《船舶操縱》課件

船舶操縱

SHIPMANOEUVRING大連理工大學

運載工程與力學學部船舶工程學院2010年春季學期船舶操縱

SHIPMANOEUVRING大連理工大學運載1主講教師李海濤liht@船池307，84708451-8036主講教師2船舶性能研究靜止船舶或勻速直線運動狀態(tài)的性能船舶靜力學和船舶快速性研究具有變速運動的船舶性能船舶操縱和搖蕩水上操縱錄像水下操縱錄像船舶性能研究靜止船舶或勻速直線運動狀態(tài)的性能3第一章操縱性概論第一章操縱性概論41.1操縱性總論什么是操縱性指的是船舶按照駕駛者的意圖保持或者改變運動狀態(tài)（航速、航向和位置）的性能。航向穩(wěn)定性；回轉(zhuǎn)性；轉(zhuǎn)首性和跟從性；1.1操縱性總論什么是操縱性51.1操縱性總論操縱性的完整含義是發(fā)展的1946戴維遜（Davidson）從動運穩(wěn)定性理論出發(fā)，穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性兩個相互制約的方面1970年，船舶操縱性會議上指出滿足駕駛者的使用要求，應(yīng)該包括：小舵角的航向保持性中舵角的航向機動性大舵角的緊急規(guī)避性1.1操縱性總論操縱性的完整含義是發(fā)展的6《船舶操縱》課件7《船舶操縱》課件81.1操縱性總論操縱性的重要意義（安全性要求）船舶向著大型化、專業(yè)化和高速化的方向發(fā)展，船舶數(shù)量急劇增加，使得大型船舶航行的航道顯得越來越窄和越來越淺，事故的后果更加嚴重；50萬噸油輪，倒車功率為50%的情況下，40分鐘8km制動距離，1度的航向精度，需要4倍的船寬（200m）1500t~10000t的船只需要2倍船寬就可以（30~50m）大型油船和化學品船失事后的污染問題1.1操縱性總論操縱性的重要意義（安全性要求）91.1操縱性總論操縱性的重要意義（安全性要求）對于小型船舶，耐波性重要；大型船舶或限制水域頻繁機動的船舶操縱性重要；1.1操縱性總論操縱性的重要意義（安全性要求）101.1操縱性總論操縱性的重要意義（經(jīng)濟性要求）在海上的直航運動，航向穩(wěn)定性好不用經(jīng)常地去操舵，航跡接近直線不好的船頻繁操舵糾正航向，經(jīng)歷曲折的航線，增加了實際的航行距離，同時增加了操縱裝置和推進裝置的功率消耗由于操舵增加的功率消耗占主機功率的2%-3%，航向穩(wěn)定性不好的船，可以高達20%。1.1操縱性總論操縱性的重要意義（經(jīng)濟性要求）111.1操縱性總論影響操縱性的因素船體的外形；操縱裝置：舵可轉(zhuǎn)導管平旋推進器主動轉(zhuǎn)向裝置等1.1操縱性總論影響操縱性的因素121.1操縱性總論船舶操縱的內(nèi)容：靠離碼頭；系帶浮筒；狹窄航道內(nèi)航行；風浪中操縱；緊急避碰；海上救助等研究對象水面艦船操縱六要素：舵、車、錨、纜、風和流1.1操縱性總論船舶操縱的內(nèi)容：13船舶操縱性研究的發(fā)展過程獨木舟時期：刳木為舟，剡木為楫，具有推進和操縱功能；隨船舶容積的增加：一排長槳---〉短而寬的船尾槳；搖櫓和舵是中國在操船技術(shù)上的重大發(fā)明，具有重要意義；19世紀后，風帆被蒸汽機和柴油機動力所代替，但是舵卻一直沿用至今。經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，試驗到理論的過程1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論14船舶操縱性研究的發(fā)展過程1912，霍夫加特（W.Hovgaard）建立了船舶穩(wěn)定回轉(zhuǎn)直徑的實用方法和圖譜1932，庫查爾斯基（W.Kucharski）把船舶當作機翼處理，《關(guān)于船舶的操縱性》1938，溫布倫（G.Weinblum）建立了有效的數(shù)學研究方法，借鑒飛艇操縱理論1939，巴辛利用里亞譜諾夫運動穩(wěn)定理論研究船舶的運動穩(wěn)定性1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論15船舶操縱性研究的發(fā)展過程1944，肯夫（kemf）提出了用Z形操舵試驗來評價船舶的操縱性，開創(chuàng)了船舶對操舵的動態(tài)響應(yīng)研究1946，戴維遜(K.S.Davidson)和許夫(L.I.Schiff)在論文《回轉(zhuǎn)和航向保持性》中提出了船舶操縱運動方程的正確形式，表征船舶回轉(zhuǎn)性和航向穩(wěn)定性的指數(shù)，建立了船舶操縱性的線性理論。作為現(xiàn)代船舶操縱性理論研究的開端1949，巴辛《船舶航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)理論》進一步發(fā)展1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論16船舶操縱性研究的發(fā)展過程迪德提出了用于評價航向穩(wěn)定性的螺旋試驗方法阿勃柯維奇6自由度運動方程，及泰勒基數(shù)展開，為非線性研究提供了數(shù)學工具野本兼作（1957）整個系統(tǒng)看作一個動態(tài)系統(tǒng)，研究了船舶對操舵的頻域響應(yīng)，1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論17船舶操縱性研究的發(fā)展過程迪德提出了用于評價航向穩(wěn)定性的螺旋試驗方法阿勃柯維奇6自由度運動方程，及泰勒基數(shù)展開，為非線性研究提供了數(shù)學工具野本兼作（1957）整個系統(tǒng)看作一個動態(tài)系統(tǒng)，研究了船舶對操舵的頻域響應(yīng)（舵做輸入，船運動作輸出）計算船舶水動力學的發(fā)展約束船模試驗；仿真技術(shù)1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論18船舶運動的自由度；坐標系的選取；船舶運動的基本方程；1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識船舶運動的自由度；1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識191.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識空間中運動的剛體有6個自由度。運動形式分為單向和往復(fù)的兩大類。橫搖

