通常也称为剩余阻力Rr也即压差阻力。1、摩擦阻力Rf ：船体对水运动时，由于水的粘性，在船体周围水和船体湿表面之间产生的阻力。它的大小取决于船体的湿水面积、船体的粗糙度和船速，与船体湿表面面积成正比，

2、与航速的次方成正比。总阻力的70%80%左右。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能 2、兴波阻力RW ：沿船体首尾方向由于兴波而构成压力差所产生的阻力称为兴波阻力。兴波阻力RW约与航速的46次方成正比。随着船速的提高，兴波阻力所占比重将增大。 3、涡流阻力Re ：船体表面形状急剧变化处产生涡流，这种涡流形成的阻力称为涡流阻力。该阻力与船体的形状和对水流的位置有关，所以又称为形状阻力。它的大小与航速的平方成正比。涡流阻力一般不足总阻力的10%，船型优良的船可控制在5%以下。 低速船 中速船 高速船 Rf 70 50 35 Re 2015 10 Rw 1035 55第一章第一章 船舶操纵性能船

3、舶操纵性能 4、附加阻力由污底阻力Rs、附体阻力RA、空气阻力Ax和 汹涛阻力Rh组成。(1)污底阻力Rs ：水下船体生锈及海洋生物附着其上而增 加的阻力称污底阻力。出坞3个月内该阻力不考虑，3 个月后每月递增3%, 6个月后每月递增6%。(2)附体阻力RA ：指由于舵、舭龙骨及轴包架等附体对水 运动而增加的一部分阻力。与附体大小有关。(3)空气阻力Ax ：指空气作用于水面上的船体及上层建而 产生的阻力。与相对风速有关，占总阻力的24。 (4)汹涛阻力Rh ：船舶在风浪中航行，由于风、浪的作用 及船身的剧烈摇摆运动而产生的阻力。与波高有关。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能 （二）推力1、

4、推进器 FPP（fixed pitch propeller） 螺旋桨 CPP（controllable pitch propeller） 推进器 平旋桨 VSP（cycloidal propeller） 明轮（paddle wheel） 喷水器（jet propulsion） 单桨船的螺旋桨按其旋转方向又可分为右旋式和左旋式两种,大多数商船均采用右旋式 。双桨船的螺旋桨按其旋转方向可分为外旋式和内旋式两种 ，一般FPP双桨船多采用外旋式，而CPP双桨船则多采用内旋式。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能 2、螺旋桨的推力和转矩推力:水对螺旋桨的反作用力在船首方向的分量就是推 船前进的推力T

5、。 吸吸入入流流排排出出流流螺旋桨流螺旋桨流螺旋桨流螺旋桨流吸入流范围较宽、流速较慢、流线平行排出流范围较窄、流速较快、流线螺旋第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能 螺旋桨产生推力和转矩的基本原理Vp2 nrURdTdQdLdDdPakT=gT=g w w KT KT nDnD4 4 (N) (N)MQ=gMQ=g wKQ nDwKQ nD5 5 (Nm)(Nm) 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能 3、滑失和滑失比(1)滑失S：螺距P与进程hp之差，称滑失S，即S=P-hp， 螺旋桨理论上应能前进的速度nP与螺旋桨实际对水 速度Vp之差，称为滑失速度，也可称为真滑失S，即： S=nP-

6、Vp(2)滑失比Sr: 滑失与螺距之比，称为滑失比Sr。或定义 为滑失速度与理论上可以前进的速度nP之比。即: Sr=P-hp/P=1-hp/P 或 Sr=np-Vp/np=1-Vp/nP 若不考虑螺旋桨盘面处的伴流速度，而以船速Vs代 替上述各式中的VP，则分别称为虚滑失S和虚滑失比 Sr即： S=np-Vs Sr=np-Vs/np=1-Vs/nP第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能 4、滑失与推力的关系(1)转速一定时，滑失越大，滑失比越高，推力越大。(2)转速一定时，船速越低，滑失比越大，推力越大。(3)船速不变时，提高转速，滑失比增大，推力也将增大。(4)Sr1 船舶前进，螺旋桨反转

