1、船舶操纵与摇荡期末总复习考试题目类型：1. 名词解释（5 题）2. 填空（10 题左右，空不限）3. 画图题（12 题左右）4. 简答题（56 题左右）5. 计算分析题（2 题）考试内容（操纵性）：第一章 绪论1. 操纵性的定义？操纵性包括哪些方面的内容？答：所谓操纵性是指船舶按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能，即船舶能保持或改变航速、航向和位置的性能。船舶操纵性包括以下四方面内容：A、航向稳定性：它是指船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡位置，当扰动完全消除后，保持原有航向运动的性能；B、回转性: 它是指船舶应舵作圆弧运动的性能； C、转首性及跟从性：它是指船舶应舵转首及迅速进入新的
2、稳定运动状态的性能。前者称为转首性，后者称为跟从性；D、停船性能：它是指船舶对惯性停船和倒车停船的响应性能。第 2 章 船舶操纵1、 描述船舶运动的坐标系？什么是首向角、漂角以及航速角（定义及正负号）？答：为了描述船舶的运动，我们常采用一下两种右手坐标系:a、固定坐标系 Oxyz，它是固定在地球表面的右手坐标系，其原点 O 可以任意选择，通常与 t=0 时船舶重心 G 的位置相一致。Xy 平面位于静水面内，z 轴垂直向下为正。b 、运动坐标系 Gxyz，它是以船舶重心位置 G 为原点而固定于船体上的直角坐标系。x、y 和 z 轴分别是经过 G 的水线面、横剖面和中纵剖面的郊县，x 轴向首为正，
3、z 轴向下为正。首向角：船舶的重心位置和船舶中纵剖面与 x 轴交角 ，称为首向角。由 x 轴转到中纵剖面顺时针为正。漂角：船舶重心处的速度矢量 V 与 x 轴正方向的交角称为漂角 ，规定由速度矢量转到 x轴顺时针方向为正。航速角：Xo 轴到 V 的夹角，顺时针为正。2、 水动力导数（回答要全面）？水动力模型？水动力导数的物理意义（位置导数、旋转导数、角加速度导数以及舵导数，要求会分析其正负号）答：水动力导数:水动力模型:3. 船舶运动稳定性包含哪三部分？（直线、方向、位置，其相互之间的关系）答：直线稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终能恢复直线航行状态，但航向发生变化；方向稳定性：船舶受扰后，新航线
4、为与原航线平行的另一直线；位置稳定性：船舶受扰后，最终仍按原航线的延长线航行。显然，具有位置稳定性必同时具有方向和直线稳定性，具有方向稳定性必同时具有直线稳定性。反之，若不具有直线稳定性，也不可能具有方向和位置稳定性。4. 稳定性横准数 C（直线稳定性的判断条件）？ （试从稳性衡准数 C 的表达式分析影响稳定性的因素，并分析如何改善船舶的直线稳定性。 ）答：直线稳定性的条件归结为：C=YvNr-Nv(Yr-mu1)0，该式为稳定性横准式，系数C 称为稳定性横准数。 C0 表示船舶具有直线稳定性，C0 表示不具有直线稳定性。如只要判断船舶是否具有直线稳定性，不必去求 、 ，只要判断 C 的正负即
5、可。在深水中，Yrr 小于 mu1r（离心力） ，故原式可以改写成：Nv/YvNr/(Yr-mu1)。不等式两边都具有力臂的因次，左边项称为位置力臂，用 lv 表示，右边项称为阻尼力臂，用 lr 表示，因此，直线稳定性的条件也可表示为：lvlr。使船体水线以下侧投影面积（中纵剖面面积）向首、尾两端分布，可使|Nr|增大，即 lr增大，对稳定性有利。但首部面积增大，使侧面积中心向前移动，|Nv|增啊，lv 也增大，对稳定性不利。只有增大尾部面积，如采用增加尾倾，增大呆木或尾鳍面积，既可使|Nr|增大，也可使|Nv|，减小，可改善稳定性。反之，若为了改善其他性能，必须损失一些稳定性时，可采用削小呆