rolling縱搖/pitching首搖/yawing縱蕩/surging橫蕩/swaying垂蕩/heaving1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識空間中運動的剛體有6個自由度。20首向角漂角舵角1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識固定坐標系右手笛卡爾坐標系為靜水面軸豎直向下隨船坐標系船舶重心位置向首向右向下首向角漂角舵角1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識固定坐標系211.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識V船舶重心G的瞬時速度，沿重心軌跡的切線方向航速角：x0轉(zhuǎn)到速度矢量方向順時針為正首向角：由x0到x軸的順時針方向為正漂角：由瞬時速度方向到x軸順時針為正舵角：舵面偏向右舷為正1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識V船舶重心G的瞬時速度，沿重心22坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系外力在動坐標系中的分量速度在固定坐標系中的分量加速度分量1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識23船舶的運動方程牛頓第一定律，力是改變物體運動狀態(tài)的原因由牛頓第二定律得到確定船舶運動狀態(tài)的最重要因素是確定船舶所受到的外力合力；理論計算的方法物理試驗的方法（實船、模型）1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識船舶的運動方程1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識241.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識流體粘性附加質(zhì)量D'Alembert'sparadox理想不可壓縮流體繞任意剖面的不脫體繞流問題中物體不遭受任何阻力，這與實際是不符合的，產(chǎn)生佯謬的根本原因是沒有考慮粘性的作用。1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識流體粘性25第二章船舶操縱第二章船舶操縱262.1船舶操縱運動方程固定坐標系中的方程2.1船舶操縱運動方程固定坐標系中的方程272.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程282.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程292.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程的推導過程?2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程的推導過程?302.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程的推導過程AB2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程的推導過程AB312.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程分析船舶運動時，采用動坐標系中的方程討論船舶空間軌跡，用固定坐標系中的方程2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程32水動力的一般表達式影響水動力的因素船舶的物理性質(zhì)(質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量)船舶的幾何特征(幾何形狀和幾何尺度)船舶的運動特征(角速度、加速度、舵角、轉(zhuǎn)速)流體的物理性質(zhì)(密度、粘性)流場的幾何特征(無限域、限制航道)流場的運動特征水動力的一般表達式影響水動力的因素332.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型船舶靜水中運動時的受力船舶與水之間的相對運動引起的水動力和力矩；該時刻船舶運動狀態(tài)決定的水動力該時刻以前的運動歷史決定的水動力其他原因引起的外力，如托纜力和風壓力等；2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型342.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型船舶靜水中運動時的受力，采用一階泰勒展開2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型352.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型船舶靜水中運動時的受力，采用三階泰勒展開水動力導數(shù)超過50個，可以參見FossenT.I.GuidanceandControlofOceanVehicles,JohnWiley&Sons,NewYork,USA,19942.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型362.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型船舶靜水中運動時受力，線性化和化簡決定了一種狀態(tài)，稱為初始狀態(tài)。最簡單最基本的初始狀態(tài)是：舵位于中間位置，船舶沿其舯縱剖面方向直線定常運動狀態(tài)2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型372.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型化簡(得益于船舶對稱性)沿舯縱剖面線方向的定常運動不會產(chǎn)生側(cè)向力和偏航力矩。沿軸的速度變化不會引起橫向力和偏航力矩的變化。由正方向和負方向變化引起的的變化是對稱的，因此一階導數(shù)為0。勻速直線運動時2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型化簡(得益于船舶382.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型水動力模型的化簡2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型392.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型水面船舶在水平面內(nèi)運動時受到的力和矩的線性化表達式2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型402.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化412.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化其中2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化422.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化其中2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化432.2船舶操縱運動方程操縱操縱運動方程忽略二階以上的小量，其中因此可以得到水動力模型2.2船舶操縱運動方程操縱操縱運動方程442.2船舶操縱運動方程操縱操縱運動方程改變形式為引入無量綱化2.2船舶操縱運動方程操縱操縱運動方程452.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)船舶在等速直線縱向運動中，保持其他一切運動參數(shù)不變，只改變某一運動參數(shù)一個單位值時所引起的作用于船舶的水動力（或力矩）的變化值。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)462.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)對線速度分量u的導數(shù)，線性速度導數(shù)對橫向速度分量v的導數(shù)，位置導數(shù)對回轉(zhuǎn)角速度的導數(shù)，旋轉(zhuǎn)導數(shù)對加速度的導數(shù)，加速度導數(shù)對舵角的導數(shù)，控制導數(shù)2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)47水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的位置導數(shù)和船體勻速直線前進時，受到測向的擾動速度v作用，破壞了流體的對稱性，產(chǎn)生升力可以把船體看作一個特殊的機翼，船長---弦長船寬--翼厚展長2倍吃水2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義2.2船舶操縱運動方程48水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的位置導數(shù)和船舶有橫漂速度時橫向力的導數(shù)。該力很大，方向與相反；船舶有橫漂速度時橫向力對重心力矩的導數(shù)。該力矩不太大，為負值，方向有使漂角增大的趨勢；船舶有前進速度時縱向力的導數(shù)。該力較小，方向與相反。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義2.2船舶操縱運動方程49的絕對值不是很大，可正可負，取決于船型；是一個很大的負數(shù)，阻止船舶回轉(zhuǎn)，對船舶的操縱起很重要的影響。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的旋轉(zhuǎn)導數(shù)和船首具有右舷攻角，產(chǎn)生負的水動力和負的水動力矩船尾具有左舷攻角，產(chǎn)生正的水動力和負的水動力矩的絕對值不是很大，可正可負，取決于船型；2.2502.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的線加速度導數(shù)和水動力相對于加速度在平衡狀態(tài)下的變化率具有正的加速度的船舶受到一個方向相反的水反作用力，是一個很大的負值?？梢园阉慕^對值看作是附加質(zhì)量my。船首和船尾對z軸產(chǎn)生的水動力矩方向相反，因此是一個不大的數(shù)值，符號取決于船型。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義船首和船尾對512.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的角加速度導數(shù)和正的回轉(zhuǎn)角加速度在船首產(chǎn)橫負的和負的；在船尾產(chǎn)生正的和負的因此， 較小，取決于船型；是一個很大的負值相當于船舶的附加慣性力矩系數(shù)。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義相當522.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義舵導數(shù)（控制導數(shù)）右舵角為正，正的舵角產(chǎn)生負的舵力，舵力矩使船向右轉(zhuǎn)，是正的，故水動力導數(shù)取決于船型，對于特定船型是常數(shù)采用理論計算方法，困難采用模型試驗的方法：位置導數(shù)：風洞或水池直線拖曳；旋轉(zhuǎn)導數(shù)：旋臂試驗；拖車上的平面運動機構(gòu)，可同時測定速度導數(shù)和加速度導數(shù)不能測定加速度導數(shù)2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義不能測定加速度532.2船舶操縱運動方程操縱響應(yīng)模型（二階線性KT方程）采用消去法，得到角速度的方程描述了船舶運動對操舵的響應(yīng)；操舵響應(yīng)模型和水動力模型是等價的，參數(shù)可以通過實船或者自航船模來實現(xiàn)；在自動舵的研究上有廣泛的應(yīng)用；也可以消去，得到2.2船舶操縱運動方程操縱響應(yīng)模型（二階線性KT方程）542.2船舶操縱運動方程野本方程操舵速度有限，船舶的慣性很大，船舶對舵的響應(yīng)也是一種非常緩慢的運動，因此有船舶在慣性力矩、阻尼力矩和舵力矩的共同作用下，進行的緩慢的轉(zhuǎn)首運動因此有這些方程只適用于小擾動的情形。2.2船舶操縱運動方程野本方程552.2船舶操縱運動方程非線性方程（伯奇(M.Bech)和野本）定?；剞D(zhuǎn)時一階非線性KT方程2.2船舶操縱運動方程非線性方程（伯奇(M.Bech)562.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念2.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念572.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念運動穩(wěn)定性的含義處于定常運動狀態(tài)的物體受到某種極小的干擾作用而使其某些運動參數(shù)偏離原來的狀態(tài)的值，當干擾消失后，這些參數(shù)能否恢復(fù)到原來狀態(tài)值的性能。如果能，則稱該系統(tǒng)對原來的運動狀態(tài)對這些參數(shù)是穩(wěn)定的；否則，就是不穩(wěn)定的。1892年俄國數(shù)學家A.M.李亞普諾夫開創(chuàng)了運動穩(wěn)定性研究的新紀元。運動穩(wěn)定性必須明確是對于哪一個參數(shù)，對于不同的參數(shù)有不同的穩(wěn)定性；穩(wěn)定性與受擾過程無關(guān)；2.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念582.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念直線穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性2.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念592.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念直線穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性+直線穩(wěn)定性是否操舵自動穩(wěn)定性控制穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性2.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念直線穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性602.3航向穩(wěn)定性小擾動方程船在以勻速直線運動，受小擾動后2.3航向穩(wěn)定性小擾動方程612.3航向穩(wěn)定性縱向速度小擾動特征根穩(wěn)定性要求

