1、上节要点回顾,旋回运动过程。过程：转舵阶段、过渡阶段、定常旋回阶段。各阶段加速度、速度、旋回角加速度、旋回角速度以及横倾角等量的变化情况。旋回要素几何要素：旋回进距、旋回横距、旋回初径、旋回直径、旋回反移量、旋回漂角、旋回转心、旋回时间、旋回速降、旋回横倾等。 运动要素：漂角、转心、横倾、旋回降速,本节主要内容,第一节 旋回性影响旋回性的因素旋回要素的应用第二节 航向稳定性航向稳定性操纵性指数舵效保向性,四、影响旋回性的因素,旋回圈的大小与船型、舵面积、所操舵角、操舵时间、载态、水深、船速、船舶的纵倾和横倾、螺旋桨转速等密切相关。另外，受风、流的影响，旋回圈的大小也有很大变化。,1方形系数Cb
2、,规律：方形系数越大，船舶的旋回性越好，旋回圈越小。 实验结果：方形系数较低的瘦形高速船（Cb0.6）较方形系数较高的肥形船（Cb0.8）的旋回性能差得多。,2长宽比（L/B）,规律：L/B系数较大的瘦形高速船较L/B系数较小的肥形船的旋回性能差得多。主要原因：是L/B系数较大的船舶旋回阻尼较大。,3船体水线下侧面形状,规律：就整体而言，船首部分分布面积较大如有球鼻首者，或船尾比较瘦削的船舶，旋回中的阻尼力矩小，旋回性较好，旋回圈较小，但航向稳定性较差；船尾部分分布面积较大者如船尾有钝材，或船首比较削进（cut up）的船舶，旋回中的阻尼力矩比较大，旋回性较差，旋回圈较大，但航向稳定性较好。,
3、4舵面积比,定义（rudder area ratio）舵面积比是指舵面积与船体浸水侧面积的比AR/（LPPd）。 规律：增加舵面积将会使舵的转船力矩增大，因而旋回性变好。增加舵面积的同时又增加了旋回阻尼力矩，当舵面积超过一定值后，旋回性就不能提高。就一定船型的船舶而言，舵面积比的大小在降低旋回初径方面存在一个最佳值。大小：拖轮为1/201/25，渔船为1/301/40；高速货船为1/351/40；大型油轮一般仅为1/651/75；一般货船为1/451/60。,5推进器及舵类型,装配双车双舵的船舶能够获得更大的舵力及舵里转船力矩，旋回性能优于单车舵船舶；某些船舶可能装备特殊的推进器及舵装置，性能
4、各异，如装备ZP的拖轮可原地掉头。,6舵角,规律：在极限舵角的范围之内，操不同舵角时的旋回初径变化情况，总的趋势是，随着舵角的减小，旋回初径将会急剧增加，当然旋回时间也将增加。对于不同的船舶，随着舵角的减小，旋回初径的增加率是不一样的，其中舵的高宽比小的船舶，其旋回初径的增加率较大。,7操舵时间,操舵时间主要对船舶的进距影响较大，进距随操舵时间的增加而增加；操舵时间对横距和旋回初径的影响不大，旋回直径则不受其影响。,8船速,船速对船舶旋回时间影响显著；船速对旋回初径大小的影响呈现较为复杂的情况：急低速状态旋回性明显变差；停车进行旋回即减速旋回时，旋回圈将大大扩大；从船速极低状态开始，进行加速旋
5、回时，旋回圈将因而受到压缩，旋回圈中心也将落在旋回前的船舶正横之后。,9吃水与纵倾,吃水影响：舵面积比随吃水增加而降低；随着吃水的增加，船舶通过重心G点竖轴的转动惯量增加；随着吃水的增加，初始旋回大大减慢。若纵倾状态相同，吃水增加时，旋回进距增大，横距和旋回初径也将有所增加。吃水差影响：较大程度地改变了船舶水线下船体侧面积的分布状态，因而对船舶旋回性能带来明显的影影响。尾倾增大，旋向圈也将增大；对于Cb=0.8的船舶，若尾倾增大量为船长的1%，旋回初径将可增加10%左右；对于Cb=0.6的船舶，若尾倾增大量为船长的1%，旋回初径将可增加3%左右。,10横倾,船体存在横倾时，左右浸水面积不同，两
