重慶交通大學(xué)操縱性與耐波性總結(jié)

操縱性1?船舶操縱性定義及研究?jī)?nèi)容操縱性：船舶按照駕駛者的意圖保持或改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性能。即船舶能保持或改變航速、航向和位置的性能。研究?jī)?nèi)容：航向穩(wěn)定性、回轉(zhuǎn)性、轉(zhuǎn)首性及跟從性、停船性能。2?船舶附加質(zhì)量的含義及與物理質(zhì)量比例的大致范圍附加質(zhì)量：附加慣性力與船的加速度成比例，其比例系數(shù)稱(chēng)為附加質(zhì)量。 (作不定常運(yùn)動(dòng)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?chē)乃?使之得到加速度，根據(jù)作用與反作用原理， 水對(duì)船體存在反作用力， 這個(gè)反作用力稱(chēng)為附加慣性力。)附加質(zhì)量：mx~(0.05~0.15)mmy~mz~(0.9~1.2)m附加慣性矩Jxx~(0.05~0.15)IzzJyy~(1~2)IzzJzz~lyyI是質(zhì)量慣性矩3.漂角、航向角和水動(dòng)力中心的含義漂角：船舶重心處的速度矢量 V’與x軸正方向的交角稱(chēng)為漂角3。并規(guī)定速度矢量轉(zhuǎn)向 x軸順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?。航向角：船首指向的方向和船舶在水面上的真?shí)軌跡之間的夾角。4動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)速度轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系統(tǒng)公式： X=X°cos一Y0sinY二Yocos^-X。sin■-5、 線(xiàn)性水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)Yv,Nv,Yr,Nr的物理意義水動(dòng)力的位置導(dǎo)數(shù)Yv是一個(gè)較大的負(fù)值。水動(dòng)力力矩的位置導(dǎo)數(shù)Nv是一個(gè)不大的負(fù)值。 指的是v引起的升力系數(shù)/力矩系數(shù)水動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)Yr的絕對(duì)值不是很大，其符號(hào)由船型決定，可正可負(fù)。水動(dòng)力矩的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)Nr是一個(gè)很大的負(fù)值。指的是r引起的水動(dòng)力系數(shù)/水動(dòng)力矩系數(shù)6、 線(xiàn)/角加速度水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)的物理意義及數(shù)值大小判斷水動(dòng)力的線(xiàn)加速度導(dǎo)數(shù)Y.是一個(gè)相當(dāng)大的負(fù)值。指的是附加質(zhì)量V水動(dòng)力矩的線(xiàn)加速度導(dǎo)數(shù) N.是一個(gè)不大的數(shù)值，其符號(hào)取決于船型。指的是由 V引起的V附加慣性力矩系數(shù)水動(dòng)力的角加速度Y.是一個(gè)較小的值，其符號(hào)取決于船型r■水動(dòng)力矩的角加速度導(dǎo)數(shù) n.是一個(gè)很大的負(fù)值。指的是回轉(zhuǎn)加速度 r引起的船舶附加慣性力系數(shù)/慣性力矩系數(shù)7、野本方程及物理意義野本方程：Tr+r=Ks物理意義s:船舶的慣性力矩、阻尼力矩和舵力矩的作用下，進(jìn)行的緩慢轉(zhuǎn)，首運(yùn)動(dòng)，可以用下列式子近似表示：Ir+Nr=MS N為船舶回轉(zhuǎn)中的阻尼力矩系數(shù)，I為船舶回轉(zhuǎn)中的慣性力矩系數(shù)，M為舵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)首力矩系數(shù)。T=I/N,K=M/N由此可知，T是慣性力矩系數(shù)與阻尼力矩系數(shù)之比，T值大，表示船舶運(yùn)動(dòng)過(guò)程中收到的慣性力矩大，阻尼力矩小。而 K是舵轉(zhuǎn)首力矩系數(shù)與阻尼力矩系數(shù)之比。 K值大，表示舵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)首力矩大，而阻尼力矩小。

8:穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)，位置力臂和阻尼力臂表達(dá)式答：穩(wěn)定性衡準(zhǔn)數(shù)C二YvNr-Nv（Yr-mW）C>0表示船舶具有直線(xiàn)穩(wěn)定性，C<0表示不具有直線(xiàn)穩(wěn)定性?位置力臂lv=Nv 阻尼力臂 lv：：：lrf直線(xiàn)穩(wěn)定性直線(xiàn),方向,位置穩(wěn)定性的定義直線(xiàn)穩(wěn)定性：船舶受瞬時(shí)擾動(dòng)后，最終能恢復(fù)到直線(xiàn)航行狀態(tài)，但航向發(fā)生變化?TOC\o"1-5"\h\z方向穩(wěn)定性：船舶受擾后，新航線(xiàn)為與原航線(xiàn)平行的另一直線(xiàn) ?位置穩(wěn)定性：船舶受擾后，最終仍按原航線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)航行 ?船舶是否具有直線(xiàn)穩(wěn)定性的判斷方法（同 8）船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)三個(gè)階段的定義回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三個(gè)階段：轉(zhuǎn)舵階段：船舶從開(kāi)始執(zhí)行轉(zhuǎn)舵命令起，到實(shí)現(xiàn)命令舵角止的階段過(guò)渡階段：從轉(zhuǎn)舵終止到船舶進(jìn)入定常回轉(zhuǎn)的中間階段 定常階段：在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，過(guò)渡階段終了，船舶運(yùn)動(dòng)參數(shù)開(kāi)始穩(wěn)定，達(dá)到新的平衡階段，稱(chēng)為定常階段船舶回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù)及其定義（畫(huà)圖）回轉(zhuǎn)圈的特征參數(shù):定?；剞D(zhuǎn)直徑D：在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，船舶進(jìn)入定常階段后的回轉(zhuǎn)圈的直徑戰(zhàn)術(shù)直徑：船舶首向改變180°時(shí)，其重心距初始直線(xiàn)的橫向距離 縱距Ad:自轉(zhuǎn)舵開(kāi)始時(shí)的船舶重心沿初始直線(xiàn)航向至首向改變 90°時(shí)的船舶重心間的縱向距離④正橫距 Tr:船舶轉(zhuǎn)首90°時(shí)，其重心至初始直線(xiàn)航線(xiàn)的橫向距離⑤反橫距 K:船舶離開(kāi)初始直線(xiàn)航線(xiàn)的回轉(zhuǎn)中心的反側(cè)橫移的最大距離回轉(zhuǎn)性指數(shù)（K）和應(yīng)舵指數(shù)（T）無(wú)因次化方法K，T無(wú)因次：K'=K（丄）T'=T（也）一般船舶K1.2~3.0。T值為0.8~6或1左右Vo 1回轉(zhuǎn)指數(shù)和應(yīng)舵指數(shù)對(duì)船舶操縱性的影響回轉(zhuǎn)性指數(shù)K大，表示回轉(zhuǎn)性好，定?；剞D(zhuǎn)直徑小；應(yīng)舵指數(shù)T小,表示船舶的穩(wěn)定性和跟從性好.15、 一般船舶回轉(zhuǎn)性指數(shù)和應(yīng)舵指數(shù)的大致范圍回轉(zhuǎn)性指數(shù)K'的大致范圍為1.2~3.0應(yīng)舵指數(shù)T'的大致范圍0.8~6或1左右16、 什么是船舶的轉(zhuǎn)舵指數(shù)？其數(shù)值與船舶的轉(zhuǎn)首性的關(guān)系？1k轉(zhuǎn)首指數(shù)P- 7,P代表操舵后船舶移動(dòng)一個(gè)船長(zhǎng)時(shí)，用以判斷操舵效應(yīng)的每單位舵角2T引起的首向角改變值。P值越大，船的轉(zhuǎn)首性越好，船越容易改變航向， P>0.3可以保證船舶擁有合理的轉(zhuǎn)首性。乂一R乂一R2V0 R21.9L2V。是回轉(zhuǎn)初速，回轉(zhuǎn)直徑越小，回轉(zhuǎn)時(shí)漂角就越大，則回轉(zhuǎn)速降就

