船舶操縱性-第0章緒論課件

HarbinEngineeringUniversity哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院本科生專業(yè)基礎(chǔ)理論課程船舶操縱性船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院緒言一、船舶操縱性的概念

船舶操縱性:是指船舶借其控制裝置來改變或保持其運動速率、姿態(tài)和方向的性能。船舵螺旋槳速率姿態(tài)方位啟動、加速、減速、停車保持航向、航跡、位置回轉(zhuǎn)、規(guī)避良好的操縱性包括兩個方面：方便、穩(wěn)定地保持（穩(wěn)定性）迅速、靈活地改變（機動性）船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院學(xué)習(xí)船舶操縱性的目的意義：

船舶的重要性能分為：

快速性穩(wěn)性耐波性操縱性抗沉性船舶的重要性能之一

（1）操縱性好的船在戰(zhàn)斗中可以靈活地運動，占據(jù)有利陣位，發(fā)揚火力，打擊敵人和規(guī)避敵人火力的攻擊。（2）航向穩(wěn)定性不好的船在航行中容易左右偏航，增加航行阻力和航程、從而增加油耗和延長航行時間。研究船舶操縱性的目的：掌握船舶操縱運動規(guī)律，建立船舶操縱性標(biāo)準(zhǔn)和完善的操縱性計算、試驗方法，研究船形等對操縱性的影響，滿足、改進船舶操縱性。

船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論船舶因操縱性等原因造成的事故觸目驚心：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院現(xiàn)代海運的特點：

a．航行密度大；

b．航行速度高；

c．船舶大型化、專門化；

d．操縱性計算書和試驗報告已成為船舶必備的重要文件；

e．“船舶操縱性標(biāo)準(zhǔn)的制定”（國際海事組織IMO）。

操縱困難、事故頻繁、損失巨大，因操縱性原因而導(dǎo)致碰撞和觸礁的約占失事船總噸位的48%船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院人類利用各種操縱裝置來控制船舶的運動已經(jīng)有很長的歷史（公元前我國勞動人民就已學(xué)會使用舵）。但是，船舶操縱正式成長為一門學(xué)科還是很年輕的。

剡木為楫：

篙、槳、櫓：舵：在帆船時代有了舵甚至可以逆風(fēng)航行，19世紀(jì)后，風(fēng)帆由蒸汽和柴油機動力所代替，而舵一直延用至今。

二、船舶操縱性研究的發(fā)展過程船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院

搖櫓船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院

在中國人發(fā)明了船尾舵后的很長時間內(nèi)，船舶操縱技術(shù)和舵設(shè)計主要根據(jù)經(jīng)驗，很少進行理論分析。直至1860年，船舶操縱性設(shè)計還局限于選擇舵的尺寸和形狀，并把舵布置于船首及船尾長度當(dāng)作船寬的函數(shù)，這一原則在20世紀(jì)的拖船舵設(shè)計中仍在應(yīng)用。1860年開始實船及模型回轉(zhuǎn)試驗研究船舶的操縱性。1912年，W.Hovgaard繪制了根據(jù)船、舵主尺度即可確定定常回轉(zhuǎn)直徑所必需的系數(shù)圖譜。試驗研究方面：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院1944年，Kemf（肯普夫）提出用Z形操舵試驗結(jié)果來評價船舶操縱性。

1952年，Diedene(迪唐納)提出了螺旋槳試驗，后由Bech(比奇)發(fā)展為逆螺旋試驗。

一般可以利用操舵自航試驗可以求取船舶的操舵下響應(yīng)，另外也可利用拘束模型試驗求取操縱運動方程中的全部水動力系數(shù)，從而分析船舶的運動。

旋臂試驗：20世紀(jì)40年代末50年代初，巴黎水池、戴維遜實驗室、泰勒水池、英國海軍水池等等。試驗研究方面：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院50年代末，Gortler和Goodman設(shè)計出了約束船摸的試驗設(shè)備——平面運動機構(gòu)。類型：水平型、垂直型特點：小振幅——線性水動力大振幅——線性與非線性水動力試驗研究方面：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院理論研究方面：

J.Pollard和A.Dudebout在他們1885年著作《船舶原理》中提出船舶回轉(zhuǎn)運動。1922年N.Minorsky發(fā)表了題為“自動操縱物體的航向穩(wěn)定性”一文。德國人W.Kucharshi在1932年發(fā)表的“關(guān)于船舶操縱性理論”一文是把船舶當(dāng)作機翼來處理的首批文章。隨后，1938年，Weinblum（文伯倫）將飛艇操縱性理論引入船舶操縱中，首先建立了有效的數(shù)學(xué)研究方法。

