船舶的操纵性能
船舶操纵性能预报及改善
船舶操纵性能预报及改善简介：船舶操纵性是指船舶按照设计者的意图保持或者改变其运动状态的性能，即船舶保持或改变其航速、航向和位置的性能。
船舶的操纵性包括：航向稳定性、回转性、转首性、跟从性和停船性能。
船舶操纵性预报的主要内容：船舶操纵运动的水动力预报，船舶回转运动时回转轨迹及主要特征参数的预报，Z形操舵试验中的Z形曲线的预报和停船性能有关参数的预报重要性：船舶操纵性是船舶航行的重要性能之一,和船舶的航行安全性密切相关现状：1.由于操纵性问题本身的复杂性和船东从营运效率考虑,对操纵性的关心远不如对快速性等性能的关心,因而操纵性没有得到应有的重视2.近十多年来,国内外造船界对船舶操纵性越来越重视,国际上船舶操纵性研究突飞猛进,取得了惊人的进展。
发展：1.国际海事组织(Intemational Maritime Organization,IMO)在船舶操纵性评估和制定船舶操纵性标准方面的工作引起了人们对船舶操纵性的重视2．船舶水动力学学科及其相关数值和实验技术的进步使研究船舶操纵性这种复杂的问题成为了可能操纵性能预报的方法：1、数据库方法----限制较大；使用方便2、自由自航船模试验方法----尺度效应；费用昂贵；3、利用船舶运动数学模型进行仿真计算方法----精度达工程计算要求；方便实用4、基于CFD技术的数值模拟方法----纯数值；可模拟波浪中操纵性5、神经网络方法（人工神经网络和BP神经网络）----非线性动态系统改善操纵性能的措施：1、舵的设计正确----合适的种类和外形尺寸2、船体主要尺度和型线的正确选择（船长，主尺度比，方形系数，纵中剖面面积，首尾部形状对水动力导数的影响）----协调航向稳定性和回转性之间的矛盾3、设计特种操纵装置----推进、操纵合一装置；主动式转向装置；特种舵数据库方法自由自航船模试验方法----尺度效应；费用昂贵；利用船舶运动数学模型进行仿真计算方法----精度达工程计算要求；方便实用基于CFD技术的数值模拟方法----纯数值；可模拟波浪中操纵性神经网络方法（人工神经网络和BP神经网络）----非线性动态系统。
船舶操纵性能(理论1)
船舶操纵性能: 1。
旋回圈要素（反移量，旋回初径，进距, 横距, 定常旋回直径, 滞距,漂角；2。
舵效（RUDDER EFFECT）；3。
船舶控速性；4。
流的影响；5。
风的影响；6。
靠离泊注意事项；7。
抛锚操纵；8。
潮流；9。
侧推器的使用；一.旋回圈要素1.反移量(KICK)船舶重心偏离原航向线向操舵相反一侧横移的距离称为反移量;船尾反移量最大值约为船长的1/10～1/5,比重心处反移量要大得多;船速快,舵角大,反移量则大.吃水增加,反移量有所减小2.旋回初径(TACTICAL DIAMETER)3.进距(ADVANCE)4.横距(TRANSFER)5.定常旋回直径(FINAL DIAMETER)6.滞距(REACH)7.漂角(DRIFT ANGLE)船尾部漂角最大;漂角越大,旋回性能越好,旋回直径越小,降速越多,横倾角越大,转心也前移.浅水中漂角较深水中小.8.转心(PIVOTING POINT)转心的位置,在开始操舵时约在重心稍前处,随船舶旋回不断加快,转心位置向前移动;漂角大,旋回性能好的船舶,转心越靠前;由于船舶前进中旋回时转心在重心之前,因此在旋回时船首向内偏移量比船尾向外偏移量来得小;后退时,转心位于重心之后,和前进中回转时转心位置相对称.9.旋回中船速10.旋回时间11.旋回中横倾先内倾后外倾旋回圈要素的使用1．反移量-----在船舶驶离码头或并靠它船时，船首刚刚摆出泊位，如果很快操大舵角进车，则会产生较大反移量而导致尾部触碰码头或他船；2．旋回初径和进距可以用来估算用舵旋回掉头所需水域的大小。
