船舶操縱性基本知識

船舶操縱性基本知識1第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日本次課主要教學(xué)內(nèi)容1、操縱性概述

船舶操縱與搖擺第一章船舶操縱性基本知識2、附加質(zhì)量和附加慣性矩

3、船舶操縱運(yùn)動方程式

第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日本次課主要教學(xué)要求1、掌握船舶操縱性、操縱性衡準(zhǔn)等基本概念。這是本次課的教學(xué)重點(diǎn)。2、了解船舶附加質(zhì)量和附加慣性矩的基本知識。這是本次課的一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。3、了解船舶操縱運(yùn)動方程式基本知識。這是本次課的另一個(gè)教學(xué)重點(diǎn)。船舶操縱與搖擺第一章船舶操縱性基本知識第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日第一章船舶操縱性基本知識1、操縱性：船舶能保持或改變航速、航向和位置的能力。通常包括四個(gè)方面的內(nèi)容：A、航向穩(wěn)定性船舶操縱性基本知識B、回轉(zhuǎn)性C、轉(zhuǎn)首性及跟從性§1-1船舶操縱性概述D、停船性能第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日具有良好操縱性的船舶，在直線航行時(shí)能保持運(yùn)動方向；需要轉(zhuǎn)向時(shí)能迅速地改變航向，使船舶按照預(yù)定的航向航行；并且具有適當(dāng)?shù)耐４阅堋?、船舶操縱工具靠離碼頭、在狹窄水道內(nèi)航行、風(fēng)浪中操縱、緊急避碰、拖帶船舶及海上救濟(jì)等。3、船舶操縱的具體內(nèi)容舵、轉(zhuǎn)動導(dǎo)管、平旋推進(jìn)器和主動旋轉(zhuǎn)裝置等船舶操縱性基本知識5第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日4、船舶操縱性是船舶的重要性能之一。6、研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常運(yùn)動范疇。而阻力與推進(jìn)屬于定常運(yùn)動范疇。5、船舶操縱的控制回路船舶操縱性基本知識第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日1、附加慣性力§1-2附加質(zhì)量和附加慣性矩由于研究船舶操縱和耐波性問題，屬于非定常運(yùn)動范疇，因此必須考慮慣性問題。作不定常運(yùn)動的船舶，除了船體本身受到與加速度成比例的慣性力外，同時(shí)船體作用于周圍的水，使之得到加速度，根據(jù)作用與反作用原理，水對船體存在反作用力，這個(gè)反作用力稱為附加慣性力。船舶操縱性基本知識第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日2、附加質(zhì)量附加慣性力與船的加速度成比例，其比例系數(shù)稱為附加質(zhì)量。如果物體在真空中，而不計(jì)阻尼：如果物體在水中，要計(jì)阻尼：附加質(zhì)量與物體本身的形狀和運(yùn)動方向有關(guān)。船舶操縱性基本知識第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日3、船體質(zhì)量慣性矩船體沿坐標(biāo)軸的移動，慣性作用表現(xiàn)為力的形式；船體繞坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動，慣性作用表現(xiàn)為力矩的形式，用船體質(zhì)量慣性矩來衡量。船舶操縱性基本知識第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日在實(shí)際計(jì)算時(shí)可以按不見計(jì)算，如：依據(jù)實(shí)際載荷分布來計(jì)算跟復(fù)雜，對于通常船型都采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算慣性矩。船舶操縱性基本知識第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日4、附加慣性矩附加質(zhì)量和附加慣性矩都是流體對物體的反作用力，所以它們是水下船體的函數(shù)。一般都由模型試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式確定，也可以采用切片法或有限元法等進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。船舶操縱性基本知識11第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日船舶操縱性基本知識第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日船舶操縱性基本知識第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日一、坐標(biāo)系與運(yùn)動方程§1-3船舶操縱運(yùn)動方程式1、固定坐標(biāo)系首向角船舶操縱性基本知識14第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日2、運(yùn)動坐標(biāo)系船舶操縱性基本知識15第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日在運(yùn)動坐標(biāo)系中的船舶運(yùn)動方程：上式在形式上雖然復(fù)雜一些，但由于式中的外力不再與船舶相對于固定坐標(biāo)的方向有關(guān)，在表達(dá)上將帶來很大的方便。