第四章自由自航船舶操縱性試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件-

1、 第四章 自由自航船舶操縱性試驗(yàn) 第四章 自由自航船舶操縱性試驗(yàn)自由自航船舶操縱性試驗(yàn)自由自航船舶操縱性試驗(yàn)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)螺線與逆螺線試驗(yàn)Z試驗(yàn)回舵試驗(yàn)自航模試驗(yàn)尺度作用 操 縱 性 衡 準(zhǔn)試驗(yàn)步驟數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)步驟操縱特征曲線試驗(yàn)操作結(jié)果分析試驗(yàn)步驟K、T分析自由自航船舶操縱性試驗(yàn)自由自航船舶操縱性試驗(yàn)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)螺線與逆 船舶操縱性試驗(yàn) 目的-求取船舶操縱性衡準(zhǔn)及各運(yùn)動(dòng)要素，從而評(píng)價(jià)操縱性優(yōu)劣。 實(shí)船 船模自航模約束?；剞D(zhuǎn)試驗(yàn) 螺旋與逆螺旋試驗(yàn)Z 型操舵試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)代表各項(xiàng)流體動(dòng)力綜合影響直線拖曳試驗(yàn) 位置導(dǎo)數(shù)懸臂試驗(yàn) 回轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)試驗(yàn) 加速度導(dǎo)數(shù) 在約束模試驗(yàn)中，通過(guò)各專門裝置強(qiáng)迫船模進(jìn)行精

2、確控制下的運(yùn)動(dòng)，每次可變換一個(gè)參數(shù)，令其他參數(shù)為零，可分別求得此單一參數(shù)下的流體動(dòng)力（力矩）導(dǎo)數(shù)第九章 船舶操縱性試驗(yàn) 目的-求垂直平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)水平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)水平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)PMM TEST(平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)）PMM TEST(平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)）回轉(zhuǎn)臂水池回轉(zhuǎn)臂水池第四章自由自航船舶操縱性試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件-回轉(zhuǎn)臂水池-中國(guó)船舶研究中心回轉(zhuǎn)臂水池-中國(guó)船舶研究中心緒 論 在前幾章中，我們基于線性操縱運(yùn)動(dòng)方程，分析了船舶航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性，以及對(duì)操舵的轉(zhuǎn)首響應(yīng)特性，若能知道數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)，就能確定其響應(yīng)運(yùn)動(dòng)及其有關(guān)的操縱特性。這是操縱性研究的理論方法。此外，也常采用試驗(yàn)方法

3、進(jìn)行研究。 理論方法：緒 論 在前幾章中，我們基于線性操縱運(yùn)動(dòng)方緒 論 實(shí)船和無(wú)線電遙控自航船模操縱性試驗(yàn)均屬無(wú)約束的自由自航試驗(yàn)。在操縱性試驗(yàn)中，可以直接測(cè)得各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)，能較直觀地分析比較船舶的操縱性能，長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛應(yīng)用。 目前為止，操縱性試驗(yàn)方法有很多，主要有：回轉(zhuǎn)試驗(yàn)、螺線及逆螺線試驗(yàn)、回舵試驗(yàn)、Z形試驗(yàn)、變首向試驗(yàn)、頻率響應(yīng)試驗(yàn)、以及關(guān)于啟動(dòng)、停車、倒退等專門試驗(yàn) 。試驗(yàn)方法：緒 論 實(shí)船和無(wú)線電遙控自航船模第四章 自由自航船舶操縱性試驗(yàn)第一節(jié) 回轉(zhuǎn)試驗(yàn)第一節(jié) 船舶回轉(zhuǎn)試驗(yàn)第四章 自由自航船舶操縱性試驗(yàn)第一節(jié) 回轉(zhuǎn)試驗(yàn)第一節(jié) 船舶回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn) 回轉(zhuǎn)試驗(yàn)是指在試驗(yàn)船速直航條件下，操

4、左35舵角和右35舵角或設(shè)計(jì)最大舵角并保持之，使船舶進(jìn)行左、右旋回運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)。 大舵角的回轉(zhuǎn)模擬了實(shí)船航行時(shí)緊急規(guī)避時(shí)的操縱。通過(guò)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)可評(píng)價(jià)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的迅速程度和所需的水域大小。 回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn) 回轉(zhuǎn)試驗(yàn)是指在試驗(yàn)船速求船舶的回轉(zhuǎn)要素。其中包括： 進(jìn)距 Ad （advance） 橫距 Tr （transfer） 回轉(zhuǎn)初徑 DT（tactical diameter） 回轉(zhuǎn)直徑 D （final diameter） 滯距 Re （reach） 回轉(zhuǎn)時(shí)間 T （time）回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)1.試驗(yàn)?zāi)康那蟠暗幕剞D(zhuǎn)要素。其中包括：回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)1.試驗(yàn)?zāi)?2. 試驗(yàn)方法 (1) 保持船舶直線定常航速；