二．舵效（RUDDER EFFECT）影响舵效的因素1．吃水-------船舶吃水增加，舵效变差；满载船转动惯量大，故启动不易停转难，因此，满载大型船舶操纵时，一般宜早用舵，早回舵，舵角较大。
2．舵速-------经验表明，人力操舵能保持舵效的最低航速为3KN，自动舵为8KN。
3．舵角和舵面积比--------加大操舵角是提高舵效的有效措施，舵面积比增大，舵效变好；4．纵倾和横倾---------首倾时舵效较差，适当尾倾时舵效较好；船舶有横倾时，向有横倾侧转向时舵效差，反之，舵效较好。
船舶操纵性与耐波性总结
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、航向和位置的能力。
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。
回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。
转首性：表示船舶应舵转首并迅速进入新的稳定状态的性能. 运动稳定性与机动性制约：小舵角下的航向保持性 、中舵角下的航向机动性 、大舵角下的紧急规避性固定与运动坐标系的关系：漂角：速度V 与OX 轴正方向的夹角β。
舵角：舵与OX 轴之间的夹角δ。
舵速角：重心瞬时速度矢量与O 0X 0轴之间的夹角ψ0。
线性水动力导数意义：船舶作匀速直线运动，在其他参数不变时，改变某一运动参数所引起的作用于船舶的水动力或矩对该参数的变化率。
水动力导数：Xu= Yu= 通常可称对线速度分量u 的导数为线性速度导数．如：Xu 等。
对横向速度分量v 的导数为位置导数，如：Yv 、Nv 等。
对回转角速度r 的导数为旋转导数，如：Nr 、Yr 等。
对各加速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数Xu 。
，对舵角δ的导数为控制导数，如：Y δ等。
稳定性：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。
直线稳定性：船舶受到瞬时扰动以后，重心轨迹最终恢复成为一条直线,但航向发生了变化。
方向稳定性：船舶受到的瞬时扰动消失以后，重心轨迹最终成为原航线平行的另一直线。
位置稳定性：船舶受到瞬时扰动，当扰动消失以后，重心轨迹最终恢复成为与原来航线的延长线。
稳定衡准数:C=-Y V (mx G u 1-N r )+N V （mu 1-Y r ）；C>0 表示船舶在水平面的运动具有直线稳定性；C<0 则不具有直线稳定性。
影响航向稳定性的因素：(1)为改善其航向稳定性，应使Nr 、Yv 二者的负值增加，从C 的表达式可见，此二者之乘积的正值就越大，显然有利于改善稳定性。
船舶操纵性能的仿真分析与设计优化
船舶操纵性能的仿真分析与设计优化随着船舶设计技术的飞速发展，对船舶操纵性能要求也越来越高。
特别是在现代化的航运市场中，船舶的操纵性能已经成为衡量其经济性、安全性和舒适性的重要指标之一。
当然，船舶的操纵性能不仅与船体本身的设计有关，而且也与船员的技能和驾驶操作方式密切相关。
因此，为了提高船舶的操纵性能，必须采用科学的手段对其进行仿真分析和优化设计。
一、船舶操纵性能的仿真分析在计算机技术和数值模拟技术的支持下，船舶操纵性能的仿真分析已经成为现代船舶设计的重要手段。
通过对船舶的运动特性、操控响应和航行状态等进行全面仿真分析，可以帮助设计师找到解决方案，提高船舶的操控性能和安全性。
同时，船舶操纵性能的仿真分析还可以评估不同类型船舶的性能差异，为船舶的建造和运营提供参考依据。
船舶操纵性能的仿真分析一般由以下几个方面组成：船舶运动学模型、船舶操纵性能模型、环境条件模型和船员行为模型。
其中，船舶运动学模型是仿真分析的基础，包括船舶的运动方程和运动状态的计算方法。
船舶操纵性能模型则是描述船舶操纵性能特点的数学模型，包括船舶的滚转、俯仰、偏航等方面的响应特性。