2.3航向穩(wěn)定性縱向速度小擾動622.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別通解帶入，可得到2.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別632.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別存在非零解，要求行列式，展開有稱為微分方程的特征方程，有根為2.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別642.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別得到，要求船舶具有直線運動穩(wěn)定性，即只有當特征方程的根都是負實數(shù)或者實部為負值的復(fù)數(shù)時才能滿足上述條件。必有，2.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別65穩(wěn)定性衡準式其中2.3航向穩(wěn)定性小大正大負大負大正小不會太大穩(wěn)定性衡準式2.3航向穩(wěn)定性小大正大負大負大正小不會太大662.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式由于和因此，上式稱為穩(wěn)定性衡準式，稱為穩(wěn)定性衡準數(shù)由于對水面艦船若不操舵，不能實現(xiàn)“方向穩(wěn)定性”，最多只能是“直線穩(wěn)定性”，習慣上稱為“航向穩(wěn)定性”2.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式672.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式穩(wěn)定性衡準式，稱為穩(wěn)定性衡準數(shù)。當

船舶具有直線穩(wěn)定性船舶不具有直線穩(wěn)定性2.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式68穩(wěn)定性衡準式抗干擾力臂（阻尼力臂）偏航力臂（干擾力臂，位置力臂）2.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式2.3航向穩(wěn)定性692.3航向穩(wěn)定性影響航向穩(wěn)定性的因素增大Yv和Nr的負值，乘積增大，有利于改善穩(wěn)定性Nv>0，保證航向穩(wěn)定性舵、鰭等升力面設(shè)置，要放在尾部，更容易保持航向穩(wěn)定性。（首尾，Nr負值增加，首部Nv增加負值，尾部Nv變正）2.3航向穩(wěn)定性影響航向穩(wěn)定性的因素702.3航向穩(wěn)定性改善穩(wěn)定性的措施減少艉部縱舯剖面的切空面積；在艉部加裝穩(wěn)定鰭、分水踵；增大尾傾，增大呆木目的是增加船艉部承受水流作用面積。2.3航向穩(wěn)定性改善穩(wěn)定性的措施712.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的基本概念回轉(zhuǎn)運動的三個階段轉(zhuǎn)舵階段8~15秒，航行半個船長過渡階段定?；剞D(zhuǎn)階段進入到穩(wěn)定的圓周運動2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的基本概念722.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(轉(zhuǎn)舵階段)時間8-15s受力結(jié)果左舷橫漂右舷回轉(zhuǎn)2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(轉(zhuǎn)舵階段)732.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(過渡階段)時間受力

結(jié)果左舷橫漂停止，產(chǎn)生正向橫漂。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(過渡階段)742.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(定常階段)時間受力達到平衡狀態(tài)，結(jié)果船以一定的角速度勻速回轉(zhuǎn)，重心軌跡為圓形。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(定常階段)752.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)定常回轉(zhuǎn)直徑，最小回轉(zhuǎn)直徑，相對回轉(zhuǎn)直徑經(jīng)驗公式巴士裘寧公式季美公式定?；剞D(zhuǎn)直徑與回轉(zhuǎn)初速度定?；匮b直徑與回轉(zhuǎn)初速的1/4次方成比例，速度增加，定常回轉(zhuǎn)直徑增大，回轉(zhuǎn)周期不一定變大2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)762.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)回轉(zhuǎn)性好的船，最小相對回轉(zhuǎn)直徑~3左右回轉(zhuǎn)性差的船，最小相對回轉(zhuǎn)直徑~10左右大部分船都在5~7的范圍類型(D/L)min類型(D/L)min驅(qū)逐艦5.0~7.0大型客貨船5.0~7.0大型貨船5.0~6.5中型客貨船4.0~5.0中型貨船4.0~5.0油船3.5~7.5小型船2.0~3.02.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)類型(D/L)min772.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)戰(zhàn)術(shù)直徑，軍艦的重要回轉(zhuǎn)指標船舶首向改變180度時，其重心距初始直線航線的橫向距離稱為戰(zhàn)術(shù)直徑。值越小，回轉(zhuǎn)性越好正橫距船舶轉(zhuǎn)首90度時，其重心至初始直線航線的橫向距離稱為正橫距。越小，回轉(zhuǎn)性越好2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)782.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)縱距自轉(zhuǎn)舵開始時船的重心沿初始直線航向至首向改變90度時的船舶重心間的縱向距離。表征船舶的回轉(zhuǎn)性和跟從性；縱距小-----〉回轉(zhuǎn)性好，跟從性好縱距大-----〉回轉(zhuǎn)性差，跟從性差，或其中一個很差2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)792.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)反橫距船舶離開初始直線航線向回轉(zhuǎn)中心的反側(cè)橫移的最大距離反橫距是一個重要的特征參數(shù)，兩船相遇時，如果靠的很近，由于都存在反橫距，同時操舵，就會發(fā)生靠攏，發(fā)生相撞事故。在狹窄航道中航行的船舶也應(yīng)該注意反橫距的問題。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)802.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)回轉(zhuǎn)樞心船舶在做回轉(zhuǎn)運動時，在某一瞬時，船舶中縱剖面上漂角為零的點。定?；剞D(zhuǎn)階段，樞心位置不變，位于L/4到船首之間駕駛室設(shè)在樞心附近2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)812.4船舶的回轉(zhuǎn)運動船舶機動性回轉(zhuǎn)性—用回轉(zhuǎn)直徑表示，直徑小的回轉(zhuǎn)性好；轉(zhuǎn)首性—表示船舶操舵后響應(yīng)快慢的指標。轉(zhuǎn)首性好的“來舵快”；跟從性—表示船舶操舵后進入新的穩(wěn)定狀態(tài)的時間指標。跟從性好的過渡段短。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動船舶機動性822.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析直線航行的船舶，，初始擾動為，方程為解為2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析83討論：，不具有直線穩(wěn)定性；，直線穩(wěn)定的船；

T絕對值越小，r越快趨于零，船的直線穩(wěn)定性好T絕對值越大，船的直線穩(wěn)定性越差T的數(shù)值可以作為衡量直線穩(wěn)定性的指標，應(yīng)舵指數(shù)，跟從性指數(shù)。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動842.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析直線航行的船舶，在時刻，將舵瞬間轉(zhuǎn)動至并保持，解為討論：對于直線穩(wěn)定的船，。K回轉(zhuǎn)性指數(shù)：單位舵角引起的定?；剞D(zhuǎn)角速度