5、(2) 回轉(zhuǎn)之前一個(gè)船長(zhǎng)時(shí)，測(cè)量記錄初始船速、航向 角、初始舵角及推進(jìn)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，每隔不超過(guò)20秒的時(shí)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)。 (5) 在整個(gè)船舶回轉(zhuǎn)中，保持各種控制不變，直至船舶首向角改變至540時(shí)，可結(jié)束一次試驗(yàn)。 回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn) 步驟 2. 試驗(yàn)方法回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn) 步驟 光學(xué)跟蹤的繞標(biāo)方法。 測(cè)量航速及首向角的積分方法。 岸上設(shè)置固定觀察站。 回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)3. 回轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)量軌跡的3種方法?；?轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)3. 回轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)量軌跡的3種方法。 船舶重心所描繪的軌跡稱為回轉(zhuǎn)圈。它是船舶回轉(zhuǎn)

6、性能的重要指標(biāo)?；剞D(zhuǎn)圈越小，回轉(zhuǎn)性能越好 。 在各種狀態(tài)下測(cè)得回轉(zhuǎn)軌跡圖上，直接量出特征參數(shù)，如:縱距、正橫距、戰(zhàn)術(shù)直徑、定?；剞D(zhuǎn)直徑。從橫傾角的測(cè)量中得到定?；剞D(zhuǎn)橫傾角和最大動(dòng)力橫傾角。以上參數(shù)可從試驗(yàn)結(jié)果直接測(cè)量得到。 對(duì)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果也能進(jìn)行K、T分析。 回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)4. 對(duì)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析。 船舶重心所描繪的軌跡稱為回轉(zhuǎn)圈。它是船舶回轉(zhuǎn)性K、T分析: 運(yùn)動(dòng)有非線性影響， K、T是一個(gè)平均概念。 如圖所示： 當(dāng)t很大時(shí)，轉(zhuǎn)首角 隨時(shí)間的變化呈直線關(guān)系 斜率K0 =tg 。 回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)4. 對(duì)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析。K、T分析: 運(yùn)動(dòng)有非線性影響， K、T是一個(gè)平均概念?；?K、

7、T分析: 運(yùn)動(dòng)有非線性影響， K、T是一個(gè)平均概念。 如圖所示：切線交t軸于t2 量得：其中t1為操舵時(shí)間。 回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)4. 對(duì)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析。K、T分析: 運(yùn)動(dòng)有非線性影響， K、T是一個(gè)平均概念?；?回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)5. 測(cè)量軌跡的積分方法把記錄的船速和首向角以時(shí)間為橫坐標(biāo)繪成 下圖的所示形式，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行初步的校核?；?轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)5. 測(cè)量軌跡的積分方法把記錄的船速回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)（2）按式 ，以樞心代替重心，計(jì) 算樞心P的軌跡。樞心速度計(jì)程儀在X方向的 速度，樞心處航速角就等于首向角。P點(diǎn)為：5. 測(cè)量軌跡的積分方法回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)（2）按式 回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)（3）對(duì)上式積分采取梯

8、形法進(jìn)行近似計(jì)算，然后 根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)繪制樞心軌跡，如圖所示：5. 測(cè)量軌跡的積分方法回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)（3）對(duì)上式積分采取梯形法進(jìn)行近似計(jì)算回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)（4）假定樞心P位于重心前0.4L處： 。然后在樞心的每個(gè)軌跡點(diǎn)處畫上船體的首尾線，如圖所示，在每條首位線上求出重心G的位置，繪出重心軌跡回轉(zhuǎn)圈。 5. 測(cè)量軌跡的積分方法回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)（4）假定樞心P位于重心前0.4L處：回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)（5）根據(jù)上述所得的回轉(zhuǎn)圈量取各回轉(zhuǎn)要 素，并算出K、T指數(shù)。請(qǐng)參照下圖：5. 測(cè)量軌跡的積分方法回 轉(zhuǎn) 試 驗(yàn)（5）根據(jù)上述所得的回轉(zhuǎn)圈量取各回轉(zhuǎn)要回轉(zhuǎn)圈及其要素AdmaxTrAdDTTrmaxreachDS

