02航向稳定性和回转性
舵机详解学习
基本组成：1.远操机构 （转递操舵信号）
2.舵机
（提供转舵动力）
3.转舵机构 （对舵柱产生转舵力矩）
4.舵叶
（产生转船力矩）
分类：1.按远操机构分 2.按舵机能源分 3.按转舵机构分
机械、电力、液压 人力、气动、电动、液压 往复、转叶
第24页/共52页
第二节 液压舵机的工作原理和基本组成
第20页/共52页
(4)操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置，应 装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。 (5)对1万Gt以上的油船、化学品船、液化气体运输船尚有如下一些 附加要求：当发生单项故障(舵柄、舵扇损坏或转舵机构卡住除外)而 丧失操舵能力时，应能在45s内重新获得操舵能力。
5.转舵力矩 M=Ma+Mf
6.公称转舵扭矩 在规定的最大舵角时所能输出的的最大扭矩。
第17页/共52页
(1)水动力矩与舵叶的面积A和舵叶处水流速度的平
方成正比，并随舵角α的增大而增大。
(2)不平衡舵因X＝Xc，故当船舶正航并向一舷转 舵时，水动力矩将始终为正(指与舵叶转向相反)， 转 而回舵时则变为负(指与舵叶转向相同)。平衡舵因 船 Xc＝X-Z，小舵角时由于压力中心O处于舵杆轴线 力 的前方，故Ma为负；只有当舵角增大到某一数值之 矩
舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组成； 或至少有两个相同的动力转舵系统，在正常运行时同时能满足主操舵 装置要求，其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现，有缺陷的系 统应能自动隔离，使其余动力转舵系统安全运行。
船型系数
舶 三、船舶的航海性能
性
航海性能主要包括：浮性、稳性、抗沉性、快速性、操纵性
能
和耐波性。
计
船舶静力学：浮性、稳性和抗沉性。
算
船舶动力学：快速性、操纵性和耐波性。
张 远 双
2019/8/5
1
船 1、浮性
舶
性
船舶装载一定的载荷，仍能浮于一定水面位置而不沉没的能力。
能 2、稳性
计
船舶受外力作用离开平衡位置发生倾斜而不致于倾覆，当外力消
计
算
式中：
d dFdA
2
1）dF （ TF ) ：首吃水，沿首垂线自水线至龙骨线的延长线之间
的距离。
2）dA （ TA ) ：尾吃水，沿尾垂线自水线至龙骨线的延长线之间 的距离。
张
无设计纵倾的船
远
舶由于倾斜，首尾吃
双
水也有可能不同。
2019/8/5
9
船
舶
5、干舷
性
干舷F：在船侧中横剖面处自设计水线至上甲板边板上表面的
算
关系，因此在研究各项船舶航海性能之前，首先要了解船体主要要素，
即主尺度、船型系数和尺度比，它们是表示船体大小、形状和肥瘦程
度的几何参数。
一、主尺度
主尺度表示船舶的大小，由船长、型宽和吃水等来度量，如下图 所示：
张 远 双
船舶操纵2
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。
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
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
第二节 航向稳定性
船舶操纵和避碰规则
六、避碰规则
3.一般定义 船舶：凡是用作或者能够用作水上运输工具，即能够
通常锚泊时抓力 4 系数
4～6
7～11
7～11
链的抓力系数 砂底－0.75 泥底－0.6
T0
四、锚与锚泊
y
s
l
单锚泊出链长度
（1）悬垂链长S;
S
Y(Y 2T0 ) Wc
（2）卧底链长L;
L T0 awa cWc
（3）出链长度Lc为
T0 a wa cWc
+
Y (Y 2T0 ) Wc
四、锚与锚泊
二、环境因素对操船的影响
岸吸与岸推正好形成一个力偶，结果使船 首转向航道中央，而船尾迅速向岸边吸 拢。
越靠近岸边，水深越浅，航道越狭窄，航 速越快，船体越肥胖的船型，岸吸与岸 推形象越明显。
二、环境因素对操船的影响
5.船间的相互作用 ➢ 两船平行接近时引起的现象 ✓ 波荡：处于他船行波不同位置而受到向前加速和向后
深水：至少大船的一倍船长，最好两船长之和 距离以上。
船舶航向稳定性与回转性
r 0
t
0
yG 0
5
可编辑ppt
船舶操纵性与耐波性
3). 位置稳定性---- 船舶受扰后，其重心运动轨迹 将恢复为原航线的延长线
t , r 0 ; 0 ; y G 0 。
r 0
t
0
yG 0
6
可编辑ppt
船舶操纵性与耐波性
➢ 如果不操舵,最多具备直线稳定性.
