第1章船舶操縱基礎(chǔ)理論

1、第一章 船舶操縱基礎(chǔ)理論通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)員概念理解正確，定義描述準確，對船舶操縱性能夠正確評估，并具有測定船舶操縱性能的知識。根據(jù)船舶操縱理論，操縱性能包括：1）機動性（旋回性能和變速運動性能）2）穩(wěn)定性（航向穩(wěn)定性）第一節(jié) 船舶操縱運動方程為了定量地描述船舶的操縱運動，我們引入船舶操縱運動方程，用數(shù)學(xué)方法來討論船舶的運動問題。一、 船舶操縱運動坐標系1 固定坐標系Ox0y0z0其原點為O，坐標分別為x0，y0，z0，由于我們僅討論水面上的船舶運動，因此，該坐標系固定于地球表面。作用于船舶重心的合外力在x0，y0軸上的投影分別為X0和Y0對z0軸的合外力矩為NUx0x, u, Xy, v

2、, Yr, Ny0GO2 運動坐標系Gxyz其原點為點G（船舶重心），坐標分別為x，y，z，該坐標系固定于船上。這主要是為了研究船舶操縱性的方便而建立的坐標系。x，y，兩個坐標方向的運動速度分別為u和v，所受的外力分別為X和Y，對z軸的轉(zhuǎn)動角速度為r，z軸的外力矩為N。二、 運動方程的建立根據(jù)牛頓關(guān)于質(zhì)心運動的動量定理和動量矩定理，船舶在水面的平面運動可由下列方程描述：該式一般很難直接解出。為了方便，將其轉(zhuǎn)化為運動坐標系表示，這樣可以使問題大為簡化。經(jīng)過轉(zhuǎn)換，得：該方程看似復(fù)雜，但各函數(shù)和變量都與固定坐標系沒有關(guān)系，因此，可以使問題大為簡化。三、 水動力和水動力矩的求解對于上述方程中的水動力和

3、水動力矩可表示為：經(jīng)過臺勞級數(shù)展開，可得X，Y，N對各自變量的偏導(dǎo)數(shù)，稱為水動力導(dǎo)數(shù)和水動力矩導(dǎo)數(shù)，它們可以通過船模試驗求得。四、 一階船舶操縱運動方程任何一種模型都是只是對真實物理現(xiàn)象的近似描述，不能準確代表真實物理過程。為了簡化研究，往往需要引入一定的假設(shè)，才能使方程易解。將上述方程忽略二階以上的水動力導(dǎo)數(shù)和水動力矩導(dǎo)數(shù)，得到的方程稱為線性方程。它適用于小擾動的情況。對于船舶的旋回性，我們關(guān)心的是航向角和轉(zhuǎn)向角速度隨時間的變化，較少考慮x方向的情況。因此，僅取Y和N兩方程式聯(lián)立，并進行無因次化處理，得到船舶操縱運動的線性方程:T1、T2、T3為船舶追隨性指數(shù)K為船舶旋回性指數(shù)設(shè)T= T1+

4、T2-T3，經(jīng)過求解，得:即得一階船舶操縱運動方程。第二節(jié) 船舶的旋回性能一、船舶的旋回性的定義、旋回運動的過程1 船舶的旋回性的定義船舶定速度直航中操某一舵角并保持之，船舶進入旋回運動的性能稱為船舶的旋回性能。2 旋回運動的過程參考船舶操縱性與耐波性p241） 轉(zhuǎn)舵階段橫移內(nèi)傾階段從0增加到C隨著舵角的增加，產(chǎn)生YR和NR，由此產(chǎn)生橫向加速度和旋轉(zhuǎn)角加速度，由于船舶的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量很大，橫移速度v和轉(zhuǎn)動角速度r還不明顯。較小，降速不明顯，重心外移L/100，船尾外移(1/51/10)L，內(nèi)傾。內(nèi)傾的原因是舵力作用中心較水動力作用中心低。旋轉(zhuǎn)角速度r旋轉(zhuǎn)角加速度橫移速度v橫移加速度舵角T過渡階