6、木，呆木开孔，增加首踵等措施。5. 船舶回转运动的基本概念（回转圈、回转运动的三个阶段、定常回转直径、反横距、回转枢心）？答：直线航行的船舶，将舵转至某一舵角，并保持此舵角，船将做曲线运动，称为回转运动。船舶重心的运动轨迹称为回转圈。回转运动的三个阶段：（1）转舵阶段：船舶从开始执行转舵命令起到实现命令舵角止的阶段（大约 815 秒时间） ，称为转舵阶段；（2）过渡阶段：从转舵终止到船舶进入定常回转的中间阶段，称为过渡阶段；（3）定常阶段：在回转运动中，过渡阶段终了，船舶运动参数开始稳定，达到新的平衡阶段，称为定常阶段。定常回转直径：在回转运动中，船舶进入定常阶段后的回转圈的直径称为定常回转直
7、径。满舵条件下的定常回转直径称为最小回转直径。定常回转直径与船长的比值称为相对回转直径。反横距 K：船舶离开初始直线航线向回转中心的反侧横移的最大距离称为反横距。通常 K=（ 0-0.1）D。回转枢心：船舶做回转运动时，在某一瞬时，船舶中纵剖面上各点的速度大小和方向是不同的，中纵剖面上漂角为零的点，即在该点上速度的方向与中纵剖面相一致，横向速度为零，称为回转枢心。6. 回转时产生速降的原因？（阻力和推进两方面）答：船舶在小舵角回转时，漂角很小，航速变化也不大。但在满舵回转时，漂角增大，因而使船舶前进阻力增大，离心力的前进方向分量也大大消耗了桨的推力，另一方面桨的工作条件改变，转速略有下降，效率
8、也会降低，造成船舶前进速度显著减小，其减小量可达回转初速的 40%左右，称为回转速降。7. 回转过程中横倾角的变化？（内倾外倾，要求会分析：舵力，流体惯性力以及离心力）答:在转舵阶段，回转轨迹的曲率中心在回转圈外侧，作用于船体的主要是多里和横向惯性力以及它们对重心的力矩，结果使船发生向回转圈一侧的内倾。由于舵力较小，一般来说，传的内倾角是不大的；在过渡阶段，漂角和角速度不断增加，作用于船体上的水动力亦不断增大，逐渐由次要作用变为主要作用，船舶由内倾变为外倾，到定常阶段形成稳定的横倾角 。实际上，水动力的增加是很快的，在使船由内倾转为外倾的倾侧力矩的迅速作用下，船舶所能达到的最大横倾角 要大于定
9、常阶段的稳定横倾角 ，并在 1-2 次摇摆之后最终稳定于 值。 的大小与转舵时间有关，转舵时间越短， 越大。8. 一阶 K-T 方程？（操纵性良好的船应该具有怎样的 K、T 指数；为什么直线稳定性好的船回转性差；应采取怎样的措施可以在保证直线稳定性的前提下改善船舶的回转性？）答：操纵性良好的船应具有：大的正 K 值，小的正 T 值，大的 P 值。措施：增加舵面积（即增加 和 的绝对值）或将舵远离船舶重心（即增加 的数值） ，能够使 K 增大，回转性变好，而又不损害直线稳定性。9. 回转性、转首性以及跟从性的区别？（半径大小；航向改变容易困难；进入新状态快慢）10. 船舶操纵性试验有哪些？（回转
10、试验、Z 形操纵试验、螺线试验、逆螺线试验以及回舵试验）答：操纵性试验分为模型试验和实船试验两种，模型试验又可分为自由自航模操纵性试验和约束模操纵性试验两种。P29711. 换舵首向角、转首滞后的定义？答：换舵首向角：转首滞后：12. 如何由试验结果判断船舶的操纵性？（实验结果图）第 3 章 舵的设计1. 舵的几何要素？（舵面积、舵高、舵宽、展弦比、平衡比、厚度比以及舵剖面）答：舵面积：用 表示，指未转动的舵叶轮廓在中纵剖面上的投影面积；舵高：用 h表示，为沿舵杆轴线方向，舵叶上缘至下缘的垂直距离；舵宽：用 b 表示，为舵叶前、后缘之间的水平距离；展弦比：用 表示，指舵高与舵宽之比值；平衡比：