9、tern kickGGGGGGG回轉(zhuǎn)圈及其要素AdmaxTrAdDTTrmaxreachDS武漢理工大學(xué)船模操縱性水池長(zhǎng)80m，水面寬60m，最大水深1.5m，池底平整可做深淺水自由自航船模操縱性試驗(yàn)，擁有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集顯示處理系統(tǒng)。.武漢理工大學(xué)船模操縱性水池長(zhǎng)80m，水面寬60m，最大水深1武漢理工大學(xué)深淺兩用露天船模操縱性水池雙RTK的GPS船模運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)時(shí)搖測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)測(cè)量船舶運(yùn)動(dòng)的軌跡、航速、漂角。綜合分析可得出船舶的操縱性指數(shù)、倒航操縱性。武漢理工大學(xué)深淺兩用露天船模操縱性水池雙RTK的GPS船模船舶回轉(zhuǎn)性-影響回轉(zhuǎn)圈大小的因素 1、水線下的船型因素方型系數(shù)：Cb越大，回轉(zhuǎn)性

10、越好，回轉(zhuǎn)圈也越小 ；水線下側(cè)面積：首部多有利于減小旋回圈，尾部多有利于提高航向穩(wěn)定性 ；舵面積比： 船舶回轉(zhuǎn)性-影響回轉(zhuǎn)圈大小的因素 船舶回轉(zhuǎn)性-影響旋回圈大小的因素 2、船舶的吃水狀態(tài) 吃水：吃水較大的滿載船進(jìn)矩將有較大增長(zhǎng)。旋回初徑和橫矩有某種程度的降低； 縱傾：首傾每增加1% L，旋回初徑 DT可減小10%左右；尾傾每增加 1% L，旋回初徑 DT則增加10% 左右； 空船與滿載時(shí)的旋回圈大小相差不多 橫傾：總的來(lái)說(shuō)，橫傾對(duì)旋回圈影響不大。 船舶回轉(zhuǎn)性-影響旋回圈大小的因素 3、操船方面的影響舵角：一般操15 舵角與滿舵相比，DT將增加到130%170%，而掉頭時(shí)間則可能增加到140%

11、左右；操舵時(shí)間：自一舷35轉(zhuǎn)至另一舷30應(yīng)不超過(guò)15s;船速：船速越快，回轉(zhuǎn)時(shí)間大大縮短，而DT影響小。 船舶回轉(zhuǎn)性-影響旋回圈大小的因素 3、操船方面的影響船舶回轉(zhuǎn)性-影響旋回圈大小的因素4、外界環(huán)境的影響淺水：回轉(zhuǎn)圈隨著水深的變淺而逐漸增大。當(dāng)水深與吃水之比小于2時(shí)，旋回圈將明顯增大。污底和風(fēng)流：污底越多摩擦阻力增加，旋回圈變大，但影響很小。頂風(fēng)頂流將使縱矩減小。船舶回轉(zhuǎn)性-影響回轉(zhuǎn)圈大小的因素4、外界環(huán)境的影響船舶回轉(zhuǎn)性-影響回轉(zhuǎn)圈大小的因素第四章 自由自航船舶操縱性實(shí)驗(yàn)第二節(jié) 螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn)第四章 自由自航船舶操縱性實(shí)驗(yàn)第二節(jié) 螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn)螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn)螺旋試驗(yàn)：測(cè)

12、定船舶的航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的間接的試驗(yàn)方法它是由迪厄頓尼在20世紀(jì)40年代提出的。1、目的: 評(píng)價(jià)船舶的航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。 這是回轉(zhuǎn)試驗(yàn)和Z型操舵試驗(yàn)所不能充分反映的。螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn)螺旋試驗(yàn)：測(cè)定船舶的航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn) (1)保持船舶直線定常航速，操舵開(kāi)始前，記錄初始船速、航向角、及推進(jìn)器轉(zhuǎn)速等； (2) 發(fā)令，迅速轉(zhuǎn)舵到一舷指定的舵角，并保持該舵角，使船舶進(jìn)入回轉(zhuǎn)狀態(tài)； (3) 待回轉(zhuǎn)角速度達(dá)到定常值時(shí)，記錄相應(yīng)的角速度r 和舵角 ；2. 試驗(yàn)方法螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn) (1)保持船舶直線定常航速 (4) 將舵角改變一個(gè)規(guī)定的角度，再重復(fù)測(cè)量角速度r

