船舶耐波性基本知识
船舶耐波性总结2
船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。
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抨击、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正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。
而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。
船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。
产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。
在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈ 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。
但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。
余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。
船舶耐波性预习要领
第二章 海浪与统计分析
1、风浪的三要素：风速、风时、风区长度。风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。风浪的要素表示 方法：统计分析方法。 2、规则波（简单的函数表达的波浪）的特性
T= 2 0.8 g
=1.56T 2
c=
=1.25 T
=
2 = kg T
k=
Hale Waihona Puke 2 g3、不规则波：确定性关系和统计关系、叠加原理、随机过程、瑞利分布的统计特性平均波幅、三一平均波幅；十一平均波幅；百一平均波幅 4、谱分析的理论分析（时域分析法与频域分析法） ：谱密度函数是从频率域角度描写随机过程，相关函数则从时间域角度描写随机过程，两者之间 存在傅里叶变换关系
R（ = Sx1 （）e j d x ）
M ( )=-D h
arctan
2 1 2
m =K 0 sin t= m sin t
0
相对横摇角（甲板上浪）和绝对横摇角（晕船） M m Dh m
） = -I M（ = - （ I x x + J x x） xx
垂荡固有周期：
T 2.8 CVP d
结论：纵摇与垂荡的固有周期是相近的
3、不规则波顶浪航行时纵向区域划分：亚临界区域、临界区域、超临界区域
T
第五章 船舶耐波性设计和实船试验
1、主尺度对耐波性的影响：船长（影响纵摇和垂荡） 、船宽（影响稳性和横摇） 、吃水（影响横摇、纵摇、垂荡）初稳性高、船型系数、干舷和舷弧 也有一定的影响。 2、船舶形状对耐波性的影响：船舶型线、静稳性曲线形状、球鼻艏 3、耐波性指标：单项指标（船体的运动幅值、横摇运动周期、绝对加速度、相对波面运动波浪中的失速） 、综合指标（作业时间百分比、期望航速 百分比） 4、耐波性实船试验的组织和实施：选择适当测试海域和时间、编写试验大纲、测量仪表的准备和调试、试验、分析
船舶耐波性能及优化设计研究
船舶耐波性能及优化设计研究一、引言船舶耐波性能是衡量一艘船的重要指标之一，也是保障船舶海上安全的关键因素。
船舶在海上航行时，会面临各种波浪环境，船舶的耐波性能好坏决定了其航行的安全性和舒适性。
因此，研究船舶的耐波性能以及优化设计是一个具有重要意义的课题。
二、船舶耐波性能的影响因素船舶的耐波性能是由船体本身的设计和建造质量、船舶在海上的运动状态以及各种环境因素综合影响而形成的。
以下是影响船舶耐波性能的几个主要因素：1、船体结构设计船体结构设计是影响船舶耐波性能的最重要因素之一，它包括船体型面设计、船体尺寸比例、船舶结构强度等。
合理的船体结构设计有利于提高船舶的耐波性能。
2、载货量和船员配备随着船舶的载货量增大，船舶的大、小浪受力情况也会发生变化，会对船舶的耐波性能产生一定的影响。
而船员配备的多少也会影响船舶的艇身均衡状态和灵活性，从而影响船舶的耐波性能。
3、船舶在海上的运动状态船舶在海上的运动状态是受到风、浪、潮流等多种因素的综合影响而形成的，如航向、航速、波浪高度、波浪频率等。
这些因素会影响船舶的耐波性能。
4、波浪环境波浪环境是指船舶在海上遇到的波浪形态，包括波高、波浪频率、波浪周期等。
不同的波浪环境对船舶的耐波性能有不同的影响，需要对波浪环境进行全面的评估和分析。
三、优化船舶耐波性能的设计方法为了提高船舶的耐波性能，需要采取一些有效的优化设计方法。
以下是几种主要的设计方法：1、船体结构优化设计船体结构的优化设计可以通过数值模拟和实验测试两种方法来实现。
数值模拟主要利用计算机仿真技术分析和研究船体结构的力学性能，进行结构优化设计，实验测试则是通过对船舶模型进行真实的模拟试验，获取船体结构的力学特性数据。
2、锚泊安装和操纵策略优化对于大型船舶来说，锚泊安装和操纵策略的优化也是提高船舶的耐波性能的关键因素之一。