11、又称平衡系数，用 e 表示，指舵杆轴线前的舵面积与整个舵面积的比值；厚度比 :用 表示，舵剖面的最大厚度与舵宽的比值；面积比：用 表示，舵面积与船体垂线间长 和设计吃水 d 的乘积之比值；舵剖面：指与舵杆轴线垂直的舵叶剖面。2.舵的分类？特种操纵装置？答：舵可以概括的分为普通舵与特种舵，普通舵都是被动舵，即在相对来流速度作用下才产生舵力和转船力矩，没有相对来流速度也就没有舵效。普通舵可以根据不同特点分成下述一些类型：根据舵的支承情况，分为多支承舵、双支承舵、半悬挂舵和悬挂舵四种；根据舵的剖面形状，可分为平板舵和流线型舵；根据舵杆轴线的舵宽度上的位置可分为不平衡舵、平衡舵和半平衡舵（即半悬挂式半
12、平衡舵） 。考试内容（耐波性）：第 1 章 耐波性概述1、耐波性的定义？答：船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的砰击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持其正常功能的能力。2、船舶在波浪中有几种运动形式？其中对船舶航行影响最大的是？答：当遭遇浪向在左、右舷 015之间时称为顺浪。遭遇浪向在左、右舷 165180之间时称为顶浪。顺浪和顶浪统称纵向对浪，纵向对浪主要产生纵向运动，它包括纵摇、纵荡和垂荡，其中主要是纵摇和垂荡。遭遇浪向在左、右舷 75105时称为横浪。横浪主要产生横向运动，它包括横
13、摇、首摇和横荡，其中主要是横摇。遭遇浪向在左、右舷 1575时称为尾斜浪。遭遇浪向在左、右舷 105165时称为首斜浪。尾斜浪和首斜浪既产生纵向运动，也产生横向运动。其中对船舶航行影响最大的是横摇、纵摇和垂荡。3. 耐波性基本概念？（砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车）答：砰击：由于严重的纵摇和垂荡，船体与风浪之间产生猛烈的局部冲击现象称为砰击。砰击多发生在船首部。砰击发生时首柱底端或船底露出水面，然后在极短的时间内以较大的速度落入水中和发生猛烈的撞击。上浪：船舶在风浪中剧烈摇荡时风浪涌上甲板的现象称为上浪。上浪时船首常常埋入风浪中，海水淹没首部甲板边缘，甲板上水。上浪主要是由严重的纵摇和垂荡引起的
14、。失速：它包括风浪失速和主动减速。风浪失速是指推进动力装置功率调定后，由于剧烈的摇荡，船舶在风浪中较静水中航行时航速的降低值。主动减速是指船舶在风浪中航行，为了减小风浪对船舶的不利影响，主动调低主机功率，使航速比静水中速度下降的数值。螺旋桨飞车：船舶在风浪中航行时，部分螺旋桨叶露出水面，转速剧增，并伴有剧烈振动的现象称为螺旋桨飞车。第 2 章 海浪与统计分析1. 海浪的分类？影响风浪大小的三要素？答：海浪大致分为三类：（1）风浪：它是在风直接作用下产生的，表面看来极不规则的海浪，也叫不规则波，是船舶航行中最经常遇到的一种海浪。 （2）涌浪：它是由其他风区传来的波，或由于当地的风力急剧下降，风向
15、改变或风平息之后形成的海浪。涌的形态和排列比较规则，波及的区域也比较大。在一个海区内常见风暴未到而涌先到，或者风暴已过仍存在涌。 （3）近岸浪：当水深小于波长的 1/2 时，在海岸与浅滩附近所形成的波浪。由于涌的形状比较规则，它可以近似的用规则波来表示，例如余弦波。影响风浪大小的三要素：（1）风速，即在水面规定高度上风的前进速度；（2）风时，即稳定状态的风在水面上吹过的持续时间；（3）风区长度，即风接近于不变的方向和速度在开敞水面上吹过的距离。风速越大，风时越久，风区长度越长，海水从风那里获得的能量越多，风浪要素越大。2. 史密斯效应？答：在深水中，由波浪引起的压力变化与轨圆半径的变化具有相同
