第一章 船舶操纵基础0203(船长)

• （3）舵面积比（AR/Lpp×d） • 其他条件相同时，舵面积比大，舵 的转船力矩增大，使旋回性变好， 旋回圈减小。但同时也增加了旋回 阻矩，超过了一定值后，旋回圈会 有所增大。因而一定类型的船舶都 有一个最佳的舵面积比值。
• 3）船舶吃水因素 • （1）吃水 • 在船舶其他条件（吃水差、主机转速和船速）不 变的情况下，一般船舶均有舵面积比随吃水变深 而降低的趋势，舵力转船力矩减小，而且随着吃 水的增加，船舶绕重心G的垂直轴的转动惯量也 将增加，所以船舶初始旋回缓慢。因此，若其他 条件相同，吃水大的满载船的进距将有较大增长。 此外，随着吃水的增加，旋转时进距加大，横距、 旋回初径也将有所增加，但反移量有所减小。
• 最大外倾角θm的大小除与影响定常外倾角 因素有关外，还与操舵速度有关。
• 操舵速度越快， θm越大，瞬时最大外倾角 θm约为定常外倾角θc的1-2倍。
（11）旋回时间
①定义：
旋回时间是指船舶旋回360°所需的时间。
②影响因素：
它与旋回初始船速、排水量有密切关系。排 水量大，旋回时间增加；船速提高，旋回时 间缩短。
四、旋回圈要素在实际操船中的应用 （一）尾反移量的应用 1.人落水时：应立即操落水者一舷满 舵，并停车，使船尾迅速摆离落 水者，以免使之卷入螺旋桨。 2.前方发现障碍物时：应立即操满舵 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。
3、离泊时：当船首已摆出码头，拟进 车离泊时，如很快操大舵角进车 离泊，则会因为船尾外摆较大而 触碰码头。所以应适当减速，用 小舵角慢慢驶离。 4、船舶过弯道时：如船速快，大舵角 转向，则会产生较大的船尾反移 量，因此应保持足够的船岸间距。
（10）旋回中横倾 ①船舶操舵后，船舶开始出现少量 内倾，随后船舶有内倾变为外倾， 在由内倾向外倾的过程中，由于船 舶横向摇摆惯性的原因，会出现最 大外倾角θm，这是旋回的过渡阶 段尤其应注意的危险现象。进入定 常旋回阶段，船舶将稳定在一定常 外角θc。
②外倾角大小的估算 ：
tanθc =Vtr· GB / g· GM 式中：GM：初稳性高度（m）； GB：重心浮心间距（m） Vt：定常旋回切线速（m/s）； r：角速度（m/s）； g：重力加速度（m/s2）；
• T>0,且T值越大，回转角速度ｒ衰减越慢， 航向稳定性越差。 • T<0,船舶将不断偏转下去，船舶不具备航 向稳定性。
• 2、经验判断：航进很少用舵较好保向。 • 3、实船实验结果，螺旋试验（正螺旋试验和逆螺 旋试验）（转头角速度与舵角的关系；单值对应 和多值对应）。试验目的用于评价船舶航向稳定 性的好坏。
• （4）旋回方向 • 右旋单车，旋回初径左小右大
• 2）水线下船型因素 • （1）方型系数Cb • 方型系数较小的瘦削型船（Cb 0.6）较方型系数较大的肥大型船 （Cb 0.8）旋回性差得多。即Cb 越大，旋回性越好，旋回圈也越小。
• （2）水线下船体侧面积 • 船首水线下侧面积分布较多，船尾 水线下侧面积分布较少，例如船首 有球鼻首或船尾比较削尖得船，旋 回时阻矩较小，旋回圈较小，但航 向稳定性变差。
（1）螺旋试验 是从右满舵开始，经零舵角至左满舵，依次逐渐 慢慢减小舵角，而后以同样的方法从左满舵回到 右满舵进行各舵角旋回，测得各舵角与对应的 定常旋回角速度γ之间的关系,如图所示：
如属于aoa’ oa曲线形式的，是单 γ（右） 值对应，该船具有航向稳定性。 A B C a 如曲线呈现ABCDA’DECBA，带 有环形BCDE这种曲线形式的， （右） 则不具备航向稳定性。该曲线的 O b c 环形范围越宽、面积越大，则船 E f D 舶的航向稳定性越差。如果环宽 γ（左） 大于20°，则操纵船舶就会变得 很困难。
• （4）旋回直径D • 是指船舶作定常 旋回运动时，重 心轨迹圆的直径， 亦称旋回终径， 以D表示，一般 为旋回初径的 0.9-1.2倍。
• （5）滞距Re