优化锚泊安装和操纵策略可以通过数值模拟和实验测试来实现。
3、减轻船舶载重量为了提高船舶的浮力和稳定性能，可以考虑减轻船舶的载重量。
毕业答辩——船舶操纵性与耐波性
毕业答辩——船舶操纵性与耐波性1.什么是船舶耐波性？船舶耐波性是指船舶在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、抨击、甲板上浪、失速、螺旋桨出水以及波浪弯矩等，仍能维持一定航速在波浪中安全航行的性能。
（P1）2.什么是有效波面？船宽、吃水相对波长是很小时，可近似认为船是水中一质点，它所受的浮力近似垂直于波面。
当船宽和吃水相对波长为有限尺度时，由于船宽范围内波形曲率的变化以及沿船体水下表面所受到的浮力方向与波面法向不一致，使船受到的总浮力有所减小，同时其浮力作用线是垂直于某一次波面，这一次波面称为有效波面。
（P17）3.船舶阻尼力（矩）按物理性质大致可分为哪三类？兴波阻尼、旋涡阻尼、摩擦阻尼（P8）4.船在水中可能产生六个自由度的摇荡运动，分别是什么运动？横摇、纵摇、首摇、垂荡（升沉）、横荡和纵荡5.研究船舶耐波性用到的三种坐标系是哪三种，可画图说明？空间固定坐标系：该坐标系用来描述海浪；动坐标系Gxbybzb：随船做摇荡运动，坐标原点取在船的重心G 上，坐标轴取作与船的中心惯性主轴相重合，Gxb在船中线面与龙骨线平行，向艏为正；Gzb在船中线面内垂直于Gxb，向上为正；Gyb 垂直于船的中线面，向右舷为正。
随船移动的平衡坐标系Oxyz：当船在静水中以航速v航行时，该坐标系随船同速前进，Oxy位于静水面上，Ox正向与航速v同向。
当船在波浪上做摇荡运动时，该坐标系不随船做摇荡，仍保持按船的平均速度和原航向前进。
6.船模实验需要满足的相似律有那几个？几何相似、运动相似、动力相似。
（P136-P137）7.什么是船舶摇荡运动的兴波阻尼？（P9）由于船舶运动使水面产生波浪，消耗船本身的能力所造成的阻尼。
傅汝德认为兴波阻尼与速度一次方成比例。
8.目前采用较广泛的减摇装置有哪些？舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍（P168）9.什么是有效波面角？有效波面的切线与水平间线间的夹角，恒小于真实波面角。
（P14 p17)10.什么是史密斯效应？波浪下任一点的压力随深度按指数递减的规律，称为“史密斯效应”。
船舶耐波性总结2讲解
船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。
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抨击、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正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。
而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。
船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。
产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。
在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈； 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。
但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。
余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。
船舶耐波性ppt课件概要
8
• 主动减速是指船舶在风浪中航行，为了减小风
浪对船舷的不利影响，主动调低主机功率，使 航速比静水中速度下降的数值。
• 5．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，并伴有强烈振动的现象称为螺旋 桨飞车。
9
• 环境条件
• 所谓首向是船舶首尾线指向船首的方向，即在
Gxyz坐标系中X轴的方向。当首向与风浪传播 方向相一致时，遭遇浪向为零度，如图1-3所 示。
5
6
四、耐波性主要内容
• 1、船舶摇荡 • 其中运动显著而影响严重的是横摇、纵摇和垂
荡。
• 2、砰击 • 由于严重的纵摆和垂荡，船体与风浪之间产生
猛烈的局部冲击现象称为砰击。
• 即使仅从耐波性角度考虑，对吃水的要求
也是矛盾的，因此需要全面均衡、决定吃 水的大小。
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• 4、初稳性高
• 1）初稳性高是船舶安全的重要衡准，同时也
是横摇的重要参数，它影咱横摇固有周期，减小初稳性高时 ，横摇固有周期增加，横摇缓和，幅值减小 。
• 2）须注意，在任何情况下都必须保证初稳性