16、的规律，即随着水深的增加，压力变化以指数规律衰减，这种现象通常称为史密斯效应。3. 船舶工程中的几种概率分布？（正态（瞬时值） 、瑞利（幅值） 、泊松（砰击、上浪） ）答：4. 保证率波幅含义？（ ：出现波幅大于 3m 的可能性只有 1%）5. 三一平均波幅（有义波幅）？答：三一平均波幅又叫有义波幅，它是把测得的波幅按大小依次排列，取最大 1/3 的平均值。6. 海浪谱曲线？其意义是？（曲线下面积：单位波面内波浪总能量）7. 窄带谱（幅值符合瑞利分布）？宽带谱（峰值符合正态分布）？答：当 =0 或接近 0 时，风浪中的能量相对集中，谱密度曲线窄而高，谱密度只分布在很窄的频率范围内，存在明显的主
17、频率，称为窄带谱。当 =1 或接近 1 时，谱密度曲线宽而低，称为宽带谱。8. 采用波浪谱密度分析方法预报船舶运动包括哪三个假定？（各态历经的平稳随机过程、窄带谱、 时间恒定的线性系统）答：（1）风浪和船舶运动等都认为是各态历经的平稳随机过程，因此对于迅速衰减或发展的海面条件必须慎重；（2）风浪和船舶运动等视为窄带谱；（3）船舶视为是时间恒定的线性系统。9. 船舶摇荡预报的一般程序？ 答：（1）根据航区的特点和气象条件，确定估计海区的三一平均波高或风速，选取相应的谱密度公式；（2）确定频率响应函数 Y （w ） 。如果是用模型试验得到的频率响应函数来预报实船的摇荡特性，则必须考虑尺度比转换；（
18、3）根据式 计算遭遇频率 。 （4）计算摇荡谱密度对原点的 n 阶谱矩 ，其中 n=0,2,4。第 3 章 船舶横摇1. 表观重力？有效波倾？相对横摇角和绝对横摇角？答:表观重力：有效波倾：船舶具有一定的宽度和吃水，在船宽的方向上波倾角是变化的，在吃水的范围内波浪的轨圆半径随水深急剧地减小。因此船的表观重力并不是垂直于波表面，而是垂直于水下某一深度的次波面。我们称该次波面为有效波面，对应的波倾角为有效波倾角。有效波倾角 和表面波倾角 存在如下关系： 是有效波倾角的幅值，称为有效波倾，它代表对船舶整个水下体积起作用的波倾； 是有效波倾系数，它是表面波倾 与有效波倾 的比例系数。相对横摇角和绝对横
19、摇角：在船舶横摇过程中，船舶的中线面与垂直线间形成的角度称为绝对横摇角 ，简称横摇角。中线面与波面法线所成的角度称为相对横摇角，以 表mA3)(%1示。2. 船舶在波浪上的横摇受哪四种力矩作用？（复原、阻尼、惯性（静水中）和波浪扰动）答：复原力矩：当船舶横摇某一角度 时，此时浮心和重心不再在同一垂直线上，形成一个使船回复到原来位置的力矩，即复原力矩 M（ ） 。阻尼力矩：船在水中横摇时，由于船体和水之间存在相对速度，船体必然受到阻力。对于转动，则表现为力矩的形式。阻尼力矩主要由以下原因产生：（1）摩擦阻尼：它是水的粘性引起的，其数值的大小，一般认为和角速度平方成比例。在横摇中，摩擦阻尼所占的比
20、重是很小的，往往可以忽略；（2）兴波阻尼：它是由于船的运动在水表面形成波浪，消耗了船体本身的能量而形成的。一般认为兴波阻尼比例于角速度的一次方；（3）旋涡阻尼：它是船体弯曲或突出物附近形成旋涡，损失部分能量而形成的。船舶装舭龙骨的主要目的是为了增加旋涡阻尼成分，一般认为旋涡阻尼比例于角速度的平方。惯性力矩：船舶在横摇过程中有角加速度存在，必然产生惯性力矩。横摇的惯性力矩是由两部分组成的，即船体本身的惯性力矩和附加惯性力矩。一般来说，它们都与角加速度成线性关系。波浪扰动力矩：波浪对正浮状态船体的扰动力矩由以下三部分组成：(1)波浪改变了船体水下体积的形状，从而产生复原扰动力矩，即 （2）船体的存