7
可编辑ppt
二. 研究方法--小挠动方程
➢ 运用”运动稳定性理论”分析方法对稳定性问 题进行定量分析.
➢ 设船舶初始运动状态: u1=const,v1=r1=0
➢ 扰动后引起的扰动运动参数:
(2-1)
由于对初始状态是小扰动,偏离量较小,可用线性操 纵运动方程来描叙。
vv1e1t v2e2t
可编辑ppt
船舶操纵性与耐波性
二. 小挠动方程
➢ 由以上解式可知,特征根若具有负实部,则扰动后 的扰运动量v,r都回复到原来的状态称之为具有 稳定性. 但,即使v,r都回复到初始状态参数,却与 初始首向仍存在着一个角度偏差：
t
rdt
0
➢ 可见,对水面船舶不操舵,就不可能实现
不操舵则 δ=0 ， 得小扰动方程:
8
可编辑ppt
航向稳定性
二. 小挠动方程
【管理资料】船型系数汇编
张 远 双
船 4、快速性
舶
船舶在其动力装置产生一定功率的情况下能达到规定航速的能力，
性 亦称为速航性。快速性主要包括：
能
计
1）船舶阻力：研究船舶航行时所遭受的阻力。目的在于掌握阻力
算
的变化规律，从而改善船型，降低阻力。即阻力的成因、分类、计算、
影响因素和降阻措施。
2）船舶推进：研究船舶推进器，推进器克服阻力发生推力。目的 在于设计出符合要求的高效推进器。即推进器的水动力性能、设计高 效推进器。
性
线长。
能
计
1）总长LOA：包括上层建筑在内，船体型表面最前端和最后端
算
之间的水平距离。
2）垂线间长LPP （或LbP ）：首垂线和尾垂线间的水平距离。
复习：首尾垂线是如何定义的？
3）设计水线长LWL ：设计水线在首柱前缘和尾柱后缘之间的水 平距离。
注意：
张
在船舶静水力性能计算中一般
远
采用垂线间长，在分析阻力性能时
性
中横剖面在水线以下的面积AM与船宽B和吃水T所构成的矩形面
能
积之比，即
计 算
C
M
AM
BT
张
几何意义：
远
中横剖面系数的大小表示中横剖面的肥瘦程度。
双
2020/7/9
12
船 舶
船舶操纵问答题
1、何谓航向稳定性？如何判别？
答：船舶航行中受到风、浪、流等极小的外界干扰作用，使其偏离原来运动状态。在外来干扰消失后，
保持正舵的条件下，船舶能回到原来运动状态的能力。
判别：1）外力干扰消失后，在正舵条件下，如船舶最终能以一个新航向作直线运动，称直线稳定性；
2）外力消失后，在正舵条件下，如船舶最终能恢复到原航向上作直线运动，仅与原来运动轨迹存在一个偏量，称方向稳定性；
3）外力干扰消失后，在正舵条件下，如船舶最终能自行恢复到原来航线上，航向与原航向相同，
且运动轨迹无偏离，称具有位置稳定性；
4）外力干扰消失后，最终进入一个回转运动，称该船不具备航向稳定性；
2、何谓航向改变性？哪些因素影响航向改变性？
答：表示船舶改向灵活的程度，通常由原航向改驶新航向时，到新航向的距离来表示船舶改向性的优劣。航向改变性通常用初始回转性能和偏转抑制能力来衡量。
初始回转性能是指船舶对操舵改变航向的快速响应性能：由操舵后船舶航进一定距离上船首转过的角度大小来衡量；偏转抑制性能：指船舶偏转中操正舵、反向压舵，使船舶停止偏转保持直线航行的性能；
影响航向改变性的因素：1)方型系数Cb大，旋回性好；
2）舵角：大舵角，旋回性好；
3）吃水与吃水差；
4）横倾；
5）浅水；
6）其他因素：（如强风、强流等）
3、掌握船舶变速性能（冲程、冲时）对船舶操纵有何意义？影响紧急停船距离（冲程）的因素有哪些？
答：前进中的船舶完成变速过程中所前进的距离，称为冲程，所经历的时间，称为冲时。
当船舶进行启动、变速、停车、倒车时因惯性的存在，采取上述措施时，需经一段时间，航行
第一章 船舶基础知识
2.主尺度比值
从船舶主尺度的比值可以看出船舶长短肥瘦的形 状特征,它还反映出船舶某些航海性能的好坏和 船体结构的强弱.主尺度比有以下几种. (1)长度宽度比 L / B