5、段定常旋回階段轉(zhuǎn)舵階段圖1-1 船舶旋回運動過程中運動要素的變化2） 過渡階段加速旋回階段維持在C，橫向加速度、旋轉(zhuǎn)角加速度、橫移速度v和轉(zhuǎn)動角速度r都存在，并不斷變化，只有舵角為常量。增加，Vs降低較快，出現(xiàn)外傾。外傾的原因是離心力產(chǎn)生的外傾力矩大于內(nèi)傾力矩。3） 定常旋回階段橫向加速度、旋轉(zhuǎn)角加速度均為0。，v，r均為常量。航向角變化約120之后，船舶開始進入定常旋回階段。為定值，Vs降速不變，穩(wěn)定外傾。二、旋回圈1 旋回圈的概念船舶定速直航中操某一舵角并保持之，船舶重心所描繪的軌跡稱為旋回圈。旋回圈是表示船舶旋回性能的重要指標。旋回圈越小，旋回性能越好。DTAdDTrLK2 旋回圈的要素

6、1）旋回圈的幾何要素 進距 Adadvance從開始轉(zhuǎn)舵到航向變化為任意值時的船舶重心縱向移動的距離，通常用航向角變化為90時，為最大進距稱為進距Ad。一般Ad=0.6DT 1.2DT 橫距Trtransfer從開始轉(zhuǎn)舵到航向變化為90時的船舶重心橫向移動的距離。一般Tr0.5DT旋回初徑DT tactical diameter從開始轉(zhuǎn)舵到航向變化為180時的船舶重心橫向移動的距離。一般DT=3L 6L 旋回直徑D final diameter船舶進入定常旋回時的旋回圈直徑。一般D=0.9DT 1.2DT 反移量LK kick在旋回過渡階段，由于船舶轉(zhuǎn)動慣量很大還來不及產(chǎn)生較大的旋轉(zhuǎn)角速度，則

7、在YR的作用下，產(chǎn)生橫向移動加速度，進而產(chǎn)生橫向移動速度v，使船舶重心產(chǎn)生向轉(zhuǎn)舵相反方向的橫移量，其稱為反移量LK。一般船舶滿載時其LKL·1%，而船尾可能要偏出(1/51/10)L。2）旋回圈的運動要素 漂角 drift angle 船首尾線與船舶重心運動軌跡切線的夾角。它在轉(zhuǎn)舵階段和過渡階段是不斷變化的，當船舶進入定常旋回時，漂角為常量。一般315轉(zhuǎn)心Ppivoting point船舶回轉(zhuǎn)曲率中心到船舶首尾線所作垂線的垂足P。PO由剛體的平面運動可知：船舶在水平面的運動可以分解為轉(zhuǎn)心的平動和繞轉(zhuǎn)心的轉(zhuǎn)動。因此在該點處v=0。一般船舶轉(zhuǎn)心在船舶首柱之后約1/31/5L處。越大越靠近

8、船首。旋回過程中的船速u船舶在旋回過程中，會產(chǎn)生縱向速度降低的現(xiàn)象。這是因為：h 船舶斜航阻力要遠大于直航阻力；h 船舶斜航時推進器效率降低；h 舵阻力增加。旋回圈越小，旋回過程中速度降低越大。一般旋回速降為原船速的1/21/4。旋回時間指旋回過程中船舶航向改變360所需要的時間。其與船舶排水量有關(guān)。一般萬噸級船舶滿載時，其快速旋回時間約為6分鐘，VLCC要增加一倍。旋回橫傾角旋回過程中的橫傾與作用在正橫方向的力有關(guān)。這些力包括： 操船論· 舵的橫向力Y；· 水阻力的橫向力YW；和· 離心力YF。上述三個橫向力構(gòu)成的橫傾力矩為M= YFzF YWzW YzRzWz

