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操纵性是指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航速、航向和位置的性能。包括以下四个方面：①航向稳定性：舶在水平面内运动受到扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后，保持原有航向运动的性能。②回转性：船舶应舵作圆弧运动的性能。③转首及跟从性：船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。④停船性能：船舶对惯性停船和倒车停船的响应性能。影响操纵性的因素：船型→水动力性能→操纵性操纵装置控制系统：自动驾驶系统，自动定位系统，自动舵。2、固有操纵性：不考虑外界环境条件、操舵装置性能、驾驶人员的技术水平等差异所表现的自身固有操纵性——（船、舵）开环操纵性。3、控制操纵性：考虑上述因素的船舶，在具有操船环境下实操时所表现的操纵性能。4、操纵装置：舵、转向导管、平旋推进器、主动转向装置。5、操纵六要素：锚、车、舵、缆、风、流。6、作不定常运动的船舶，除了船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，根据作用力与反作用力原理，水对船存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为附加质量。附加质量与物体本身的形状及运动状态有关。𝐼𝑥𝑥=∫(𝑥2+𝑦2)𝑑𝑚𝑚式中x,y,z是船舶微质量dm在运动坐标系中的坐标。运动坐标系：以船舶的重心位置G为原点而固定于船体上的直角坐标系。首向角：船舶纵剖面与OoXo轴的交角。航速角：重心瞬时速度矢量与OoXo轴夹角。枢心：回转时漂角为零点、横向速度为零的点。船舶重心处的速度矢量V与Gx轴正方向的交角称为漂角β。船舶在静水中运动时，作用在其上的外力分为两类：一类是由船舶与水之间的相互运动引起的水动力和力矩，另一类是由于其他原因引起的外力，如托缆力、风压力等。船舶操纵性运动线性方程式：(𝑚−𝑋𝑢̇)𝑢̇−𝑋𝑢∆𝑢=0(一般不用)(𝑚−𝑌𝑣̇)𝑣̇−𝑌𝑣𝑣−𝑌𝑟̇𝑟̇+(𝑚𝑢1−𝑌𝑟)𝑟=𝑌𝛿δ−𝑁𝑣̇𝑣̇−𝑁𝑣𝑣+(𝐼𝑧𝑧−𝑁𝑟̇)𝑟̇−𝑁𝑟𝑟=𝑁𝛿𝛿把水动力作为外力，应用牛顿定律建立的数学模型，称为水动力模型。水动力导数分析：（1）水动力和力矩的位置导数YV和NV。当船舶以速度u1前进并具有横向速度v时，和速度V与x轴形成漂角β。将船体视为展弦比为2d/L的机翼，漂角相当于机翼的攻角。因此船体收到一个升力YVv，船体首部和尾部的方向均指向v的负方向，所以合力为一较大负值，YV也是以较大负值。而水动力矩由于首尾作用相互抵消，其绝对值不会很大，因机翼的水动力中心在形成之前，首部作用占优势，故NV一般为一个不大的负值。（2）水动力和力矩的旋转导数Yr和Nr。在回转角速度r的影响下，船艏与船艉有相反方向的攻角。因此船艏和船艉水动力方向相反，Yr的绝对值较小，符号取决于船型；而水动力矩在船艏艉方向相同，都是阻止船舶回转的，所以水动力导数Nr是一个很大的负值，对操纵运动起重要作用。（3）水动力和力矩的线加速度导数𝐘𝐕̇和𝐍𝐕̇。𝑌𝑉̇是水动力Y相对于加速度𝑣̇在平衡状态下的变化率。具有正的加速度𝑣̇的船舶收到水动力与加速度反向，因此𝒀𝑽̇是一个相当大的负值，水动力𝑌𝑉̇𝑣̇是由𝑣̇引起的船体沿y轴的附加惯性力，|𝒀𝑽̇|即附加质量；由于船艏和船艉对z轴产生的水动力矩𝑁𝑉̇𝑣̇方向相反，因此𝑵𝑽̇的绝对值不大，符号取决于船型。（4）水动力和力矩角加速度导数𝒀𝒓̇和𝑵𝒓̇正的回转角加速度在船艏产生+𝑣̇而在船艉产生−𝑣̇，由此引起的水对船体的惯性反作用力与加速度方向相反。所以正𝑟̇在船艏产生负的𝑌𝑟̇和负的𝑁𝑟̇，而在船艉产生正的𝑌𝑟̇和负的𝑁𝑟̇。