7、，或船舶后退，螺旋桨正转(6)Sr1船舶前进（或后退）速度较高，螺旋桨反转（或正转）速度越高(7)Sr=1 船舶速度、伴流速度与桨的进速为零当Vp=nP时,Sr=0,则在该转速n时螺旋桨产生推力趋于零；而当Sr越高，螺旋桨产生的推力就越大。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能二、主机功率（一）最大持续输出功率 主机在平台试验时由测功器在飞轮端测得的最大有效功率，又称铭牌功率或额定功率。用MCR表示。（二）约定最大持续输出功率 船上实际使用的最大持续功率，该功率和转速均低于额定功率，一般用SMCR或CMCR表示。SMCR是90% MCR ；CMCR是85% MCR，通常称为服务功率。（三）过载

8、输出功率指可供短时间使用的超过约定最大持续功率的输出功率，约为105%-110%MCR。（四）倒车输出功率指倒车时的最大输出功率,约为40%-60%MCR。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能三、推进的功率名称和推进效率（一）推进功率名称1、机器功率MHP柴油机用BHP，汽轮机用SHP，蒸汽机则用IHP表示。 主机指示功率IHP ： 是主机在气缸内产生的功率。轴功率SHP或制动功率BHP：轴功率是指由曲轴输出端测得的功率，也就是主机有效功率MHP。由于轴上的负荷有使主机制动的趋势，故轴功率又称制动功率。2.推进器收到功率DHP：是指主机传递至主轴尾端，通过船尾轴管提供给螺旋桨的功率。3.推力

9、功率THP：是指推进器获得收到功率后，产生推船行进的功率。它等于推进器发出的推力T和推进器的进速VP的乘积，即T H P=TVP 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能4.船舶有效功率EHP船舶有效功率是指船舶克服阻力R而保持一定船速VS所消耗的功率，它等于船舶阻力与船速的积，即 E H P=RVS （二）推进效率1.传递效率C：DHPMHP，称为传送功率。该值通常为。中机型船该值约为；尾机型船该值约为。2.推进系数Ct：EHPMHP，称为推进系数, 也称推进效率。该值一般为。也就是说，主机发出的功率变为船舶推进有效功率后损失将近一半。3.推进器效率P：EHPDHP，称为推进器效率，该值约为。

10、第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能四、船速（一）船速的分类1.额定船速：在额定功率和额定转速的条件下，船舶所能达到的静水中航速，即为该船的额定船速。2.海上船速 ：主机的海上常用功率通常为额定功率的85%90%；相应的海上常用转速则为额定转速的93%97%。主机在海上常用输出功率和海上常用转速运转时，在深水中航行所得到的静水船速即为海上船速。3.港内船速：主机以港内功率和转速在深水中航行的静水船速即为港内船速。转速最高约为海上常用转速的70%80%。4.经济船速：以节约燃料消耗、降低营运成本、提高营运效率为目的，根据航线条件等特点而采用的船速称为经济船速。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操

11、纵性能（二）测速1.测定条件1)测速时的主机输出功率分别定为额定功率的2/4、3/44/4、11/10（过载）；海面状况良好时可追加1/4额定功率的条件。2)船舶吃水以满载状态最为理想。通常油轮应为满载状态，不能以满载状态试验的货船应为压载状态，螺旋桨的桨毂所处的水深应超过倍的螺旋桨直径。3)测试水域应足够广阔、平静、风流影响甚小，来往船舶较少。水深以不影响船舶阻力为准，例如VLCC应在4d以上的水深中进行，而高速货船则应需在10d以上的水深中进行测速（d为船舶实际吃水）。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能2.测速方法1)叠标法：利用专用测速水域中设置的具有一定距离S（13n mile）的