1939年，巴辛利用里雅普諾夫的穩(wěn)定性理論解決了船舶航行穩(wěn)定性問題。

二、船舶操縱性研究的發(fā)展過程船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院理論研究方面：1946年，Davidson（戴維遜）導(dǎo)出船舶運動方程，用一般穩(wěn)定性理論闡明了船舶操縱的運動穩(wěn)定性與回轉(zhuǎn)性的相互矛盾又相互制約的關(guān)系，提出了回轉(zhuǎn)性指數(shù)與航向穩(wěn)定性指數(shù)，奠定了理論基礎(chǔ)。1967年，Abkowitz(阿伯科維茲)嚴(yán)格推導(dǎo)了整體型方程，并以Taylor級數(shù)表示，將船、槳、舵作為一體來考慮。

1977年，日本人提出MMG方程，以船、槳、舵單獨的水動力為基礎(chǔ)，再加上它們的相互干擾。二、船舶操縱性研究的發(fā)展過程船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院隨著計算機的進步，船舶操縱性的數(shù)值預(yù)報有了很大發(fā)展，一方面用于船體水動力的計算，一方面用于運動仿真，主要有：

1、船舶操縱性預(yù)報：用于預(yù)報操縱性能，從而為縮短設(shè)計周期、節(jié)約資金走出了一條新路。

2、船舶運動模擬器：成為開發(fā)運動控制系統(tǒng)的有利工具。

3、船員訓(xùn)練模擬器：可以縮短時間、減少危險，同時便于設(shè)計海上環(huán)境。

數(shù)值計算研究方面：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院三、影響船舶操縱性的因素：

1、船型船體水動力船舶操縱性阻力（矩）慣性力（矩）附加慣性力（矩）如船體受到的水動力大，則改變位置或速度就較困難常規(guī)船型，瘦長，肥大型等等，為了適應(yīng)不同需要發(fā)展起了各種船型：如水翼船，氣墊船，掠海地效翼船型，小水線面船型，穿浪雙體船型，多體船型，三體船，四體船，五體船型等船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院

沙船在唐代出現(xiàn)于江蘇崇明，它在宋代稱“防沙平底船”，在元代稱“平底船”，到了明代則通稱“沙船”。它的載重量很大，一般為4000石到6000石（約合500噸到800噸）。沙船活躍在沿江沿海以及遠洋航線上，是我國古代非常重要的一種航海木帆船。沙船的船型設(shè)計，是我國和世界上古代船舶中最先進的。沙船雖然在唐代定型，但其前身可以追溯到春秋戰(zhàn)國時期，因此，沙船的船型已有2000多年歷史了。而西方，直到公元19世紀(jì)出現(xiàn)鋼、鐵船舶以后，才采用這一先進的船型設(shè)計。古代最先進的船型設(shè)計：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院三、影響船舶操縱性的因素：

2、操縱裝置：舵：常規(guī)舵、襟翼舵、主動舵等推進器：敞式推進器、導(dǎo)管推進器隧道（槽道）推進器等

3、控制系統(tǒng)：航向自動駕駛系統(tǒng)、自動定位系統(tǒng)等。

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制作好的舵

裝上船舵后的效果舵：船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院舵是船舶操縱裝置的一個重要部件。舵是一塊平板或具有流線型截面的板，稱為舵葉。裝在船尾中縱剖面或?qū)ΨQ于中縱剖面的位置上。它垂直地浸沒在水中，并能繞舵軸轉(zhuǎn)動。

舵對船舶操縱性的作用船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院舵是船舶的一種十分重要和不可缺少的專用舾裝設(shè)備?？梢韵胂?，如果船沒有舵，或舵失靈，就象汽車沒有方向盤一樣，將無法行駛。在大海里任憑風(fēng)浪擺布。

舵對船舶操縱性的作用船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院

舵是舵手（駕駛?cè)藛T）用來保持或改變船舶在水中運動方向的專用設(shè)備。舵有兩大功能：一、是保持船舶預(yù)定航向的能力，稱為航向穩(wěn)定性；二、是改變船舶運動方向的能力，稱回轉(zhuǎn)性。

舵對船舶操縱性的作用船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院敞式螺旋槳推進器船舶操縱性_第0章緒論船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院導(dǎo)管螺旋槳推進器船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院槽道螺旋槳推進器船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院顯示儀駕駛儀設(shè)定航向指令船舵機舵航向誤差舵角指令舵角舵的水動力實際航向反饋的航向信號反饋的舵角信號航向自動駕駛系統(tǒng)的組成船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院四、船舶操縱性目前的研究方向水面船：

a．淺水效應(yīng)

b．窄航道

c．風(fēng)浪流復(fù)雜環(huán)境

d.特種操縱裝置

水下潛艇與潛器：

a．海底復(fù)雜環(huán)境

b．強流條件下穩(wěn)定性與機動性

c．在多目標(biāo)或障礙物附近的運動

d.近水面運動

船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院學(xué)習(xí)方法1.課堂講授，做筆記，相關(guān)操縱性試驗課；2.完成要求的作業(yè)，做完全部的復(fù)習(xí)思考題；

3.課前要預(yù)習(xí)，課后要復(fù)習(xí)。船舶操縱性_第0章緒論哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院參考書1.

《船舶操縱性》范尚雍，國防工業(yè)出版社，1988年2.《船舶操縱性》蘇興翹，國防工業(yè)出版社