高具有适当的数值。如果初稳性高过小，不 仅降低了船的抗风能力，而且在顺浪中，当 波峰位于船中时，有可能丧失稳性而倾覆。
11
• 因此，研究船舶在波浪上的航行性能愈来愈引
起人们的重视，船舶耐波性的好坏已成为衡 量现代化船舶航行性能的重要衡准之一。
• 船舶耐波性本质上是指船舶在给定的环境条件
下规定时间内完成任务的能力，它是船舶应 具有的一种能力，这种能力通过设计而赋予，通过者而使的发用正挥确作 。因此，必须充分意识到船舶的耐波性能首先 是设计出来的，一艘具有良好耐波性的船舶是 设计者的职责及水平的体现。
第六章 船舶耐波性
二、风浪等级及耐波性基本概念
浪级
浪 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 级 名 无 微 小 轻 中 大 巨 狂 狂 怒 称 浪 浪 浪 浪 浪 浪 浪 浪 涛 涛 高 (m ) 0 < 0 .1 0 . 1 ≦ H 1 /3 < 0 . 5 0 . 5 ≦ H 1 /3 < 1 . 2 5 1 . 2 5 ≦ H 1 /3 < 2 .5 2 . 5 ≦ H 1 /3 < 4 . 0 4 . 0 ≦ H 1 /3 < 6 . 0 6 . 0 ≦ H 1 /3 < 9 . 0 9 . 0 ≦ H 1 /3 < 1 4 .0 1 4 .0 ≦ H 1 /3 浪
船舶概论
第六章 船舶耐波性
——征服波涛 ——征服波涛
2010年 2010年8月
目录 一、船舶摇荡运动 二、风浪等级及耐波性基本概念 三、船舶耐波性试验研究 四、船舶耐波性数值计算研究 五、改善耐波性的若干措施
一、船舶摇荡运动
一条集装箱船， 一条集装箱船，实船航行
一、船舶耐波性的基本概念
船舶摇荡运动定义 船舶摇荡运动： 船舶摇荡运动： 船舶绕纵轴（ 1横摇——船舶绕纵轴（船长方向）的往复摇动 横摇 船舶绕纵轴 船长方向） 2纵摇——船舶绕横轴（船快方向）的往复摇动 船舶绕横轴（ 纵摇 船舶绕横轴 船快方向） 首摇——船舶绕垂直轴（ 船高度方向 ） 的往复 船舶绕垂直轴（ 3 首摇 船舶绕垂直轴 船高度方向） 摇动 4垂荡——船舶沿垂直轴的往复运动 垂荡 船舶沿垂直轴的往复运动 5横荡——船舶沿横轴的往复运动 横荡 船舶沿横轴的往复运动 6纵荡——船舶沿纵轴的往复运动 纵荡 船舶沿纵轴的往复运动
三、船舶耐波性的试验研究
耐波性水池 船舶耐波性形状 往往近乎方形。 往往近乎方形。 配备有造波装置， 配备有造波装置， 可以模拟自然界 出现的各种海浪、 出现的各种海浪、
船舶耐波性基本知识
一个合适的环境，使他们能有效地进行工作。 乘员的工作能力受两种运动特性的影响，即 加速度和横摆幅值。 • 加速度引起人们晕船。一般来说，发生晕船 的频率随加速度增加而平行增加。最大的加 速度发生在船尾或船首，主要是纵摇和垂荡 产生的。 • 横据角影响人的运动能力。
• 3、上浪 • 船舷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。 • 4、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。
• 所谓首向是船舶首尾线指向船首的方向，即
在Gxyz坐标系中X轴的方向。当首向与风浪传 播方向相一致时，遭遇浪向为零度，如图1-3 所示。
四、耐波性主要内容
• 1、船舶摇荡 • 其中运动显著而影响严重的是横摇、纵摇和
垂荡。 • 2、砰击 • 由于严重的纵摆和垂荡，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 大的速度落入水中而发生猛烈的撞击。
• 2、不规则波的叠加原理 • 叠加思想是处理不规则波的基本思想。
• 1）长峰波（二因次不规则波） • 2）短峰波（三因次不规则波）
• 二、随机过程 • 1、正态分布 • 风浪波面升高的瞬时值满足正态分布的概率
密度表达式，其形式为
• 根据正态分布的特点可知：若认为波浪是正
态的，则由波浪所引起的船体运动、船体应 力、航行中螺旋桨推力与转矩的变化等，所 有这些过程的瞬时值都是正态分布的。
第十章 耐波性
第十章耐波性学习目标知识目标1.船舶摇摆对船舶的危害；2.船舶静水摇摆周期、波浪周期；波浪表观周期；3.船舶谐摇对船舶的危害及如何避免；4.减摇装置及减摇原理。
能力目标1.能计算船舶静水摇摆周期、波浪周期；波浪表观周期。
第一节概述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，历来是船舶及其他海洋结构物的设计和使用者十分关心的问题。
研究船舶在波浪中产生的一系列运动，是学习船舶耐波性的首要目的。
了解了船舶在波浪中运动机理后，就可以探讨保证船舶在波浪中航行安全和维持其使用功能的措施。
在海上航行的船舶，像任何刚体一样，可以产生六个自由度的运动。
为了研究这些运动，通常采用以下右手坐标系(见图10-1)：图10-1 研究船舶运动的坐标系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 轴在中线面内，平行于基面，指向船首为正；z轴向上为正。
x、y和z 轴可近似认为是船体的三根惯性主轴。