12、两组平行叠标，测定船舶以垂直于叠标方位的航向驶过两组叠标线所用的时间才来求出船速的方法，即叠标法。2)抛板法：该测试方法简单，且不受潮流影响，但当有风时会受到表层流的影响。3)定位法：通过无线电波定位或GPS（包括DGPS）定位，利用所得到的精确船位来求取船速。中型以下船舶可采用叠标法和抛板法测试船速，而超大型船舶则多在外海沿岸的深水域中采用定位法来测定。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能第二节 舵的性能一、舵力及舵力转船力矩（一）舵力PN=576.2 ARVR2sinXP=（0.195+0.305 sin）b PPLPD PNPTO第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（二）舵力转船力

13、矩1.航行中 船舶操某一舵角后，舵叶上将产生正压力PN，其支点为船舶重心G，所以PN产生的转船力矩为M=PN =L/2cos M=kARVR2 sinL/2cos=1/4kLARVR2sin2PNL/2lG第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能2.系泊时船速为零，但一旦螺旋桨正转，其排出流作用在舵叶上，同样会产生正压力PN，只是支点要视具体情况而言。若采用甩尾离泊时，则支点在船首，舵力转船力矩为： M = PNLcos （Ia= Lcos ） laG第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能二、影响舵力大小的因素（一）船尾舵的舵力1.舵与船体间的相互干扰舵与船体之间的相互干扰，将使船尾舵的舵力比单

14、独舵的舵力提高约20%30%。船尾的钝材越大，舵与船尾越近，间隙越小，增加越明显。2.伴流的影响单车单舵船因伴流影响，其舵力将降至单独舵舵力的一半以下，即伴流大约可使舵力下降60%左右。对于双车船，舵力也将下降50左右。 3.螺旋桨排出流的影响对单车单舵船而言，有利影响可以抵消伴流的不利影响。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（二）使舵力减小的流体现象1.失速现象流经舵背面的水流从舵的后缘之前严重地与舵的背面剥离，从而出现强涡时，舵升力系数C CL L骤然下降，这种现象称作失速现象。出现失速现象时的舵角S称为失速舵角或临界舵角。在敞水单独舵的情况下，失速角一般为20o左右。 S S C

15、CL LOO第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能2.空泡现象当使用大舵角或舵的前进速度相当大时，特别是舵的剖面形状之前端的曲率较大时，当舵的背流面压力下降至或接近于该温度下的汽化压力时，在舵的背流面将产生空泡现象（cavitation），使该处的舵表面与水的接触发生阻断，流体的连续性遭到破坏，从而使升力减小。但空泡现象不像失速现象那样显著。3.空气吸入现象在舵叶表面吸入空气、产生涡流，使舵力下降的现象，称为空气吸入现象（aeration）。在舵接近水面或部分露出水面且船速较高的情况下，容易发生此现象。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（三）舵的尺度、形状等因素对舵力的影响1.舵叶展弦比的

16、影响（=h/b; =h/AR）展弦比越大，小舵角时的升力越大，有利于运用小舵角操船。否则相反。一般船舶配舵的展弦比为范围内。2.舵的外形及剖面形状的影响流线型舵阻力比平板舵阻力小20。3.舵面积的影响舵压力与舵面积成正比 （舵面积系数=AR/Ld 100%)一般万吨海船（单桨单舵） 在之间，拖船在之间。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能第三节 螺旋桨的致偏作用一、单螺旋桨横向力（一）沉深横向力（SWT)又称侧压力或水面效应横向力产生原因：螺旋桨上桨叶露出水面或空气卷入。2.后果：以右旋单车船为例，进车时，该力推尾向右，使船首向左偏转；倒车时使船首向右偏转。左旋式单车船的偏转方向相反。 Qd

17、QuSWT正车倒车右旋单车船第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能3.影响沉深横向力的因素（1）沉深比：当h/D时，桨叶距水面较深，空气不易吸入，该力很小；当h/D G P F（3）大小：海船：G=3 -15 Gmax=20 漂角越大 回转圈越小 回转性越好P F A GGAFO第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能2.船舶转心P（1）定义：由船舶旋回曲率中心O点作船舶首尾线的垂线，垂足点P即为转心。（2）特性： 转心处的漂角为零 转心处无横移速度 转心为自转轴（3）转心P 的位置： 进入定常旋回时， 转心P约在船首柱 后1/31/5船长处 P F A GGAFO首动一尺，尾动一丈首动一尺，尾