13、 和舵角 ，以15舵角為例，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(kāi)始值時(shí)，可結(jié)束一次試驗(yàn)。螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn)2. 試驗(yàn)方法 (4) 將舵角改變一個(gè)規(guī)定的角度，再重復(fù)測(cè)量角速度r3. 試驗(yàn)特征參數(shù)表達(dá) 舵角相當(dāng)于一種干擾，當(dāng)干擾逐漸減小或消失后，試驗(yàn)結(jié)果可把定?；剞D(zhuǎn)角速度作為舵角的函數(shù)。圖1 具有航向穩(wěn)定性的船舶圖2 航向不穩(wěn)定的船舶abcd 操縱性特征曲線3. 試驗(yàn)特征參數(shù)表達(dá) 圖1 具有航向穩(wěn)定性的船舶圖2 圖1中r 與具有單值關(guān)系，船舶具有航向穩(wěn)定性。螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn) 圖1中r 與具有單值關(guān)系

14、，船舶具有航圖2中r 與不具有單值關(guān)系。在舵角處于a、b之間時(shí)，角速度約在c、d之間， r 與關(guān)系構(gòu)成一個(gè)回環(huán)，通常稱為螺旋試驗(yàn)的遲滯回環(huán)。 螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn)圖2中r 與不具有單值關(guān)系。在舵角處于a、b之間時(shí)，角速度 在滯后環(huán)范圍內(nèi)，舵角由右舵變化到0時(shí)，對(duì)應(yīng)的角速度不等于0，而為c點(diǎn)之值，船舶仍然向右轉(zhuǎn)動(dòng)。而當(dāng)舵角變?yōu)樽蠖鏁r(shí)，只要 a，船舶仍具有右轉(zhuǎn)的角速度。這就是常說(shuō)的反操現(xiàn)象。螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn) 在滯后環(huán)范圍內(nèi)，舵角由右舵變化到0時(shí)，對(duì)應(yīng) 直到達(dá)到a時(shí)，船舶突然開(kāi)始向左轉(zhuǎn)向，其后進(jìn)入正常的左舵左轉(zhuǎn)狀態(tài)。反之，船舶從左向右變化時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程。滯后環(huán)的寬度和高度是衡量船舶運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性

15、的標(biāo)志，在滯后環(huán)以外，船舶運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的。 螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn) 直到達(dá)到a時(shí)，船舶突然開(kāi)始向左轉(zhuǎn)向， 對(duì)于某些不穩(wěn)定環(huán)寬和環(huán)高相當(dāng)大的肥大船型，進(jìn)入定?；剞D(zhuǎn)的時(shí)間特別長(zhǎng)，因此在航向保持操舵中，實(shí)際的航向不穩(wěn)定環(huán)寬和環(huán)高并不太大，仍有可能保持航向。但螺線試驗(yàn)曲線的環(huán)寬和環(huán)高增大，會(huì)使操舵頻率增加。螺線試驗(yàn)與逆螺線試驗(yàn) 對(duì)于某些不穩(wěn)定環(huán)寬和環(huán)高相當(dāng)大的肥大船 摘自例螺線試驗(yàn)：開(kāi)始舵角35度，直到反向舵角。初始：u= Vs，v=0 ，r = 0分別左右兩舷回轉(zhuǎn)，每舷試驗(yàn)時(shí)間4小時(shí) 摘自例螺線試驗(yàn)：開(kāi)始舵角35度，直到反向舵角。第四章自由自航船舶操縱性試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件-第四章自由自航船舶操縱性

16、試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件-第四章自由自航船舶操縱性試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件-第四章自由自航船舶操縱性試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件-第四章自由自航船舶操縱性試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件-第四章自由自航船舶操縱性試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件-第四章自由自航船舶操縱性試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件-第四章自由自航船舶操縱性試驗(yàn)-船舶運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)課件- 利用操縱性曲線求回轉(zhuǎn)性指數(shù)K回轉(zhuǎn)性指數(shù)K是定?；剞D(zhuǎn)角速度與舵角之比其無(wú)因次形式：即K表征了曲線 上每一點(diǎn)的斜率它與有關(guān)。 曲線并非直線，其斜率不是常數(shù)。 曲線在原點(diǎn)的斜率即線性理論K值。 平均K采用相應(yīng)舵角范圍內(nèi)的射線近似 曲線 ，以該射線的斜率來(lái)表示K值。 利用操縱性曲