环境条件模型则是考虑该海区海况、流洋流、风浪等环境因素对船舶操纵性能的影响。
船员行为模型则是考虑到船员的反应和决策对船舶操纵的影响。
通过四个方面的综合分析，可以得到船舶操纵性能的整体权衡。
船舶操纵性能的仿真分析，使用的仿真软件也是非常关键的一个因素。
目前市面上较为常见的仿真软件有SHIPFLOW、MARC等等。
其中SHIPFLOW是用于船舶水动力学仿真分析的计算机软件，可以模拟船舶的水动力性能和操纵性能，预测ship motions、sea loads and ship responses 的全过程。
而MARC则是一种有限元分析软件，可以求解结构动力学问题，可以模拟船舶在不同环境条件下的晃动以及其他特殊条件下的疲劳寿命等等。
同时这两个软件还有其他优秀的特性，众多软件提供了示范数据、例程和测试案例，帮助设计师更好的运用仿真技术进行优化设计。
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二、简化方程当重心在原点处：X G =0 运动坐标系一般方程：三、对于给定船型、给定流体中的运动情况船型参数和流体特性为已知条件； 操纵运动为缓变过程，忽略高阶小量； 忽略推进器转速影响；操舵过程短暂，忽略转舵加速度。
则可将给定船型流体中受力情况表示如下：由泰勒展开式，用水动力导数表示如下：四、简化后的操纵运动线性方程式：2()()()ψψψψψψ=--=++=++G G Z G X m u v x Y m v u x N I mx vu 00cos sin ψψ=+G G X mx my 00cos sin ψψ=-G G Y mymx ()()ψψψ=-=+=z X m u v Y m v u NI (,,,,,,)(,,,,,,)(,,,,,,)X X u v r u v r Y Y u v r u v r N N u v r u v r δδδ===v r v r v r v r Y Y v Y r Y v Y r Y N N v N r N v N r N δδδδ=++++=++++111()()v ur v u u r r v u r+=++∆+∆=+1.3水动力导数一、定义：匀速直线运动时，只改变一个运动参数，其他不变引起的作用于船舶水动力对运动参数的变化率。
船舶操纵性能
第一章船舶操纵性能第一节船舶变速运动性能船舶出于避碰、狭水道及港内航行或驶往泊地的需要而改变螺旋桨的转速和方向，进行启动、变速、停车、倒车操纵。
转速和方向改变后直至达到新的定常运动状态之前，存在着一段加速或减速运动的过程，该段过程称为变速运动过程，也称船舶惯性。
衡量船舶变速运动特性有两个重要指标，一是船舶完成变速运动所航进的路程，称为冲程；另一是完成变速运动所需的时间，称为冲时。
一、船舶启动性能船舶在静止状态中开进车，直至达到与主机输出功率相应的稳定船速前的变速运动，称为船舶起动变速运动。
在起动变速过程中，螺旋桨推力T与船舶阻力R之差，是船舶产生加速运动的动因。
由于启动后推力增加较快，而船速增加则较为缓慢，因此要注意合理用车。
即分段逐级加车，待达到相应转速的船速时，再提高用车的级别，以免主机超负荷工作。
完成启动变速运动所需的时间t和航进的路径s可用下列关系式估算。
W·V0t ≈0.004 ————R0W·V02s ≈0.101 ————R0式中，V0为最终定常速度，单位为kn；W为船舶实际排水量，单位为t；R0为达到最终定常速度V0时的船舶阻力；计算出的t单位为min；计算出的S单位为m。
根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到海上速度，满载船舶约需航进20L左右的距离，轻载时约为满载的1/2~2/3。
二、船舶减速性能船舶以一定常速度（全速或半速）行驶中采取停车措施后，直至降到某一余速（2kn~4kn）前的变速运动称为船舶停车变速运动。