6、侧所受的水动压力也不相同，改变了左右舷各种作用力的对称性。低速时，推力阻力转矩起主要作用，推首向低舷侧偏转；高速时，首波峰压力转矩起主要作用，推船首向高舷侧偏转。总的来讲，横倾对旋回圈的影响并不大。,11 浅水影响,规律：由于浅水中横向阻力明显增大，漂角明显下降，同时浅水中的舵力有所下降，舵力转船力矩下降，再加上浅水中的阻尼力矩明显增大，船舶的旋回性下降，因此，在浅水中的旋回圈明显增大。当水深吃水比小于2时，旋回圈有所增大（特别是对高速船而言）；当水深吃水比小于1.5时，旋回圈明显增大；当水深吃水比小于1.2时，旋回圈急剧增大,11 浅水影响,12 旋回方向,由于受螺旋桨横向力的影响，船舶向左
7、或向右旋回时的旋回圈的大小将有所不同。对于右旋固定螺距螺旋桨单车船而言，在其它条件相同的情况下，向左旋回时的旋回初径要比向右旋回时的旋回初径要小一些。但对于超大型船舶而言，这一差别很小。,13 其他因素,船体的污底、风、流的作用都将对船舶旋回圈的大小产生影响。例如顶风、顶流使旋回圈进距减小，顺风、顺流使旋回圈进距增大等等。,五、旋回要素应用,旋回初径：用来估算船舶用舵旋回掉头所需的水域；横距用来估算转首后，船舶与岸或其它船舶是否有足够的间距；滞距用来推算两船对遇时无法旋回避让的距离，即两船对遇时的距离小于两船的滞距之和，则用舵无法避让；进距两船的进距之和可用来推算对遇时的最晚施舵点。,五、旋回
8、要素应用,反移量(Kick)的应用本船航行中发现有人落水时，应立即向落水者一舷操舵，使船尾迅速摆离落水者，以免使之卷进船尾螺旋桨流之内。在船首较近的前方发现障碍物时，为紧急避开，应立即操满舵尽量使船首让开，当估计船首已可避开时，再操相反一舷满舵以便让开船尾。当船舶前部已离出码头，拟进车离泊时，如操大舵角急欲转出，则由于尾外摆而将触碰码头。为避免发生事故应适当减速，待驶出一段距离后再使用小舵角慢慢转出。,第二节 航向稳定性,主要内容航向稳定性操纵性指数舵效保向性,一、航向稳定性,稳定性定义：指物体在受外界干扰，使其偏离原定常运动状态，当干扰消失后，物体是否具有回复到原定常运动状态的能力判别：不能
9、回复，不具有稳定性能回复，具有稳定性恢复较快，稳定性好,一、航向稳定性,稳定直航船舶受到瞬间干扰后，不用操舵，船舶运动稳定性分类,一、航向稳定性,稳定直航船舶受到瞬间干扰后，不用操舵，船舶运动稳定性分类,一、航向稳定性,稳定直航船舶受到瞬间干扰后，不用操舵，船舶运动稳定性分类,一、航向稳定性,稳定直航船舶受到瞬间干扰后，不用操舵，船舶运动稳定性分类直线运动稳定或动航向稳定：其重心轨迹最终回复为一直线，航向发生变化方向稳定或静航向稳定：其重心轨迹最终回复为与原航线平行的另一直线位置稳定：其重心轨迹最终回复为与原航线的延长线上,一、航向稳定性,航向稳定性含义船舶固有的航向稳定性直线运动稳定或动航向
10、稳定一般船舶都不可能具有方向稳定性和位置稳定性要达到方向稳定，需要操舵要达到位置稳定，需要操舵和定位,一、航向稳定性,影响航向稳定性的因素与旋回性相矛盾船型因素：方形系数、长宽比、水下侧面积分布，舭龙骨操船因素：吃水、纵倾、水深以及风流条件舵面积因素比较特殊,一、航向稳定性,船舶不具有直线运动稳定性的后果：在小舵情况下，可能出现反操现象；保向比较困难；在海上航行时，可能自动舵打不上；操舵者较难以掌握操舵技术；操舵者劳动强度增加，并且要求注意力要高度集中；可能出现失误。,二、船舶操纵运动方程,为了研究船舶的操纵运动，建立如下图所示坐标系，若取船舶的重心G为坐标系的原点，则船舶的平面运动方程可表达