9、RzGGYWYYF在旋回初始階段，因重心軌跡的曲率半徑很大，因此，離心力YF可以忽略不計，而YW和Y大小基本一致，但由于zW大于zR，因此，旋回初始階段船舶向轉(zhuǎn)舵方向橫傾。內(nèi)傾的原因是舵力作用中心較水動力作用中心低。船舶開始旋回之后，隨著重心軌跡的曲率半徑的減小，由于 YF的增大，合力矩也向外增大，因此，船舶開始向轉(zhuǎn)舵相反方向橫傾。外傾的原因是離心力產(chǎn)生的外傾力矩大于內(nèi)傾力矩。船速越高，旋回直徑越小，GM越小則穩(wěn)定外傾角越大。三、影響旋回圈大小的因素影響旋回圈大小的因素包括：方形系數(shù)，水下側(cè)面積形狀，舵角，舵面積，船速，吃水等因素。1 方形系數(shù)CBblock coefficient從試驗可知，

10、方形系數(shù)CB越小的船舶，即比較瘦削的船舶的旋回性能比方形系數(shù)CB大的船舶的旋回性能差，即旋回圈越大。CB越大旋回直徑越小，旋回性能越好。2 水下側(cè)面積形狀就整體而言，船首部分分布面積較大如有球鼻首者，或船尾比較瘦削的船舶，旋回中的阻尼力矩小，旋回性較好，旋回圈較小，但航向穩(wěn)定性較差；而船尾部分分布面積較大者如船尾有鈍材，或船首比較削進（cut up）的船舶，旋回中的阻尼力矩比較大，旋回性較差，旋回圈較大，但航向穩(wěn)定性較好。首側(cè)面積大DT小，如球鼻首；尾側(cè)面積大DT大，如尾鈍材； 3 舵角舵角越大，旋回圈越小。4 舵面積舵面積比是指舵面積與船體浸水側(cè)面積（LPP×d）的比值。舵力與舵面

11、積成正比，一般來說，舵面積增大會提高船舶的旋回性能。但舵面積增大也會增加旋回阻尼力矩，因此，舵面積要適當。各類船舶的最佳舵面積比:拖輪為1/201/25，漁船為1/301/40；高速貨船1/351/40；大型油輪1/651/75；一般貨船為1/451/60。5 船速船速越大，旋回時間越短，但船速對旋回圈影響不大。當船速低至某一程度，船舶旋回初徑將有逐漸增大的趨勢；6 吃水（排水量）排水量的增大可使旋回進距增大，但對旋回圈的影響不是很大。7 吃水差尾傾越大，旋回圈越大。四、旋回圈要素在實際操船中的應(yīng)用1 旋回圈要素在操縱中的應(yīng)用（1） 港內(nèi)掉頭（Ad，DT）；（2） 進入錨地旋回；（3） 人員落

12、水救助本船航行中發(fā)現(xiàn)有人落水時，應(yīng)立即向落水者一舷操舵，使船尾迅速擺離落水者，以免使之卷進船尾螺旋槳流之內(nèi)。2 旋回圈要素在避碰中的應(yīng)用近距離避讓時的最晚施舵點，緊急避讓時的進距。第三節(jié) 航向穩(wěn)定性一、 穩(wěn)定性的一般概念運動物體的穩(wěn)定性定義：是指處于運動狀態(tài)的物體（或系統(tǒng)）受到干擾作用而使某些運動參數(shù)偏離原來狀態(tài)值，干擾過后能否恢復(fù)原來值的性能。若能恢復(fù)原來狀態(tài)值，則物體運動狀態(tài)對參數(shù)是穩(wěn)定的，否則就是不穩(wěn)定的。船舶運動穩(wěn)定性分為兩種：無控穩(wěn)定性：不用控制（=0）而自動穩(wěn)定的性能。控制穩(wěn)定性：用控制器來控制的運動穩(wěn)定性能。在此，我們討論的是船舶的無控穩(wěn)定性。二、 船舶運動穩(wěn)定性正舵直航中的船舶