• 滞距是指从操舵 开始时，船舶重 心至定常旋回曲 率中心的纵向距 离。又称心距， 以Re表示，一般 为1-2倍的船长。
（6）反移量Lk ①定义：是指操 舵后，船舶重 心在旋回初始 阶段从原航向 向操舵相反一 侧横移的距离， 又称偏距。
（2）横距Tr
是指开始操舵到航向 转过任一角度时船舶 重心向操舵一侧移动 的横向距离。通常所 说的横距是指当航向 转过900时的横距， 以Tr表示，约为旋回 初径的一半。
• （3）旋回初径DT • 是指开始操舵到航 向转过180 o时重心 所移动的横向距离。 该值越小，船舶的 旋回性能越好，以 DT表示，一般为36倍的船长。
• （2）操舵时间 • 按SOLAS公约将舵自任何一舷的35°转至 另一舷的30°的时间应不超过28S。在实际 操船中一般认为从正舵位置操舵至最大舵 角35°需要15S。如果操舵时间超过15S， 则所需时间越长，旋回圈变大，心距、进 距而变大，横距所受影响较小。
• （3）船速 • 除船速很低或高速船高速航行中旋回之外， 在一般商船速度范围内，船速对旋回初径 的影响却很小，船速增加，旋回初径将稍 微变大。但船速对旋回时间影响明显，船 速越快，旋回时间大大缩短。 • 值得注意的是，主机的使用方式对船舶旋 回圈的大小有明显的影响，船舶在航进中 减速旋回时，旋回圈将增大；相反，船舶 在静止中或低速中加车进行旋回，即旋回 加速，旋回圈明显变小。
（二）航向稳定性的判别 1、 T指数判别 船舶在保持正舵条件下， 外界干扰消失任意时刻 t，船舶偏转原航向转头 角度R,得操纵运动方程：
r = r ０ e–t/T r ０为外界干扰消失后的初始 回转角速度。

T<0
T>0
o
T值较大 T值较小
t
• T>0,且T值越小，回转角速度ｒ衰减越快，船
舶很快稳定在新航向上。
②大小：满舵旋回时，当船舶回转达
到一个罗经点时，反移量达到最大值， 约为1%L。但在实际操船时，更应注 意船尾部向操舵相反一侧的船尾反移 量，而船尾反移量的最大值可达船长 的1/10~1/5。船速、舵角越大，反移 量越大。
（7）船舶漂角 ①定义：船舶首尾线与首尾线上任意一点 的切线速度方向的夹角，一般指船舶重 心处。船舶定常回转时，漂角为常数 约为G=3º-15º。船舶首尾线不同点处 的漂角值各不相等，船尾处的漂角最大 。 ②特征：漂角越大 回转圈越小
回转性越好
（8）船舶转心P 定义：由船舶旋回曲率中心O点 作船舶首尾线的垂线，垂足 点P即为转心。 特性： ①转心处的漂角为零，转心处 无横移速度。 ②漂角大，旋回性能好的船舶， 转心越靠前。 转心P 的位置： ①开始操舵时约在重心稍前处。 ②进入定常旋回时，转心P约在 船首柱 后1/3~1/5船长处。
（9）旋回速降 ①原因：斜航阻力、舵阻力、 惯性离心力的纵向分力增加以 及推进器效率降低。进入定常 旋阶段船速下降达到最大值并 稳定在一个定值上。一般可降 速1/4-1/2。
• ②定常旋回时的船速Vt与旋回开始的初
始船速V0的比值Vt/V0称为速降系数。 旋回中船速下降与DT/L（相对旋回初径） 的关系，DT/L越小，即速降剧烈，旋回 性越好，速降越明显，Vt/V0越小 。 • ③肥大型船旋回中降速比瘦削型船大。 同样，由于船舶在浅水中得旋回性变 差，所以浅水中的旋回速降就小一些。 实船试验：旋回性能好的船舶（ DT/L =3），可降速40﹪-50﹪。
（二）其他要素的应用 1.最晚施舵点：两船对遇时，进距之和 可用来估算最晚施舵点。 2.心距可用来估算两船对遇时用舵无法 让开的距离。 3.掉头所需水域：旋回初径和进距可用 来估算用舵旋回掉头所需水域的大 小。
三、船舶航向稳定性与保向性
• （一）航向稳定性的定义 • 是指船舶在受外界瞬时干扰作用， 船首发生偏转，当干扰消除后，在 保持正舵的条件下，船舶转头运动 将如何变化的性质。称为航向稳定 性。
• 2）吃水差 • 船舶尾倾时旋回圈变大，尾倾量每 增加1％船长，旋回初径增加约10 ％。反之，首倾量每增加1％船长， 旋回初径月减小10％。 • 高速船在高速航行时，由于船尾下 沉，增加尾倾，所以旋回圈增大。
