航向稳定性的概念和试验
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完整稳性-国内航行(验船师培训)
GZ = ls – ZG*SINΘ – δGZ （2）或按照现有规则推荐的表格估算
稳性计算中涉及的几种开口
1、风雨密开口：关闭后任何风浪情况下风、雨、浪不能透入船体内部： 第一层甲板室的门（甲板内有开口通向主船体内） 第一层上层建筑甲板上的门及窗 第二层甲板室的门 货舱口、空气管、人孔及其它通向主船体以下的小舱口等
1、特点： 旅客多、航速大、受风面积大、干舷小、船体相对较瘦
2、两种倾覆模式： 全速回航（仅考虑稳定回转阶段） 旅客集中一舷
3、要求： 以上两种模式单独考虑，导致的倾角均不超过100
4、校核的标准装载工况：满载出／到港、压载出／到港、满客无 货出／到港
国际/国内航行特殊稳性要求－运木船
1、特点： （1）甲板上装载大量的木材 （2）木材淹没时可提供额外的浮力 （3）木材吸水导致货物重量增加 （4）在冰区航行，木材结冰量较常规大很多
(m)
蒲式风级 Beaufort wind scale
海事局规 定的
抗风等级
遮蔽航区
≤22
≤2
≤66Biblioteka 沿海航区≤22≤4
≤6
6
近海
≤31
≤6
≤8
7
远海
≤42
≤8
≤10
8
风速超越概率都取为<1%
4、海船完整稳性衡准
1、基本稳性衡准 是对GZ曲线的基本要求
2、气象衡准 是风浪联合作用下抗倾覆衡准
3、规则 国内航行：2004《国内航行海船法定检验技术规则》, L>=20m
（2）自由液面影响 消耗液体舱、液货舱、航行途中装载率变化的 液体舱
复原力臂计算－液面修正方法
1、升高重心法 GZ = ls – （ZG＋FSC)*SINΘ GM1=GM – FSC （FSC为液面惯性矩除以排水量）
稳性计算中涉及的几种开口
1、风雨密开口：关闭后任何风浪情况下风、雨、浪不能透入船体内部： 第一层甲板室的门（甲板内有开口通向主船体内） 第一层上层建筑甲板上的门及窗 第二层甲板室的门 货舱口、空气管、人孔及其它通向主船体以下的小舱口等
1、特点： 旅客多、航速大、受风面积大、干舷小、船体相对较瘦
2、两种倾覆模式： 全速回航（仅考虑稳定回转阶段） 旅客集中一舷
3、要求： 以上两种模式单独考虑，导致的倾角均不超过100
4、校核的标准装载工况：满载出／到港、压载出／到港、满客无 货出／到港
国际/国内航行特殊稳性要求－运木船
1、特点： （1）甲板上装载大量的木材 （2）木材淹没时可提供额外的浮力 （3）木材吸水导致货物重量增加 （4）在冰区航行，木材结冰量较常规大很多
(m)
蒲式风级 Beaufort wind scale
海事局规 定的
抗风等级
遮蔽航区
≤22
≤2
≤66Biblioteka 沿海航区≤22≤4
≤6
6
近海
≤31
≤6
≤8
7
远海
≤42
≤8
≤10
8
风速超越概率都取为<1%
4、海船完整稳性衡准
1、基本稳性衡准 是对GZ曲线的基本要求
2、气象衡准 是风浪联合作用下抗倾覆衡准
3、规则 国内航行：2004《国内航行海船法定检验技术规则》, L>=20m
（2）自由液面影响 消耗液体舱、液货舱、航行途中装载率变化的 液体舱
复原力臂计算－液面修正方法
1、升高重心法 GZ = ls – （ZG＋FSC)*SINΘ GM1=GM – FSC （FSC为液面惯性矩除以排水量）
操纵(第02课)
t=0.004
D
. V0 R0
S=0.101
D
. V02 R0
式中: D为船舶排水量(t)； VRt为00为为时V船间0舶时(m的的in定船)；常舶速阻度力((kt)n；)； S为启动惯性距离(m)。 根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到定常速
度，满载船舶约需航经20倍船长左右的距离，轻载时约为 满载时的1/2～2/3。
2．影响船舶保向性的主要因素
1）船型 2）载态 3）舵角 4）船速
水下船型是决定船舶转头阻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。它们对保向性均有很大影响。表 现在：
（1）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。
（2）尾倾较首倾时的保向性好。
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。
其它因素:
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。
第三节 船舶变速运动性能
= r.dt = r 0.e-t/T.dt = r0 . T
0
0
由上式可知，当干扰过去之后，船舶因干扰而 造成的偏航角应由干扰的大小（这可由干扰造 成的初始转头角速度来确定）和航向稳定性指 数T值的大小来决定；而同样干扰情况下，航 向稳定性好的船舶，干扰造成的偏航角也应该 低。
二、船舶航向稳定性的判别
1．根据航向稳定性指数判别 2．根据船舶的线型系数判别
船舶航向稳定性指数T＞0，说明船舶 具有航向稳定性，且T值为越小的正 数，船舶的航向稳定性越好。航向稳 定性指数T＜0，则说明船舶不具有航 向稳定性。船舶追随性好的船舶可以 同时判断为航向稳定性好的船舶。
船舶操纵2
• 船舶的追随性指数
– – – – T （turning lag index），单位为秒； T=I/N=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