17、線求回轉(zhuǎn)性指數(shù)K回轉(zhuǎn)性指數(shù)K是定?；剞D(zhuǎn)角速度 螺線試驗(yàn)缺點(diǎn)： 需平靜海面 很大的面積 很長(zhǎng)的時(shí)間伯奇(Bech)在1966年提出“逆螺線試驗(yàn)”的方法。逆螺線試驗(yàn)-事先規(guī)定一系列回轉(zhuǎn)角速度值，通過(guò)操舵使船舶保持預(yù)先規(guī)定的角速度值作定?；剞D(zhuǎn)。然后測(cè)量該回轉(zhuǎn)角速度的平均舵角。 逆螺線試驗(yàn) 螺線試驗(yàn)缺點(diǎn)：逆螺線試驗(yàn) 逆螺絕試驗(yàn)測(cè)得的參數(shù)與螺線試驗(yàn)是一樣的，故試驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)方式皆相同。 對(duì)不具有直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的船舶，逆螺線試驗(yàn)曲線與螺線試驗(yàn)曲線略有不同。 利用r 對(duì)的單位對(duì)應(yīng)關(guān)系。即可求出遲滯回線內(nèi)的 S形曲線?？梢?jiàn) r曲線原點(diǎn)處的斜率 是 正值，如圖所示。逆螺線試驗(yàn) 逆螺絕試驗(yàn)測(cè)得的參數(shù)與螺線試驗(yàn)是一

18、樣的，故試驗(yàn)結(jié)第四章 自由自航船舶操縱性實(shí)驗(yàn)第三節(jié) 回 舵 試 驗(yàn)第四章 自由自航船舶操縱性實(shí)驗(yàn)第三節(jié) 回 舵 試 驗(yàn)回 舵 試 驗(yàn)回舵試驗(yàn)是迅速鑒別直線穩(wěn)定性的簡(jiǎn)單方法回舵試驗(yàn)是布瑟爾(Burther)于1969年提出的船舶航向穩(wěn)定性的定義試驗(yàn)。試驗(yàn)方法實(shí)質(zhì)為回轉(zhuǎn)試驗(yàn)(或螺線試驗(yàn))的延續(xù)。 當(dāng)船舶進(jìn)入定?；剞D(zhuǎn)后令舵角回零，同時(shí)測(cè)定轉(zhuǎn)首角速度(或首向角、航速)隨時(shí)間的變化，直到船舶進(jìn)入新的定常狀態(tài)(直航或定?；剞D(zhuǎn)狀態(tài))時(shí)為止?；?舵 試 驗(yàn)回舵試驗(yàn)是迅速鑒別直線穩(wěn)定性的簡(jiǎn)單方法回 舵 試 驗(yàn) 回舵試驗(yàn)可以對(duì)左、右舷分別進(jìn)行，一般操舵角15(亦可以與回轉(zhuǎn)試驗(yàn)或螺線試驗(yàn)時(shí)的最大操舵角相同，作為此類

19、試驗(yàn)的延續(xù))。該試驗(yàn)不論對(duì)實(shí)船或自航船模皆可方便地進(jìn)行。 回 舵 試 驗(yàn) 回舵試驗(yàn)可以對(duì)左 通常將回舵試驗(yàn)結(jié)果繪成如圖(a)所示的試驗(yàn)曲線。顯然對(duì)于具有直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的船舶，最終的回轉(zhuǎn)角速度均趨于零，即在零舵角下，船舶將恢復(fù)為直線航行。這正是船舶具有直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一種特征?；?舵 試 驗(yàn) 通常將回舵試驗(yàn)結(jié)果繪成如圖(a)所示的試 如圖(a)所示的試驗(yàn)曲線。對(duì)于不具有直線穩(wěn)定性的船舶，最終將以某角速度值作定?；剞D(zhuǎn)，表示即使舵角為零，船仍作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這正是船舶不具有直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的特征。圖ab之間距離也就相當(dāng)于螺線試驗(yàn)中遲滯環(huán)線的環(huán)高，可表征不穩(wěn)定程度?；?舵 試 驗(yàn) 如圖(a)所示的試驗(yàn)曲線。