Oxyz坐标系内船舶重心G沿坐标轴的直线运动船舶任意时刻的运动可以分解为在及船体绕三个坐标轴的转动。
在这些运动中又有单向运动和往复运动之分，因此共有12种运动形式，如图10-2所示。
习惯采用的名称见表10-1。
表 10-l 12种运动形式的习惯名称图 10-2船舶的运动形式图 10-3 船的遭遇浪向船的遭遇浪向见图10-3，横浪对横摇影响最大；顶浪顺浪产生纵摇；纵荡，垂荡。
耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它包括以下主要内容。
1.船舶摇摆船舶摇摆是指在外力作用下船舶产生倾斜，当外力消除后船舶围绕原平衡位置所的往复运动。
其中运动显著而影响严重的是横摇、纵摇和垂荡。
2.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而发生猛烈的撞击。
第四章船舶耐波性试验
阻力增量
船模宽
波幅 船模长
阻力增量与波高的平方成比例
船模在波浪中的运动和增阻试验
2。波浪中实船阻力增量的平均值预估
由于：
船模在波浪中的运动和增阻试验
2。波浪中实船阻力增量的平均值预估 不规则波中阻力增量平方根的谱密度为：
由船模试验确定
船长
实船阻力增量平均值：
二、静水中强迫横摇试验 1。试验目的：确定横摇阻尼和附加质量惯性矩随摇
荡频率的关系曲线。 2。试验作用：揭示了大角度横摇的非线性阻尼特性。
3。计算方法：在简谐激振力矩M（t）=M0sinωt作 用下，船模运动方程为：
静水中自由和强迫横摇试验
二、静水中强迫横摇试验 3。计算方法：
由上可得特解如下： 可知等效阻尼系数和附加质量惯性矩为：
1。冲箱式造波机
曲柄连杆机构的作 用是使冲箱作近似简谐 运动的垂直振荡运动。
船模在波浪中的运动和增阻试验
一、实验设备 2。摇板式造波机
由平板和四连杆机构组成，四连杆机构使 平板绕下端的水平轴摇荡。
船模在波浪中的运动和增阻试验
一、实验设备 3。气动式造波机
由鼓风机和调节阀门组成，通过调节阀 门来控制气体对水面的压力变化而产生波浪。
计算有效波倾系数：
消灭曲线
其中：θm为共振横摇角 Δθ可根据共振横摇角来 查消灭曲线确定。放大因 数为规则波共振时的值。
波浪中零速横摇试验
注意事项： 1. 试验造波频率范围大，包括谐摇区
λ= （0.7~3）T2φm Lm =2~4m 2．在谐摇区，加密试验点
3. 试验波高小，保证线性 ζ= （1/35~1/50）λ
二、船模在规则迎浪中垂荡与纵摇运动试验 纵摇、升沉运动谱： 实船纵摇频响： 实船升沉频响：
14 船舶耐波性试验概要
以容易地求得一定速度下不同波长时波浪上的阻力增量△Rw=Rw Rs，其中Rw是波浪中船模的总阻力，Rs是静水中阻力。
试验的结果通常表达为K△R～ωe 曲线，如图14-15 所示。K△R为阻 力增量△Rw的无因次系数，可表达为
但是，若阻尼与横摇角速度不是线性关系，则直接由衰减曲线求 2就比较困难。为此，引入消灭曲线=f(m)求无因次衰减系 数。
由衰减曲线可方便地求出消灭曲线，如图14-7所示。其中 =i-i+1，m =(i+i+1 )/2 当阻尼为线性规律时，由式(11-53 )得:
二、静水中强迫横摇试验
力，因此船模在波浪中拖曳时的阻力比船模在静水中拖曳
时的阻力大为增加。这部分增加的阻力称之为波浪中的阻 力增量，它是由在波浪中拖曳航行的船模总阻力减去相同 速度下船模在静水中拖曳航行时的总阻力而得。
船模在波浪中与静水中阻力的测量方法一样，可以用通常 的阻力仪测量。图14-12 为用悬挂重量法测量在波浪中船 模阻力的示意图。阻力与垂荡、纵摇运动的测量是同时进 行的。船模的拖曳点应放在重心G 上，并使拖曳的钢索尽 量放长，以免纵摇运动引起阻力的误差和减小垂荡运动引 起的阻力误差。
冲箱式造波机是由冲箱和曲柄连杆机构组成的。冲箱 横剖面的形状如图14-8 (a) 所示，曲柄连杆机构的作用 是使冲箱作近似于简谐运动的垂直振荡运动。波浪由冲箱 的凸面产生，而在平的一面实际上不产生波浪。
图14-8 造波机 (a) 冲箱式; (b) 摇板式; (c)气动式 1-调节阀门; 2-压力可以变化的钟; 3-鼓风机
水池试验---孤波
水池试验---不规则波
Seakeeping Tests
Ponce Vessel Seakeeping
船舶操纵性与耐波性简答
漂角：船舶重心处速度与动坐标系中ox轴之间的夹角，速度方向顺时针到ox 轴方向为正。
首向角：船舶纵剖面与固定坐标系OX轴之间的夹角，OX到x轴顺时针为正舵角：舵与动坐标系ox轴之间的夹角，偏向右舷为正航速角：重心瞬时速度与固定坐标系OX轴的夹角，OX顺时针到速度方向为正浪向角：波速与船速之间的夹角。
作用于船体的水动力、力矩将与其本身几何形状有关（L、m、I），与船体运动特性有关(u、v、r、n)，也与流体本身特性有关（密度、粘性系数、g）。
对线速度分量u的导数为线性速度导数Xu，对横向速度分量v的导数为位置导数Yv,Nv，对回转角速度r的导数为旋转导数Nr,Yr，对各角速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数Xu,Yv,Yr，对舵角的导数为控制导数Y。