由于船艏和船艉存在反方向的水动力故合力较小，所以𝒀𝒓̇是一个较小的值，符号取决于船型；𝑵𝒓̇是一个较大的负值。实际上𝒀𝒓̇𝒓̇和𝑵𝒓̇𝒓̇是由回转加速度引起的船舶附加惯性力和力矩，其中𝑵𝒓̇是附加惯性力矩系数。（5）舵角的控制导数：正的δ产生负的舵力，所以Yδ0，而舵力使船右转，是正的，故Nδ0.一阶K-T方程：T𝑟̇+𝑟=𝐾𝛿。适用条件：较好稳定性，舵角小，操舵频率低。物理意义：船舶在惯性力矩、阻尼力矩和舵力矩的作用下进行缓慢转首运动可以用下式近似表示：I𝑟̇+𝑁𝑟=𝑀𝛿；式中：N为船舶回转中的阻尼力矩系数；I为船舶回转中的惯性力矩系数；M为舵产生的转首力矩系数。两式相比，有：T=𝐼𝑁，K=𝑀𝑁，由此可知：T是惯性力矩系数与阻尼力矩系数之比。T值大，表示船舶运动中受到的惯性力矩大，阻尼力矩小，T小稳定性好。K是转首力矩系数与阻尼力矩系数之比。K值大，表示舵产生转首力矩大而阻尼力矩小，K大回转性好。直线稳定性——船舶受到瞬时扰动后，最终能恢复直线航行状态，但航向发生变化。(主要)方向稳定性——船舶受扰后，新航线为与原航线平行的另一条直线。位置稳定性——船舶受扰后，最终仍按原航线的延长线航行。不操舵情况下的稳定性称为自动稳定性，取决于船体和舵的几何形状，是船舶的固有属性。操舵或使用其他操纵装置条件下的稳定下的稳定性称为控制稳定性，取决于整个闭合回路的特性。自动稳定性越好的船,控制稳定性也越好.对于通常的水面船舶,只有通过操舵控制才可能使之具备方向稳定性和位置稳定性.如果不操舵,最多具备直线稳定性。直线稳定性的条件为：C=𝑌𝑣𝑁𝑟−𝑁𝑣(𝑌𝑟−𝑚𝑢1)0上式为稳定性衡准式，系数C称为稳定性衡准数。C0表示船舶具有直线稳定性。在深水中𝑌𝑟𝑟𝑚𝑢1𝑟（离心力），故上式可改写成：𝑁𝑣𝑌𝑣𝑁𝑟𝑌𝑟−𝑚𝑢1，左边项称为位置力臂lv，右边项称为阻尼力臂lr。直线稳定性条件：lvlr改善：使船体水线以下侧投影面积向首尾两端分布，可使|Nr|增大，即lr增大，对稳定性有利。但首部面积增大，使侧面积中心向前移动，|Nv|增大，lv也增大，对稳定性不利。只有增大尾部面积，如采用增加尾倾，增大呆木或尾鳍面积，既可使|Nr|增大，又使|Nv|减小，可改善稳定性。反之，若为了改善其他性能，必损失一些稳定性时，可采用削小呆木，呆木开孔，增加首踵等措施。直线航行的船舶，将舵转至一舵角，并保持此舵角，船将做曲线运动，称为回转运动。船舶做回转运动时重心的轨迹称为回转圈。回转运动的三个阶段：转舵阶段：船舶从开始执行转舵命令起到实现命令舵角止的阶段（8~15s）。船体惯性很大舵力很小，转舵阶段中漂角和回转角速度都很小，舵力起主要作用，几乎按原航向航行。过渡阶段：从转舵终止到船舶进入定常回转的中间阶段。加速度、角加速度、V、r都不为零，随时间变化，唯有舵角保持常数。定常阶段：过渡阶段终了，船舶运动参数开始稳定，达到新的平衡状态。航向以一定角速度回转，重心轨迹成圆形。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。定常回转圈是操纵性的指标，是衡量转首性和回转性的直观方法。回转圈的特征参数：定常回转直径D：在回转运动中，船舶进入定常阶段后的回转圈的直径。3,10,5~7.战术直径DT：船舶首项改变180°时，其重心距初识直线航线的横向距离。3~6；7~8。纵距Ad：自转舵开始时的船舶重心沿初识直线航向至首向改变90°时的船舶重心间的纵向距离。一般为3~4L,越大表示对操舵反应越迟钝。正横距Tr：船舶转首90°时，其重心至初识直线航线的横向距离。越小回转性越好。反横距K：船舶离开初识直线航线向回转中心的反侧横移的最大距离。进程：纵距L1减去定常回转半径R。中纵剖面上漂角为0的点，即在该点上速度的方向与中纵剖面相一致，横向速度为0,即为回转枢心。