13、受到外界干擾而偏離原航向，當干擾消除后，分三種情況來討論：1 直線穩(wěn)定當t時，r0，0，由于干擾，航向改變，干擾消除后，船舶最終恢復(fù)新的直線運動。這種情況稱為船舶具有直線穩(wěn)定性。2 方向穩(wěn)定當t時，r0，0，y0G0，由于干擾，航向改變，干擾消除后，船舶最終恢復(fù)與原航向平行的直線運動。這種情況稱為船舶具有方向穩(wěn)定性。3 位置穩(wěn)定當t時，r0，0，y0G0，由于干擾，航向改變，干擾消除后，船舶最終恢復(fù)原航向延長線上的直線運動。這種情況稱為船舶具有位置穩(wěn)定性。上述三種情況之間的關(guān)系：具有位置穩(wěn)定性也一定具有方向穩(wěn)定性；具有方向穩(wěn)定性也一定具有直線穩(wěn)定性。反之，不具有直線穩(wěn)定性也不具有方向穩(wěn)定性和位

14、置穩(wěn)定性。三、 航向穩(wěn)定性根據(jù)上面的討論，對于水面上的船舶，一般不具有方向穩(wěn)定性和位置穩(wěn)定性，因此，一般所說的航向穩(wěn)定性就是指直線穩(wěn)定性。1 航向穩(wěn)定性的定義處于定常運動狀態(tài)的船舶，受到干擾作用而偏離原航向，干擾消除后，船舶所具有的穩(wěn)定于新航向的性能稱為航向穩(wěn)定性。2 航向穩(wěn)定性的判別方法在一階船舶操縱運動方程中，當舵角=0時，即為無控制時的方程及其解為：其中r0為干擾消除時的旋轉(zhuǎn)角速度。當T0時，隨著t時，r0，且T的絕對值越小，r0越快，說明船舶具有航向穩(wěn)定性。當T0時，隨著t時，r不趨近于0，而且不斷增大，說明船舶不具有航向穩(wěn)定性。因此，船舶具有航向穩(wěn)定性的必要條件是T0。3 航向穩(wěn)定性

15、和旋回性的關(guān)系航向穩(wěn)定性和旋回性是一對矛盾。航向穩(wěn)定性越好，旋回性就越差；反之，旋回性就越好，航向穩(wěn)定性越差。四、 影響航向穩(wěn)定性的因素1 縱傾的影響隨著船舶重心xG的前移，將使船舶趨于穩(wěn)定。因此，首傾比尾傾航向穩(wěn)定性好。2 方形系數(shù)CB方形系數(shù)CB越小的船舶，即比較瘦削的船舶的航向穩(wěn)定性比方形系數(shù)CB大的船舶的航向穩(wěn)定性好。第四節(jié) 船舶變速運動性能船舶運動過程中，為了某種目的經(jīng)常需要進行變速船操縱。船舶的變速性能與船舶主機性能有關(guān)，了解這一性能對安全操縱十分必要。前面，我們討論了機動性中的旋回性能，在此我們討論機動性中的變速性能。運動方程中我們討論船舶沿x軸的運動。根據(jù)運動方程，其作用于x軸

16、方向的力為：其中X = T R，T為推力，R為阻力。船舶作直航運動時，vr = 0，則應(yīng)該指出的是，船舶在水中運動的質(zhì)量包括附加質(zhì)量mx，則，上述方程變?yōu)椋簞t，設(shè)船舶推力始終為T0，定常速度V0時船舶阻力為R0 (T0=R0) ，則任意時刻阻力可表示為，設(shè)mx=0.2m，則由上式得：如果式中m，R0的單位用t,V0用節(jié)代入，則用V=0.999V0代入上式則一、 船舶的啟動性能1 船舶的啟動過程船舶離港時，船舶由靜止狀態(tài)開進車，由于船舶的慣性較大，從保護主機的角度出發(fā)，轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)船速的逐步增加而逐步加大，防止急劇加速致使主機轉(zhuǎn)矩過大而使其超負荷運轉(zhuǎn)。2 啟動過程距離和時間的估算公式對上式進行簡化

