船舶操纵课件1

五、船舶种类概述
• 船舶操纵运动不但与船舶运动控制有关，还与船舶建造规 模、船型参数等因素有关。不同排水量、不同船型参数的 操纵性能不尽相同，随着船舶向大型化方向发展，这种性 能上的差别更加明显。 • 现代船舶种类繁多，有多种分类方法，可按用途、船体数 目、推进方式、推进器数目以及航行状态等进行分类。最 常用的方法是按用途分类：军用船和民用船两大类。民用 船：运输船、工程船、渔船、港作船等 • 从船舶操纵角度分：小型船舶、中型船舶和大型船舶 小型船舶：一般指载重量1万吨以下的船舶； 中型船舶; 一般指载重量3-5万吨以下的船舶； 大型船舶：一般指载重量8万吨以上、船长250m以上的船 舶；
p
p
p
p
r
P
nP
nP
Sr nP V s nP 1 Vs nP
用船速代替螺旋桨进速，得虚滑失比：
WUT NC
yang ya dong
• 2．影响滑失比的因素
• •
S A．给定船舶时： r 桨叶上的有效冲角
s 推力系数
n
2
在 范围内
R 兴波阻力： 与V 的4-6次方成正比
w s
WUT NC
Yang yadong
2、影响船舶基本阻力的因素：在船型一定的情况 下主要是船速和吃水
① ② ③ ④ ⑤
Vs

Vs
V
s
一定时，R 0 R b R f R r R f R e R w 一定时， V s R 0 较小时，
1
w P a a
螺旋桨推力：T A (V 2 U ) U AV 1 1 （1）若螺旋桨直径一定，则 n T ，负荷增大，推进效率下降； （2）螺旋桨直径增大，若推力T 不变，可提高螺旋桨效率。
T 2
T
A
2


2T i
A
4．船速影响
螺旋桨推力随船速而变化的关系是一条横卧的“S”形曲线。
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绪 论
• 船舶驾引人员根据船舶操纵性能和外界客观条件，按照 有关法规要求，正确运用操纵设备，使船舶按照驾引人 员的意图保持或改变船舶运动状态的操作（包括观察、 判断、指挥、实施等）。
• 船舶操纵设备：车、舵、锚、缆和辅助拖轮（侧推器） • 船舶操纵任务： • 1.保持航向（course keeping or steering) • 2.改变航向（manoeuvering or course changing)
船舶操纵的任务根据不同操船环境,可大致分为三个阶段:大洋中 的操船,沿岸操船,浅窄水道及港内系离泊操船.
三．船舶操纵系统
1．船舶操纵大系统：人、船、环境（管理）。 即通常所说的“三性”
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2．操船信息图
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绪 论
3．信息处理流程图
WUT NC
w P K
影响螺旋桨推力的因素
2．吸力影响
螺旋桨叶背压力 吸流 船尾部流速 ，压力 船体阻力 ； n 若 V 一定， 不变，螺旋桨产生的推力一方面克服船体阻力，还要克 服因吸力增加的阻力，相当于减小了螺旋桨的推力， 推力减额 。 阻力增额
s
3．螺旋桨负荷影响
• 3.改变船速(speed changing)
• 4.保持航迹(tracking control) • 5.保持姿态(configuration stabilization):船舶姿态包括船位、船速、 航向等所有自由度，控制或保持船舶姿态是船舶最复杂和最困难的 操纵
绪 论
二.船舶操纵的阶段（操纵任务）
速度
影响摩擦阻力的因素：船体长度、船体湿表面积、船体表面光洁度、流体 密度等。低速时在总阻力中所占比重较大，约占总阻力的70%—80%，对 于高速船，如集装箱船、客船则可达45%，它与船速的二次方成正比。 （2）压差阻力的大小取决于船体的形状和船速，高速时可达45%-60% 涡流阻力（粘性阻力）：影响因素：流休水质点的速度梯度，船尾部 涡流阻力较大。
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绪 论
• 四.船舶操纵研究
由于船舶航行环境比较复杂,对船舶运动状态影响较大,加上船舶本身尺度和 惯性较大,操纵设备性能存在局限性,船舶的操纵安全需要良好的操纵技术加 以保证.因此,研究船舶操纵对船舶运输的效率和安全具有重要的意义。 1.研究任务 从安全的角度出发,船舶操纵研究的目的或任务是: 1)明确船舶操纵特性 2)研究操纵方法： 操纵方法研究是针对各种常规操纵和应急操纵任务，根据船舶操纵运动规 律，研究在不同的环境条件下保证安全操纵的基本程序、方法和操纵要领。 3)操纵安全评价: 建立给定条件的船舶操纵过程安全的定量或定性分析的模型或方法,以便 对船舶操纵的安全性进行评价,最终制定安全措施,或为船舶设计,航道以及其 他水工设施规划等提供决策依据。 2.研究方法 目前,研究船舶操纵的方法主要包括以下几种; 1)实船试验; 2)船模实验; 3)数模仿真; 4)经验总结
, 转矩系数