直线稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终能恢复指向航行状态，但是航向发生了变化；方向稳定性：船舶受瞬时扰动后，新航线为与原航线平行的另一直线；位置稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终仍按原航线的延长线航行；具备位置稳定性的必须具备直线和方向稳定性，具备方向稳定性的必定具有直线线运动稳定性。
1. 反横距2. 正横距3.纵距4. 战术直径5. 定常回转直径回转的三个阶段船舶回转过程中，在船上还存在一点，于改点上其横向速度分量为零，称之为枢心点P。
一、转舵阶段二、过渡阶段三、定常回转阶段耦合特性：船舶在水平面内作回转运动时会同时产生横摇、纵摇、升沉等运动,以及由于回转过程中阻力增加引起的速降。
以上所述可理解为回转运动的耦合,其中以回转横倾与速降最为明显。
舵的布置原则1. 为了产生尽可能大的舵力矩，舵应布置在远离船舶重心处：船首尾部。
2. 注意使舵得到突出的尾型的保护。
3. 为了获得桨的尾流来提高舵效，一般布置在桨的后方。
4. 多舵布置时必须注意舵之间的干扰问题。
船舶耐波性：船舶任意时刻的运动可以分解为船舶重心G沿Ox轴的直线运动称为纵荡，以x（t）表示；沿Oy轴的直线运动称为横荡，以y（t）表示；沿Oz轴的直线运动称为垂荡，以z（t）表示；船体绕Gxb轴的转动称为横摇，以θ（t）表示；绕Gyb轴的转动称为纵摇，以ψ（t）表示；绕Gzb轴的转动称为首摇，以φ（t）表示。
(完整版)船舶操纵性与耐波性复习
漂角：船舶重心处速度与动坐标系中ox轴之间的夹角，速度方向顺时针到ox轴方向为正。
首向角：船舶纵剖面与固定坐标系OX轴之间的夹角，OX到x轴顺时针为正舵角：舵与动坐标系ox轴之间的夹角，偏向右舷为正航速角：重心瞬时速度与固定坐标系OX轴的夹角，OX顺时针到速度方向为正浪向角：波速与船速之间的夹角。
作用于船体的水动力、力矩将与其本身几何形状有关（L、m、I），与船体运动特性有关(u、v、r、n)，也与流体本身特性有关（密度、粘性系数、g）。
对线速度分量u的导数为线性速度导数，对横向速度分量v的导数为位置导数，对回转角速度r的导数为旋转导数，对各角速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数，对舵角的导数为控制导数。
直线稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终能恢复指向航行状态，但是航向发生了变化；方向稳定性：船舶受瞬时扰动后，新航线为与原航线平行的另一直线；位置稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终仍按原航线的延长线航行；具备位置稳定性的必须具备直线和方向稳定性，具备方向稳定性的必定具有直线运动稳定性。
1.定常回转直径2.战术直径3.纵距4.正横距5.反横距回转的三个阶段一、转舵阶段二、过度阶段三、定常回转阶段耦合特性：船舶在水平面内作回转运动时会同时产生横摇、纵摇、升沉等运动,以及由于回转过程中阻力增加引起的速降。
以上所述可理解为回转运动的耦合,其中以回转横倾与速降最为明显。
Tr r Kδ+=回转性指数K是舵的转首力矩与阻尼力矩系数之比，表征船舶转首性，应舵指T 是惯性力矩数系数与阻尼力矩系数之比，由T=I/N可见：参数T是惯性力矩与阻尼力矩之比，T值越大，表示船舶惯性大而阻尼力矩小；反之，T值越小，表示船舶惯性小而阻尼力矩大。
由K=M/N可见：参数K是舵产生的回转力矩与阻尼力矩之比，K值越大，表示舵产生的回转力矩大而阻尼力矩小；反之，K值越小，表示舵产生的回转力矩小而阻尼力矩大。
K值越大,相应回转直径越小,回转性越好.T为小正值时,船舶具有良好的航向稳定性. K表示了回转性,T表示了应舵性和航向稳定性。
耐波性总结
船舶耐波性总结一、基本概念1.船舶耐波性2.船舶适航性3.船舶六自由度的摇荡运动4.船舶摇荡运动要素5.波浪主干扰力6.F-K假设7.影响风浪的要素8.波浪的特征要素9.波面角10.行波相速度11.波浪能量12.史密斯效应13.表观浮力（视浮力）14.表观重力（视重力）15.有效波面、有效波面角16.不规则波的特征要素及含义17.长峰不规则波、短峰不规则波18.线性叠加原理19.波能谱密度函数（物理含义、特性）20.保证率21.最大波幅、平均波幅、有义波幅（波高）22.海浪谱、风浪谱23.自由横摇近似固有周期（圆频率）24.横摇衰减系数25.消灭曲线26.无因此衰减系数27.升沉、纵摇固有周期近似确定公式28.波面角的修正系数29.频率/幅频/相频响应函数（RAO）30.相对频率或调谐因数31.有效波面升高32.遭遇频率33.航向角34.波的表观传播速度35.减摇装置36.静特征数37.双共振减摇原理二、简答题1.研究船舶线性摇荡的常用的坐标系及含义。
2.船舶在波浪中摇荡运动受力分析方法、各种力的物理含义。
3.波面及波面以下水质点运动特点。
4.波浪中的压力分布。
5.频域与时域描述关系的转换方法。
6.常用波浪统计方法。
7.横摇固有周期对横摇运动性能的影响及其主要影响因素。