11、为：,二、船舶操纵运动方程,坐标变换,二、船舶操纵运动方程,可以将固定坐标系的运动方程转换成动坐标系中船舶运动方程,二、船舶操纵运动方程,假设一物体的转动惯性矩I为，当它以角速度r回转时，所遭受的粘性阻尼为N r， N是阻尼系数。此外当其尾部转过一角度后，会产生一个作用在物体上的力矩M ，M表示单位角度产生的力矩，则该物体的运动方程为,三、操纵性指数,船舶的旋回性指数K （turning ability index），单位为1/秒；K=M/N=单位舵角旋回力矩/单位角速度旋回阻尼；K表示旋回性优劣，K大，旋回性好。船舶的追随性指数T （turning lag index），单位为秒；T=I/N
12、=船舶转动惯量/单位角速度旋回阻尼；T表示追随性优劣，T小，追随性好，应舵较快；T如果为负值，船舶航向不稳定。,三、操纵性指数,区分船舶操纵性不同种类、结构和大小的船舶，其操纵性会有很大的不同。按照K、T指数比较船舶的旋回轨迹，可将船舶操纵性概略地区分为四类,三、操纵性指数,定常旋回直径D的估算根据定常旋回运动中旋回角速度r0K的结论，可以得到船舶定常旋回直径的估算式：D=2R=2V/r=2V/(K),三、操纵性指数,推定新航向距离DNCDNC=Re+Rtg(/2),三、操纵性指数,转头惯性角的估算船舶在航行中改向操舵后，船舶的转头角速度r0到达某一定值后操正舵，船首继续转头惯性角为： =r0
13、T,四、舵效,舵效的概念操舵后，会引起船首回转、横向移动、船速下降、船体横倾等现象，广义上，舵效即为船体对舵的响应。狭义上，舵效，操一舵角后船舶在一定时间、一定水域内船首转过的角度大小。舵效的判断如能在较短的时间、较小的水域内转过较大的角度，认为舵效好，否为差。舵效的好坏与船舶旋回性、追随性密切相关。当初始操舵时，回转角加速度将主要取决于K/T值的大小（舵角一定）， K/T反映了单位舵角所能产生的角加速度大小，通常称为舵效指数，即K大T小，舵效好。,四、舵效,影响舵效的因素舵角舵面积比舵速舵速r等于： s-Wr+rx(s船速 Wr舵叶处的伴流速度 rx 排出流流速的轴向分量) ，在船速低时通过
14、提高主机转速方法来提高舵速度。吃水纵倾与横倾舵机特性其他因素,五、船舶保向性,概念保向性是指船舶在外力作用下（如风、流、浪等），由舵工（或自动舵）通过罗经识别船舶首摇情况，通过操舵抑制或纠正首摇并使船舶驶于预定航向上的能力。,五、船舶保向性,影响因素船舶保向性的好坏不但与船舶航向稳定性的好坏有关，同时还与操舵人员的技能及熟练程度、自动舵、舵机的性能有关，具体因素主要有：船型方形系数、长宽比、水下侧面积、干舷及上层建筑、舵面积载况吃水、船舶纵倾与横倾舵角与船速外界因素水深、风流条件,1. 船型,水下船型是决定船舶转头阻尼力矩和惯性的重要因素，水上船型是决定船舶所受风力及风力转船力矩大小的重要因素
15、。方形系数较低、长宽比较高的瘦削型船舶，其保向性较优；浅吃水的宽体船保向性较差。船体侧面积在尾部分布较多者，如船尾有钝材，其保向性较好；船首水下侧面积分布较多者，如船首有球鼻首将降低保向性。较高的干舷将降低船舶在风中航行时的保向性。舵面积比越大，船尾附近水线下侧面积增加，航向稳定性和保向性提高。,2.载况,载况的改变将导致水下和水上船型的改变，因而也影响到船舶保向性。对于同一艘船一般的倾向是：轻载较满载时保向性好（受风时另当别论）；首倾时首部水线下侧面积增加，航向稳定性和保向性下降，尾倾时提高；船舶横倾时比没有横倾时保向性。,3. 舵角与船速,增大所操的舵角，能明显地改善船舶的保向性。超大型油轮小舵角状态下有航向不稳定趋势，需用较大舵角才能保向。对于同一艘船而言，由于船速的提高船舶保向性将变好。,4.外界因素,保向性将因水深变浅而提高；船舶顺风浪或顺流航行中保向性反而降低。,本节要点,影响旋回性的因素。船型因素：方形系数、长宽比、水下侧面积、舵面积、车舵类型操船因素：舵角、船速、吃水、纵倾、横倾以及外界因素船舶航向稳定性船舶运动稳定性的分类 船舶航向稳定性的含义舵效影响舵效的因素保向性影响保向性的因素,