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
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
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： =r0T
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。
航向稳定性的概念和试验
强度的提高和航向稳定性的改善。
新技术在航向稳定性中的应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
新技术的应用能够提高航向稳定性，例如智能控制技术、 传感器技术等。
随着智能化技术的发展，智能控制技术和传感器技术在航 向稳定性控制中得到广泛应用。通过实时监测船舶的运动 姿态和航向变化，智能控制系统能够快速响应，自动调整 船舶的航向，保持航向的稳定性。同时，新型传感器技术 的不断发展，也为航向稳定性的监测和调控提供了更准确 、更可靠的数据支持。
航向稳定性的概念和试验
目 录
• 航向稳定性概念 • 航向稳定性试验 • 航向稳定性在飞行器设计中的应用 • 航向稳定性与其他飞行性能的关系 • 未来航向稳定性的研究方向
01 航向稳定性概念
定义
航向稳定性是指船舶在受到外力干扰 后，能够自动恢复到原航向或预定航 向的能力。
航向稳定性是船舶性能的重要指标之 一，直接关系到船舶的安全和航行效 率。
航向稳定性不佳可能导致飞机偏离最佳航线，增加油耗和飞行时间，降低飞行效率。
航向稳定性与其他飞行性能的相互影响
航向稳定性与飞行稳定性密切 相关，良好的航向稳定性有助 于提高飞机的整体稳定性。
航向稳定性对飞机操纵性也有 重要影响，稳定的航向使得飞 行员能够更准确、迅速地操纵 飞机。
航向稳定性与飞行品质息息相 关，它直接影响着乘客的舒适 度以及飞行员的工作负荷。
报告撰写
撰写试验报告，将试验过程、方法、结果和结论进行详细记录和整理， 为后续的船舶设计、建造和运营提供参考和依据。
03 航向稳定性在飞行器设计 中的应用
飞行器设计中的航向稳定性考虑
飞行器航向稳定性是指飞行器在受到 扰动后，能够自动恢复到原航向或预 定航向的能力。在飞行器设计中，航 向稳定性是重要的性能指标之一，直 接关系到飞行安全和任务执行效果。
新技术在航向稳定性中的应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
新技术的应用能够提高航向稳定性，例如智能控制技术、 传感器技术等。
随着智能化技术的发展，智能控制技术和传感器技术在航 向稳定性控制中得到广泛应用。通过实时监测船舶的运动 姿态和航向变化，智能控制系统能够快速响应，自动调整 船舶的航向，保持航向的稳定性。同时，新型传感器技术 的不断发展，也为航向稳定性的监测和调控提供了更准确 、更可靠的数据支持。
航向稳定性的概念和试验
目 录
• 航向稳定性概念 • 航向稳定性试验 • 航向稳定性在飞行器设计中的应用 • 航向稳定性与其他飞行性能的关系 • 未来航向稳定性的研究方向
01 航向稳定性概念
定义
航向稳定性是指船舶在受到外力干扰 后，能够自动恢复到原航向或预定航 向的能力。
航向稳定性是船舶性能的重要指标之 一，直接关系到船舶的安全和航行效 率。
航向稳定性不佳可能导致飞机偏离最佳航线，增加油耗和飞行时间，降低飞行效率。
航向稳定性与其他飞行性能的相互影响
航向稳定性与飞行稳定性密切 相关，良好的航向稳定性有助 于提高飞机的整体稳定性。
航向稳定性对飞机操纵性也有 重要影响，稳定的航向使得飞 行员能够更准确、迅速地操纵 飞机。
航向稳定性与飞行品质息息相 关，它直接影响着乘客的舒适 度以及飞行员的工作负荷。
报告撰写
撰写试验报告，将试验过程、方法、结果和结论进行详细记录和整理， 为后续的船舶设计、建造和运营提供参考和依据。
03 航向稳定性在飞行器设计 中的应用
飞行器设计中的航向稳定性考虑
飞行器航向稳定性是指飞行器在受到 扰动后，能够自动恢复到原航向或预 定航向的能力。在飞行器设计中，航 向稳定性是重要的性能指标之一，直 接关系到飞行安全和任务执行效果。
飞行原理：飞机的平衡、稳定性与操纵性
飞机的方向稳定性只能保持侧滑角，而丌能保持飞机的航向丌 发。
5横侧稳定性
飞机的横侧稳定性是指飞机在飞行中，叐微小扰动以至横侧平衡遭 到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。
稳定
5.1横侧稳定力矩
1、机翼上反角产生横侧稳定力矩
飞机受扰带左 坡度
作曲线运动， 左侧滑
X
5.2横侧平衡的保持
如何保持横侧平衡？ 左压盘
X
偏转副翼
横侧操纵 力矩
平衡滚转 力矩变化
保持横侧 平衡
提问&复习
飞机重心位置及转动轴？ 影响俯仰平衡、方向平衡、横侧平衡的力矩分别有哪些？ 收放襟翼、起落架对俯仰平衡的影响？ 加减油门对飞机平衡的影响？
33
小结
1、飞机重心位置及转动轴
2、飞机的平衡 俯仰平衡 方向平衡
Y Z
O
X
2.1飞机的轴系运动
绕横轴（OZ轴）——俯仰运动
2.1飞机的轴系运动
绕纵轴（OX轴）——滚转运动
2.1飞机的轴系运动
绕立轴（OY轴）——偏转运动
2.2飞机的平衡
飞机的平衡：作用于飞机上的所有外力不外力矩总和为零的飞 行状态。
飞机的平衡可分为？
3俯仰平衡
飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之和为零，保持 迎角丌发。
增大
横侧稳定性强