8.横摇无因次衰减系数对横摇运动的影响及其改善方式。
9.船舶静水中有阻尼线性横摇与静水中升沉或纵摇运动的不同点。
10.如何使船具有优良的横摇性能？11.讨论频率响应函数几种特殊情况。
12.船舶在规则波中迎浪航行的升沉和纵摇运动特性。
13.讨论航速、航向对波浪主干扰力的影响。
14.船在规则波、不规则波中纵摇、横摇的周期有何特点？15.试验中船模与实船应满足哪些相似条件？如何校正？16.讨论主尺度和船型系数对耐波性的影响。
17.讨论首部横剖面形状、球首、干舷对耐波性的影响。
18.简述常见实用减摇装置及其减摇原理。
三、公式推导与计算1.海浪谱分析原理。
船舶耐波性基本知识
• 1、对适居性的影响 • 船舶为了完成一定的任务，必须给乘员提供
一个合适的环境，使他们能有效地进行工作。 乘员的工作能力受两种运动特性的影响，即 加速度和横摆幅值。
• 加速度引起人们晕船。一般来说，发生晕船
的频率随加速度增加而平行增加。最大的加 速度发生在船尾或船首，主要是纵摇和垂荡 产生的。
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
大的速度落入水中而发生猛烈的撞击。
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7
• 3、上浪 • 船舷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。
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28
• 2、不规则波的叠加原理 • 叠加思想是处理不规则波的基本思想。
• 1）长峰波（二因次不规则波） • 2）短峰波（三因次不规则波）
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• 二、随机过程
• 1、正态分布 • 风浪波面升高的瞬时值满足正态分布的概率
密度表达式，其形式为
• 根据正态分布的特点可知：若认为波浪是正
态的，则由波浪所引起的船体运动、船体应 力、航行中螺旋桨推力与转矩的变化等，所 有这些过程的瞬时值都是正态分布的。
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1
二、坐标系
• 1、固定坐标系O0x0y0z0 • 2、运动坐标系GXYZ • 3、半固定坐标系Oxyz
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2
• 船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz，
坐标系内船舶重心G沿三个坐标轴的直线 运动及船体绕三个坐标轴的转动。
• 在这些运动中又
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• 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。
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• 主动减速是指船舶在风浪中航行，为了减小
风浪对船舷的不利影响，主动调低主机功率， 使航速比静水中速度下降的数值。
• 5．螺旋桨飞车 • 船舶在风浪中航行时，部分螺旋桨叶露出水
传播方向之间的夹角，称为道遇浪向。
• 所谓首向是船舶首尾线指向船首的方向，即
在Gxyz坐标系中X轴的方向。当首向与风浪传 播方向相一致时，遭遇浪向为零度，如图1-3 所示。
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四、耐波性主要内容
• 1、船舶摇荡 • 其中运动显著而影响严重的是横摇、纵摇和
垂荡。
• 2、砰击 • 由于严重的纵摆和垂荡，船体与风浪之间产
• 横据角影响人的运动能力。
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• 2、对航行使用性的影响
• 船员利用船上的全部设备，在预定的海洋条
件下完成其规定使命的能力称为航行使用性。 剧烈的摇荡对航行使用性产生极为不利的影 响。
• 由于纵摆和垂荡，使船舶造成失速，主机功
率得不到充分利用。
• 严重的抨击使船首部结构损坏，船体颤振。 • 上浪使甲板机械损坏，给船员造成恶劣的工
免地要发生较大的纵摇和垂荡。如果平均吃 水减小，纵摇和垂荡的固有周期下降，即使 谐摇，也是在较小的波浪中发生，纵摇和垂 荡也不会太大。
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• 从船舶砰击的角度来看，要求吃水大些，
因为船舶砰击常发生在空载和压载航行状 态，尤其对具有尾倾而吃水较小的船更是 如此。吃水深，能够减少砰击的频率和砰 击的强度。
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• 船舶摇荡运动主要研究由波浪干扰引起的船