17、、積分后得近似估算公式如下：式中，為船舶排水量，單位為t； R0為船速為0時的船舶阻力，單位為t； 0為船舶的定常速度，單位為kn； t為時間，單位為min； S為啟動慣性距離，單位為m。3 啟動過程經(jīng)驗數(shù)據(jù)根據(jù)經(jīng)驗，船舶從靜止狀態(tài)到達到常速所前進的距離，滿載時約為20倍船長，輕載時約為滿載的1/22/3。二、 船舶的減速性能1 減速過程船舶到港前，船舶由常速進行減速，從保護主機的角度出發(fā)，轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)船速的逐步遞減而逐步減小，防止急劇減速致使主機轉(zhuǎn)矩過大而損壞。2 減速常數(shù)的概念及特點一般船舶由常速V0減速至V1過程中，各瞬時的速度與V0-V1成指數(shù)的函數(shù)變化。在主機逐級減速過程中，Tople

18、y船長根據(jù)船速每下降一半的時間大致相等的規(guī)律，提出了船舶由速度0降到1時船舶所航進的距離的估算公式：其中C為減速常速（分），隨排水量的增加而增大。V0，V0/2， V0/4，V0/8，V0/16，V0/32三、 船舶的制動性能及其影響因素1 停車沖程定義：船舶由常速進行停車操縱，從操縱開始到船速降為0或要求的數(shù)值時船舶所前進的距離稱為停車沖程。從保護主機的角度出發(fā)，船舶從高速時進行停車操作，也應(yīng)逐級進行。tV，SV0上圖描述了船舶停車后船速和沖程隨時間的變化?？梢?，在停車開始時，由于船速較高，船舶阻力較大，船速衰減得較快，隨后，隨著船速的降低，船舶阻力也逐漸減小，船速衰減隨之至減慢。而距離開始

19、增加得較快，隨后逐漸減慢。從理論上講，沖程S為：但在實際中，我們測量停車沖程不可能等那么長時間，所以，通常以船速降低至能維持船舶舵效的速度（對于萬噸級船舶為2kn左右）為界限來計算船舶的停車沖程和沖時。（1） 估算公式船舶停車沖程S和所用的時間t分別為可用下式進行估算：（2） 試驗數(shù)據(jù)根據(jù)實船試驗結(jié)果，船舶停車沖程與船舶初始速度、排水量、船型等因素有關(guān)。對于排水量2萬噸級左右的船舶的停車沖程約為1623倍船長左右，2 倒車沖程在緊急避讓時，需要把船完全停住，這時，如果用停車的方法很難在短時間、短距離內(nèi)把船停住，這就要用倒車停船的方法。定義：船舶由常速進行全速倒車操縱，從操縱開始到船速降為0時船

20、舶所前進的距離稱為倒車沖程或最短停船距離。（1） 倒車沖程和沖程時間的估算公式船舶倒車沖程S和所用的時間t分別為可用下式進行估算：（2） 倒車沖程的經(jīng)驗數(shù)據(jù)據(jù)統(tǒng)計：載重噸萬噸5萬噸10萬噸1520萬噸S68L810L1013L1316L（3） 主機換向時間的經(jīng)驗數(shù)據(jù)當船舶在海上全速前進時進行倒車操縱，從保護主機的角度出發(fā)，除非在緊急情況下，一般在船速降為原船速的6070%時，轉(zhuǎn)速n降為原轉(zhuǎn)數(shù)的2535%時，強迫停車，再進行倒車啟動，否則可能造成機損。船舶主機從正車換為倒車或從倒車換為正車稱為主機換向。為了安全操縱船舶，駕駛?cè)藛T應(yīng)對主機的換向性能有所了解。船舶主機從全速前進到全速后退的時間隨機型