2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析852.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析在一定的舵角下，K越大，定?；剞D(zhuǎn)的角速度越大，回轉(zhuǎn)的直徑越小，船的回轉(zhuǎn)性越好。直線穩(wěn)定的船，C越大，穩(wěn)定性越好，同時K就越小，回轉(zhuǎn)性變差，反之亦然。直線穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性是相互矛盾的。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析862.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)性和穩(wěn)定性安裝尾舵的船，為負值，為正值增加舵面積（增大的絕對值）將舵遠離船舶重心（增加），使得K增大，回轉(zhuǎn)性增大，不損失直線穩(wěn)定性2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)性和穩(wěn)定性872.4船舶的回轉(zhuǎn)運動K-T的物理意義K、T恰當?shù)谋硎玖舜暗牟倏v性?；剞D(zhuǎn)性指數(shù)K越大，船舶的回轉(zhuǎn)性越好，定常回轉(zhuǎn)直徑越??；應(yīng)舵指數(shù)T越小，船舶的穩(wěn)定性和跟從性越好，操舵之后船舶能夠很快的改變首向進入到定?；剞D(zhuǎn)階段。無量綱化V0為回轉(zhuǎn)初速度。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動K-T的物理意義882.4船舶的回轉(zhuǎn)運動K-T的物理意義船D有較小的定?；剞D(zhuǎn)半徑；船A能夠很快的進入定?；剞D(zhuǎn)，或新的航線；從操縱性角度看具有小K和小T的船A在回轉(zhuǎn)初期優(yōu)于船D衡量船舶是否易于回轉(zhuǎn)應(yīng)該從轉(zhuǎn)首性、跟從性和回轉(zhuǎn)性綜合考慮2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動K-T的物理意義從操縱性角度看892.4船舶的回轉(zhuǎn)運動討論：直線不穩(wěn)定船舶的問題C<0，那么K<0，操右舵，船左轉(zhuǎn)?T<0，當，角速度無限大，所以發(fā)散。實際上這種情況是不會發(fā)生的，隨著回轉(zhuǎn)運動的發(fā)展，非線性水動力成分占主要地位，最終使得船進入定?；剞D(zhuǎn)。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動討論：直線不穩(wěn)定船舶的問題902.4船舶的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)首指數(shù)P2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)首指數(shù)P912.4船舶的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)首指數(shù)P如果應(yīng)舵指數(shù)T=0，表示船舶一經(jīng)操舵馬上進入定?；剞D(zhuǎn)。船的首向角為應(yīng)舵指數(shù)為T，那么船的首向角為說明應(yīng)舵指數(shù)T相當于船舶進入定常回轉(zhuǎn)的時間滯后。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)首指數(shù)P92轉(zhuǎn)首指數(shù)P單位舵角下，首向角的變化在轉(zhuǎn)舵初期，航行一個船長L的時間為無因次形式2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)首指數(shù)P2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動93無量綱化過程無量綱化過程942.4船舶的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)首指數(shù)P當T’足夠大時，泰勒展開轉(zhuǎn)首指數(shù)P表示，操舵后船舶移動一個船長時，每單位舵角引起的首向角改變的值，是衡量船舶轉(zhuǎn)首性的重要指標。對于直線穩(wěn)定的船，P能夠比較恰當?shù)胤从吵龃皶r候易于改變航向。P值越大，轉(zhuǎn)首性越好，越容易改變航向。P值相對比較穩(wěn)定。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)首指數(shù)P952.4船舶的回轉(zhuǎn)運動操縱性指數(shù)的物理解釋一階KT方程2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動操縱性指數(shù)的物理解釋962.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析回轉(zhuǎn)時的速降原因滿舵回轉(zhuǎn)時，漂角增大，船舶前進阻力增大，離心力的前進方向也消耗了槳的推力；槳的工作條件改變，轉(zhuǎn)速下降，效率降低；速度的減小量可以達到初速的40%左右，2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析972.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析回轉(zhuǎn)時的速降在相對回轉(zhuǎn)半徑大于1的情況下，費爾索夫經(jīng)驗公式回轉(zhuǎn)直徑越小，回轉(zhuǎn)時漂角越大，回轉(zhuǎn)速降越大。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析982.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析回轉(zhuǎn)時的橫傾轉(zhuǎn)舵階段（內(nèi)傾角度不大）回轉(zhuǎn)軌跡的曲率中心在回轉(zhuǎn)圈外側(cè)；受到的力：舵力，橫向慣性力，對重心的矩；過渡階段漂角和角速度增大，水動力增大，漸成主要因素；內(nèi)傾---〉外傾，2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析992.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析回轉(zhuǎn)時的橫傾離心力和水動力組成的外傾力矩傾斜后的復(fù)原力矩定?；剞D(zhuǎn)階段的穩(wěn)定橫傾角單位是弧度（rad）2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析1002.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析回轉(zhuǎn)時的橫傾角的影響因素定?；剞D(zhuǎn)半徑R定常回轉(zhuǎn)速度Vc回轉(zhuǎn)橫傾角的預(yù)估公式與回轉(zhuǎn)初速度的平方成正比，與初穩(wěn)性高度成反比。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析1012.5操縱性試驗操縱性試驗實船試驗選擇海面平靜，潮流較小的時間和地點螺線試驗要求無風和靜水，逆螺線Z形風力小于4級試驗水域足夠深度和寬度進行滿載試驗，油船、散貨船壓載狀態(tài)試驗操舵前2-3分鐘開始記錄校好各種設(shè)備和儀器2.5操縱性試驗操縱性試驗1022.5操縱性試驗操縱性試驗?zāi)Ｐ驮囼炞杂勺院侥２倏v性試驗露天水池，天然湖泊，室內(nèi)操縱性水池回轉(zhuǎn)試驗，螺線試驗及逆螺線試驗，回舵試驗、Z形試驗、變首向試驗以及啟動、停車、倒退等專門試驗約束操縱性試驗在水池中，通過平面運動機構(gòu)等設(shè)備，強制船模作規(guī)定性運動，測定其水動力/矩，計算水動力導數(shù)2.5操縱性試驗操縱性試驗1032.5操縱性試驗相似準則幾何相似無因次的幾何形狀參數(shù)動力相似無因次的質(zhì)量無因次的重心位置無因次的轉(zhuǎn)動慣量2.5操縱性試驗相似準則1042.5操縱性試驗相似準則水動力相似雷諾數(shù)傅汝德數(shù)空泡數(shù)，歐拉數(shù)韋伯數(shù)馬赫數(shù)2.5操縱性試驗相似準則1052.5操縱性試驗相似準則運動相似舵角，作為運動參數(shù)無因次線速度無因次線加速度無因次角速度無因次角加速度2.5操縱性試驗相似準則1062.5操縱性試驗相似準則全部滿足很困難，一切自航模應(yīng)與實船幾何相似（螺旋槳可放寬）自航模試驗中，保持一些運動參數(shù)一致，但螺旋槳和舵的角速度和角加速度不作要求，水動力通常是不能滿足的，主要應(yīng)滿足傅汝德數(shù)相等。