舶往复运动，其中横摇、纵摇和垂荡对船舶 航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要 内容。
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三、船舶摇荡
• 船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡
运动，它们的共同特点是在平衡位置附近作 周期性的振荡运动。
• 产生何种摇荡运动形式取决于船首向与风浪
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二、坐标系
• 1、固定坐标系O0x0y0z0 • 2、运动坐标系GXYZ • 3、半固定坐标系Oxyz
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• 船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz，
坐标系内船舶重心G沿三个坐标轴的直线 运动及船体绕三个坐标轴的转动。
• 在这些运动中又
有单向运动和往 复运动之分，因 此共有12种运动 形式，如图1-2 所示。在造船界 中习惯采用的名 称见表1-1。
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• 因此，研究船舶在波浪上的航行性能愈来愈
引起人们的重视，船舶耐波性的好坏已成为 衡量现代化船舶航行性能的重要衡准之一。
• 船舶耐波性本质上是指船舶在给定的环境条
件下规定时间内完成任务的能力，它是船舶 应具有的一种能力，这种能力通过设计而赋 予，通过使用者的正确使用而发挥作用。因 此，必须充分意识到船舶的耐波性能首先是 设计出来的，一艘具有良好耐波性的船舶是 设计者的职责及水平的体现。
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七、摇荡运动的影响
• 1、对适居性的影响 • 船舶为了完成一定的任务，必须给乘员提供
一个合适的环境，使他们能有效地进行工作。 乘员的工作能力受两种运动特性的影响，即 加速度和横摆幅值。
• 加速度引起人们晕船。一般来说，发生晕船
的频率随加速度增加而平行增加。最大的加 速度发生在船尾或船首，主要是纵摇和垂荡 产生的。
• 船宽对横摇固有周期的影响不及重心高度敏
感，而且在一定排水量之下，船宽减小必将 使方形系数增加，船舶前进阻力可能增加。
• 因此，在设计中，很少用改变船宽的方法来
改进船舶的横摇性能。
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• 3、吃水
• 随着吃水的增加，波浪对横摇的扰动力矩略
为下降，横摇趋于缓和。
• 对于中小型船，由于船长受到限制，不可避
• 2）风时
• 3）风区长度
• 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。
• 在一定风速作用下，风在相当大的风区海面
上吹了足够长的时间以后，风浪要素达到稳 定状态时的风浪，称为充分发展风浪。
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• 3、海浪的分类
• (1)风浪 • 它是在风直接作用下产生的，表面看来极不规则的
• ④假定船舶摇荡的幅值是微小的，除了大角
度的横摇之外，船舶在波浪中的受力和运动 都可以作为线性问题处理，因而可以应用叠 加原理。
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• 3、运动方程式
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§3-2 船舶主尺度对耐波性的影响
• 1、船长
• 船长主要影响纵摇和垂荡。 • 增加船长对纵摇和垂荡都是有利的。船长较
小的船难免发生较大的纵摇和垂荡。
受的压力发生变化。同时由于水面与空气的 相对运动，在他们之间有摩擦力存在，使水 表面承受切应力。
• 正是由于大气压力的变化与切应力的存在，
使平静的水面发生局部变形。重力使变形的 水面有向原来平衡位置运动的趋势，惯性力 又有使变形继续下去的趋势，从而水面不断 地起伏、形成风浪。
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• 2、风浪要素 • 1）风速
面，转速剧增，并伴有强烈振动的现象称为 螺旋桨飞车。
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• 环境条件
与耐波性 之间的关 系
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五、研究耐波性的必要性
• 自1953年丹尼斯等引入线性迭加原理和科文-
克劳科夫斯基提出切片理论以来，现代耐波 性理论迅速发展。船舶性能的优劣，主要看 它在实际海洋环境中的性能。过去，船舶的 设计师们对船舶性能的研究多侧重在船舶在 静水中的性能，特别是静水中航行的快速性。 但是，大量事实表明，一艘在静水中航行性 能优良的船舶，在波浪上的航行性能并不一 定是优良的，船舶耐波性的优劣直接关系到 船舶的适居性、航行使用性和安全性。