21、的不同而不同。內(nèi)燃機：90120 sec汽輪機：120180 sec蒸汽機：6090 sec3 影響沖程的因素（1） 排水量：排水量增大，沖程增加；（2） 船速：船速越大，沖程越大；（3） 主機性能：主機倒車功率小，換向時間長，沖程越大；（4） 淺水中沖程減??；（5） 船舶污底嚴重，沖程減??；（6） 順風(fēng)順流，沖程大。第五節(jié) 船舶操縱性指數(shù)一、 船舶操縱性指數(shù)K、T1943年，英國人Kempf在1943年首先提出一種衡量船舶機動性能的試驗方法。1957年以來野本謙作和諾賓發(fā)展了一種對Z形實驗結(jié)果進行理論分析的新方法-K、T分析法。受到了廣泛的重視和應(yīng)用。野本認為船舶的受控運動基本上是一個質(zhì)量很

22、大的物體在舵的作用下進行的一種緩慢的轉(zhuǎn)艏運動。他略去了船舶回轉(zhuǎn)角速度的高階影響，用下列數(shù)學(xué)模型來描述船舶運動：式中：I為船舶回轉(zhuǎn)慣性力矩系數(shù)； N為船舶回轉(zhuǎn)中所受的阻尼力矩系數(shù)； C為舵產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩系數(shù)。將上式兩端同乘以1/N，得：我們設(shè)T=I/N，K=C/N，代入上式，得：即得一階船舶操縱運動方程。野本認為K、T表征船舶操縱性的特征參數(shù)。1 指數(shù)K、T的物理意義1） 力學(xué)意義由T=I/N可見：參數(shù)T是慣性力矩與阻尼力矩之比，T值越大，表示船舶慣性大而阻尼力矩??；反之，T值越小，表示船舶慣性小而阻尼力矩大。由K=C/N可見：參數(shù)K是舵產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩與阻尼力矩之比，K值越大，表示舵產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力

23、矩大而阻尼力矩小；反之，K值越小，表示舵產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩小而阻尼力矩大。為了提高船舶的操縱性，我們總希望它慣性盡可能小，而舵產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩盡可能大，也就是希望T盡量小，K盡量大。2） 運動學(xué)意義在階躍操舵方式條件下，按給定的初始條件應(yīng)為，t=0，r=0，可以求解上述方程式，分別得到船舶轉(zhuǎn)向角速度、角加速度及船首所轉(zhuǎn)過的角度的表達式：式（15）、（16）、（17）分別表示階躍操舵條件下船舶轉(zhuǎn)向角速度、角加速度及船首所轉(zhuǎn)過的角度隨時間t而變化的情況rtK其曲線圖為：對于具有航向穩(wěn)定性的船舶，T0，T絕對值越小，隨著t的增大，e-t/T將衰減得越快。對于不具有航向穩(wěn)定性的船舶，T0，隨著t的增大，e-

24、t/T將不衰減，也就是說，r將繼續(xù)變化下去。T的運動學(xué)意義為：是系統(tǒng)的時間常數(shù)，它的符號決定了運動的穩(wěn)定性，它的大小決定了船舶達到定常旋回角速度的時間，其因次為sec。對于具有航向穩(wěn)定性的船舶，t時，r =K，K值越大，r越大。K的運動學(xué)意義為：船舶受單位持續(xù)舵角作用下產(chǎn)生的最終旋回角速度，其因次為1/sec。2 指數(shù)K、T的無因次化值目前，K、T指數(shù)被廣泛用來評價船舶的操縱性能。除了上述有因次的形式以外，為了便于比較，還可以使用無因次值K、T，其定義為：其中：V船速；L船長。諾賓在此基礎(chǔ)上進一步建議用機動性參數(shù)P來衡量船舶的機動性，P定義為：分析上述一階操縱運動方程的解，可以看出：P值實際上