18、动一丈第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能 船舶转心位置与流速、流向、回转方向的关系 顺流转向： 逆流转向：PPGGPP转心位置与拖船的作用位置的关系转心位置与拖船的作用位置的关系PPGGPP第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能3.旋回速降（1）原因：斜航阻力、舵力的纵向分力、惯性离心力的纵向分力以及推进器效率降低。（2）影响因素：DT/L越小，Vt/Vs越小，速降愈剧烈 。 根据Davidson2 3 4 5 6 70.90.80.70.60.50.4DT/LppVt/Vs一般万吨船可降速40% -50%大型船舶可降速60%。旋回性越好，速降越明显 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能

19、4.旋回横倾（1）原因：舵压力横向力Py、水动压力横向力Ry、惯性离心力横向力Qy（2）过程：先内倾后外倾（3）大小：一般货船满舵旋回时的外倾在静水中可达3o5o左右 ，最大外倾角一般为定常外倾角的倍 。（4）外倾角大小的估算 ： tanc =Vt2GB / gGMR 式中：Vt：定常旋回切线速度（m/s）；R：定常旋回半径（m）； g：重力加速度（m/s2）；GM：初稳性高度（m）； GB：重心浮心间距（m） 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（5）措施：A.在适当增大初稳性高度的同时，采取措施减小自由液面影响，防止货物移动；B.降低船速，缓慢操舵，用较小舵角进行旋回，以增大旋回半径；C

20、.选择使风浪作用力矩与回转产生的最大外倾力矩错开的时机操舵；D.旋回中若已出现较大外倾角而危及船舶安全时，切忌急速回舵或急操反舵，而应逐渐降速，同时逐渐减小所用舵角。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能5.旋回时间 （1）定义： 旋回时间是指船舶旋回360所需的时间。（2）影响因素： 它与旋回初始船速、排水量有密切关系。排水量大，旋回时间增加；船速提高，旋回时间缩短。（3）大小： 一般万吨船快速满舵旋回的时间约为6min，而超大型船舶的旋回时间则几乎要增加一倍。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能三、影响旋回圈大小的因素（一）方型系数Cb Cb较小的瘦形高速船（Cb）较Cb较大的肥大型船

21、（Cb）旋回性差得多。即Cb越大，旋回性越好。（二）水线下侧面积 首有球鼻或船尾削尖的船，旋回圈较小； 尾有钝材或船首削尖的船，旋回圈就大。（三）舵面积比 （AR/Lppd） AR/Lppd大，旋回圈减小 。（四）吃水d 吃水d大的船进距、横距、旋回初径有所增加，反移则 有所减小。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（五）纵倾1.对于Cb的船舶，首倾每增加1%船长，旋回初径便可减小10%左右。2.对于Cb的船舶，尾倾每增加1%船长，旋回初径将增加3%左右。（六）横倾1.低速时，向低舷侧旋回，旋回圈小；2.高速时，向高舷一侧旋回，旋回圈小。（七）舵角1.舵角15随着舵角的增大，旋回初径缓慢减小

22、。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（八）操舵时间操舵时间长，进距将直接受其影响而变大，横距所受影响较小，而旋回直径几乎不受影响。（九）船速1.商船速度范围内，船速对旋回初径的影响却很小。2.航进中减速旋回时，旋回圈将增大；相反，船舶在静止中或低速中加车进行旋回，旋回圈将减小 。（十）浅水由于浅水中阻力明显增大，转船力矩下降，因此，旋回圈在其他条件相同时随着水深的变浅而逐渐增大。当H/d 0时，t则et/T0，转头角速度K，而船舶定常旋回时的切线速度Vt与的关系是：Vt = R，故R = Vt / = Vt / K。因此：K值越大，则定常旋回角速度越大，旋回半径也就越小，船舶的旋回性越好；