在自航模試驗時，保持船體形狀相似，質(zhì)量、質(zhì)心位置和慣矩相似。在決定船模尺度時要考慮臨界雷諾數(shù)的要求，選擇航速時，應(yīng)滿足傅汝德數(shù)的要求。機動中保持舵角相似。2.5操縱性試驗相似準則1072.5操縱性試驗回轉(zhuǎn)試驗?zāi)康模簻y量船舶的回轉(zhuǎn)圈，確定船舶回轉(zhuǎn)時的各要素做法：全航速在最大舵角及15度舵角，分別左右舷進行回轉(zhuǎn)操縱達到540度首向角變化，測量其回轉(zhuǎn)圈。步驟：調(diào)整好預(yù)定的航向和航速并記錄；發(fā)出口令，盡快轉(zhuǎn)舵置于預(yù)定舵角；記錄回轉(zhuǎn)中的參數(shù)，時間、航速、首向角、橫傾角回轉(zhuǎn)角速度首向角到540度時，恢復(fù)直線運行，備下一次試驗2.5操縱性試驗回轉(zhuǎn)試驗1082.5操縱性試驗回轉(zhuǎn)試驗數(shù)據(jù)處理：繪制船速和首向角以時間為橫軸的曲線；計算船舶樞心的軌跡；繪制樞心軌跡圖；2.5操縱性試驗回轉(zhuǎn)試驗1092.5操縱性試驗回轉(zhuǎn)試驗數(shù)據(jù)處理：根據(jù)樞心軌跡，得到重心軌跡，回轉(zhuǎn)圈測量各回轉(zhuǎn)要素2.5操縱性試驗回轉(zhuǎn)試驗1102.5操縱性試驗回轉(zhuǎn)試驗KT分析當t足夠大時首相角隨時間變化的斜率，為kT+t1/2切線與時間的夾角t1操舵時間35度大舵角回轉(zhuǎn)，不宜使用2.5操縱性試驗回轉(zhuǎn)試驗1112.5操縱性試驗Z形操縱試驗1943年，肯普夫（G.Kempf）提出的測定船舶操舵響應(yīng)的一種很重要的操縱性試驗方法1957年，野本謙作提出利用Z形試驗結(jié)果以測定K、T指數(shù)，后廣泛應(yīng)用確定K、T指數(shù)的標準方法對試驗結(jié)果的處理分析提出了許多方法首向角曲線的最小二乘擬合考慮非線性的相平面分析方法2.5操縱性試驗Z形操縱試驗1122.5操縱性試驗Z形操縱試驗試驗方法：船舶按照規(guī)定航速保持勻速直航將舵角轉(zhuǎn)至右舵規(guī)定的角度，并保持當首向角達到某一規(guī)定值時，迅速將舵轉(zhuǎn)至與右舵相等的左舵角，并保持當首向角與舵角相等時，右操舵至左舵角，如此重復(fù)5次過程中記錄：舵角、首向角、側(cè)向位移，航速、螺旋槳轉(zhuǎn)速等隨時間變化的量記法：（執(zhí)行舵角/換舵首向角）標準的Z形試驗從右舵開始的2.5操縱性試驗Z形操縱試驗1132.5操縱性試驗Z形操縱試驗試驗方法：2.5操縱性試驗Z形操縱試驗1142.5操縱性試驗Z形試驗的簡單分析超越角：衡量船舶是否易于轉(zhuǎn)舵的一個總度量，正比于指數(shù)K和T的乘積大K小T的船可能和小K大T的船可具有同樣的不能作為船舶操縱性的唯一指標2.5操縱性試驗Z形試驗的簡單分析1152.5操縱性試驗Z形試驗的簡單分析轉(zhuǎn)首滯后：零舵角之后出現(xiàn)零角速度的時間滯后，無因次量可以作為跟從性的一個度量。無因次化當或足夠小時，2.5操縱性試驗Z形試驗的簡單分析1162.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析2.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析1172.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析確定特征點在t=0時刻，作首向角的切線，記作在首向角的曲線上作切線平行于，在三個峰值點處為，時刻分別標記為操舵曲線的拐角點標記為，其中作為另外的三個特征點。2.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析1182.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析操縱方程的積分2.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析1192.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析計算K從t=0起，到積分得到K和，記作從t=0起，到積分求得K，記作因此2.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析1202.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析計算T2.5操縱性試驗Z形試驗的KT分析1212.5操縱性試驗螺線試驗1949年，迪厄頓尼提出的，目的：評價船舶的直線穩(wěn)定性方法：直線穩(wěn)定航行，操舵到右25度，保持到定?；剞D(zhuǎn)舵角減小5度，保持到定?；剞D(zhuǎn)，重復(fù)直到舵角為另一側(cè)的25度，再到右舵25度，其中在零舵角或者壓舵角小于5度時，減小間隔，通常為1度2.5操縱性試驗螺線試驗1222.5操縱性試驗螺線試驗操縱性特征曲線直線穩(wěn)定船直線不穩(wěn)定船臨界情況原點切線的斜率為線性理論的K值，斜率越小，船舶具有的穩(wěn)定程度愈高。2.5操縱性試驗螺線試驗直線穩(wěn)定船1232.5操縱性試驗螺線試驗操縱性特征曲線在a,b外，操右舵，船右轉(zhuǎn)；操左舵，船左轉(zhuǎn)；隨舵角的增大，r增大，回轉(zhuǎn)直徑減小a,b之間時不再是單值函數(shù)，取決于操縱歷史ab距離稱為不穩(wěn)定環(huán)寬，cd距離稱為不穩(wěn)定環(huán)高環(huán)高和環(huán)寬愈大，直線穩(wěn)定性愈差實際上，對于某些不穩(wěn)定環(huán)高和環(huán)寬很大的肥大型船，由于時間常數(shù)很大，也是可以保持航向的，但是需要不斷操舵。2.5操縱性試驗螺線試驗1242.5操縱性試驗螺線試驗操縱性特征曲線大舵角和小舵角時r都很大，回轉(zhuǎn)直徑小，說明舵效好，回轉(zhuǎn)阻尼小，需要不斷操舵，不利于航向保持2.5操縱性試驗螺線試驗1252.5操縱性試驗螺線試驗缺點：需要極為平靜的水面，很大的海洋面積不易獲得直線不穩(wěn)定船在不穩(wěn)定回環(huán)內(nèi)的運動情況逆螺旋試驗實現(xiàn)規(guī)定一系列的回轉(zhuǎn)角速度，通過自動駕駛或者人工操舵的方式，使船舶保持各角速度值定?；剞D(zhuǎn)時間大大縮短2.5操縱性試驗螺線試驗1262.5操縱性試驗?zāi)媛菪囼?.5操縱性試驗?zāi)媛菪囼?272.5操縱性試驗回舵試驗迅速鑒別船舶直線穩(wěn)定性的方法。方法：操舵20度左右，達到定?；剞D(zhuǎn)，然后操舵回中?；剞D(zhuǎn)角速度能衰減到零，直線穩(wěn)定性；回轉(zhuǎn)角速度到某一值，直線不穩(wěn)定；應(yīng)左右轉(zhuǎn)舵都進行，以發(fā)現(xiàn)不對稱性2.5操縱性試驗回舵試驗1282.6操縱性衡準對船舶操縱性衡量的提法直線穩(wěn)定性、回轉(zhuǎn)性、糾向性、初始回轉(zhuǎn)性、應(yīng)舵性、航向改變性、制動性、停車慣性、低速航行性、倒航行、速度控制等指標：穩(wěn)定性指標T、回轉(zhuǎn)性指標K，初始轉(zhuǎn)首時間ta，P指數(shù)、制動沖距、回舵轉(zhuǎn)首慣性等2.6操縱性衡準對船舶操縱性衡量的提法1292.6操縱性衡準國際海事組織（IMO）作為負責海事安全的國際性權(quán)威機構(gòu)，自1982年開始進行船舶操縱性評估與衡準方面的工作；二十多年來，IMO在制定船舶操縱性評估方法和操縱性標準方面作出了卓有成效的努力。1993年，IMO全會通過了A.751(18)號決議“船舶操縱性暫行標準”，給出了船舶應(yīng)滿足的表達船舶操縱性的特征值的定量指標?！按安倏v性暫行標準”原定自頒布實施起試行期5年。2.6操縱性衡準國際海事組織（IMO）作為負責海事安全的國1302.6操縱性衡準經(jīng)過8年的試行，根據(jù)收集到的應(yīng)用“船舶操縱性暫行標準”的反饋信息及各成員國的修改建議，IMO完成了對“船舶操縱性暫行標準”的修訂，于2002年底通過了MSC.137(76)號決議“船舶操縱性標準”。（非強制性的，無限水域的操縱性標準）2.6操縱性衡準經(jīng)過8年的試行，根據(jù)收集到的應(yīng)用“船舶操縱1312.6操縱性衡準1993年的IMO對100m以上海船的操縱性標準要求35度舵角回轉(zhuǎn)性轉(zhuǎn)過10度舵角的初始回轉(zhuǎn)性糾偏和航向保持能力緊急制動能力中國船級社1994年11月通過海船操縱性指導文件100m以上海船軍艦“高速艦船操縱性衡準”2.6操縱性衡準1993年的IMO對100m以上海船的操縱1322.6操縱性衡準MSC.137(76)船舶操縱性標準適用對象：2004年1月1日后，建造或改建的船舶船長100m以上（化學船和液化氣體船則不論船長）非高速船試驗情況至少90%船速，相當于85%的最大功率輸出深水；平靜天后海況設(shè)計吃水狀態(tài)，正浮試驗航速平穩(wěn)進行2.6操縱性衡準MSC.137(76)船舶操縱性標準1332.6操縱性衡準MSC.137(76)船舶操縱性標準