该值对船舶快速性影响较大.L/B值大表示船体狭长, 阻力较小而航速较高.
( 2 )型宽吃水比 B / T
该值与船舶的稳性,阻力关系比较大. B/T越大,稳性 越好,但阻力也较大. B / T过大时容易造成过快的摇 摆,不利于船上人员的生活和工作.
不同形状物体的漩涡阻力
( 2 )兴波阻力 船在水中航行时,船体来自百度文库周围的水压力发生变化.原来平 静的水面有的地方升高,有的地方下陷,不同的水面在重 力和惯性力作用下形成波浪并向外扩散传播.这种由航船 引起的波浪称为船行波,不同于海洋上由风兴起的海浪, 船行波的形成需要外界供给能量,这个能量就是由行驶中 的船舶提供的,相当于船舶对周围的海水做功使其产生波 浪,这就是船舶航行中的兴波阻力.航速是影响兴波阻力 的最主要因素,它要消耗主机相当大的功率.
抗沉性规范
(1)设定安全限界线 极限海损水线:76mm (2)对船舱长度的限制 (3)对破舱后船舶稳性的要求
一舱不沉制 两舱不沉制 依此类推,海上客船至少应满足一舱不沉制要求.
提高船舶抗沉性的措施
除按照规范要合理分舱外,在船舶设计时还采 取一些其他措施以提高抗沉性.
( 1)增加干舷 ( 2 )减小吃水 ( 3 )加大舷弧和使横剖线上端外倾,或使水线下船 体适当瘦削都可以起到相对增加储备浮力的作用.
船舶操纵性总结汇总
操纵性
绪论
操纵性定义：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。
操纵性内容：
1. 航向稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。
2．回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。
3．转首性和跟从性：表示船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。
4. 停船性能：船舶对惯性停船和盗车停船的相应性能。
附加质量和附加惯性矩：
作不定常运动（操纵和耐波运动）的船舶，除了船体本身受到愈加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度。根据作用力和反作用力，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。
附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为附加质量。船舶操纵
一、操纵运动方程
1.1坐标系
一、固定坐标系：
固定坐标系是固结在地球表面，不随时间而变化的，如图所示。 首向角ψ：X 0与X 的夹角（由X 0转向X ，顺时针为正）。
二、运动坐标系：
运动坐标系是固结在船体上的，随船一起运动的，如图所示。 重心坐标：X OG 、Y OG ； 船速：V 重心G 瞬时速度； 航速角ψ0：X0轴与船速V 夹角(顺时针为正)；
漂角：β船速与X 轴夹角(顺时针为正)； 回转角速度：γ=
dψdt
；
回转曲率：R 右舷为正； 舵角：δ左舷为正。
三、枢心：
回转时漂角为零点、横向速度为零的点。
1.2线性运动方程
一、坐标转换
00cos sin sin cos ψψψψ
=-=+G G x u v y u v
02航向稳定性和回转性
directionally unstable ship
directionally stable ship
船海系： 船海系：邱磊
ship’ behaviour?方向稳定性对驾驶有什 ship’s steerage behaviour?方向稳定性对驾驶有什 么影响? 么影响?