25、是在操單位舵角后，船舶航行一個船長距離時，按一階模擬得到的航向角的變化值。有的資料上稱P為“舵效指數(shù)”。對e-1/T展開成冪級數(shù)，則可得：可見，舵效指數(shù)P與K、T的比值有關(guān)。二、 船舶操縱性與指數(shù)K、T的關(guān)系根據(jù)K、T指數(shù)，船舶旋回性可分為四種模式：如圖所示。T大，K小T大，K大T小，K小T小，K大橫距縱距三、 K、T指數(shù)的值K、T指數(shù)的值是通過Z形實驗求得的。有10、15、20度等幾種實驗。一般取10度實驗結(jié)果為標準。對于一般船舶的操縱性能，K、T在下列范圍內(nèi)：滿載貨輪（L=100160m）K=1.52.0 T=1.52.5滿載油輪（L=150250m）K=1.73.0 T=3.06.0表1

26、-4列出了實船實驗結(jié)果，其中還列出了少量舵角為15、20、30度的結(jié)果。四、 影響K、T指數(shù)的因素船舶操縱性能指數(shù)K/、T/值，將隨舵角、吃水、吃水差、水深與吃水之比、船體水下線型等因素的變化而變化，且其規(guī)律較為復(fù)雜，但總體來講，具有如表12所列的趨勢。表12 K/、T/值的變化趨勢影響因素舵角增加吃水增加尾傾增加水深變淺船型越肥大K/、T/變化同時減小同時增大同時減小同時減小同時增大從表中可以看出，船舶的操縱性指數(shù)K/、T/值是同時減小或同時增大的，即提高船舶旋回性的結(jié)果將使其追隨性受到某種程度的降低，而追隨性的改善又將導(dǎo)致船舶旋回性的某些降低。值得注意的是，當舵角增加時，K/、T/值同時減

27、小，但T/值減小的幅度要比K/值減小的幅度大，因此船舶的舵效反而變好。五、 K、T指數(shù)的應(yīng)用1 旋回滯后距離Dr直航船從操滿舵開始到ACDr航向開始改變之前船舶前進的距離，稱為旋回滯后距離用Dr表示。其值求取用下式計算：其中：t1轉(zhuǎn)舵時間一般將T+t1/2稱為旋回滯后時間。當T增大時，Dr隨之增大；t1增大時，Dr也隨之增大。2 新航向距離AC操舵后，航向改變量為時，轉(zhuǎn)舵開始到新航向與原航向之交點的距離稱為新航向距離AC。其值求取用下式計算：K旋回性指數(shù)，其他符號同前。當K增大時，AC隨之降低。3 轉(zhuǎn)向慣性角直航船舶操舵后，當達到一定的角速度rc時，操正舵，船舶繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的航向角，稱為轉(zhuǎn)向慣性角

28、。其值求取用下式計算： = rc T可見，當T增大時，隨之增大。4 定常旋回直徑D其值求取用下式計算：可見，D與K成反比。第六節(jié) 船舶操縱性能試驗知識利用船舶操縱運動方程分析船舶的運動的優(yōu)點在于能建立水動力與各種特征參數(shù)的直接關(guān)系，及運動狀態(tài)隨時間的變化規(guī)律。但這種方法還很不完善，在研究具體問題時，為了研究上的方便，不可避免地進行了某些假設(shè)，因次，研究結(jié)果只能是近似的，而近似程度如何，它自己不能證實。為了彌補這一缺陷，人們一直在開展實驗研究。由于實際船舶操縱的情況千變?nèi)f化，不可能一一進行試驗，只能規(guī)定一些比較典型的船舶操縱性試驗。這些試驗滿足下列要求：1） 應(yīng)具有普遍的意義和實際意義；2） 便

29、于理論分析；3） 便于直接觀測，減小場地和設(shè)備的要求。根據(jù)上述要求，人們總結(jié)出一些典型的操縱性試驗。目前，這些實驗包括：旋回試驗；螺旋及逆螺旋試驗；Z形試驗；停車及倒車試驗；以及回舵試驗等一、 旋回圈的測定（旋回試驗）多數(shù)船舶交船時，都要進行旋回試驗。其目的是評價船舶的旋回迅速程度和所需水域的大?。ㄐ匾兀? 試驗條件無風(fēng)、流的影響，水深h3（Bd）1/2。2 試驗方法1） 保持船舶直線定常航速；2） 旋回之前一個船長時，記錄初始船速、航向角、及推進器轉(zhuǎn)速等；3） 發(fā)令，迅速轉(zhuǎn)舵到指定的舵角，并維持該舵角；4） 隨著船舶的轉(zhuǎn)向，每隔一定的時間間隔，記錄軌跡、航速、橫傾角、及螺旋槳轉(zhuǎn)數(shù)等數(shù)據(jù)