20、對(duì)于不具有直回 舵 試 驗(yàn)回 舵 試 驗(yàn) 對(duì)直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的船，回舵試驗(yàn)的結(jié)果也可表示為圖(b)的方式，其中縱坐標(biāo)是角速度的自然對(duì)數(shù)，橫坐標(biāo)是時(shí)間?；?舵 試 驗(yàn) 對(duì)直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的船，回舵試驗(yàn)的結(jié)果也可第四章 自由自航船舶操縱性實(shí)驗(yàn)第四節(jié) Z 形 操 舵 試 驗(yàn)第四章 自由自航船舶操縱性實(shí)驗(yàn)第四節(jié) Z 形 操 舵 試 Z形操縱試驗(yàn)是一種評(píng)價(jià)船舶操舵響應(yīng)的試驗(yàn)方法，同時(shí)，可通過(guò)Z形操縱試驗(yàn)結(jié)果求取操縱性指數(shù)K、T。 以10/10(分子表示舵角，分母表示進(jìn)行反向操舵時(shí)的航向角)Z形操縱試驗(yàn)為例，試驗(yàn)方法簡(jiǎn)述如下所述 ： Z 形 操 舵 試 驗(yàn) Z形操縱試驗(yàn)是一種評(píng)價(jià)船舶操舵響應(yīng)的 1. 試驗(yàn)方法 保

21、持船舶直線定常航速；發(fā)令之前記錄初始船速、航向角、及推進(jìn)器轉(zhuǎn)速等； 發(fā)令，迅速轉(zhuǎn)右舵到指定的舵角(10)，并 維持該舵角； Z 形 操 舵 試 驗(yàn) 1. 試驗(yàn)方法Z 形 操 舵 試 驗(yàn)1. 試驗(yàn)方法 (3) 船舶開(kāi)始右轉(zhuǎn)，當(dāng)船舶航向改變量與所操舵角相等時(shí)，迅速轉(zhuǎn)左舵到指定的舵角(10)，并維持該舵角； (4) 當(dāng)船舶向左航向改變量與所操左舵角相等時(shí)，迅速轉(zhuǎn)右舵到指定的舵角(10)，并維持該舵角； (5) 如此反復(fù)進(jìn)行，操舵達(dá)5次時(shí)，完成一次試驗(yàn)。 Z 形 操 舵 試 驗(yàn)1. 試驗(yàn)方法Z 形 操 舵 試 驗(yàn)2. 特征參數(shù) Z形操縱試驗(yàn)結(jié)果可以下圖形式表示?？v坐標(biāo)為航向角或舵角，橫坐標(biāo)為時(shí)間。Fi

22、rst Overshoot AngleZ形操縱試驗(yàn)結(jié)果Second Overshoot AngleZ 形 操 舵 試 驗(yàn)2. 特征參數(shù)First Overshoot An2. 特征參數(shù) (1) 航向超越角(Overshoot Angle) 航向超越角指每次進(jìn)行反向操舵后，船首向操舵相反一側(cè)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的增加值。航向超越角是從航向變化量方面對(duì)船舶轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的一種度量。 超越角越大，船舶轉(zhuǎn)動(dòng)慣性越大。一般用第一超越角和第二超越角作為衡量船舶慣性的參數(shù)。 Z 形 操 舵 試 驗(yàn)2. 特征參數(shù)Z 形 操 舵 試 驗(yàn)Z 形 操 舵 試 驗(yàn)2. 特征參數(shù) (2) 轉(zhuǎn)首滯后(Overshoot Time) 航向超

23、越時(shí)間指每次進(jìn)行反向操舵時(shí)刻起至船首向開(kāi)始向操舵一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔。航向超越時(shí)間是從時(shí)間方面對(duì)船舶轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的一種度量。超越時(shí)間越長(zhǎng)，船舶轉(zhuǎn)動(dòng)慣性越大。一般用第一超越時(shí)間和第二超越時(shí)間作為衡量船舶慣性的參數(shù)。 Z 形 操 舵 試 驗(yàn)2. 特征參數(shù)超越角轉(zhuǎn)首滯后超越角轉(zhuǎn)首滯后3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法 試驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)描述方程為： 且試驗(yàn)所得曲線滿足上述方程。 t=0處作曲線切線，斜率為 ，然后作 該切線的平行線，分別與波峰相切于e、e 、 e點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間為te,te,te等。 所有參數(shù)如下圖所示： Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法Z 形 操 舵