《船舶操纵性与耐波性》课件 船舶操纵性与耐波性》
However, increasing rudder area will always improve the response characteristics of a hullform and usually improve its directional well增大舵面积 总能提高应舵性， 增大舵面积， stability as well增大舵面积，总能提高应舵性，且方向稳定性也变好
But rudder dimensions are limited by stern geometry艉部几何限制 Also, large rudders will increase drag and so reduce the ship‘s speed for a given delivered horse power from the propeller阻力增大，导致速降
《船舶操纵性与耐波性》课件 船舶操纵性与耐波性》
船海系： 船海系：邱磊
回转性能与航行安全的关系
船舶操纵性
波浪力
波浪力分为一阶波浪力和二阶波浪漂移力，其中一阶波浪力又分为入射波力、绕射波力、 辐射波力
入射波势：
绕射势
D
定解问题：
辐射势定解问题
采用源汇分布法计算绕射势和辐射势，得
入射波力：
辐射波力：
绕射波力：
流体静力系数 c 只有5项不为0
jk
船舶的回转运动
直线航行的船舶，将舵转至某一舵角，并保持此舵角，船将作曲线运动， 称为回转运动 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。 （2）过渡阶段：从转舵终止到船舶进 入定常回转的中间阶段 （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
非线性流体动力：
为展弦比，
3）转船流体动力 采用井上模型：
a) b) c)
d) e)
f)
为首尾吃水差
4)横摇流体动力矩
横摇阻尼系数：
z H 为横向流体动力 YH 作用点的z向坐标
a为横向力作用点高度系数
z g 为船舶重心距基线的高度
5）垂荡流体动力和纵摇流体动力矩
Cp 为菱形系数 * 为船中宽度吃水比 H0
回转直径：
D
2U 0 2U 0 r K r
k为舵效系数
L2 d 最小回转直径： D 10 AR
船舶设计原理4-3性能预报
(四)港口费S4
港口费(S4）可分为与登记吨位有关的费用及 与载货吨有关的费用。 1、与登记吨位有关的费用 包括拖轮服务、引水、码头、港务、代理等 费用，可正比于净吨位计算。年开支正比于净吨 位及年航次数，可按同航线相近的船舶换算。
2、与载货吨有关的费用
包括装卸费、理货费、代理费、税金等，此项
费用按年货运量吨数计算并依货种而变。
§5—2 基础经济数据计算
为了评价一条船舶的经济性，必须计算其基础 经济数据，即计算年运量，船价、年运输成本及年 收入。 进行船舶基础经济数据计算的前提是；
(1)依据船舶设计任务书给定了船舶设计载重量、 主机类型与功率以及设计服务航速； (2)通过调研，获得了预定航线的有关营运、经 济数据； (3)通过初步论证，拟定了船舶主尺度要素。 以下依次介绍单船基础经济数据的计算。
(4)有的船舶，如巨型油轮、散装货船、渡船， 为更好地控制船的航向和缩短靠离码头的时间， 或节约拖船费用，应根据具体情况，分析是否有 采用首部侧推装置的必要性。 (5)从航向稳定性看，L ／B小、Cb及B／T大的 船是不利的。空载吃水太浅会使船的航向不稳定 ，有的船需加呆木以解决航向稳定性问题；
(6)近年来，发现肥大型船(方形系数大)可能 存在操纵性异常现象，即在小舵角下船可能是稳 定的，也可能是不稳定的。这主要是由于船型丰 满而产生的水流分离或舭部涡流造成的。两种肥 大型船不稳定情况的典型丁，—占，曲线如图 4—4所示，图中；尸是无因次定常回转角速度， 扩为舵角，从图中可见，在 小舵角时，当舵角为正 值时，回转角速度可能 为正，也可能为负，所 以船的回转方向有可能 与预定的相反。
船舶操纵性总结
操纵性
绪论
操纵性定义：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。
操纵性内容：