5.1横侧稳定力矩
3、机翼上下位置的影响----下单翼飞机
飞机受扰带坡 度
侧滑前翼上表 面气流受机身
阻挡
流速减慢，压 力增大，升力
减小
横侧稳定性弱
5.2横侧阻尼力矩
1、飞机横侧阻尼力矩主要由机翼产生的
受扰恢复原飞 行状态时
形成与运动方 向相反的相对
5横侧稳定性
飞机的横侧稳定性是指飞机在飞行中，叐微小扰动以至横侧平衡遭 到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。
稳定
5.1横侧稳定力矩
1、机翼上反角产生横侧稳定力矩
飞机受扰带左 坡度
作曲线运动， 左侧滑
X
5.2横侧平衡的保持
如何保持横侧平衡？ 左压盘
X
偏转副翼
横侧操纵 力矩
平衡滚转 力矩变化
保持横侧 平衡
提问&复习
飞机重心位置及转动轴？ 影响俯仰平衡、方向平衡、横侧平衡的力矩分别有哪些？ 收放襟翼、起落架对俯仰平衡的影响？ 加减油门对飞机平衡的影响？
33
小结
1、飞机重心位置及转动轴
2、飞机的平衡 俯仰平衡 方向平衡
Y Z
O
X
2.1飞机的轴系运动
绕横轴（OZ轴）——俯仰运动
2.1飞机的轴系运动
绕纵轴（OX轴）——滚转运动
2.1飞机的轴系运动
绕立轴（OY轴）——偏转运动
2.2飞机的平衡
飞机的平衡：作用于飞机上的所有外力不外力矩总和为零的飞 行状态。
飞机的平衡可分为？
3俯仰平衡
飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之和为零，保持 迎角丌发。
增大
横侧稳定性强
5.1横侧稳定力矩
3、机翼上下位置的影响----下单翼飞机
飞机受扰带坡 度
侧滑前翼上表 面气流受机身
阻挡
流速减慢，压 力增大，升力
减小
横侧稳定性弱
5.2横侧阻尼力矩
1、飞机横侧阻尼力矩主要由机翼产生的
受扰恢复原飞 行状态时
形成与运动方 向相反的相对
4.4航向稳定性
干扰过后的任意时刻角速度(+) 干扰过后的任意时刻角速度(+) ɺ 一阶近似操纵方程 T ⋅ r + r = Kδ 正舵，干扰消失时刻（t=0）获得的初始回转角 速度为r0，则此后任意时刻船舶偏离航向的角速 t − 度r为 r = r0 ⋅ e T (1) 解算过程
T⋅ dr 1 1 +r =0 dr = − dt dt r T t 1 1 ∫ r dr = ∫ − T dt ln r = − T + C
2010年11月21日星期日
武汉理工大学航运学院
14
r(右)
δ(左)
δ(右)
不稳定010年11月21日星期日
武汉理工大学航运学院
15
4.5保向性（+） 保向性（ ） 保向性
1、概念
由舵工（或自动舵），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。 保向性的好坏与航向稳定性有关，也与操舵人员的技 能和熟练程度有关，还与自动舵、舵机的性能有关。 自动装置：
船型：方型系数、长宽比、船体水下首尾侧面积分布 等。 载态：轻载好于满载时的保向性（受风另论），尾倾 好于首倾。 舵角：航向稳定性好，小舵角即可保向；航向稳定性 差，大舵角才可保向。 船速：船速提高，保向性变好。 船速提高， 船速提高 保向性变好。 其它：浅水变好，顺风浪流变差。
2010年11月21日星期日
首倾越大，船首水中侧面积分布越多，航向稳定性越差。 超大型船：航向稳定性差，旋回性好。
3、根据r-T值判断
由（1）式，干扰消失后任意时刻的角速度：
− t T
r = r0 ⋅ e
2010年11月21日星期日
(1)
9
武汉理工大学航运学院
T＞0，且T较小时，角速度很快趋向于0，船舶很快稳定在新 航向上，航向稳定性好； T＞0，且T较大时，角速度较慢趋向于0，船舶较慢稳定在新 航向上，航向稳定性差； T＜0，角速度不断增大，船舶不具备航向稳定性。
【答题参考要点】船舶操纵、值班与避碰简答题(终稿)
船舶操纵、值班与避碰部分简答题参考要点操纵简答题1、前航中船舶受到扰动后，船舶运动的稳定性有哪几种，船舶的航向稳定性指的是什么？（20页）答：1）种类：直线运动稳定性、方向稳定性、位置稳定性。
2）概念：指船舶在直线航行过程中受到某种扰动而改变了原航向，当扰动消失后，不经过操纵就能在新航向上自动恢复直线运动的能力。
2、何谓船舶的动航向稳定性，如何判别？（20页）答：1）概念：见第1题（动航向稳定性即直线运动稳定性）。
2）判断：直接判断参数和间接判断参数。
（1）直接判断是通过实验结果获得，分为螺旋试验（视结果是否存在滞后环，若不存在则具有航向稳定性；反之则不具备）和回舵试验（视其结果是否存在残存角速度，若存在则不具有；反之则具有航向稳定性）；（2）间接判断：T为正值，船舶具有航向稳定性，T值越小，航向稳定性越好，反之越差；T为负值，则不具备（21-22页）。
3、简述影响船舶保向性的因素。
（21页）答：①航向稳定性。
②较高的干舷将降低船舶在风中航行时的保向性。
③操舵人员的技能及熟练程度。
④自动舵、舵机的性能。
⑤外界环境条件。
4、简述影响给定船舶旋回直径大小的因素。
（24页）答：方形系数、水下侧面积形状、舵角、舵面积、船速、吃水等因素。
5、试述影响船舶旋回直径大小的船型因素。
（24页）答：型长L、型吃水d，L/d与船舶的旋回性有关，比值越小船舶的灵活性越好，旋回性能也就越好，旋回直径越小。
6、简述超大型船舶的操纵性特点。
（39页）答：（1）惯性较大（2）浅水效应、岸壁效应明显（3）去舵效的船速较高（4）主机功率不足（5）风、流等外界环境的影响明显7、何谓滑失？对螺旋桨推力、排出流、舵效有何影响？（44页）答：1）滑失：指桨理论上应能前进的速度与对水的实际速度之差。