24、 試 驗(yàn)6個(gè)特征點(diǎn)(t2)=1(t4)=2(t6)=33. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法Z 形 操 舵 試 驗(yàn)6個(gè)特征點(diǎn)(3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法對(duì)記錄曲線進(jìn)行分析（整個(gè)計(jì)算過(guò)程針對(duì)6個(gè)特征點(diǎn)）（1）將上述描述方程分別在兩個(gè)區(qū)間0，te， 和0，te積分可得 ：Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法對(duì)記錄曲線進(jìn)行分析（2）將上述描述方程在區(qū)間0，te積分可得 ：Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法對(duì)記錄曲線進(jìn)行分析（3）將上述描述方程在區(qū)間t2，te積分可得 ：Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法Z 形 操 舵

25、試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法對(duì)記錄曲線進(jìn)行分析（4）將上述描述方程分別在兩個(gè)區(qū)間t4，te， 和t6，te積分可得 ：Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法對(duì)記錄曲線進(jìn)行分析（5）上述分別求得在最初一個(gè)峰區(qū)和后兩個(gè)峰區(qū) 的K、T指數(shù)，取兩者平均值為本船的指數(shù)：Z 形 操 舵 試 驗(yàn)3. KT的標(biāo)準(zhǔn)算法Z 形 操 舵 試 驗(yàn)第四章 自由自航船舶操縱性實(shí)驗(yàn)第五節(jié) 自航模試驗(yàn)的尺度作用第四章 自由自航船舶操縱性實(shí)驗(yàn)第五節(jié) 自航模試驗(yàn)的尺度作自航模試驗(yàn)的尺度作用1.操縱性船模試驗(yàn)滿足條件1）.自航船模與實(shí)船保持幾何形狀相似。2）.保持無(wú)因次速度、加速度參數(shù)相

26、等。3）.滿足傅汝德數(shù)Fn相等， 但是無(wú)法滿足雷諾數(shù)Rn相等。自航模試驗(yàn)的尺度作用1.操縱性船模試驗(yàn)滿足條件1）.自航船模自航模試驗(yàn)的尺度作用2.自航船模試驗(yàn)尺度效應(yīng)的復(fù)雜性 船舶操縱運(yùn)動(dòng)是船體、槳、舵三者的組合作用，包括了三者單獨(dú)的尺度效應(yīng)以及相互干擾作用。因此成為了一個(gè)復(fù)雜的難題。自航模試驗(yàn)的尺度作用2.自航船模試驗(yàn)尺度效應(yīng)的復(fù)雜性 自航模試驗(yàn)的尺度作用3.船模試驗(yàn)對(duì)實(shí)船的適用程度 ITTC認(rèn)為：瘦長(zhǎng)船型，船模試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)船性能大致吻合，反之，肥大船型的尺度作用顯著。螺線與逆螺線試驗(yàn)中大舵角一致性良好，5以下小舵角則有明顯差異。Z形試驗(yàn)結(jié)果，有的情況一致好，有的比較差。4.尺度作用的差異的

27、主要原因 為了平衡船模過(guò)大的摩擦阻力，必須提高螺旋槳的負(fù)荷，以致船模尾部形成強(qiáng)尾流，而提高了舵的轉(zhuǎn)船力矩和舵的阻尼。自航模試驗(yàn)的尺度作用3.船模試驗(yàn)對(duì)實(shí)船的適用程度 IT實(shí)船和船模Z型操舵試驗(yàn)比較實(shí)船和船模Z型操舵試驗(yàn)比較 例: 肥大油船的尺度作用對(duì)于方形系數(shù)CB0.8，LB6.0的尾部肥胖的船型，如超級(jí)油船等，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這類船舶存在者“異?，F(xiàn)象”，即在小舵角操舵運(yùn)動(dòng)，船模比實(shí)船過(guò)于穩(wěn)定。船模試驗(yàn)表明是有直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的，而實(shí)船試驗(yàn)不具有穩(wěn)定性。 例: 肥大油船的尺度作用對(duì)于方形系數(shù)CB0.8，L肥大油船的尺度作用 原因: 異常尺度現(xiàn)象的發(fā)生表明船模尾部的流場(chǎng)與實(shí)船的不同，由于船模雷諾數(shù)較低，