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§2-3 不规则波的理论基础
• 一、不规则波基本概念 • 1、确定性的数量关系 • 2、统计关系 • 在所有可能出现的波高中，不同大小的波高
占总数的比例是一个比较稳定的值。
• 我们只要掌握经过大量试验所表现出的统计
规律，就从总体上掌握了不规则波的特性。 对于不规则波所引起的船舶运动及其他特性 也是如此。
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六、耐波性与船舶摇荡
• 船舶耐波性和船舶摇荡显然不是一回事。 • 但是船舶摇荡是耐波性的主要内容，耐波性
所涉及的其他内容主要是由船舶摇荡引起的， 因此估计船舶摇荡是评定耐波性最基本的条 件。
• 根据船舶摇荡可以定量地计算出保抨击、上
浪、飞车等性能。一般来说，船舶摇荡较缓 和，则耐波性也较优良。
• 即使仅从耐波性角度考虑，对吃水的要求
也是矛盾的，因此需要全面均衡、决定吃 水的大小。
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• 4、初稳性高
• 1）初稳性高是船舶安全的重要衡准，同时也
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• 4、风浪等级
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5、海况等级
• 风作用于海面不仅产生不同尺度的风浪，
同时也使海面的外貌发生变化，例如出现 浪花、飞沫等现象。
• 海面的外部特征取决于风速和风时，也和
风区特点有很大关系，受到海岸、岛屿、 水探等因素的影响。在风宣接或间接作用 下的海面所呈现的外貌称为海况。一般习 惯把海况从0到9共分成10级，其要点见表 2-12。
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 大的速度落入水中而发生猛烈的撞击。
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• 3、上浪 • 船舷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。
八、耐波性的影响因素
• 船舶耐波性由许多基本的耐波性因素所决定，
通常包括六自由度的运动以及诸如甲板上浪、 螺旋桨出水、船首砰击等耐波性事件和晕船率 等。由于影响船舶耐波性的因素较多，各种耐 波性因素的作用程度是不一样的，而且根据某 些基本的耐波性因素本身是很难判定一个船舶 或一个新的船舶设计是否具有良好的耐波性。 对船舶耐波性的影响，不是单因素的影响，而 是所有因素共同作用的结果。
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第二章 海浪与统计分析
§2-1 海浪概述
• 海浪主要指表层海水受外力影响而发生的起
伏现象。引起海浪的原因是很多的：
• 例如，由风引起的风浪，由日月引力引起的
潮波，由地震引起的海啸以及船行波等。
• 在海上分布最广、出现频率最多、对航行影
响最大的是由风兴起的风浪。
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• 1、风浪的产生
• 笼罩在海洋上的空气流动的结果，使海面所
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• 2、不规则波的叠加原理 • 叠加思想是处理不规则波的基本思想。
• 1）长峰波（二因次不规则波） • 2）短峰波（三因次不规则波）
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• 二、随机过程 • 1、正态分布 • 风浪波面升高的瞬时值满足正态分布的概率
密度表达式，其形式为
• 根据正态分布的特点可知：若认为波浪是正
态的，则由波浪所引起的船体运动、船体应 力、航行中螺旋桨推力与转矩的变化等，所 有这些过程的瞬时值都是正态分布的。
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• 2、瑞利分布 • 瞬时值服从正态分布的平稳随机过程，其幅
值(或包络)服从瑞利分布。
• 因此，风浪的波幅值、摇荡幅值和应力幅恒
等都服从瑞利分布。
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• 3、泊松分布
• 船舶砰击和甲板上浪服从泊松分布，它们是
计数的随机过程，表示事件发生的次数。在 海上船体发生砰击是随机的，有时一艘船会 以不同程度连续砰击，然后再在一个相当长 的时间内无砰击发生，以后又突然发生一严 重砰击。
作条件。
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