2）作用：（1）滑失能够提高螺旋桨推力，回收一部分（伴流）能量；滑失越大，螺旋桨的推进效率越低。
（2）滑失比增大，则螺旋桨的转速增大，排出流速度增大。
(4)航向稳定性的概念与试验
航向稳定性的概念
• 1.航向稳定性是指直航船受外力干扰而偏离航向，外力消失后_______. • 船舶自动恢复直线运动的性能 • 2.船舶航向稳定性是指______. • 直线运动稳定性 • 3.船因受外力而转头，当外力消失后操正舵可稳定于新航向，则该船具有
_____。 • 直线运动稳定性 • 4.船舶因受外力而转头,当撤去外力操正舵，船舶仍可稳定于新航向的性质为
_____. • 动航向稳定 • 5.直航船舶受到干扰而偏离直线运动，当干扰过去以后，在不用舵纠正的情
况下，船舶不能恢复直线运动，我们称其______. • 航向不稳定 • 6.当干扰过去以后，在不用舵纠正的情况下，船一直偏下去的性能，我们称
其为_____. • 动航向不稳定
航向稳定性的概念
• 以上1-6题的解释:航向稳定性是指直航船受外力 干扰而偏离航向，外力消失后，船舶能否自动恢 复直线运动的性能，也称为直线运动稳定性或动 航向稳定性。当干扰过去以后，在不用舵纠正的 情况下，船舶不能恢复直线运动，我们称其航向 不稳定或动航向不稳定;干扰消失后，其重心轨迹 最终回复为与原航线平行的另一直线(航向不发生 变化)，称为方向稳定性，也称为静航向稳定性;干 扰消失后，其重心轨迹最终回复为与原航线的延 长线上称为位置稳定性。
航向稳定性的概念
• 11.目前船舶装备的航向自动舵，它所能保 证的是船舶的----
• 方向稳定
• 解释:航向自动舵能够保证船舶行驶在预定 航向上，即方向稳定。
航向稳定性的判断
• 12.船舶的航同稳定性将因哪项因素不同而不同。
• ①排水量、船型;②船速、转速;③受限水域的影响 • • 13.超大型船的操纵性一般具______有特征。
• 动航向不稳定
• 1.航向稳定性是指直航船受外力干扰而偏离航向，外力消失后_______. • 船舶自动恢复直线运动的性能 • 2.船舶航向稳定性是指______. • 直线运动稳定性 • 3.船因受外力而转头，当外力消失后操正舵可稳定于新航向，则该船具有
_____。 • 直线运动稳定性 • 4.船舶因受外力而转头,当撤去外力操正舵，船舶仍可稳定于新航向的性质为
_____. • 动航向稳定 • 5.直航船舶受到干扰而偏离直线运动，当干扰过去以后，在不用舵纠正的情
况下，船舶不能恢复直线运动，我们称其______. • 航向不稳定 • 6.当干扰过去以后，在不用舵纠正的情况下，船一直偏下去的性能，我们称
其为_____. • 动航向不稳定
航向稳定性的概念
• 以上1-6题的解释:航向稳定性是指直航船受外力 干扰而偏离航向，外力消失后，船舶能否自动恢 复直线运动的性能，也称为直线运动稳定性或动 航向稳定性。当干扰过去以后，在不用舵纠正的 情况下，船舶不能恢复直线运动，我们称其航向 不稳定或动航向不稳定;干扰消失后，其重心轨迹 最终回复为与原航线平行的另一直线(航向不发生 变化)，称为方向稳定性，也称为静航向稳定性;干 扰消失后，其重心轨迹最终回复为与原航线的延 长线上称为位置稳定性。
航向稳定性的概念
• 11.目前船舶装备的航向自动舵，它所能保 证的是船舶的----
• 方向稳定
• 解释:航向自动舵能够保证船舶行驶在预定 航向上，即方向稳定。
航向稳定性的判断
• 12.船舶的航同稳定性将因哪项因素不同而不同。
• ①排水量、船型;②船速、转速;③受限水域的影响 • • 13.超大型船的操纵性一般具______有特征。
• 动航向不稳定
8船舶航向稳定性8解析
时间；试验结果列表填写记录，并作出（ — t ）曲线，计
算5min内平均操舵的角度和次数。
衡量指标：5min内平均操舵的角度和次数。
内河船舶规范中规定：正常天气下，操舵角度在2°～3° 以内，每分钟次数不多于10～12次为好。
（3）回舵操纵试验（回直试验、脱开试验）
试验目的：测定航向不稳定回线环高度。
1．船型
Cb
（1）船型系数 L 小， 船舶瘦长航向稳定性好，保向
性好。
B
（2）尾鳍大 航向稳定性好，保向性好。
（3）水上受风面积大 保向性差。
2．浮态
（1）吃水小船舶保向性＞吃水大船舶 （2）尾纵倾船舶保向性＞首纵倾
3．舵角 船舶航向稳定性好，则用小舵角即可保向； 船舶航向稳定性差，则用大舵角才可保向； 4．船速↑ →保向性↑ 5．其它因素 （1）水深↓→保向性↑ （2）污底严重→保向性↑ （3）顺风浪、顺流→保向性↑
2.0°、…5.0°时的时间；最后绘制（ — t ）曲线，计算
平均每分钟偏航角度（°/min）。
衡量指标：平均每分钟偏航角度（°/min）。
（2）直航操舵试验
试验目的：求得航向稳定后，5min内维持直航所操的 平均舵角和操舵次数。
试验方法：首先逆流、全速、稳向航行一段时间；开始试验 后，连续记录5min内的操舵次数、舵角变化及其相应的连续
试验方法：先操一指定舵角，待达到定常回转角速度后，回
正舵，然后连续记录回转角速度 随时间 t 的变化情况，
直到回转角速度衰减至零或至某一定常用的剩余值为止，作
出（ — t）曲线图。再操另一舷舵角重复上述过程。
衡量指标：同一左、右舵角试验所获得的剩余回转角速度之 和，即为不稳定回线环高。最优者为0，高者稳定性较差。
算5min内平均操舵的角度和次数。
衡量指标：5min内平均操舵的角度和次数。
内河船舶规范中规定：正常天气下，操舵角度在2°～3° 以内，每分钟次数不多于10～12次为好。
（3）回舵操纵试验（回直试验、脱开试验）
试验目的：测定航向不稳定回线环高度。