21、在阻止了波浪的运动，反之波浪也给船体一个作用力矩，此力矩即阻尼扰动力矩 （3）附加质量部分原来作波浪轨圆运动，而船体的存在要求与船体相一致，使其速度发生变化，因此产生惯性扰动力矩 3. 衰减系数（公式，定义）？横摇固有周期？横摇调谐因数？无因此衰减系数？放大因数？答： 称为衰减系数，它表征阻尼和惯性对横摇衰减影响的程度； 称为船的固有周期，他与固有频率一样，是表征横摇的一个重要参数； 称为横摇调谐因数，它等于波浪的频率与横摇固有频率之比； 称为无因次衰减系数，它表征了阻尼、惯性和复原力矩对横摇的影响，是表征横摇性能的又一重要参数； 表示横摇幅值与有效波倾之比，称为放大因数，它表征了船舶在规则波
22、中横摇大小的程度。4. 谐摇现象？（谐摇区哪指？）答：当扰动力矩和横摇合拍时，也就是波浪自然频率等于横摇固有频率时，扰动力矩的方向才在整个周期范围内和横摇方向相一致，波浪对船做的功最多，横摇幅值最大，这种情况就是通常讲的谐摇现象。谐摇区通常指 0.7 1.3.5. 使船舶在规则波上具有良好的横摇性能的措施？（1. 2.增加横摇阻尼，减缓谐摇幅值）6. 船舶在不规则波中的横摇区域？（亚临界、临界、超临界） （根据横摇固有周期分析船舶的横摇临界状态）答：（1）亚临界区域。当船舶谐摇波长小于 2 倍船宽时，船舶不会发生很大的横摇，称为亚临界区域。它相当于周期很小的船在大风浪中的情况，对于一般的船舶是
23、很难做到这一点的。 （2）临界区域。当横摇的谐摇波长位于主成分波区间之内时，这时船舶产生最严重的横摇，称为临界区域。在航行中，对很多船来讲，进入横摇的临界区域是难以避免3.1的。为了改善临界区域的横摇，增大横摇阻尼以减小谐摇时的频率响应函数是最有效的方法。 （3）超临界状态。当横摇谐摇波长大于最大有义波长时，船舶横摇相当缓和，称为超临界区域。一般总是希望船舶处于横摇超临界区域中，为此需要增加横摇固有周期，这是设计中经常采用的改善横摇性能的方法。7. 横摇减摇装置？（常见的减摇装置，哪种装置效果最好，减摇水舱设计的基本思想）答：减摇装置按其本身是否具有动力可以分为主动式和被动式两大类。主动式减摇
24、装置依靠本身的动力和控制系统使船产生稳定力矩，以减小横摇。被动式减摇装置本身不具有动力，仅根据使船横摇的风浪扰动力矩的大小而起作用。从结构形式来看，目前最常用的减摇装置有一下三种：、1、 舭龙骨：它是沿着船长方向安装在船的舭部，用以增加横摇阻尼从而达到减摇目的的被动式减摇装置。每艘海船都装有舭龙骨。、2、 减摇鳍：它是减摇效果最好的主动式减摇装置，设计的好的减摇鳍在任何情况下都可以使横摇幅值保持在 3之内。在减小横摇的同时，在航速方面也可以得到好处。但是减摇鳍结构复杂，成本较高，需要动力和控制系统，目前多用在客船和军舰上。、3、 减摇水舱：它是装在船体内的一种特制水舱，当船横摇时，水舱内的水能
25、从一舷流向另一舷，从而产生抵抗横摇的稳定力矩。目前得到应用的有以下三种类型。A、主动式水舱：它是借助泵，根据横摇情况，把水从一舷打向另一舷，以减小船的横摇。虽然主动式水舱的效果很好，但是需要很大的动力，以便在短时间内把水从一舷打向另一舷，因此实际上并没有得到广泛应用。B、被动式水舱：它本身没有动力和控制系统，仅仅是依靠船本身的横摇产生减摇力矩。被动式水舱包括 U 形减摇水舱和自由液面减摇水舱两种。设计的好的被动式水舱可以使横摇幅值减小一半左右。我国建造的若干工作船、客船和客货船上装置被动式水舱的经验证明，它是减缓横摇的行之有效的方法。C、被动可控式水舱：它是对被动式水舱的一个重要发展，人为地控制水的流动，使之在各种情况下都能产生满意的效果。减摇鳍的效果最好，被动可控式水舱也是比较满意的。