越大。18、船舶回轉(zhuǎn)過(guò)程中橫傾變化的基本特征及近似計(jì)算公式基本特征：先內(nèi)傾后外傾2近似估算公式： -R=1.1^（Zg-^）hL 219、 船舶操縱性試驗(yàn)種類(lèi)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕剞D(zhuǎn)試驗(yàn)：測(cè)量船舶回轉(zhuǎn)圈，從而確定船舶回轉(zhuǎn)時(shí)的各要素Z性操縱試驗(yàn)：測(cè)定回轉(zhuǎn)性指數(shù) K和跟從性指數(shù)T螺線(xiàn)試驗(yàn)、逆螺線(xiàn)試驗(yàn)、回舵試驗(yàn)：評(píng)價(jià)船舶的直線(xiàn)穩(wěn)定性20、 《船舶操縱性暫行標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的操縱性衡準(zhǔn)（1）回轉(zhuǎn)能力（2）初始回轉(zhuǎn)能力 （3）偏航修正和航向保持能力（4）停船能力21、 舵設(shè)計(jì)時(shí)偏重回轉(zhuǎn)性還是穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)依據(jù)可以采用系數(shù)CBB可以采用系數(shù)CBB作為初步考慮的依據(jù)：：js>9時(shí),舵設(shè)計(jì)應(yīng)偏重回轉(zhuǎn)性要求三7時(shí)，要側(cè)重穩(wěn)定性的要求。22:舵設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。答： 舵的數(shù)目和形式的選擇。 舵的尺度和形狀的設(shè)計(jì)。 舵力及多桿扭矩計(jì)算和舵機(jī)功率估算。23作用在舵上的無(wú)因次水動(dòng)力系數(shù)物理含義。 （畫(huà)圖）答：升力系數(shù)Cy,阻力系數(shù)Cx,法向力系數(shù)CN,切向力系數(shù)CT,水動(dòng)力合力系數(shù)C,水動(dòng)力矩系數(shù)Cm。在機(jī)翼理論中，以升力系數(shù)、阻力系數(shù)和壓力中心系數(shù) Cp與攻角a的關(guān)系曲線(xiàn)來(lái)全面表達(dá)其水動(dòng)力性能。24;敞水舵水動(dòng)力性能曲線(xiàn)的解讀。在某一攻角范圍內(nèi)，升力系數(shù)Cy隨攻角a的增大而增加。當(dāng)a較小時(shí)，Cy與a呈線(xiàn)性關(guān)系:隨著a的增大，舵上水流在弦向葉背上某點(diǎn)開(kāi)始分離， Cy與a不再保持線(xiàn)性關(guān)系。隨著攻角的繼續(xù)增加，水流分離的范圍擴(kuò)大，系數(shù) Cy隨增加更慢。當(dāng)舵葉背上水流產(chǎn)生大面積分cr表示。離時(shí)，Cycr表示。25：不同展弦比的升力特點(diǎn)。展弦比大，小攻角升力系數(shù)大，失速角小；展弦比小，小攻角升力系數(shù)小，失速角大。26.舵設(shè)計(jì)時(shí)通常采用的剖面形狀、展弦比和葉厚比。舵設(shè)計(jì)展弦比為 1.5~2,厚度比：典型槳是 0.15~0.18，一般取0.12~0.18我國(guó)內(nèi)河船是0.18~0.24剖面形狀為NACA型和茹可夫斯基型。27：舵設(shè)計(jì)時(shí)需要船舶設(shè)計(jì)師做的主要工作？用于舵設(shè)計(jì)的Cy、Cp曲線(xiàn)展弦比換算，把曲線(xiàn)展弦比換算成實(shí)際 入對(duì)應(yīng)的Cy、Cp曲線(xiàn)船槳后舵水動(dòng)力計(jì)算④根據(jù)水動(dòng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行舵機(jī)扭矩計(jì)算。