• B．船速一定时：螺旋桨推力及转矩∝ 一定时： 转矩达到最大。 C． n

V s 0时 , V s S r 推力 , 转矩 s
当 V 0 时
推力和
• 3．滑失在操船中的应用
• （1）有利：降低船速，增加转速 效。

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四．滑失与滑失比
1．滑失、滑失比 滑失Slip：S P h P ——螺距； 其中： V V h ——进程， ， 为螺旋桨进速； h n 所以，螺旋桨旋转 n 转时的滑失Slip： 滑失比： S P h nP V 1 V
p
p
p p
R0
d R0
增加缓慢，与船速近似线性变化
2 R 较大时，0 增加明显， R 0 V s
Vs
R 增大， w 所占比重增加
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各种阻力具体所占比例见下表
阻力种类 摩擦阻力 兴波阻力
涡流阻力 空气阻力
高速船 45% 40%
5% 10%
低速船 90% 5%
3% 2%
一．船舶阻力
2．附加阻力
（1）空气阻力 ：水线以上部分所受阻力，比重较小。在航海界，一般 将3级 风以下的空气阻力计入基本阻力。
（2）污底阻力 ：水线以下船体表面锈蚀、海生物附着。
（3）附体阻力 等。
：水线以下船体突出物，如龙骨、推进器轴、支架、舵
：波浪冲击，船体摇摆，顶浪航行时可使
（4）波浪阻力（汹涛阻力） 总阻力增加50%-100%。 （5）浅水附加阻力
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中大型螺旋桨
螺旋桨的要素
• 1．螺旋桨推力产生的原理

—螺距角 径
P—螺距
r—半
推力产生的原理
☆ 简述螺旋桨产生推力的基本原理.
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影响螺旋桨推力的因素
1．伴流影响
伴流：船舶在水中以某一速度向前航行时，附近的水受到船体的影响而产生运 动，表现为船体周围伴着一股水流，这股水流称为伴流或追迹流。与船舶运动 方向相同者称为“正伴流”，相反者为“负伴流”。 伴流按形成原因可分为“摩擦伴流”、“势伴流”和“兴波伴流”。 摩擦伴流——船体运动时由于水的粘性引起的一种追随水流，方向与船舶运动 方向一致，为正伴流，是伴流主要成分；在紧靠船身处最大，由船身向外则急 剧减小，离船体不远处即迅速消失，但在船后相当距离处摩擦伴流依然存在， 并有相当的厚度，与螺旋桨直径相当。 势伴流——若船舶前进一段距离，首部将这一段水向两舷挤开，尾部则有空出 一段水的趋势，使外围水自首和两舷挤入，这种随船体运动自船首经两舷再流 向船尾的水流称为势伴流。船首和船尾附近的势伴流为正伴流，船中附近的势 伴流为负伴流。因势伴流稍离船体迅速分散，所以作用不甚显著，即离船体愈 远，势伴流愈小。 兴波伴流（波浪伴流）——船行波形成的伴流，其数值较前两者为小。 WUT NC
二．推力
推进器——把能源（主机）发出的功率转换为推船运动功率的专用装置或系 统。 推进器的种类：明轮、平旋推进器、Z型推进器、喷水推进器、超导推进系 统和螺旋桨等。 螺旋桨种类：* 等螺距螺旋桨、变螺距螺旋桨、固定螺距螺旋桨（FPP）、 可调螺距螺旋桨（CPP） * 单桨船——右旋式螺旋桨/左旋式螺旋桨； •双桨船——外旋式螺旋桨（FPP）/内旋式螺旋桨（CPP） •螺旋桨的吸入流与排出流
：受限水域中流体作用发生变化。
附加阻力所占总阻力的比重大小,决定于风浪大小,船体污底轻重以及航道 浅窄情况,其中空气阻力在无风时约占基本阻力的2%-3%.顶风4-5级时,为10%-15%, 风力达到8-9级时,为30%-40% WUT NC
3．船舶总阻力：
R x R0 R
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绪 论
• 五．船舶操纵课程的学习要求
• 1．全面掌握船舶操纵性能、船舶操纵性指数的含义及其在操船 中 的应用； • 2．全面了解船舶所配备的操纵设备的基本性能，熟悉它们在操 船中的具体应用； • 3．掌握外界环境条件对操船的影响，在实际操船中趋利避害加 以运用或控制； • 4．了解在各种环境下的操船方法； • 5．了解船舶操纵模拟器，并在模拟器上进行模拟操船（在实验 课中完成）；
第一篇 船舶操纵基本理论
第一章 船、桨、舵的性能
第一节 螺旋桨的性能
一．船舶阻力
Rb R
f
Re Rw
Re Rw
涡流阻力 兴波阻力
1.船舶基本阻力的组成
（1）摩擦阻力：船体运动 梯 度 摩擦阻力。