应舵指数（跟从性指数）T是衡量直线稳定性的指标，T越小，r越快的趋于0，直线稳定性好；T也决定船舶达到稳定回转的快慢，T越小,(1−𝑒−𝑡/𝑇)的指数趋于1越快，表明操舵后船很快改变首向并进入定常回转，即跟从性好。说明直线稳定性与跟从性是一直的。回转性指数K:对于直线稳定性的船，随时间的增长角速度趋于定值，把t→∞时的角速度记为rc，则有𝒓𝒄=𝑲𝜹,可见定常回转角速度取决于系数K和舵角δ，K为单位舵角引起的定常回转角速度。由𝑟𝑐=𝑉𝑐𝐷2⁄得D=2𝑣𝑐𝑟𝑐=2𝑣𝑐𝐾𝛿,因此K越大，定常回转角速度rc越大，回转直径D越小，回转性越好。K=𝑌𝛿𝑁𝑣−𝑁𝛿𝑌𝑣𝐶，式中C为稳定性衡准数，可见C0时即直线稳定性的船，C越大稳定性越好同时K越小回转性变差，反之亦然。相互矛盾。回转速降：在船舶满舵回转时漂角增大，前进阻力增大，离心力的前进方向分量大大消耗桨推力，而且桨的工作条件改变转速略降，效率降低，造成船舶前进速度减小。将应舵指数T和回转性指数K无因此化：K′=K(𝐿𝑉0)，T′=T(𝑉0𝐿)，𝐏=𝟏𝟐𝑲′𝑻′，称转首指数，表示操舵后船舶移动一个船长时，用以判别操舵效应的每单位舵角引起的首向角改变值，是衡量转首性的指标。对于直线稳定的船，P作为操纵性衡准，反应是否易于改变航向。P越大，转首性越好，越容易改变航向。江船大。𝑉𝐶𝑉0=𝑅2𝑅2+1.9𝐿2，回转半径越小，β越大，速降越大。回转横倾角:（内倾、外倾）船舶在回转运动中出现绕x轴的横倾。大小取决于R，但不是线性关心，因为Vc也受R影响。稳定横倾角计算：𝜙𝑅=𝑉𝑐2𝑔ℎ𝑅(𝑧𝐺−𝑑2)(𝑟𝑎𝑑)，当R=0.26L左右时横倾角最大，此时取Vc=0.7V0，则有：𝜙𝑅=1.1𝑉02ℎ𝐿(𝑧𝐺−𝑑2)(°)Z形操纵试验：（确定K、T指数的标准方法，评价船在中小舵角下保持航向的能力）小角度Z形试验+螺线试验/逆螺线试验提供完整的保持航向的操纵资料；Z形操纵试验+15°舵角回转试验提供完整的变化航向的资料。δ——执行舵角，ψ——换舵首向角超越角ψ0v是操反舵时的首向角和最大首向角的差值，是衡量船舶是否容易转向的总量度。尤其是第一超越角ψ0v1在船舶实际避碰机动中有重要意义。越小越易转向，因其正比于K、T乘积，所以跟从性好而回转性差与跟从性差而回转性好的船有可能该角相同。是从航向变化量方面对船舶转动惯性的一种度量，一般用第一超越角和第二超越角作为衡量船舶惯性的参数。转首滞后TL表示回复到正舵时刻到最大转首角瞬时的时间间隔，即0舵角之后出现0角速度的时间滞后。TL越大表示船舶惯性越大。TL’=TLV0/L为跟从性量度，越小越好。螺线试验：（评价船舶的直线稳定性）直线稳定情况r与δ是单值关系，操右舵角（δ0）船向右转（r0），反之亦然。r-δ曲线在原点的斜率𝜕𝑟𝜕𝛿为线性理论的K值，即单位舵角产生的定常运动角速度。𝜕𝑟𝜕𝛿越小表示越不易扰动，稳定性程度较大。直线不稳定情况图在一定范围（a，b）内r与δ不是单值关系，船舶回转角速度r取决于运动的历史。在两舷舵角a、b之间，0舵角对应的角速度在c、d之间的范围内，r-δ曲线出现一个回环，称为滞后环或不稳定环。ab间距称为不稳定环宽，cd间距称为不稳定环高，越大直线稳定性越差，可作为不稳定程度的参数。范围外右舵右转左舵左转。回舵试验：（迅速鉴别船舶直线稳定性简单方法）操作规律：首先操20°左右的舵角使船达到定常回转，然后操舵回中。如果船是直线稳定的则回舵角速度应衰减为0；否则回转角速度衰减到某一剩余值。须左右舵都进行以发现船体可能存在的左右不对称性。不稳定情况阶越回舵ab间距相当于不稳定环高度，是不稳定范围的一种度量。操纵性标准：回转能力、初始回转能力、偏航纠正和航向保持能力、停船能力。舵设计的基本思想：满足操纵性要求，舵与船、桨组成有机整体，考虑他们之间相互影响，力求降低航行阻力，提高推进效率。展弦比λ：舵高与舵宽之比。矩形舵：λ=ℎ𝑏，非矩形舵：λ=ℎ𝑏𝑀=ℎ2𝐴𝑅=𝐴𝑅𝑏𝑀2失速：当舵叶背上水流产生大面积分离时，升力系数Cy迅速下降，这种现象称为失速