性能標準

(L：船長；V：船速)回轉(zhuǎn)能力（Turningability）縱距不超過4.5L回轉(zhuǎn)直徑不超過5L初始回轉(zhuǎn)能力(initialturningability)10°舵角，當首相角改變10°時，縱距小于等于2.5L2.6操縱性衡準MSC.137(76)船舶操縱性標準1342.6操縱性衡準MSC.137(76)船舶操縱性標準

偏航糾正和航向保持能力(Yaw-Checkingandcourse-keepingability)10°/10°Z形試驗，第一超越角，不超過：10°(L/V<10秒)；20°(L/V≧30秒)；[5+1/2(L/V)]°(L/V值在上述兩者之間)。10°/10°Z形試驗，第二超越角，不超過25°(L/V<10秒)；40°(L/V≧30秒)；[17.5+0.75(L/V)]°(L/V值在上述兩者之間)。20°/20°的Z形試驗，第一超越角≦25°。2.6操縱性衡準MSC.137(76)船舶操縱性標準1352.6操縱性衡準MSC.137(76)船舶操縱性標準停船能力(Stoppingability)全速倒車停船試驗,停船軌跡≦15L若因排水量大，該標準不合實際，主管機構(gòu)可調(diào)整，但最大不得超過20L動力不穩(wěn)定時，要用螺線試驗或回舵試驗測定其不穩(wěn)定程度2.6操縱性衡準MSC.137(76)船舶操縱性標準136船舶操縱

SHIPMANOEUVRING大連理工大學

運載工程與力學學部船舶工程學院2010年春季學期船舶操縱

SHIPMANOEUVRING大連理工大學運載137主講教師李海濤liht@船池307，84708451-8036主講教師138船舶性能研究靜止船舶或勻速直線運動狀態(tài)的性能船舶靜力學和船舶快速性研究具有變速運動的船舶性能船舶操縱和搖蕩水上操縱錄像水下操縱錄像船舶性能研究靜止船舶或勻速直線運動狀態(tài)的性能139第一章操縱性概論第一章操縱性概論1401.1操縱性總論什么是操縱性指的是船舶按照駕駛者的意圖保持或者改變運動狀態(tài)（航速、航向和位置）的性能。航向穩(wěn)定性；回轉(zhuǎn)性；轉(zhuǎn)首性和跟從性；1.1操縱性總論什么是操縱性1411.1操縱性總論操縱性的完整含義是發(fā)展的1946戴維遜（Davidson）從動運穩(wěn)定性理論出發(fā)，穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性兩個相互制約的方面1970年，船舶操縱性會議上指出滿足駕駛者的使用要求，應(yīng)該包括：小舵角的航向保持性中舵角的航向機動性大舵角的緊急規(guī)避性1.1操縱性總論操縱性的完整含義是發(fā)展的142《船舶操縱》課件143《船舶操縱》課件1441.1操縱性總論操縱性的重要意義（安全性要求）船舶向著大型化、專業(yè)化和高速化的方向發(fā)展，船舶數(shù)量急劇增加，使得大型船舶航行的航道顯得越來越窄和越來越淺，事故的后果更加嚴重；50萬噸油輪，倒車功率為50%的情況下，40分鐘8km制動距離，1度的航向精度，需要4倍的船寬（200m）1500t~10000t的船只需要2倍船寬就可以（30~50m）大型油船和化學品船失事后的污染問題1.1操縱性總論操縱性的重要意義（安全性要求）1451.1操縱性總論操縱性的重要意義（安全性要求）對于小型船舶，耐波性重要；大型船舶或限制水域頻繁機動的船舶操縱性重要；1.1操縱性總論操縱性的重要意義（安全性要求）1461.1操縱性總論操縱性的重要意義（經(jīng)濟性要求）在海上的直航運動，航向穩(wěn)定性好不用經(jīng)常地去操舵，航跡接近直線不好的船頻繁操舵糾正航向，經(jīng)歷曲折的航線，增加了實際的航行距離，同時增加了操縱裝置和推進裝置的功率消耗由于操舵增加的功率消耗占主機功率的2%-3%，航向穩(wěn)定性不好的船，可以高達20%。1.1操縱性總論操縱性的重要意義（經(jīng)濟性要求）1471.1操縱性總論影響操縱性的因素船體的外形；操縱裝置：舵可轉(zhuǎn)導管平旋推進器主動轉(zhuǎn)向裝置等1.1操縱性總論影響操縱性的因素1481.1操縱性總論船舶操縱的內(nèi)容：靠離碼頭；系帶浮筒；狹窄航道內(nèi)航行；風浪中操縱；緊急避碰；海上救助等研究對象水面艦船操縱六要素：舵、車、錨、纜、風和流1.1操縱性總論船舶操縱的內(nèi)容：149船舶操縱性研究的發(fā)展過程獨木舟時期：刳木為舟，剡木為楫，具有推進和操縱功能；隨船舶容積的增加：一排長槳---〉短而寬的船尾槳；搖櫓和舵是中國在操船技術(shù)上的重大發(fā)明，具有重要意義；19世紀后，風帆被蒸汽機和柴油機動力所代替，但是舵卻一直沿用至今。經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，試驗到理論的過程1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論150船舶操縱性研究的發(fā)展過程1912，霍夫加特（W.Hovgaard）建立了船舶穩(wěn)定回轉(zhuǎn)直徑的實用方法和圖譜1932，庫查爾斯基（W.Kucharski）把船舶當作機翼處理，《關(guān)于船舶的操縱性》1938，溫布倫（G.Weinblum）建立了有效的數(shù)學研究方法，借鑒飛艇操縱理論1939，巴辛利用里亞譜諾夫運動穩(wěn)定理論研究船舶的運動穩(wěn)定性1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論151船舶操縱性研究的發(fā)展過程1944，肯夫（kemf）提出了用Z形操舵試驗來評價船舶的操縱性，開創(chuàng)了船舶對操舵的動態(tài)響應(yīng)研究1946，戴維遜(K.S.Davidson)和許夫(L.I.Schiff)在論文《回轉(zhuǎn)和航向保持性》中提出了船舶操縱運動方程的正確形式，表征船舶回轉(zhuǎn)性和航向穩(wěn)定性的指數(shù)，建立了船舶操縱性的線性理論。作為現(xiàn)代船舶操縱性理論研究的開端1949，巴辛《船舶航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)理論》進一步發(fā)展1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論152船舶操縱性研究的發(fā)展過程迪德提出了用于評價航向穩(wěn)定性的螺旋試驗方法阿勃柯維奇6自由度運動方程，及泰勒基數(shù)展開，為非線性研究提供了數(shù)學工具野本兼作（1957）整個系統(tǒng)看作一個動態(tài)系統(tǒng)，研究了船舶對操舵的頻域響應(yīng)，1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論153船舶操縱性研究的發(fā)展過程迪德提出了用于評價航向穩(wěn)定性的螺旋試驗方法阿勃柯維奇6自由度運動方程，及泰勒基數(shù)展開，為非線性研究提供了數(shù)學工具野本兼作（1957）整個系統(tǒng)看作一個動態(tài)系統(tǒng)，研究了船舶對操舵的頻域響應(yīng)（舵做輸入，船運動作輸出）計算船舶水動力學的發(fā)展約束船模試驗；仿真技術(shù)1.1船舶操縱性總論船舶操縱性研究的發(fā)展過程1.1船舶操縱性總論154船舶運動的自由度；坐標系的選??；船舶運動的基本方程；1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識船舶運動的自由度；1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識1551.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識空間中運動的剛體有6個自由度。運動形式分為單向和往復(fù)的兩大類。橫搖