30、。5） 在整個船舶旋回中，保持各種控制不變，直至船舶旋回360度以上，可結(jié)束一次試驗。3 軌跡記錄方法1） GPS記錄各時刻的船位；2） 經(jīng)緯儀跟蹤記錄3） 雷達（方位距離）測量4） 小艇桅頂角法二、 船舶沖程的測定多數(shù)船舶交船時，都要進行船舶停車、倒車試驗。其目的是評價船舶的減速、停船性能和所需水域的大小（沖程）。1 試驗條件無風(fēng)、流的影響，水深h3（Bd）1/2。2 試驗程序（方法）1） 保持船舶直線定常航速；2） 發(fā)令之前一個船長時，記錄初始船速、航向角、及推進器轉(zhuǎn)速等；3） 發(fā)令，操縱主機由初始轉(zhuǎn)數(shù)到指定的車位（停車或倒車），并維持該車位。4） 隨著船舶的減速轉(zhuǎn)向，每隔一定的時間間隔，

31、記錄軌跡、航速、及螺旋槳轉(zhuǎn)數(shù)等數(shù)據(jù)。5） 在整個船舶運動中，保持各種控制不變，直至船舶速度降到指定的數(shù)值或0，可結(jié)束一次試驗。3 測定方法1） GPS記錄各時刻的船位；2） 擲木塊法：Ds=（n - 1）L+l1=nl -（L - l1）=nL - l2這樣測量時，實際距離要比測定距離小。三、 螺旋、逆螺旋試驗由于船舶在海上不斷遇到的干擾作用，因此，不能用直接試驗方法測定船舶的航向穩(wěn)定性，必須用間接的試驗方法，既螺旋試驗和逆螺旋試驗，它是由迪德提出的。其目的是評價船舶的航向穩(wěn)定性和旋回穩(wěn)定性。1 試驗條件無風(fēng)、流的影響，深水。2 試驗方法1） 保持船舶直線定常航速，操舵開始前，記錄初始船速、航

32、向角、及推進器轉(zhuǎn)速等；2） 發(fā)令，迅速轉(zhuǎn)舵到一舷指定的舵角（如15度），并維持該舵角，使船舶進入旋回狀態(tài)；3） 待旋回角速度r達到定常值時，記錄相應(yīng)的角速度r和舵角。rCAB右舵左舵向右旋轉(zhuǎn)向左旋轉(zhuǎn)rCAB右舵左舵向右旋轉(zhuǎn)向左旋轉(zhuǎn)具有航向穩(wěn)定性的船舶航向不穩(wěn)定的船舶abcd4） 將舵角改變一個規(guī)定的角度，在重復(fù)測量r和，以15度為例，依次改變舵角從右15右10右5右3右10左1左3左5左10左15左10左5左3左10右1右3右5右10右15，舵角變化一周，回到開始值時，可結(jié)束一次試驗。3 結(jié)果的表達舵角相當于一種干擾，當干擾逐漸減小或消失后，試驗結(jié)果可以把定常旋回角速度rC作為舵角的函數(shù)，圖形如下：第一種情況，rC與具有單值關(guān)系，則船舶具有航向穩(wěn)定性。第二種情況，rC與不具有單值關(guān)系。在舵角處于a、b之間時，角速度約在c、d之間，rC與關(guān)系構(gòu)成一個回環(huán)，通常稱為螺旋試驗的滯后環(huán)。在滯后環(huán)范圍內(nèi)，舵角由右舵變化到0時，對應(yīng)的角速度不等于0，而為d點之值，船舶仍然向右轉(zhuǎn)動。而當舵角變?yōu)樽蠖鏁r，只要a