1．船型
Cb
（1）船型系数 L 小， 船舶瘦长航向稳定性好，保向
性好。
B
（2）尾鳍大 航向稳定性好，保向性好。
（3）水上受风面积大 保向性差。
2．浮态
（1）吃水小船舶保向性＞吃水大船舶 （2）尾纵倾船舶保向性＞首纵倾
3．舵角 船舶航向稳定性好，则用小舵角即可保向； 船舶航向稳定性差，则用大舵角才可保向； 4．船速↑ →保向性↑ 5．其它因素 （1）水深↓→保向性↑ （2）污底严重→保向性↑ （3）顺风浪、顺流→保向性↑
2.0°、…5.0°时的时间；最后绘制（ — t ）曲线，计算
平均每分钟偏航角度（°/min）。
衡量指标：平均每分钟偏航角度（°/min）。
（2）直航操舵试验
试验目的：求得航向稳定后，5min内维持直航所操的 平均舵角和操舵次数。
试验方法：首先逆流、全速、稳向航行一段时间；开始试验 后，连续记录5min内的操舵次数、舵角变化及其相应的连续
试验方法：先操一指定舵角，待达到定常回转角速度后，回
正舵，然后连续记录回转角速度 随时间 t 的变化情况，
直到回转角速度衰减至零或至某一定常用的剩余值为止，作
出（ — t）曲线图。再操另一舷舵角重复上述过程。
衡量指标：同一左、右舵角试验所获得的剩余回转角速度之 和，即为不稳定回线环高。最优者为0，高者稳定性较差。
4航向稳定性
二、船舶航向稳定性的判别
总结： T>0，船舶具有航向稳定性。T值为越小的正
数，船舶航向稳定性越好。T<0，船舶不具 有航向稳定性。 追随性好的船舶可以同时判断为航向稳定性 好的船舶
三、船舶保向性及其影响因素
1、船舶保向性course keeping
船舶保向性与航向稳定性并不是同一概念。航向稳定性是具 有一定初始转头角速度的船舶，仅在船体因转头而受到的旋 回阻矩作用下逐渐稳定于新航向的能力。是船舶本身固有的 性能。保向性则是指船舶在风、浪、流等外力作用下，由操 舵水手（或自动舵）通过罗经识别船舶首摇情况，并通过操 舵抑制或纠正首摇使船舶驶于预定航向的能力。船舶保向性 的好坏不仅与航向稳定性的好坏有关，同时取决于操舵人员 的技能及熟练程度、自动舵的控制能力、舵机的响应能力以 及舵的控向能力。显然，航向稳定性越好的船舶，保向性也 越好
二、船舶航向稳定性的判别
在保持正舵（δ=0）条件
下，则一阶操纵运动方 程可改写为：
外界干扰消失后，初始转 头角速度为r0的任意时刻t 的转头角速度r的表达式
T r r K
二、船舶航向稳定性的判别
当T>0时，T值越小，则e –t/T就很快地衰减趋 于零，转头角速度也就衰减得较快，即航向很快稳 定。若T为大的正值，则转头角速度r衰减得慢，航 向稳定性就较差。当然，若T<0，转头角速度不可 能衰减到0，因此，船舶不具备航向稳定性
当然，也可能在干扰消除后，船舶最终将进入一个旋回运动，这类船 舶则不具备航向稳定性
一、航向稳定性的概念
1、静航向稳定性（statical course stability） 静航向稳定性指的是船舶受外力作用稍微偏离原航向，而
1.3航向稳定性
航向稳定性好的船舶 ——保向性好 ——保向性好 航向稳定性差或无稳定性的船舶 ——有一定的保向能力 ——有一定的保向能力
2010-122010-12-2 7
ωo
T值较大 T值较小 t
2010-122010-12-2
3
2、根据船舶线型系数判断 •船型系数Cb/L/B小，船舶瘦长，航向稳定性好 船型系数Cb/L/B小，船舶瘦长，航向稳定性好 •船型系数Cb/L/B大，船舶肥短，航向稳定性差 船型系数Cb/L/B大，船舶肥短，航向稳定性差 3、根据航向稳定性试验判断 •直航延时试验
2010-122010-12-2
•逆螺旋试验
测定定常回转角速度ω 舵角δ的关系曲线, 测定定常回转角速度ω和舵角δ的关系曲线,求得不稳 定航向所对应的舵角。
ω（右）
A a
δ （左）
-δ c δ O
δc
δ （右）
a’ A’
ω（左）
2010-122010-12-2
6
三、船舶保向性与航向稳定性的区别
航向稳定性：具有一定初始回转角速度ω 航向稳定性：具有一定初始回转角速度ωo的船舶，因船 体在回转时受到回转阻矩作用下逐渐稳定于新航向的能 力 ——船舶的自动稳定性 船舶保向性： 船舶保向性：船舶在操舵等控制情况下保持在规定航向 上直线航行的能力 ——船舶的控制稳定性
1
3、位置稳定性（静航向稳定性）
4、不具备航向稳定性
航向稳定性：自动稳定性和控制稳定性
2010-122010-12-2
2
二、航向稳定性的判别 1、根据航向稳定性指数T判别 、根据航向稳定性指数T ω = ω oe
ω T<0 T>0
-t/T T>0,且T值越小，航向稳定性越好； T>0,且 值越小，航向稳定性越好； T>0,且 值越大，航向稳定性越差； T>0,且T值越大，航向稳定性越差； T<0,船舶不具备航向稳定性 船舶不具备航向稳定性。 T<0,船舶不具备航向稳定性。
船舶稳性知识点讲解（word）资料
船舶稳性知识点讲解（word）资料第一节稳性的基本概念一、稳性概述1. 概念：船舶稳性(Stability)是指船舶受外力作用发生倾斜，当外力消失后能够自行回复到原来平衡位置的能力。
2. 船舶具有稳性的原因1)造成船舶离开原来平衡位置的是倾斜力矩，它产生的原因有：风和浪的作用、船上货物的移动、旅客集中于一舷、拖船的急牵、火炮的发射以及船舶回转等，其大小取决于这些外界条件。
2)使船舶回复到原来平衡位置的是复原力矩，其大小取决于排水量、重心和浮心的相对位置等因素。
S M GZ =?? (9.81)kN m ?式中:GZ ：复原力臂，也称稳性力臂，重力和浮力作用线之间的距离。