23、反之，K值越小，船舶旋回性越差。所以称K为船舶旋回性指数。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能2.由 = K（1-et/T）可知设t =T： 则 = K（1-et/T）= K（） 0.63 K T值表示操舵后，船舶对舵角响应的时间滞后的一种 指数。在数值上等于操舵后船舶旋回角速度达到0.63 K所需的时间。 K 0.63K Tt = K (1-e )-t/T第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能结论：（1）T为正值，则T值越小，et/T趋于零的速度就越快，船舶进入定常旋回也就越快，即船舶追随性越好，航向稳定性亦好。（2）T值越大，追随性就差，航向稳定性差。（3）T为负值，则船舶不具备航向稳

24、定性。（三）K、T指数的无因次化与数值范围 1.无因次化的目的（1）便于比较不同种类船舶或同一船舶不同状态下的操纵性 ；（2）便于计算。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能2.无因次化公式 K KKL/VsKL/VsTTTVs/LTVs/L3.船舶具备一般操纵性的K、T值范围：满载货船：L100m150m，K，T满载油船：L150m250m，K，T4.影响K、T值的因素（1）舵角增大K、T同时减小；（2）吃水增大K、T同时增大；（3）水深变浅K、T同时减小；（4）尾倾增加K、T同时减小。（5）Cb、L/B增大K、T增大。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（四）K、T指数在实际操船中的应

25、用1.旋回圈部分要素的求算（1）定常旋回半径R和定常旋回直径D R = Vs/K= L/K D = 2R = 2 Vs / K= 2 L / K （2）心距Re ： Re = Vs （T + t1 / 2）（3）进距Ad ： Ad = Re + R = Vs （T + t1 / 2）+ Vs / KAdRRe第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能2.改向中船舶的转头惯性角的估算航行中的船舶操某一舵角实施改向，船舶的转头角速度达到某一定值后操正舵，船首将继续偏转，其转头惯性角为： = T3.推算新航向距离 DNC= Re+BC =Vs(T+ t1 /2)+Rtan C/2计算时应注意单位统一：旋

26、回时初速Vs单位为m/sK单位为1/sT与t1单位为s所操舵角单位为弧度GBCCA1DCA2 C/2OReR第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能4.用K、T指数对船舶操纵性的分类及比较A型：T小K大，旋回性、追随性均好。拖轮、渔轮、集装箱班轮，属此类船舶。B型：T小K小，旋回性差、追随性好。浅吃水或空载状态的船属此类船舶。C型：T大K大，旋回性好、追随性差。超大型油轮属此类船舶。D型：T大K大，旋回性、追随性均差。舵面积比较小的船舶、瘦型船均属此类。AdDTOK小、小、T大大K大、大、T大大K小、小、T小小K大、大、T小小ABCD第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能第六节 船舶航向稳定性与

27、保向性一、航向稳定性的概念船舶在受外界干扰取得转头角速度,当干扰消失后，在保持正舵的条件下，船舶所受的转头阻矩对船舶转头运动的影响使船舶转头运动如何变化的性质。(一）静航向稳定性（商船不具备）1、位置稳定性2、方向稳定性第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能(二）动航向稳定性1、定义：动航向稳定性指的是当外界干扰消失后，船舶在不用舵纠正的情况下，能尽快地稳定于新航向的性能。也即船舶直线稳定性。2、型态 ：原航向新航向第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能二、船舶航向稳定性的判别（一）根据航向稳定性指数T判别tT0T值较大T值较小oT0,且T值越小，航向稳定性越好；T0,且T值越大，航向稳定性越

28、差；T0,船舶不具备航向稳定性。（二）根据船舶线型系数判断船型系数Cb/L/B小，船舶瘦长，航向稳定性好船型系数Cb/L/B大，船舶肥短，航向稳定性（三）直航延时试验测得正舵时，首向偏航达5度的延续时间取得平均每分钟偏航角度第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（四）直航操舵试验取得航向稳定后，5min内维持直航所操的平均舵角和操舵次数。在正常天气下，操舵角度在2-3度以内，每分钟次数不多于10-12次为好。（五）回舵操纵试验测定船舶航向不稳定回线环高度右右（+）左左（-） 、 不稳定回线环高度不稳定回线环高度不稳定船舶不稳定船舶稳定船舶稳定船舶第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能三、船舶保