1. 航向稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。
2．回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。
3．转首性和跟从性：表示船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。
4. 停船性能：船舶对惯性停船和盗车停船的相应性能。
附加质量和附加惯性矩：
作不定常运动（操纵和耐波运动）的船舶，除了船体本身受到愈加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度。根据作用力和反作用力，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。
附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为附加质量。船舶操纵
一、操纵运动方程
1.1坐标系
一、固定坐标系：
固定坐标系是固结在地球表面，不随时间而变化的，如图所示。 首向角ψ：X 0与X 的夹角（由X 0转向X ，顺时针为正）。
二、运动坐标系：
运动坐标系是固结在船体上的，随船一起运动的，如图所示。 重心坐标：X OG 、Y OG ； 船速：V 重心G 瞬时速度； 航速角ψ0：X0轴与船速V 夹角(顺时针为正)；
漂角：β船速与X 轴夹角(顺时针为正)； 回转角速度：γ=
dψdt
；
回转曲率：R 右舷为正； 舵角：δ左舷为正。
三、枢心：
回转时漂角为零点、横向速度为零的点。
1.2线性运动方程
一、坐标转换
00cos sin sin cos ψψψψ
=-=+G G x u v y u v
船舶运动学重要概念、简答(操纵性、耐波性)
首向角：船舶纵剖面与OoXo轴的交角。漂角：重心速度与GX轴正方向夹角。航速角：重心瞬时速度矢量与OoXo轴夹角。
船舶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其航速、航向和位置的性能。包括小舵角的航向稳定性、中舵角的航向机动性和大舵角的紧急规避性。内容如下：1. 航向稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。2．回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。3．转首性和跟从性：表示船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。4. 停船性能：船舶对惯性停船和盗车停船的相应性能。
枢心：回转时漂角为零点、横向速度为零的点。
附加惯性力：作不定常运动的船舶，除本身受到与加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度，根据作用与反作用力原理，水对船体存在反作用力，这个力称为。
附加质量：附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为。
水动力导数：位置导数 Yv ,Nv：船体受到一个升力Y
v，船体首部和尾部长力方向一致，
v
都都指向v的负方向，因此合力是一个较大的负值，Yv是一个较大的负值，而水动力矩由于首尾作用相抵消，其绝对值不会很大，因机翼的水动力中心在形成之前，首部作用占优，Nv是一个不大的负值。加速度导数：Yv点是水动力Y相对于加速度在平衡状态下的变化率，正的加速度的船舶经受一个与加速度相反方向的水反作用力，因此Yv点是一个相当大的负值。由于船首和船尾对Z轴产生的水动力力矩方向相反，因此水动力矩导数Nv点是一个不大的数值，其符号取决于船型。旋转导数Yr ,Nr：由于船首和船尾水动力方向相反，因此水动力导数Yr的绝对值不是很大，其符号取决于船型，可正可负。由于船体回转产生的水动力矩在船首尾有相同的方向，都是阻止船舶回转的，因此水动力矩导数Nr是一个很大的负值。旋转加速度导数：由于船首和船尾存在方向相反的水动力，合力较小，Yr点是小量，其符号取决于船型；Nr点是一个大负值。舵角的控制导数：正的δ产生负的舵力，所以Yδ《0，而舵力使船右转，是正的，故Nδ》0.