rolling縱搖/pitching首搖/yawing縱蕩/surging橫蕩/swaying垂蕩/heaving1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識空間中運動的剛體有6個自由度。156首向角漂角舵角1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識固定坐標系右手笛卡爾坐標系為靜水面軸豎直向下隨船坐標系船舶重心位置向首向右向下首向角漂角舵角1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識固定坐標系1571.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識V船舶重心G的瞬時速度，沿重心軌跡的切線方向航速角：x0轉(zhuǎn)到速度矢量方向順時針為正首向角：由x0到x軸的順時針方向為正漂角：由瞬時速度方向到x軸順時針為正舵角：舵面偏向右舷為正1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識V船舶重心G的瞬時速度，沿重心158坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系外力在動坐標系中的分量速度在固定坐標系中的分量加速度分量1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識159船舶的運動方程牛頓第一定律，力是改變物體運動狀態(tài)的原因由牛頓第二定律得到確定船舶運動狀態(tài)的最重要因素是確定船舶所受到的外力合力；理論計算的方法物理試驗的方法（實船、模型）1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識船舶的運動方程1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識1601.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識流體粘性附加質(zhì)量D'Alembert'sparadox理想不可壓縮流體繞任意剖面的不脫體繞流問題中物體不遭受任何阻力，這與實際是不符合的，產(chǎn)生佯謬的根本原因是沒有考慮粘性的作用。1.2船舶操縱性的基礎(chǔ)知識流體粘性161第二章船舶操縱第二章船舶操縱1622.1船舶操縱運動方程固定坐標系中的方程2.1船舶操縱運動方程固定坐標系中的方程1632.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程1642.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程1652.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程的推導過程?2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程的推導過程?1662.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程的推導過程AB2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程的推導過程AB1672.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程分析船舶運動時，采用動坐標系中的方程討論船舶空間軌跡，用固定坐標系中的方程2.1船舶操縱運動方程運動坐標系中的方程168水動力的一般表達式影響水動力的因素船舶的物理性質(zhì)(質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量)船舶的幾何特征(幾何形狀和幾何尺度)船舶的運動特征(角速度、加速度、舵角、轉(zhuǎn)速)流體的物理性質(zhì)(密度、粘性)流場的幾何特征(無限域、限制航道)流場的運動特征水動力的一般表達式影響水動力的因素1692.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型船舶靜水中運動時的受力船舶與水之間的相對運動引起的水動力和力矩；該時刻船舶運動狀態(tài)決定的水動力該時刻以前的運動歷史決定的水動力其他原因引起的外力，如托纜力和風壓力等；2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型1702.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型船舶靜水中運動時的受力，采用一階泰勒展開2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型1712.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型船舶靜水中運動時的受力，采用三階泰勒展開水動力導數(shù)超過50個，可以參見FossenT.I.GuidanceandControlofOceanVehicles,JohnWiley&Sons,NewYork,USA,19942.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型1722.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型船舶靜水中運動時受力，線性化和化簡決定了一種狀態(tài)，稱為初始狀態(tài)。最簡單最基本的初始狀態(tài)是：舵位于中間位置，船舶沿其舯縱剖面方向直線定常運動狀態(tài)2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型1732.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型化簡(得益于船舶對稱性)沿舯縱剖面線方向的定常運動不會產(chǎn)生側(cè)向力和偏航力矩。沿軸的速度變化不會引起橫向力和偏航力矩的變化。由正方向和負方向變化引起的的變化是對稱的，因此一階導數(shù)為0。勻速直線運動時2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型化簡(得益于船舶1742.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型水動力模型的化簡2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型1752.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型水面船舶在水平面內(nèi)運動時受到的力和矩的線性化表達式2.2操縱運動方程的線性化水動力學數(shù)學模型1762.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化1772.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化其中2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化1782.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化其中2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的無因次化1792.2船舶操縱運動方程操縱操縱運動方程忽略二階以上的小量，其中因此可以得到水動力模型2.2船舶操縱運動方程操縱操縱運動方程1802.2船舶操縱運動方程操縱操縱運動方程改變形式為引入無量綱化2.2船舶操縱運動方程操縱操縱運動方程1812.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)船舶在等速直線縱向運動中，保持其他一切運動參數(shù)不變，只改變某一運動參數(shù)一個單位值時所引起的作用于船舶的水動力（或力矩）的變化值。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)1822.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)對線速度分量u的導數(shù)，線性速度導數(shù)對橫向速度分量v的導數(shù)，位置導數(shù)對回轉(zhuǎn)角速度的導數(shù)，旋轉(zhuǎn)導數(shù)對加速度的導數(shù)，加速度導數(shù)對舵角的導數(shù)，控制導數(shù)2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)183水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的位置導數(shù)和船體勻速直線前進時，受到測向的擾動速度v作用，破壞了流體的對稱性，產(chǎn)生升力可以把船體看作一個特殊的機翼，船長---弦長船寬--翼厚展長2倍吃水2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義2.2船舶操縱運動方程184水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的位置導數(shù)和船舶有橫漂速度時橫向力的導數(shù)。該力很大，方向與相反；船舶有橫漂速度時橫向力對重心力矩的導數(shù)。該力矩不太大，為負值，方向有使漂角增大的趨勢；船舶有前進速度時縱向力的導數(shù)。該力較小，方向與相反。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義2.2船舶操縱運動方程185的絕對值不是很大，可正可負，取決于船型；是一個很大的負數(shù)，阻止船舶回轉(zhuǎn)，對船舶的操縱起很重要的影響。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的旋轉(zhuǎn)導數(shù)和船首具有右舷攻角，產(chǎn)生負的水動力和負的水動力矩船尾具有左舷攻角，產(chǎn)生正的水動力和負的水動力矩的絕對值不是很大，可正可負，取決于船型；2.21862.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的線加速度導數(shù)和水動力相對于加速度在平衡狀態(tài)下的變化率具有正的加速度的船舶受到一個方向相反的水反作用力，是一個很大的負值。可以把它的絕對值看作是附加質(zhì)量my。船首和船尾對z軸產(chǎn)生的水動力矩方向相反，因此是一個不大的數(shù)值，符號取決于船型。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義船首和船尾對1872.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義水動力和力矩的角加速度導數(shù)和正的回轉(zhuǎn)角加速度在船首產(chǎn)橫負的和負的；在船尾產(chǎn)生正的和負的因此， 較小，取決于船型；是一個很大的負值相當于船舶的附加慣性力矩系數(shù)。2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義相當1882.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義舵導數(shù)（控制導數(shù)）右舵角為正，正的舵角產(chǎn)生負的舵力，舵力矩使船向右轉(zhuǎn)，是正的，故水動力導數(shù)取決于船型，對于特定船型是常數(shù)采用理論計算方法，困難采用模型試驗的方法：位置導數(shù)：風洞或水池直線拖曳；旋轉(zhuǎn)導數(shù)：旋臂試驗；拖車上的平面運動機構(gòu)，可同時測定速度導數(shù)和加速度導數(shù)不能測定加速度導數(shù)2.2船舶操縱運動方程水動力導數(shù)的物理意義不能測定加速度1892.2船舶操縱運動方程操縱響應(yīng)模型（二階線性KT方程）采用消去法，得到角速度的方程描述了船舶運動對操舵的響應(yīng)；操舵響應(yīng)模型和水動力模型是等價的，參數(shù)可以通過實船或者自航船模來實現(xiàn)；在自動舵的研究上有廣泛的應(yīng)用；也可以消去，得到2.2船舶操縱運動方程操縱響應(yīng)模型（二階線性KT方程）1902.2船舶操縱運動方程野本方程操舵速度有限，船舶的慣性很大，船舶對舵的響應(yīng)也是一種非常緩慢的運動，因此有船舶在慣性力矩、阻尼力矩和舵力矩的共同作用下，進行的緩慢的轉(zhuǎn)首運動因此有這些方程只適用于小擾動的情形。2.2船舶操縱運動方程野本方程1912.2船舶操縱運動方程非線性方程（伯奇(M.Bech)和野本）定?；剞D(zhuǎn)時一階非線性KT方程2.2船舶操縱運動方程非線性方程（伯奇(M.Bech)1922.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念2.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念1932.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念運動穩(wěn)定性的含義處于定常運動狀態(tài)的物體受到某種極小的干擾作用而使其某些運動參數(shù)偏離原來的狀態(tài)的值，當干擾消失后，這些參數(shù)能否恢復(fù)到原來狀態(tài)值的性能。如果能，則稱該系統(tǒng)對原來的運動狀態(tài)對這些參數(shù)是穩(wěn)定的；否則，就是不穩(wěn)定的。1892年俄國數(shù)學家A.M.李亞普諾夫開創(chuàng)了運動穩(wěn)定性研究的新紀元。運動穩(wěn)定性必須明確是對于哪一個參數(shù)，對于不同的參數(shù)有不同的穩(wěn)定性；穩(wěn)定性與受擾過程無關(guān)；2.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念1942.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念直線穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性2.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念1952.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念直線穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性+直線穩(wěn)定性是否操舵自動穩(wěn)定性控制穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性位置穩(wěn)定性2.3航向穩(wěn)定性運動穩(wěn)定性的一般概念直線穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性1962.3航向穩(wěn)定性小擾動方程船在以勻速直線運動，受小擾動后2.3航向穩(wěn)定性小擾動方程1972.3航向穩(wěn)定性縱向速度小擾動特征根穩(wěn)定性要求