29、向性 （一）定义：是指船舶在风、浪、流等外力作用下，由操舵水手（或自动舵）通过罗经识别船舶首摇情况，并通过操舵抑制或纠正首摇使船舶驶于预定航向的能力。（二）影响船舶保向性的因素1、船型：方型系Cb较小，长宽比L/B较大的瘦削型船舶，回转时阻矩较大，航向稳定性较好，保向性较好；肥胖型船则较差。2、水线下船体侧面积形状：水线下侧面积在船尾分布较多的船舶，如船首较为削进、船尾有较大钝材的船舶，其航向稳定性较好，保向性也较好；而装有球鼻首的船将使其保向性降低。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能3、载态：轻载较满载时的航向稳定性好，保向性也好；尾倾较首倾时保向性好。但在受强风影响时，船舶空载或轻载时

30、的受风面积大，故保向性会下降。4、船速：对同一艘船舶而言，船速越高，保向性越好。5、舵角：随着舵角的增加，船舶的保向性将得到明显改善。尤其对于超大型油轮常需使用大舵角才能保向。6、舵面积比：舵面积越大，航向稳定性越好，保向性越好。7、其他因素：水深变浅、污底增加，将使航向稳定性变好，保向性提高；顺风、顺流航行将使航向稳定性变差，保向性下降。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能第七节 舵效一、舵效的概念（一）定义：船舶在各种不同的状态下，用舵设备操纵船舶所表现的综合效果。是指运动中的船舶操一定舵角后，使船舶在一定时间、一定水域内所获得的转头角的大小。 舵效好：正舵的稳向性；小舵角的保向性； 一

31、般舵角的改向性；大舵角的回转性（二）舵效指数K/T：K/T是角加速度系数，在数量上表示每改变1舵角所能给出的角加速度量，反映了舵的控向能力的大小，因此又称为舵效指数或应舵指数。舵效指数K/T大，则舵效好；反之，则舵效差。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（三）诺宾指数P：舵对船舶运动的控向能力的大小，也可以体现在操舵后的转向效果上。诺宾指数表示操 舵后船舶移动一倍船长时，单位舵角引起的转头角大小，也称转向角度系数。 P=1/2 K/T二、影响舵效的因素（一）舵角：舵角增大时，K、T同时减小，但K/T却反而增大，因此增加舵角可有效地提高舵效。（二）舵面积比舵面积比越大，则K增加，T减小，K/

32、T增大，舵效变好。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（三）舵速：舵速越大，舵效越好。（四）舵机性能：电动液压舵机性能较好，舵来得快，回得也快，易把定；蒸汽舵机来得慢，回得快，容易把定；电动舵机来得快，回得慢，不易把定。（五）排水量：排水量增大，转动惯量增大，舵效变差。满载大船港内操纵起转迟钝，停转不易，因此宜早用舵，早回舵，用较大舵角。（六）纵倾和横倾：首倾时，航向稳定性下降，舵效变差；适量尾倾舵效较好。高速航行中的船舶存在横倾时，向有横倾侧转向时舵效较差。（七）其他因素：顺风、顺流时舵效比顶风顶流时差；浅水中舵效较深水中差。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能第八节 船舶变速运动性能一

33、、船舶启动性能（一）定义：船舶在静止状态中开进车，直至达到与主机输出功率相应的稳定船速所需的时间和航进的距离。（二）估算式： to/Roo/Ro（三）经验值：满载船 s约为船长的20倍；压载船 s约为满载船的1/2-2/3，即为船长的1013倍。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能二、船舶减速性能（一）定义：船舶以一定常速度（全速或半速）行驶中停止主机，至船舶对水停止移动所需的时间和滑行的距离。通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算所需时间和船舶航进距离的标准。万吨级船舶取2kn，超大型船舶取3kn。（二）估算式： t o /Ro(1/V-1/Vo)o /Roln (Vo/ V)（三）经验