主机停车后，推力急剧下降到零。
开始时，船速较高，阻力也大，速降很快；但当速度减小后，阻力也随之减小，速降越来越慢，船很难完全停止下来，且在水中亦很难判断。
所以，通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算所需时间和船舶航进路程的标准。
主机停车后的时间、速度及航进路程存在如下关系。
达到速度V时所需的时间：W·V02 1 1t = 0.00105 —————（——-——）R0V V0达到速度V时所航进的路程：W·V02V0s = 0.075 —————ℓn （——）R0V式中：R0为速度V0时船舶所受阻力，单位为t；W为船舶实际排水量，单位为t；t 的单位为min；S为m；速度单位为kn。
船舶操纵知识点归纳
{（1）定常旋回阶段第一章船舶操纵性基础1、定义：保向、改向、变速。
2、船舶操纵性能：①变速性能：（1）停船性能（2）启动性能（3）倒车性能②旋回性能③保向性能④航向稳定性能3、一些主要概念：①转心：转轴与船舶首位线交点（垂足）通常位于船首之后1/3L （船长）它的位置稍有移动②通常作用在船上的力及力矩：水动力、风动力、舷力、推力③漂角：船舶运动速度与船首位线的夹角4、①水动力及其力矩：水给予船舶的运动方向相反的力②特点：船前进时，水动力中心在船中前船后退时，水动力中心在船中后③附加质量：惯性质量及惯性矩大型船舶纵向附加质量≈0.07m （m 为船的质量）附加惯性矩≈1.0Iz （Iz 为船的惯性矩）④水动力角：水动力方向与船首位线的夹角它是漂角的函数，随它漂角的增大而增大⑤水动力中心大概位置:前进平吃水：漂角为0时，中心在船首之后1/4L （船速越低，越靠近船中，前进速度为0时，在船中）后退平吃水：漂角为0时，中心距船中1/4L⑥水动力距：与力矩系数水线下面积、船体形状有关力矩系数是漂角的函数5、船体阻力摩擦阻力→主要阻力占70%—90%速度越大，其值越大（与V 2成正比）兴波阻力（低速时：与V 2成正比；船高速时：急剧增大）涡流阻力空气阻力：约占2%附体阻力6、船舶的变速性能①停船性能（冲程）：与惯性有关②冲程：往往是对水移动的距离（对水移动速度为0）③一般万吨船：倒车停船距离为6—8L倒车冲程：5万：8~10L 10万吨:10~13L 15—20万吨：13~16L④当船速降到60%~70%时，转速降到25%~35%倒车⑤换向时间：从前进三到后退三所需时间汽轮机：120s~180s 内燃机：90s~120s 蒸汽机：60s~90s7、船舶的旋回性：转船阶段①旋回圈：过渡阶段—变速旋回阶段{剩余阻力：附加阻力：{②旋回初径：操舵后航向转过180°时，重心移动的横向距离一般为3~6L③旋回直径：船定常旋回时，重心轨迹圆的直径通常为旋回初径的0.9~1.2倍④进距：开始操舵到航向转过任一角度，重心移动的纵向距离通常为旋回初径的0.6~1.2倍⑤横距：指操舵让航向转过任一角度，垂心所走的横向距离约为旋回初径的1/2倍⑥制距：操舵开始时的重心位置到定常旋回率重心的纵向距离1~2L（2）船舶旋回运动是舷力的横向分量、水动力横向分量共同作用的结果（3）船舶旋回运动中的性能：降速车旋回的初始阶段：内倾；定常旋回：外倾旋回时间：旋回360°所需的时间；万吨级船旋回时间约为：6min（4）影响旋回特性的因素：①方形系数大旋回性好旋回圈小②船首水线下面积多旋回性好旋回圈小③船尾有钝材或船首瘦削旋回性差旋回圈大④舵面积大旋回性好旋回圈小⑤吃水增大横距、旋回初径增大，反移量减小⑥横倾，影响较小：低速时，向底舷一侧旋回旋回性好高速时，向高舷一侧旋回旋回性好船速低于某一值时，旋回圈加大⑦浅水：水变浅阻力加大转船舵力作用小旋回圈大旋回性变差⑧旋回圈在实际操船中的应用：反移量（kick ）：向操舵相反一舷移动的距离0.1~0.2L （10%~25%L ）9、操纵指数：k r r T =+.