船舶操纵性基本知识.

1船舶原理熊云峰2007年12月8日本次课主要教学内容1、操纵性概述船舶操纵与摇摆第一章船舶操纵性基本知识2、附加质量和附加惯性矩3、船舶操纵运动方程式本次课主要教学要求1、掌握船舶操纵性、操纵性衡准等基本概念。这是本次课的教学重点。2、了解船舶附加质量和附加惯性矩的基本知识。这是本次课的一个教学难点。3、了解船舶操纵运动方程式基本知识。这是本次课的另一个教学重点。船舶操纵与摇摆第一章船舶操纵性基本知识第一章船舶操纵性基本知识1、操纵性：船舶能保持或改变航速、航向和位置的能力。通常包括四个方面的内容：A、航向稳定性船舶操纵性基本知识B、回转性C、转首性及跟从性§1-1船舶操纵性概述D、停船性能5具有良好操纵性的船舶，在直线航行时能保持运动方向；需要转向时能迅速地改变航向，使船舶按照预定的航向航行；并且具有适当的停船性能。2、船舶操纵工具靠离码头、在狭窄水道内航行、风浪中操纵、紧急避碰、拖带船舶及海上救济等。3、船舶操纵的具体内容舵、转动导管、平旋推进器和主动旋转装置等船舶操纵性基本知识4、船舶操纵性是船舶的重要性能之一。6、研究船舶操纵和耐波性问题，属于非定常运动范畴。而阻力与推进属于定常运动范畴。5、船舶操纵的控制回路船舶操纵性基本知识1、附加惯性力§1-2附加质量和附加惯性矩由于研究船舶操纵和耐波性问题，属于非定常运动范畴，因此必须考虑惯性问题。作不定常运动的船舶，除了船体本身受到与加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度，根据作用与反作用原理，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。船舶操纵性基本知识2、附加质量附加惯性力与船的加速度成比例，其比例系数称为附加质量。如果物体在真空中，而不计阻尼：如果物体在水中，要计阻尼：附加质量与物体本身的形状和运动方向有关。船舶操纵性基本知识3、船体质量惯性矩船体沿坐标轴的移动，惯性作用表现为力的形式；船体绕坐标轴的转动，惯性作用表现为力矩的形式，用船体质量惯性矩来衡量。船舶操纵性基本知识在实际计算时可以按不见计算，如：依据实际载荷分布来计算跟复杂，对于通常船型都采用经验公式计算惯性矩。船舶操纵性基本知识114、附加惯性矩附加质量和附加惯性矩都是流体对物体的反作用力，所以它们是水下船体的函数。一般都由模型试验或经验公式确定，也可以采用切片法或有限元法等进行数值计算。船舶操纵性基本知识船舶操纵性基本知识船舶操纵性基本知识14一、坐标系与运动方程§1-3船舶操纵运动方程式1、固定坐标系首向角船舶操纵性基本知识152、运动坐标系船舶操纵性基本知识16在运动坐标系中的船舶运动方程：上式在形式上虽然复杂一些，但由于式中的外力不再与船舶相对于固定坐标的方向有关，在表达上将带来很大的方便。船舶操纵性基本知识17二、操纵运动的线性方程式1、外力的种类一类是由于船舶与水之间的相互作用引起的水动力和力矩。另一类是由于其它原因引起的外力，如拖缆力、风压力等。对于迎风面积不大的船舶通常在风速下航行时，风压力一般影响不大。对于外力，一般只考虑水动力和力矩。船舶操纵性基本知识182、船舶操纵性运动方程船舶操纵性基本知识第二章舵设计基本知识一、操纵性衡准为了具有良好的操纵性能，提高航行安全，减少海损事故，有必要制定科学的、统一的操纵性衡准，来指导船舶设计工作。§2-1概述船舶操纵性基本知识操纵性衡准：1、回转能力。由回转试验确定。2、初始回转能力。由初始回转试验确定。3、偏航纠正与航向保持能力。由Z形操纵试验确定。4、停船能力。由停船试验确定。船舶操纵性基本知识二、舵设计基本思想1、满足操纵性要求A、远洋船一般以航向保持性为主，对回转性要求不高。B、沿海船和进出港比较频繁的船，对回转性有较高的要求。C、内河船受航道的限制应注意转首性，同时需满足回转性的特殊要求。船舶操纵性基本知识222、舵与船体、浆应组成统一整体，要考虑它们之间的相互影响，力求降低航行阻力，提高推进效率。A、舵的数目和形式的选择。B、舵的尺度和形状的设计。C、舵力及舵杆扭矩计算和舵机功效估算。A、舵的设计的内容应注包括：船舶操纵性基本知识一、舵的几何要素§2-2舵的几何要素、分类及安装位置1、舵面积2、舵高3、舵宽4、展弦比5、平衡比6、厚度比7、面积比8、舵剖面船舶操纵性基本知识24二、舵的分类1、根据舵的支持情况分：1、普通舵和特种舵，普通舵有分为：船舶操纵性基本知识252、根据舵的剖面形状可分为平板舵和流线型舵。二、舵的数目及安装位置1、舵的数目的选择取决于船型和航行情况，与螺旋桨数目有很大关系。2、舵形式的选择与船尾形式、航行形式和设备条件有关。船舶操纵性基本知识26三、舵的位置应与浆和船尾线型良好配合，以保证：1、降有通畅的来流，供水充足。2、舵能充分吸收浆尾流的动能，把它转化为推力和舵法向力。3、舵的上缘与船底间隙足够小，可利用边界效应提高舵效。4、使浆、舵有效地受到船体遮盖保护，以避免损伤。船舶操纵性基本知识为了使船舶具有良好的操纵性，保证船舶安全航行，设计者应确保：§2-3改善操纵性的措施1、舵的设计正确；船舶操纵性基本知识2、船体主要尺度和型线的正确选择；3、设计特种操纵装置。一、船舶主尺度和形状对操纵性的影响1、船舶水线长：船越长，定常回转直径越大。船舶操纵性基本知识2、主尺度比：船长宽度比、宽度吃水比、船体修长度。3、方形系数4、中剖面面积5、尾部形状6、首部形状二、特种操纵装置1、推进、操纵合一装置：平旋推进器、转动导管、Z形推进器、各种喷水推进器等。船舶操纵性基本知识2、主动式转向装置：转柱舵、主动舵和侧推器等。3、特种舵：鱼尾舵、反应舵和整流多等。船舶操纵性基本知识（1）转柱舵船舶操纵性基本知识（2）主动舵船舶操纵性基本知识（3）侧推器船舶操纵性基本知识（4）鱼尾舵34船舶操纵性基本知识（5）反应舵船舶操纵性基本知识（6）整流舵36船舶操纵性基本知识（7）麦鲁舵