船舶操縱性基本知識16第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、操縱運(yùn)動的線性方程式1、外力的種類一類是由于船舶與水之間的相互作用引起的水動力和力矩。另一類是由于其它原因引起的外力，如拖纜力、風(fēng)壓力等。對于迎風(fēng)面積不大的船舶通常在風(fēng)速下航行時(shí)，風(fēng)壓力一般影響不大。對于外力，一般只考慮水動力和力矩。船舶操縱性基本知識17第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日2、船舶操縱性運(yùn)動方程船舶操縱性基本知識18第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二章舵設(shè)計(jì)基本知識一、操縱性衡準(zhǔn)為了具有良好的操縱性能，提高航行安全，減少海損事故，有必要制定科學(xué)的、統(tǒng)一的操縱性衡準(zhǔn)，來指導(dǎo)船舶設(shè)計(jì)工作?！?-1概述船舶操縱性基本知識第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日操縱性衡準(zhǔn)：1、回轉(zhuǎn)能力。由回轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定。2、初始回轉(zhuǎn)能力。由初始回轉(zhuǎn)試驗(yàn)確定。3、偏航糾正與航向保持能力。由Z形操縱試驗(yàn)確定。4、停船能力。由停船試驗(yàn)確定。船舶操縱性基本知識第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、舵設(shè)計(jì)基本思想1、滿足操縱性要求A、遠(yuǎn)洋船一般以航向保持性為主，對回轉(zhuǎn)性要求不高。B、沿海船和進(jìn)出港比較頻繁的船，對回轉(zhuǎn)性有較高的要求。C、內(nèi)河船受航道的限制應(yīng)注意轉(zhuǎn)首性，同時(shí)需滿足回轉(zhuǎn)性的特殊要求。船舶操縱性基本知識第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日2、舵與船體、漿應(yīng)組成統(tǒng)一整體，要考慮它們之間的相互影響，力求降低航行阻力，提高推進(jìn)效率。A、舵的數(shù)目和形式的選擇。B、舵的尺度和形狀的設(shè)計(jì)。C、舵力及舵桿扭矩計(jì)算和舵機(jī)功效估算。A、舵的設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)注包括：船舶操縱性基本知識22第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日一、舵的幾何要素§2-2舵的幾何要素、分類及安裝位置1、舵面積2、舵高3、舵寬4、展弦比5、平衡比6、厚度比7、面積比8、舵剖面船舶操縱性基本知識第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、舵的分類1、根據(jù)舵的支持情況分：1、普通舵和特種舵，普通舵有分為：船舶操縱性基本知識24第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日2、根據(jù)舵的剖面形狀可分為平板舵和流線型舵。二、舵的數(shù)目及安裝位置1、舵的數(shù)目的選擇取決于船型和航行情況，與螺旋槳數(shù)目有很大關(guān)系。2、舵形式的選擇與船尾形式、航行形式和設(shè)備條件有關(guān)。船舶操縱性基本知識25第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日三、舵的位置應(yīng)與漿和船尾線型良好配合，以保證：1、降有通暢的來流，供水充足。2、舵能充分吸收漿尾流的動能，把它轉(zhuǎn)化為推力和舵法向力。3、舵的上緣與船底間隙足夠小，可利用邊界效應(yīng)提高舵效。4、使?jié){、舵有效地受到船體遮蓋保護(hù)，以避免損傷。船舶操縱性基本知識26第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日為了使船舶具有良好的操縱性，保證船舶安全航行，設(shè)計(jì)者應(yīng)確保：§2-3改善操縱性的措施1、舵的設(shè)計(jì)正確；船舶操縱性基本知識2、船體主要尺度和型線的正確選擇；3、設(shè)計(jì)特種操縱裝置。第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日一、船舶主尺度和形狀對操縱性的影響1、船舶水線長：船越長，定?；剞D(zhuǎn)直徑越大。船舶操縱性基本知識2、主尺度比：船長寬度比、寬度吃水比、船體修長度。3、方形系數(shù)4、中剖面面積5、尾部形狀6、首部形狀第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、特種操縱裝置1、推進(jìn)、操縱合一裝置：平旋推進(jìn)器、轉(zhuǎn)動導(dǎo)管、Z形推進(jìn)器、各種噴水推進(jìn)器等。船舶操縱性基本知識2、主動式轉(zhuǎn)向裝置：轉(zhuǎn)柱舵、主動舵和側(cè)推器等。3、特種舵：魚尾舵、反應(yīng)舵和整流多等。第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日船舶操縱性基本知識（1）轉(zhuǎn)柱舵第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日船舶操縱性基本知識（2）主動舵第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日船舶操縱性基本知識（3）側(cè)推器第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日