28:改善船舶操縱性的有效措施提高直線(xiàn)穩(wěn)定性，增加中縱剖面尾部面積， 中縱剖面面積形心后移，最好使形心處于重心之后。例如：增加呆木，增加尾傾，切去前鍾，前傾首柱 實(shí)踐表明中橫剖面面積和船尾形狀的微小變動(dòng)都對(duì)船舶操縱性有明顯的影響 ?耐波性1?船舶搖蕩主要類(lèi)型橫搖、縱搖、垂蕩風(fēng)浪要素：風(fēng)速，即在水面規(guī)定高度上風(fēng)的前進(jìn)速度；風(fēng)時(shí)， 即穩(wěn)定狀態(tài)的風(fēng)在水面上吹過(guò)的持續(xù)時(shí)間；風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，即風(fēng)接近于不變的方向和速度在開(kāi)敞水面上吹過(guò)的距離風(fēng)浪種類(lèi)：風(fēng)浪、涌浪、近岸浪3?規(guī)則波：波面可以用簡(jiǎn)單函數(shù)表達(dá)的波浪 .。余弦波：波形輪廓是余弦曲線(xiàn)的規(guī)則波。'w=2A波高為波幅的兩倍，波幅A波峰或波谷到靜水面間的垂向距離圓頻率3:軌圓運(yùn)動(dòng)的周期為波浪周期，軌圓運(yùn)動(dòng)的角速度為波浪圓頻率4?深水條件下波長(zhǎng)、周期、波速之間的關(guān)系T= 2 0.8 =1.56T2C=1.25.\g5?史密斯效應(yīng)：在深水中，由波浪引起的壓力變化與軌圓半徑的變化具有相同的規(guī)律，即隨著水深的增加，壓力變化以指數(shù)規(guī)律衰減。6?波浪能量與波幅之間的關(guān)系7?三一平均波幅又叫有義波幅，他是把側(cè)得的波幅按大小依次排列，取最大 1/3的平均值。有義波幅接近海上目測(cè)的波幅，通常用于衡準(zhǔn)風(fēng)浪大小。8?風(fēng)浪譜密度的使用以及使用條件（366）已知風(fēng)浪譜密度和頻率響應(yīng)函數(shù)，求船舶運(yùn)動(dòng)等的譜密度。已知風(fēng)浪譜密度和由測(cè)量分析中得到運(yùn)動(dòng)的譜密度，從而可以求得頻率響應(yīng)函數(shù)。在某一海區(qū)用已知頻率響應(yīng)函數(shù)的船舶， 測(cè)量其運(yùn)動(dòng)譜密度，從而可以得到該海區(qū)的風(fēng)浪譜密度。12.船舶搖蕩運(yùn)動(dòng)的頻率響應(yīng)函數(shù)的理解Va（灼）Yy（）-式中分子代表輸出，是船舶搖蕩值（橫傾角、縱傾角、或升沉距離）-A一 2兀匚A分母代表輸入，是波浪的波幅，波幅可由 a0 A中波傾角替換，則頻率響應(yīng)函數(shù)為*■2■2Y()=A—AA K 代表遭遇頻率:Aa。gam0g14.水質(zhì)點(diǎn)m的合力沿著波面的法線(xiàn)方向，此合力稱(chēng)為表現(xiàn)重力。a稱(chēng)為有效波傾，它代表對(duì)船舶整個(gè)水下體積〉m=K；0, m°是有效波傾角的幅值,

稱(chēng)為有效波傾，它代表對(duì)船舶整個(gè)水下體積K? K?起作用的波傾； 是有效波傾系數(shù)， 應(yīng)小于1,它是船體形狀、船寬與波長(zhǎng)比、吃水和重心位置等的函數(shù)，也是波浪頻率 ■的函數(shù)。15?影響橫搖固有周期的因素及計(jì)算式r|Ch橫搖固有周期：⑷?={—D:船的排水量 h:船的初穩(wěn)性高船的固有周期:船的固有周期:影響因素：排水量、初穩(wěn)性高、以及船舶對(duì)縱軸 0X的總慣性矩Ixx包含實(shí)際慣性矩和附加慣性矩。16.橫搖阻尼力矩系數(shù)、衰減系數(shù)、橫搖調(diào)諧因素、無(wú)因次衰減次數(shù)，放大因數(shù)橫搖阻尼力矩系數(shù)：由橫搖自由運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)得到阻尼系數(shù)。也（S二）稱(chēng)為衰減系數(shù)，它表征阻尼和慣性對(duì)橫搖衰減影響的程度。