34、值：船舶以常速前进，主机停车达到余速2Kn时，一般货船 s为820倍船长，VLCC大于20倍船长。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（四）Topley船长提出的经验估算式 S = 0.024 CV0式中： C为船速减半时间常数（船舶停车后船速每递减一 半所需的时间），单位为min；V0为船舶停车时初速，单位为kn。C值随船舶排水量不同而不同，C值越小，减速越快。 三、倒车制动性能（一）定义：船舶在全速前进中开后退三，至船舶完全对水停止移动所需的时间和滑行的距离，又称紧急停船距离或最短停船距离。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（二）估算式：1、Lovett式估算式： t 0/R002/

35、R02、紧急停船距离经验估算式： s CVkts式中： Vk：倒车时船速（kn） ts：倒车使用时间（s） C：紧急停船距离系数，一般货船取， 大型油轮取；大型油轮如时间按分（min）计算，也可按下式求取紧急停船距离 ： s = 16 Vktms CVktsVs(m/s)ts(s)dt第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能3、低速航进时倒车冲程及冲时的估算 s =1/2WKX/gTPV0 ts=WVX/gTPV0式中： s：倒车冲程（m）； ts：所需时间（s）； g：重力加速度（2）；W：船舶排水量（t）； Kx：船舶前进方向虚质量系数，VLCC或肥大型船舶 可取。 TP：螺旋桨倒车拉力（t

36、），估算时可用TP拉 （后退倒车功率）来估算； V0：船舶倒车时船速（m/s） 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（三）经验值： DWT 主 机 最短停船距离 10 000t 柴油机68L 50 000t 柴油机810L 100 000t 汽轮机1013L 150 000200 000 汽轮机1316L（四）船舶倒车制动轨迹： DL，制动横距制动横距RH，制动纵距制动纵距 ，制动偏航角，制动偏航角第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（五）影响紧急停船距离的主要因素 1、主机倒车功率、换向时间（1）主机倒车功率越小，紧急停船距离越大。此外，单位排水量功率（MCR/DWT）越小，紧急停船距离

37、越大，这就是大型船倒车功率较小型船舶大，但紧急停船距离一般较大的原因所在。（2）主机换向时间越短，紧急停船距离越小。主机换向时间因主机类型不同而不同，一般从前进三到后退三换向所需时间蒸汽机船约需6090s；内燃机船约需90120s；汽轮机船约需120180s。另外，内燃机倒车功率占常用功率的比例也较汽轮机为高。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能2、推进器种类与定距桨相比，调距桨只需改变螺旋桨的螺距角便可达到换向目的。由于它换向时间短，可在短时间内产生较大乃至最大的倒车拉力，故紧急停船距离较短。若其他条件相同，一般CPP船的紧急停船距离约为FPP船的60%80%。目前新出现的悬挂式推进装置

38、（POD），由于可360旋转，故其紧急停船性能更佳。3、排水量在船速和倒车拉力相同时，排水量越大，紧急停船距离越长。通常压载时的停船冲程约为满载时的80%，而倒车冲程约为满载时的40%50%左右。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能4、船速若其他条件相同，船速越大，紧急停船距离越大。5、外界条件（1）顺风流时紧急停船距离增大；反之则减小。（2）浅水中船舶阻力增加，紧急停船距离略有减小。（3）船体污底船体污底严重，则阻力增加，船舶紧急停船距离将相应减小。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（六）各种制动方法的适用范围第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能第九节 实船操纵性试验一、旋回试验（一

39、）试验目的：测定船舶旋回圈，求得船舶的旋回诸要素，包括进距、横距、旋回初径、旋回直径、滞距、旋回时间等，以便评价船舶旋回的迅速程度和所需水域的大小。（二）试验要求：通常是在试验速度条件下，直进中分别向左、右两舷操满舵进行旋回，直至船首向角变化360(有风流轻微影响时应为540)时，测定其旋回圈。也可根据实际工作需要，测定不同载况（满载、半载、压载）、不同船速（全速、半速、低速）、不同舵角（10、15、20、35）情况下向左和向右的旋回资料。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（三）旋回试验过程1、在预定的航线上保持船舶直航并稳定航速。2、测量船舶的初始参数，如船速、初始航向角、初始舵角以及螺