◎船舶是否具有稳性，取决于倾斜后重力和浮力的位置关系，而排水量一定时，船舶浮心的变化规律是固定的(静水力资料)，因此重心的位置是主观因素。
3. 横稳心(Metacenter)M ：船舶微倾前后浮力作用线的交点，其距基线的高度KM 可从船舶资料中查取。
4. 船舶的平衡状态1)稳定平衡：G 在M 之下，倾斜后重力和浮力形成稳性力矩。
2)不稳定平衡：G 在M 之上，倾斜后重力和浮力形成倾覆力矩。
3)随遇平衡：G 与M 重合，倾斜后重力和浮力作用在同一垂线上，不产生力矩。
如下图所示例如：1)圆锥在桌面上的不同放置方法；2)悬挂的圆盘5. 船舶具有稳性的条件：初始状态为稳定平衡，这只是稳性的第一层含义；仅仅具有稳性是不够的，还应有足够大的回复能力，使船舶不致倾覆，这是稳性的另一层含义。
6. 稳性大小和船舶航行的关系1)稳性过大，船舶摇摆剧烈，造成人员不适、航海仪器使用不便、船体结构容易受损、舱内货物容易移位以致危及船舶安全。
2)稳性过小，船舶抗倾覆能力较差，容易出现较大的倾角，回复缓慢，船舶长时间斜置于水面，航行不力。
二、稳性的分类1. 按船舶倾斜方向分为：横稳性、纵稳性2. 按倾角大小分为：初稳性、大倾角稳性3. 按作用力矩的性质分为：静稳性、动稳性4. 按船舱是否进水分为：完整稳性、破舱稳性三、初稳性1. 初稳性假定条件：1)船舶微倾前后水线面的交线过原水线面的漂心F；2)浮心移动轨迹为圆弧段，圆心为定点M(稳心)，半径为BM(稳心半径)。
第三章稳性——精选推荐
第三章稳性第三章稳性第⼀节稳性的基本概念（⼀）船舶平衡的3种状态1、稳定平衡>0G点在M点之下，GM>0，MR2、随遇平衡G点与M点重合，GM=0，M=0R3、不稳定平衡<0G点在M点之上，GM<0，MR（⼆）稳性的定义船舶稳性是指船舶受给定的外⼒作⽤后发⽣倾侧⽽不致倾覆，当外⼒消失后仍能回复到原来的平衡位置的能⼒。
（三）稳性分类分类⽅法: 按倾斜⽅向、倾⾓⼤⼩、倾斜⼒矩性质、船舱是否进⽔┏破舱稳性稳性┫┏初稳性(⼩倾⾓稳性)┃┏横稳性┫┏静稳性┗完整稳性┫┗⼤倾⾓稳性┫┗纵稳性┗动稳性其中，倾⾓⼩于等于10－15度称为⼩倾⾓，否则称为⼤倾⾓。
倾斜⼒矩性质指静⼒或动⼒，或者说有⽆⾓速度、⾓加速度。
第⼆节稳性指标的计算（⼀）船舶初稳性的基本标志 1．稳⼼M 与稳⼼距基线⾼度KM船舶⼩倾⾓横倾前、后其浮⼒作⽤线交点称为横稳⼼，简称稳⼼。
稳⼼M 距基线的垂向坐标称为稳⼼距基线⾼度。
2．初稳性的衡准指标稳⼼M ⾄重⼼G 的垂距称为初稳性⾼度GM 。
初稳性⾼度GM 是衡准船舶是否具有初稳性的指标。
初稳性⾼度⼤于零，即船舶重⼼在稳⼼之下，船舶就有初稳性。
3．初稳性中的假设(对于任⼀给定的吃⽔或排⽔量)（1）⼩倾⾓横倾(微倾)；（2）在微倾过程中稳⼼M 和重⼼G 的位置固定不变；（3）在微倾过程中浮⼼B 的移动轨迹是⼀段以稳⼼为圆⼼的圆弧；（4）在微倾过程中倾斜轴过漂⼼。
（⼆）初稳性⾼度GM 的表达式GM=KB+BM-KG=KM-KG （三）初稳性⾼度的求取1、 KM 可在静⽔⼒曲线图、静⽔⼒参数表或载重表中查取。
2、 KG 的计算式中，P i —— 组成船舶总重量（含空船重量等）的第i 项载荷，tZ i —— 载荷P i 的重⼼距基线⾼度，m3、Z i 确定（1）舱容曲线图表查取法船舶资料中通常有各个货舱和液舱的舱容曲线图或数据表，利⽤舱容曲线图表，可⽅便确定舱内散货或液货的重⼼⾼度Z i ，⽅法如下：i ）对于匀质散货或液货，已知货堆表⾯距基线⾼度，在图中左纵轴上对应点做⽔平线交舱容中⼼距基线⾼度曲线得B 点，过B 点做垂线交上横轴得C 点，对应值即为该舱货物重⼼距基线⾼度Z i 。
(4)航向稳定性的概念和试验
• 解释:长宽比大方形系数小的瘦削型船航向 稳定性好，旋回性差。
• 15.船舶航向稳定性与船体水下侧面积形状和纵倾情况有关，______. • A.船尾钝材、尾倾越大，航向稳定性越好 • 16.船舶首倾越大，水中船体侧面积在首分布越多，则______。 • 航向稳定性就越差 • 17.船舶首倾越大，水中船体侧面积在首分布越多，则______。 • .动航向稳定性就越差 • 18.船舶航向稳定性与船体水线下侧投影面积的形状的关系是______。 • 尾部形状比较丰满，船舶航向稳定性好
•
航向稳定性实船试验
9.1.2 不等式的性质 第1课时
等式的基本性质 等式的基本性质1:在等式两边都加上或减去同 一个数或整式，结果仍相等． 等式的基本性质2:在等式两边都乘以或除以同 一个数(除数不为0)，结果仍相等．
它们是不等式吗？
√ √ 4x 5 0， a 2 2 b， a ≥0，
航向稳定性实船试验
• 33.逆螺旋试验与螺旋试验相比较，其优点是______。① 节省时间;②容易进行;③结果比较准确;
• 34.逆螺旋试验与螺旋试验相比较，其缺点是______。 • 需要角速度陀螺仪 • • 35.航间稳定的船舶的逆螺旋试验结果与螺旋试验结果相
比较______。形式相同;
• 以上33-35题的解释:螺旋试验需要旋转多圈比较费时，逆 螺旋试验比较省时，结果相对准确，但需要角速度仪(能 够直接测量旋回角速度的设备，超大型船要求装备)。
• 动航向不稳定
• 25.不具有航向稳定性的船舶，其螺旋试验结果为______。 • 1、舵角与角速度曲线出现多值对应的环形;2、舵角与角速度曲线出
现多值对应的环形，且航向稳定性越差，环高越大
• 解释:航向稳定的船舶螺旋试验和逆螺旋试验结果相同，均为单值对应 曲线(舵角与旋回角速度)，航向不稳定则不完全相同，螺旋试验结果 呈现一滞后环(环高和环宽越大越差)逆螺旋试验则表现为一个多值对 应的S形曲线