28、因此由粘性引起的尾部渦流情況不同，這是引起異?，F(xiàn)象的主要原因。 若采用15m左右的大船模進(jìn)行自由自骯 試驗(yàn)，就很少發(fā)生此類異?，F(xiàn)象。肥大油船的尺度作用 原因:引 言一、船舶必備操縱性資料 二、操縱性衡準(zhǔn)數(shù)第七節(jié) 船舶操縱性衡準(zhǔn) 引 言第七節(jié) 船舶操縱性衡準(zhǔn) 船舶操縱性試驗(yàn)是對(duì)船舶操縱性的一種物理模擬，由試驗(yàn)求得的特征參數(shù)可作為操縱性好壞的衡準(zhǔn)。 近年來(lái)由于船舶尺度越來(lái)越大，航速越來(lái)越高，以及運(yùn)輸量的增加，船舶的航行安全性越來(lái)越為人們關(guān)注。 從近期發(fā)生的海上碰撞事故看，缺乏操縱性資料，操縱引起的誤差是產(chǎn)生碰撞的主要原因。為此，國(guó)際海事組織(IMO)正式建議，船上必須具備操縱性和制動(dòng)性資料，規(guī)定所

29、有船只必須提供統(tǒng)一的操縱性手冊(cè)，并對(duì)船舶操縱性衡準(zhǔn)數(shù)做出了具體規(guī)定，要求出具最科學(xué)、合理的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)，以保證操縱的安全性。這些衡準(zhǔn)即為操縱性指標(biāo)。船舶操縱性橫準(zhǔn)是以定量的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)船舶操縱性能優(yōu)劣的判據(jù)。 引 言 船舶操縱性試驗(yàn)是對(duì)船舶操縱性的一種物理模擬， 為使船舶操縱性有關(guān)信息的內(nèi)容和格式達(dá)成一致，需要建立一個(gè)能為駕駛者提供更多操船細(xì)節(jié)的操縱資料，為此，1987年11月，IMO大會(huì)通過(guò)了A601(15)決議，要求船舶配備引航卡、駕駛臺(tái)操縱性圖及船舶操縱手冊(cè)三種形式的隨船資料。 1. 引航卡(Pilot Card) 引航卡是一種船長(zhǎng)與引航員之間關(guān)于船舶操縱性能進(jìn)行信息溝通的資料卡。引航卡每航次由

30、船長(zhǎng)填寫。其內(nèi)容包括本船的主尺度、操縱裝置性能、船在不同載況時(shí)主機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的航速以及船舶特殊操縱裝置(側(cè)推器)等信息。一、船舶必備操縱性資料 為使船舶操縱性有關(guān)信息的內(nèi)容和格式達(dá)成一致，2. 駕駛臺(tái)操縱性圖(Wheelhouse Poster) 駕駛臺(tái)操縱性圖是一種詳細(xì)概述船舶旋回性能和停船性能的圖表資料，置于駕駛臺(tái)顯著位置。其內(nèi)容包括深水和淺水(H/T1.2)，滿載和壓載情況下船舶的旋回轉(zhuǎn)圈軌跡圖及制動(dòng)性能(停船試驗(yàn))資料。3. 船舶操縱手冊(cè)(Maneuvering Booklet) 船舶操縱手冊(cè)是詳細(xì)描述船舶實(shí)船操縱性試驗(yàn)結(jié)果的手冊(cè)，它是重要的船舶資料之一。其主要內(nèi)容包括旋回試驗(yàn)、Z形操

31、縱試驗(yàn)和停船試驗(yàn)的試驗(yàn)條件、試驗(yàn)記錄以及試驗(yàn)分析等。操縱手冊(cè)包括全部駕駛臺(tái)操縱性圖上的全部信息。除實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果之外，操縱手冊(cè)中的大部分操縱信息估算結(jié)果。 一、船舶必備操縱性資料 2. 駕駛臺(tái)操縱性圖(Wheelhouse Poster) 1993年國(guó)際海事組織(1MO)對(duì)100m及以上海船的操縱性標(biāo)準(zhǔn)提出了要求，之后，又進(jìn)行了修訂，具體規(guī)定如下。1. 回轉(zhuǎn)性(Turning ability) 回轉(zhuǎn)圈的進(jìn)距應(yīng)不超過(guò)4.5倍船長(zhǎng)(垂線間長(zhǎng)，下同)，相應(yīng)的旋回轉(zhuǎn)戰(zhàn)術(shù)直徑應(yīng)不超過(guò)5.0倍船長(zhǎng)。2. 初始回轉(zhuǎn)性(Initial turning ability) 船舶操左10舵角或右10舵角后，船首向角從原航向改變10時(shí)，船舶在原航向上的縱向行進(jìn)距應(yīng)不超過(guò)2.5倍船長(zhǎng)。二、 操縱性衡準(zhǔn)數(shù) 1993年國(guó)際海事組織(1MO)對(duì)100m及以3. 糾偏和航向保持能力(Yaw-checking and course -kee