• 4）其他因素 • （1）横倾 • 总的来说，横倾对旋回圈影响不大。 船舶在前进时如存在横倾，船首受其 影响会发生偏转。低速时，推力—阻 力转矩的作用下，推首向低舷侧偏转， 若向低舷侧旋回，旋回圈小；高速时， 首波峰压力转矩主要作用下，推首向 高舷侧偏转，若向高舷一侧旋回，旋 回圈小。
• 2、方向稳定性 • （1）定义：当干扰消除后，在船舶保 持正舵的条件下，若船舶最终能恢复 到原来的航线上作直线运动，仅仅是 与原来运动轨迹存在一横向偏量，则 称船舶具有方向稳定性或静航向稳定 性。
• （2）型态：
• （3）特点：船舶越首倾，船体侧面积 在船首分布越多，静航向稳定性就越 差。
3、位置稳定性 （1）定义： 当干扰消除后，在船舶保 持正舵的条件下，若船舶最终自行能恢 复到原来的航线上去，航向与原航相同， 且运动轨迹没有偏离，则具有位置稳定 性； （2）型态：
②转头角速度达到最大并稳定于该值。 ③船舶降速达到最大值。 ④外倾角、横移速度也趋于稳定。
2、旋回圈要素及影响旋回圈大小的因素 1）旋回圈要素 定速直航（一般是全速）的船舶操一定舵角（一般是满 舵）后，船舶将作旋回运动，其重心所描绘的轨迹称旋回圈。
Tr
Admax
DT
Lk
β
（1）进距(纵距)Ad 是指开始操舵到航 向转过任一角度时 重心所移动的纵向 距离，又称纵距。 通常所说的纵距是 指航向转过90o时 的进距，以Ad表示， 一般为旋回初径的 0.6-1.2倍。
③大小：
一般万吨船快速满舵旋回的时间约6min， 而超大型船舶的旋回时间则几乎要增加一倍。
3、影响旋回圈大小的因素 • 1）操舵方面的因素 • （1）舵角 • 在极限舵角范围内，舵角大小与旋回 初径的关系：舵角增大，旋回初径变 小。在所操舵角为15°以下时，多角 越大。旋回初径明显减小。所操舵角 大于15时，随着舵角增加，旋回初径 减小的幅度减小。
• 根据外界干扰消除后船舶运动状态的不同 可分为以下几种情况：
• 1、直线运动稳定性 • （1）定义：指的是当外界干扰消除后，船 舶偏离原航向在不用舵纠偏的情况下，能 尽快地稳定于新航向的性能。称直线运动 稳定性或动航向稳定性。 • （2）型态
原航向
新航向
• （3）特点：稳定得较快、惯性转头角 较小的船，其动航向稳定性较好；稳 定的较慢、惯性转头角较大的船，其 动航向稳定性较差；一直转头不停而 偏转下去的船，则不具备动航向稳定 性。一般所说的船舶航向稳定性指的 是动航向稳定性，即船舶直线运动稳 定性。
2）第二阶段——过渡阶段 （1）定义：转舵阶段结束至船舶进入定常 旋回运动阶段的中间 阶段。随着船舶 斜航运动的出现，同时船首回转不断 发展，漂角增大。 （2）特征： ①船速明显下降。 ②船舶重心开始正向横移。 ③船舶加快向朝舵一侧偏转。 ④船体开始外倾。
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3）第三阶段-定常旋回阶段
（1）定义：船舶作匀速圆周运动时即进入 定常旋回运动阶段。 （2）特征： ①船体所受合力矩、旋回角加速度为零。
• （2）浅水 • 在深、浅水中，舵力变化不大，但 浅水中旋回时阻力明显增加，因此 旋回圈变大，漂角减小。当水深与 吃水之比小于2时，旋回圈将明显 增大。
（3）污底和风流 （1）船体污底越多，摩擦阻力增加， 旋回圈变大，但影响很小。 （2）顶风顶流将使纵距减小，顺风 顺流将使纵距增大。 （3）船舶旋回方向与螺旋桨旋转方 向一致，旋回圈将有所增大，反之 则有所减小。
二、船舶的旋回性能
定速直航的船舶 操某一大舵角后 进入定常旋回的 运动性能称为船 舶的旋回性能。 它是船舶操纵性 能中极为重要的 一种性能。
1、船舶旋回运动 过程及其特征 船舶在作旋回 时根据其旋回过程 中的运动状态的不 同，可将船舶的旋 回运动分为三个阶 段：
1）第一阶段——转舵阶段 （1）定义：船舶从开始转舵起至转至指 定舵角止（约8~15s），称为转舵阶段。 （2）特征： ①船速下降。 ②船舶重心反向横移。 ③船首朝操舵一侧偏转。 ④船舶内倾。