• 15.船舶航向稳定性与船体水下侧面积形状和纵倾情况有关，______. • A.船尾钝材、尾倾越大，航向稳定性越好 • 16.船舶首倾越大，水中船体侧面积在首分布越多，则______。 • 航向稳定性就越差 • 17.船舶首倾越大，水中船体侧面积在首分布越多，则______。 • .动航向稳定性就越差 • 18.船舶航向稳定性与船体水线下侧投影面积的形状的关系是______。 • 尾部形状比较丰满，船舶航向稳定性好
•
航向稳定性实船试验
9.1.2 不等式的性质 第1课时
等式的基本性质 等式的基本性质1:在等式两边都加上或减去同 一个数或整式，结果仍相等． 等式的基本性质2:在等式两边都乘以或除以同 一个数(除数不为0)，结果仍相等．
它们是不等式吗？
√ √ 4x 5 0， a 2 2 b， a ≥0，
航向稳定性实船试验
• 33.逆螺旋试验与螺旋试验相比较，其优点是______。① 节省时间;②容易进行;③结果比较准确;
• 34.逆螺旋试验与螺旋试验相比较，其缺点是______。 • 需要角速度陀螺仪 • • 35.航间稳定的船舶的逆螺旋试验结果与螺旋试验结果相
比较______。形式相同;
• 以上33-35题的解释:螺旋试验需要旋转多圈比较费时，逆 螺旋试验比较省时，结果相对准确，但需要角速度仪(能 够直接测量旋回角速度的设备，超大型船要求装备)。
• 动航向不稳定
• 25.不具有航向稳定性的船舶，其螺旋试验结果为______。 • 1、舵角与角速度曲线出现多值对应的环形;2、舵角与角速度曲线出
现多值对应的环形，且航向稳定性越差，环高越大
• 解释:航向稳定的船舶螺旋试验和逆螺旋试验结果相同，均为单值对应 曲线(舵角与旋回角速度)，航向不稳定则不完全相同，螺旋试验结果 呈现一滞后环(环高和环宽越大越差)逆螺旋试验则表现为一个多值对 应的S形曲线
(4)航向稳定性的概念和试验
航向稳定性的概念
• 11.目前船舶装备的航向自动舵，它所能保 证的是船舶的----
• 方向稳定
• 解释:航向自动舵能够保证船舶行驶在预定 航向上，即方向稳定。
航向稳定性的判断
• 12.船舶的航同稳定性将因哪项因素不同而不同。
• ①排水量、船型;②船速、转速;③受限水域的影响 • • 13.超大型船的操纵性一般具______有特征。
定性与该S形曲线的关系是_____。 • S形范围越大，航向越不稳定 • 32.逆螺旋试验结果舵角与角速度曲线出现多值对应的S形曲线，则关于船舶
航向稳定性与该S形的关系，下列说法错误的是_。
• S形宽度越大，航向稳定性越好 •
航向稳定性实船试验
• 以上23-32题的解释:航向稳定的船舶螺旋试 验和逆螺旋试验结果相同，均为单值对应 曲线(舵角与旋回角速度)，航向不稳定则不 完全相同，螺旋试验结果呈现一滞后环(环 高和环宽越大越差)逆螺旋试验则表现为一 个多值对应的S形曲线。
• • 解释:航向稳定性好的船舶表现为转向时惯
性较小，应舵较快，正舵后能尽快稳定。
航向稳定性的概念
• 10.航向稳定性好的船舶_______。①直进 航行中即使很少操舵也能较好地保向;②操 舵改向时，能较快地应舵;③旋回中正舵， 能较快地使航向稳定下来;
• 解释:航向稳定性好的船舶表现为转向时惯 性较小，应舵较快，正舵后能尽快稳定。 航速与船体阻力和推进均有关系，不是由 航向稳定性决定的。
航向稳定性的概念
• 1.航向稳定性是指直航船受外力干扰而偏离航向，外力消失后_______. • 船舶自动恢复直线运动的性能 • 2.船舶航向稳定性是指______. • 直线运动稳定性 • 3.船因受外力而转头，当外力消失后操正舵可稳定于新航向，则该船具有
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• 14.船舶航向稳定性与其长宽比L/B和方形系 数有关,_____。 • 长宽比L/B越大、方形系数越小，航向稳定 性越好
• 解释:长宽比大方形系数小的瘦削型船航向 稳定性好，旋回性差。
• • • • • • • •
15.船舶航向稳定性与船体水下侧面积形状和纵倾情况有关，______. A.船尾钝材、尾倾越大，航向稳定性越好 16.船舶首倾越大，水中船体侧面积在首分布越多，则______。 航向稳定性就越差 17.船舶首倾越大，水中船体侧面积在首分布越多，则______。 .动航向稳定性就越差 18.船舶航向稳定性与船体水线下侧投影面积的形状的关系是______。 尾部形状比较丰满，船舶航向稳定性好
航向稳定性实船试验
• 23.航向稳定性好的船舶，其螺旋试验结果表现为______。 • 舵角与角速度曲线呈单值对应关系 • 24.螺旋试验结果舵角与角速度曲线出现多值对应的环形，则表示船 舶______. • 动航向不稳定 • 25.不具有航向稳定性的船舶，其螺旋试验结果为______。 • 1、舵角与角速度曲线出现多值对应的环形;2、舵角与角速度曲线出 现多值对应的环形，且航向稳定性越差，环高越大 • 解释:航向稳定的船舶螺旋试验和逆螺旋试验结果相同，均为单值对应 曲线(舵角与旋回角速度)，航向不稳定则不完全相同，螺旋试验结果 呈现一滞后环(环高和环宽越大越差)逆螺旋试验则表现为一个多值对 应的S形曲线
• 解释:航向稳定性好的船舶表现为转向时惯 性较小，应舵较快，正舵后能尽快稳定。 航速与船体阻力和推进均有关系，不是由 航向稳定性决定的。
航向稳定性的概念
• 11.目前船舶装备的航向自动舵，它所能保 证的是船舶的---• 方向稳定 • 解释:航向自动舵能够保证船舶行驶在预定 航向上，即方向稳定。
航向稳定性的判断
航向稳定性的概念
• 7.一般船舶斜航时常表现为______.