IXXoT（h稱(chēng)為橫搖調(diào)諧因數(shù)，它等于波浪的頻率與橫搖固有頻率之比。'蔦葉T「二——稱(chēng)為無(wú)因次衰減次數(shù)，他表征了阻尼，慣性和復(fù)原力矩對(duì)橫搖的影響，是表征橫搖性能的又一重要參數(shù)。\r-m0表示橫搖幅值與有效波傾之比，稱(chēng)為放大因數(shù)，它表征了船舶在規(guī)則波中橫搖大小的程度。18?船舶的主要減搖裝置及效果①舭龍骨②減搖鰭它是減搖效果最好的主動(dòng)式減搖裝置，設(shè)計(jì)的好的減搖鰭在任何情況下都可以使橫搖幅值保持在3°之內(nèi)。③減搖水艙，分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種，主動(dòng)式水艙的效果很好，設(shè)計(jì)的好的被動(dòng)式水艙可以使橫搖幅值減小一半左右。減搖效果的比較：減搖鰭＞主動(dòng)式水艙＞被動(dòng)可控式水艙＞被動(dòng)式水艙用流體力學(xué)理論研究縱搖問(wèn)題時(shí)做的基本假定。①假設(shè)船舶是一個(gè)剛體，忽略它的彈性變形。②不考慮水的粘性和可壓縮性③假定作用在船體上的是微幅規(guī)則波④假定船舶搖蕩的幅值是微小的?？v搖、橫搖、垂蕩周期和無(wú)因此衰減系數(shù)的比較?？v搖和垂蕩的固有周期是接近的， 這里指的固有周期實(shí)際上是在靜水中的自由搖蕩周期， 對(duì)于一般船型大約在2?5s之間，約為橫搖固有周期的1/2?？v搖無(wú)因次衰減系數(shù)％在0.3?0.5之間，而橫搖只是在0.05?0.07之間。垂蕩與縱搖相類(lèi)似，垂蕩的無(wú)因此衰減系數(shù) Jz在0.3?0.4之間。求頂浪航行時(shí)縱搖諧搖波長(zhǎng)的方法?！?VTe0.78Te^VTe?0.78Te22_V2Te2將船舶縱搖固有周期或垂蕩固有周期代替Te帶入上式求出的就是縱搖諧搖波長(zhǎng)。最大能量波長(zhǎng)和最大有義波長(zhǎng)的定義和確定方法(1)對(duì)應(yīng)譜密度曲線(xiàn)的峰點(diǎn)的單元波，在不規(guī)則波的組成中含有最大的能量，稱(chēng)為最大能量的單元波，其波長(zhǎng)稱(chēng)為最大能量波長(zhǎng) ，最大能量:40w/3(2)波長(zhǎng)超過(guò)一定范圍的波，它在整個(gè)單元波中占有很小的比例，不具備使船產(chǎn)生很大橫搖的能量，這個(gè)波長(zhǎng)界線(xiàn)稱(chēng)為最大有義波長(zhǎng) ■最大有義，■最大有義-60?w/3針對(duì)縱搖運(yùn)動(dòng)的主成分波和有義成分波的劃分方法主成分波：波長(zhǎng)等于船長(zhǎng)的單元波和最大能量單元波之間的單元波，稱(chēng)為主成分波，他們對(duì)縱向運(yùn)動(dòng)起著主要的作用。有義成分波：波長(zhǎng)等于3/4船長(zhǎng)的單元波和最大有義波之間的單元波，稱(chēng)為有義成分波。在有義波區(qū)間之外的單元波，對(duì)船舶縱向運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生明顯影響?？v搖運(yùn)動(dòng)臨界狀態(tài)的劃分方法(1)亞臨界區(qū)域：以某一航速航行的船舶，當(dāng)諧搖波長(zhǎng)小于 3/4船長(zhǎng)時(shí)，則定義該船處于亞臨界區(qū)域。(2)臨界區(qū)域：當(dāng)船舶的諧搖波長(zhǎng)位于主成分波區(qū)間時(shí)，這時(shí)波浪給予船舶較多的能量，因而產(chǎn)生激烈的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為臨界區(qū)域。(3)超臨界區(qū)域：當(dāng)諧搖波長(zhǎng)大于 ?最大有義時(shí)，稱(chēng)為超臨界區(qū)域。介于亞臨界區(qū)域與臨界區(qū)域之間的稱(chēng)為亞臨界過(guò)渡區(qū)域。介于臨界區(qū)域與超臨界區(qū)域之間的稱(chēng)為超臨界過(guò)渡區(qū)域。船舶初穩(wěn)性高對(duì)船舶