船舶设备复习大纲
船舶设备复习大纲
第一章舵设备
1. 船舶操纵性包含：航向稳定性和回转性
2. 舵效原理：船用舵是小展弦比的平板或机翼型结构，设于船的尾端。当舵转动时，舵上
产生的水动力的合力在垂直于船体中心线方向上的分力相对于船体舯剖面
形成了转船力矩。
3. 舵的组成：┌舵：舵叶、舵杆
舵设备
└操纵装置：主操纵装置、辅助操纵装置
4. 舵的类型：①按舵的固定方式：舵踵支撑的舵、半悬挂舵、悬挂舵
②按舵杆轴线在舵叶宽度上的位置：不平衡舵、平衡舵
③按舵叶的剖面形状：流线型舵、平板舵
注：目前常用的多为流线型平衡舵
5. 舵的基本参数
① 舵面积A ：舵叶对称面的面积0000d AR L μ=
几何意义：是舵的总面积和船体水下侧投影面积之比力学意义：是反映了转船力矩与阻止船转动力矩之比②
舵的平衡面积：位于舵杆轴线之前的舵叶面积③
舵高（翼展）h ：矩形舵和梯形舵为舵叶上边缘与下边缘的距离④
舵宽（弦长）b ：导边（前边缘）与随边（后边缘）之间的距离⑤
舵的展弦比λ：舵的高度（翼展）h 与宽度（弦长）b 之比值。即λ=h/b 。（影响舵的水动力特性最重要的因素）⑥ 后掠角A ：距舵导缘1/4弦长的点的连线与舵杆轴线之间的夹角
⑦ 多剖面的几何参数：max t t =
6. 舵叶水动力的一般概念
攻角a ：水流方向同舵叶的对称平面之间的夹角
舵的压力中心：舵叶水动力合力与包含该合力的剖面的弦线的交点，通常压力中心的位
置由自该剖面前端量起的横坐标值x 确定，压力中心系数
p p C b X =
7. 单独舵的水动力特性
① 展弦比λ的影响：影响水动力特性的重要参数，λ减小，
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船海系：邱磊
《船舶操纵性与耐波性》课件
directionally unstable ship 不具方向稳定 性
directionally stable ship具 有方向稳定性
船海系：邱磊
运动响应(Response，应舵性、追随性)
《船舶操纵性与耐波性》课件
Is the requirement to turn in a satisfactory manner when a rudder order is given操舵指令发出后船舶是否按要求转向了？ The ship must respond to its rudder and change heading in a specified minimum time 在给定的最短时间内船舶必须应舵转首 There should be minimum overshoot of heading after a rudder order is given超越角应最小 Both these response quantities are dependent upon应舵性的 大小取决于：
a deviation from a set course increases only while an external force or moment is acting to cause the deviation. the vessel will come to a new steady heading without any helm actions once the disturbance has passed
However, increasing rudder area will always improve the response characteristics of a hullform and usually improve its directional stability as well增大舵面积，总能提高应舵性，且方向稳定性也变好
航向稳定性和回转性
《船舶操纵性与耐波性》课件
1. 航向稳定性 2. 船舶回转性 3. 回转运动的耦合特性
船海系：邱磊
第二章
航向稳定性和回转性
《船舶操纵性与耐波性》课件
稳定性的概念： 对处于定常运动状态的物体(或系统)，若受到极小 的外界干扰作用而偏离原定常运动状态；当干扰去 除后，经过一定的过渡过程，看是否具有回复到原 定常运动状态的能力。若能回复，则称原运动状态 是稳定的。
船海系：邱磊
方向稳定性(Directional stability)
《船舶操纵性与耐波性》课件
A ship that is ―directionally stable‖ will steer in a straight line in flat calm conditions with the rudder amidships
初始转首性能(Initial turning/course-changing ability) 偏转抑制性能(Yaw checking ability) 回转性能(Turning ability)--—大舵角下 停船性能(Stopping ability)
船海系：邱磊
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固有动稳性(直线运动稳定性)
(a)直线运动稳定性
(b)方向稳定性 (c)位置稳定性
船海系：邱磊
方向稳定性Directional stability
《船舶操纵性与耐波性》课件
In many operational circumstances it is more important for a ship to be able to proceed in a straight line than to turn, i.e. having a good directional stability在实际操 船中许多时候是保持直线运动的性能比转向性能更重要。
directionally unstable ship
directionally stable ship
船海系：邱磊
ship’s steerage behaviour?方向稳定性对驾驶有什 么影响?