• 静航向不稳定 • • 解释:由于船舶斜航时水动力中心在船中前， 会使船舶继续偏转，因此航向不可能自动 回复，没有静航向稳定性。
航向稳定性的概念
• 8.航向稳定性好的船舶在______. • 直航中少用舵即能保向，改向时应舵较快 • • 解释:船舶不具有直线运动稳定性的后果是(1)在小 舵情况下，可能出现反操现象;(2)保向比较困 难;(3)在海上航行时，可能自动舵打不上;(4)操舵 者较难以掌握操舵技术;(5)操舵者劳动强度增加， 并且要求注意力要高度集中;(6)可能出现失误
航向稳定性实船试验
• 26.螺旋试验结果舵角与角速度曲线出现多值对应的环形，则船舶航 向稳定性与该环形的关系是______. • 环面积越大，航向越不稳定 • 27.螺旋试验结果舵角与角速度曲线出现多值对应的环形，则关于船 舶航向稳定性与该环形的关系，下列说法错误的是 • 环宽越大，航向稳定性越好 • • 28.航向稳定性好的船舶，其逆螺旋试验结果表现为_____。 • • 舵角与角速度曲线呈单值对应关系 •
航向稳定性的概念
• 9.航向稳定性好的船舶在______.
• 改向时应舵较快，旋回中操正舵能较快地 恢复直线运动 • • 解释:航向稳定性好的船舶表现为转向时惯 性较小，应舵较快，正舵后能尽快稳定。
航向稳定性的概念
• 10.航向稳定性好的船舶_______。①直进 航行中即使很少操舵也能较好地保向;②操 舵改向时，能较快地应舵;③旋回中正舵， 能较快地使航向稳定下来;
• 12.船舶的航同稳定性将因哪项因素不同而不同。 • ①排水量、船型;②船速、转速;③受限水域的影响 • • 13.超大型船的操纵性一般具______有特征。 • 旋回性好，稳定性差
• 以上12-13题的解释:航向稳定性与船型因素、装载状态和 环境因素有关，与操舵无关，航向稳定性与旋回性是矛盾 的，通常旋回性好的船舶稳定性较差，装载状态和外界环 境因素的影响也类似。
航向稳定性的概念
• 以上1-6题的解释:航向稳定性是指直航船受外力 干扰而偏离航向，外力消失后，船舶能否自动恢 复直线运动的性能，也称为直线运动稳定性或动 航向稳定性。当干扰过去以后，在不用舵纠正的 情况下，船舶不能恢复直线运动，我们称其航向 不稳定或动航向不稳定;干扰消失后，其重心轨迹 最终回复为与原航线平行的另一直线(航向不发生 变化)，称为方向稳定性，也称为静航向稳定性;干 扰消失后，其重心轨迹最终回复为与原航线的延 长线上称为位置稳定性。
• 19.尾倾船的特点是______。 • • 航向稳定性好，旋回圈大 • 解释:船体水下侧面积形状决定水动力中心的位置，侧面积形心靠近船 首(球首、首倾)，旋回性好，航向稳定性差，反之亦然。
航向稳定性实船试验
• • • • • 20.船舶的航向稳定性可通过下列哪些试验来判别? 螺旋试验和逆螺旋试验 21.螺旋试验的目的是评价船舶_____的好坏。 航向稳定性 22.螺旋试验和逆螺旋试验的根本目的在于 ______。 • 判定船舶航向稳定性的优劣 • 以上20-22题的解释:螺旋试验和逆螺旋试验是专 门测定航向稳定性的试验,Z形试验可以较全面地 评价操纵性。
航向稳定性实船试验
• 以上23-32题的解释:航向稳定的船舶螺旋试 验和逆螺旋试验结果相同，均为单值对应 曲线(舵角与旋回角速度)，航向不稳定则不 完全相同，螺旋试验结果呈现一滞后环(环 高和环宽越大越差)逆螺旋试验则表现为一 个多值对应的S形曲线。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
航向稳定性实船试验
• • • • • • • • • • 29.逆螺旋试验结果舵角与角速度曲线出现多值对应S形曲线，则表示船舶 _____. 动航向不稳定 30.不具有航向稳定性的船舶，其逆螺旋试验结果为______。1、舵角与角速 度曲线出现多值对应S形曲线; 2、舵角与角速度曲线出现多值对应 的S形曲线，且航向稳定性越差，S形高度越大 31.逆螺旋试验结果舵角与角速度曲线出现多值对应S形曲线，则船舶航向稳 定性与该S形曲线的关系是_____。 S形范围越大，航向越不稳定 32.逆螺旋试验结果舵角与角速度曲线出现多值对应的S形曲线，则关于船舶 航向稳定性与该S形的关系，下列说法错误的是_。 S形宽度越大，航向稳定性越好