2.3航向穩(wěn)定性縱向速度小擾動1982.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別通解帶入，可得到2.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別1992.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別存在非零解，要求行列式，展開有稱為微分方程的特征方程，有根為2.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別2002.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別得到，要求船舶具有直線運動穩(wěn)定性，即只有當特征方程的根都是負實數(shù)或者實部為負值的復(fù)數(shù)時才能滿足上述條件。必有，2.3航向穩(wěn)定性直線穩(wěn)定性的判別201穩(wěn)定性衡準式其中2.3航向穩(wěn)定性小大正大負大負大正小不會太大穩(wěn)定性衡準式2.3航向穩(wěn)定性小大正大負大負大正小不會太大2022.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式由于和因此，上式稱為穩(wěn)定性衡準式，稱為穩(wěn)定性衡準數(shù)由于對水面艦船若不操舵，不能實現(xiàn)“方向穩(wěn)定性”，最多只能是“直線穩(wěn)定性”，習慣上稱為“航向穩(wěn)定性”2.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式2032.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式穩(wěn)定性衡準式，稱為穩(wěn)定性衡準數(shù)。當

船舶具有直線穩(wěn)定性船舶不具有直線穩(wěn)定性2.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式204穩(wěn)定性衡準式抗干擾力臂（阻尼力臂）偏航力臂（干擾力臂，位置力臂）2.3航向穩(wěn)定性穩(wěn)定性衡準式2.3航向穩(wěn)定性2052.3航向穩(wěn)定性影響航向穩(wěn)定性的因素增大Yv和Nr的負值，乘積增大，有利于改善穩(wěn)定性Nv>0，保證航向穩(wěn)定性舵、鰭等升力面設(shè)置，要放在尾部，更容易保持航向穩(wěn)定性。（首尾，Nr負值增加，首部Nv增加負值，尾部Nv變正）2.3航向穩(wěn)定性影響航向穩(wěn)定性的因素2062.3航向穩(wěn)定性改善穩(wěn)定性的措施減少艉部縱舯剖面的切空面積；在艉部加裝穩(wěn)定鰭、分水踵；增大尾傾，增大呆木目的是增加船艉部承受水流作用面積。2.3航向穩(wěn)定性改善穩(wěn)定性的措施2072.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的基本概念回轉(zhuǎn)運動的三個階段轉(zhuǎn)舵階段8~15秒，航行半個船長過渡階段定?；剞D(zhuǎn)階段進入到穩(wěn)定的圓周運動2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的基本概念2082.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(轉(zhuǎn)舵階段)時間8-15s受力結(jié)果左舷橫漂右舷回轉(zhuǎn)2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(轉(zhuǎn)舵階段)2092.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(過渡階段)時間受力

結(jié)果左舷橫漂停止，產(chǎn)生正向橫漂。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(過渡階段)2102.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(定常階段)時間受力達到平衡狀態(tài)，結(jié)果船以一定的角速度勻速回轉(zhuǎn)，重心軌跡為圓形。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動的三個階段(定常階段)2112.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)定?；剞D(zhuǎn)直徑，最小回轉(zhuǎn)直徑，相對回轉(zhuǎn)直徑經(jīng)驗公式巴士裘寧公式季美公式定?；剞D(zhuǎn)直徑與回轉(zhuǎn)初速度定常回裝直徑與回轉(zhuǎn)初速的1/4次方成比例，速度增加，定?；剞D(zhuǎn)直徑增大，回轉(zhuǎn)周期不一定變大2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)2122.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)回轉(zhuǎn)性好的船，最小相對回轉(zhuǎn)直徑~3左右回轉(zhuǎn)性差的船，最小相對回轉(zhuǎn)直徑~10左右大部分船都在5~7的范圍類型(D/L)min類型(D/L)min驅(qū)逐艦5.0~7.0大型客貨船5.0~7.0大型貨船5.0~6.5中型客貨船4.0~5.0中型貨船4.0~5.0油船3.5~7.5小型船2.0~3.02.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)類型(D/L)min2132.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)戰(zhàn)術(shù)直徑，軍艦的重要回轉(zhuǎn)指標船舶首向改變180度時，其重心距初始直線航線的橫向距離稱為戰(zhàn)術(shù)直徑。值越小，回轉(zhuǎn)性越好正橫距船舶轉(zhuǎn)首90度時，其重心至初始直線航線的橫向距離稱為正橫距。越小，回轉(zhuǎn)性越好2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)2142.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)縱距自轉(zhuǎn)舵開始時船的重心沿初始直線航向至首向改變90度時的船舶重心間的縱向距離。表征船舶的回轉(zhuǎn)性和跟從性；縱距小-----〉回轉(zhuǎn)性好，跟從性好縱距大-----〉回轉(zhuǎn)性差，跟從性差，或其中一個很差2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)2152.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)反橫距船舶離開初始直線航線向回轉(zhuǎn)中心的反側(cè)橫移的最大距離反橫距是一個重要的特征參數(shù)，兩船相遇時，如果靠的很近，由于都存在反橫距，同時操舵，就會發(fā)生靠攏，發(fā)生相撞事故。在狹窄航道中航行的船舶也應(yīng)該注意反橫距的問題。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)2162.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)回轉(zhuǎn)樞心船舶在做回轉(zhuǎn)運動時，在某一瞬時，船舶中縱剖面上漂角為零的點。定?；剞D(zhuǎn)階段，樞心位置不變，位于L/4到船首之間駕駛室設(shè)在樞心附近2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)2172.4船舶的回轉(zhuǎn)運動船舶機動性回轉(zhuǎn)性—用回轉(zhuǎn)直徑表示，直徑小的回轉(zhuǎn)性好；轉(zhuǎn)首性—表示船舶操舵后響應(yīng)快慢的指標。轉(zhuǎn)首性好的“來舵快”；跟從性—表示船舶操舵后進入新的穩(wěn)定狀態(tài)的時間指標。跟從性好的過渡段短。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動船舶機動性2182.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析直線航行的船舶，，初始擾動為，方程為解為2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析219討論：，不具有直線穩(wěn)定性；，直線穩(wěn)定的船；

T絕對值越小，r越快趨于零，船的直線穩(wěn)定性好T絕對值越大，船的直線穩(wěn)定性越差T的數(shù)值可以作為衡量直線穩(wěn)定性的指標，應(yīng)舵指數(shù)，跟從性指數(shù)。2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動2.4船舶的回轉(zhuǎn)運動2202.4船舶的回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動分析直線航行的船舶，在時刻，將舵瞬間轉(zhuǎn)動至并保持，解為討論：對于直線穩(wěn)定的船，