《船舶操纵性与耐波性》课件
源自文库
For a directionally stable ship the hydrodynamic hull force produces only a small turning moment (i.e. A is close to G) 对于具有方向稳定性 的船，船体上的水动力只产生较小的回转力矩 The helm is heavy and a ship with excessive directional stability is reluctant to alter course at all 船舶的方向稳定性太好，即使操大舵角也难以转向 For a directionally unstable ship the hydrodynamic force is moved further forward, and thus produces an increasing proportion of the turning moment whilst the bodily outward acceleration diminish对于方向 稳定性不好的船，其水动力作用中心前移，能产生更大的回转力矩，并能抵消向 外的加速度 Control of the ship is more tentative as it will be quicker to develop a swing on applying helm, but slower to “steady-up” 操船时要格外小心以免摇摆，直航难
the magnitude of the rudder„s dimensions 舵的几何大小
the rudder angle 舵角 the ship„s speed 船速
船海系：邱磊
操纵性权衡(Manoeuvrability trade-off)
《船舶操纵性与耐波性》课件
The need for good directional stability and minimum response oppose each other方向稳定性与应舵性矛盾
船海系：邱磊
Neutral directional stability随遇方向稳定性
《船舶操纵性与耐波性》课件
When the hydrodynamic hull force acts sufficiently far forward to provide both the centripetal force and the entire turning moment required to sustain the rate of turn it is said to act trough the ―neutral point‖, N0 Neutral directional stability transfers the turning moment completely from the rudder to the main hull force, so the outward controlling push of the rudder is lost
directional stability: with the rudder set at midships, and in the absence of external forces, the ship will travel in a straight line
Many hullforms (for example relatively short and wide hulls) do not have this level of directional stability许多船型不具有方向稳定性
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
航向稳定性能(保向性)
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
初始转向性能与航行安全的关系
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
回转性能与航行安全的关系
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
停船操纵
-- 停船性能
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
第二章
船舶操纵性与耐波性
第2章 航向稳定性和回转性
船舶有哪些操纵方面的性能？
《船舶操纵性与耐波性》课件
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固有动稳性(也称直线运动稳定性)(Inherent dynamic stability, also called straight line stability)
方向稳定性或保向性(Course-keeping ability, also called directional stability)
On the other hand, a ship is said to be ―directionally unstable‖ if a course deviation begins or continues even in the absence of an external cause.
But rudder dimensions are limited by stern geometry艉部几何限制 Also, large rudders will increase drag and so reduce the ship„s speed for a given delivered horse power from the propeller阻力增大，导致速降
It is easy to over-steer a ship with minimal directional stability by applying excessive counter helm, creating a cycle of ever increasing oscillatory swings to port and starboard 方向稳定性奇差的船操纵起来容易左右振荡摇摆
For a fixed rudder area, increasing the length of a ship will make it more directionally stable but less responsive to its rudder舵面积不变
时,船长增大,方向稳定性变好,应舵性变差
船海系：邱磊
低速操纵性(Slow speed manoeuvrability)
《船舶操纵性与耐波性》课件
At low speeds the rudder is limited in its effectiveness due to the lack of flow across its surfaces 低速下舵效差 Levels of slow speed manoeuvrability are specified in terms of turning circle and other quantifiable parameters at speeds below 5 knots低速操纵性水平以航速低于5节时的回转圈等参数表示 There are however some ways to improve slow speed manoeuvrability(提高低速操纵性有多种方法): ―Correct‖ rudder position “纠正”舵的位置 To improve the flow rate it is often positioned directly behind the propeller Use devices that can improve slow speed manoeuvrability 采用辅助操纵设备提高低速操纵性