40、旋桨的初始转速等。3、发出操舵口令，以尽可能快的转舵速度操舵至规定舵角。4、从转舵开始，船首向角变化了1、5、15、30、60、90以及以后每隔30分别记下对应的时间、航速、船位、转头角、横倾角及螺旋桨转速。5、当船首向角变化达到360以后，正舵并改为直进状态。6、根据上述观测数据，并对风流引起的漂移进行修正后在大比例尺海图上连续绘出各个船位点，并把它们圆滑地连结为曲线，便可量出旋回圈各要素。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（四）测定旋回圈轨迹的方法1、使用GPS，尤其是DGPS定位测旋回圈。该法操作方便，精确度高，是目前测定旋回圈、惯性及测速的首选方法。2、使用航向、航速计算求旋回圈。

41、3、使用雷达定位测旋回圈。4、使用无线电定位测旋回圈。不论采取何种方法，均应注意将测得的船位换算为重心G处的船位，并进行漂移修正，以提高测量数据的准确性。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能二、Z形试验（一）试验目的：求取船舶的操纵性指数K、T，借以全面评价船舶的旋回性、追随性和航向稳定性等重要操纵性能。（二）试验要求：通常在海上速度情况下，采用10/10（分子表示舵角，分母表示操反舵时的船首向改变量）试验。根据需要也可进行20/20、15/15、5/5等Z形试验，它们分别表示较强和较弱机动时的操纵情况。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（三）试验方法 1、以规定航速保持匀速直航，操右舵

42、10并保持之；2、当船首向右转头的角度达到10时，即与所操舵角相等的瞬间，立即回舵，改操左舵10并保持之；3、待船首最终左转，越过原航向并向左偏离原航向达10时，即再一次出现与所操舵角相等的瞬间，立即回舵，再操右舵10。如此反复，既可按右左右、也可按左右左的顺序，连续进行三次蛇航运动（最好五次）即可。试验中应准确地记录各舵角到位时间、特征转头角的时间及转头超越角的大小。将这些数据描绘成曲线t、t，并据以计算操纵性指数K、T。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能三、螺旋试验和逆螺旋试验（一）试验目的：用于评价船舶航向稳定性的好坏。（二）螺旋试验 测得舵角和定常回转角速度的关系曲线,求得不稳定航

43、向所对应的舵角。f（右）右）（左）左） （右）右） （左）左）ABAEDCaaOcb该曲线的环形范围越宽、面积越大，则船舶的航向稳定性越差。如果环宽大于20，则操纵船舶就会变得很困难。 第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（三）逆螺旋试验测定定常回转角速度和舵角的关系曲线,求得不稳定航向所对应的舵角。 （右）右） （左）左） （右）右） （左）左） c- cOaaA A曲线中，成单值对应，则航向稳定性好；中间曲线段的宽度越大，则航向稳定性差。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能四、停船试验（一）测定条件测定应选择在无风、流影响的水域进行，水深一般应不小于3Bd （B为船宽，d为吃水），船舶

44、在稳定的转速和航速下保持直航，测定时保持正舵。（二）测定内容通常是在空船和满载时，分别测定主机处于主机转速为前进一、前进二、前进三时使用停车和倒车的冲程和所需时间，至少应测定船舶前进三至停车，前进二至停车的停车冲程和前进三至后退三及前进二至后退三的倒车冲程。第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能（三）测定方法1、抛板法具体步骤为：抛木块法计算程序：SDnL-l2 SD=(n-1)L+l12、定位法通过定位测定冲程的方法很多，目前被广泛采用的是GPS（尤其是DGPS）定位法。Ll2 l1第一章第一章 船舶操纵性能船舶操纵性能第十节 IMO船舶操纵性衡准的基本内容一、衡准的适用范围适用于1994年7月1日或之后建造的舵桨推进方式，L100m的船舶。化学品油轮及液化气船不限长度。二、衡准中推荐的标准试验法 包括旋回试验、Z形试验、初始回转试验、停船试验、螺旋试验和回舵试验。三、内容