（T ：追随性指数.r :r 的导数角速度<r>的加速度k:旋回性指数）阻尼力矩惯性力矩=T （T 大，惯性大，实际操舵中T 越小越好）阻尼力矩转舵力矩=k （k 大，转舵效应好，实际操舵k 越大越好）无因次的k’、T’)(')('v L T T v L k k ==（k/T 表示舵效）{{第二节航向稳定性及保向性1、船向稳定性定义：船受外力干扰，干扰消失后，不用舵的前提下，船能自动恢复直线运动①恢复到原航向平行的航向航向稳定性（方向稳定性）稳定性②彻底恢复到原航行完全相同的航向上③直线稳定航向稳定性：方形系数低，长/宽高的船航向稳定性好瘦船稳定性好船首侧面积大航行稳定性差（例如：球鼻首bulous）2、保向性概念：船首线运动受外力干扰通过用船纠正使其恢复到原航向与航迹上继续做直线运动一般来说：航向稳定性好的船保向性好3、影响保向性因素瘦船好浅吃水差船尾肥大（有钝材）好干舷高差尾倾较首倾好轻载比满载保向性好（如有风，另当别论）船速高好水深浅好逆风逆流好第三节变速性能补充1、启动性能：静止定常运动定常速度v、所需距离与排水量成正比，与v2成反比，与阻力成正比经验：满载启动距离20L轻载为满载的1/2~2/32、减速性能：停车冲程：对水速度为0通常对水移动能维持舵效的最低速度，即认为停船万吨级船2节、超大船3节，即认为停船一般货船停船冲程8~20L、超大船停船冲程20L3、制动性能：前进三后退三变螺距船CPP是FPP船紧急停船距离的60%~80%总结：排水量大停船距离大船速大停船距离大污底严重停船距离小主机功率大停船距离小顺流顺风停船距离大第四节船舶操纵性试验1、旋回试验：在直航情况下，左35°或右35°，使船旋回旋回试验的目的:测定旋回圈，评价船舶旋回性2、冲程试验冲程条件：风流小水深≥3Bd 采用投掷法测定倒车使船停下（这种试验）要求船首改变90°3、螺旋试验、逆螺旋试验该试验目的，判断船舶航向稳定性好坏逆螺旋试验：求取船舶达某一回旋角速度所需舵角4、Z 性试验该试验主要评价船舶首摇抑制性，也可测定旋回性，追随性，航向稳定性获得操纵性指数第五节IMO 要求1、①对旋回性：进距＜4.5L 旋回初径＜5L操10°舵角航向改变10°时的进距＜2.5L②对停船性：全速倒车停船距离＜15L超大船倒车停船距离＜20L③对于首摇抑制性、保向性3、Z 型试验结果：左右10°舷角第一超越角：a 、当L/v ＜10s 时：＜10°b 、当L/v ＞30s 时：＜20°c 、当10s ＜L/v ＜30s 时：[5+21（L/v ）]°第二超越角：a 、当L/v ＜10s 时：＜25°b 、当L/v ＞30s 时：＜40°c 、当10s ＜L/v ＜30s 时：＜[17.5+0.75（L/v ）]°第三章车、舵、锚、缆、拖船第一节螺旋桨（propeller ）1、关于阻力的补充摩擦阻力占到70%~80%，它与大约船速1.852的次方成正比2、吸入流与排出流①进入螺旋桨的流吸入流：范围广、流速慢、流线平行②螺旋桨排出的流排出流：范围小、流速快、水流旋转3、推力有船速关系（还与滑失有关）推力：排出流对船的反作用力船速一定，螺旋桨转速高推力大螺旋桨转速一定，船速高推力小4、滑失：螺旋桨对水实际速度与理论上能前进速度之差理论速度滑失滑失比=螺旋桨推力主要取决于其转速及滑失比。
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二、简化方程当重心在原点处：X G =0 运动坐标系一般方程：三、对于给定船型、给定流体中的运动情况船型参数和流体特性为已知条件； 操纵运动为缓变过程，忽略高阶小量； 忽略推进器转速影响；操舵过程短暂，忽略转舵加速度。
则可将给定船型流体中受力情况表示如下：由泰勒展开式，用水动力导数表示如下：四、简化后的操纵运动线性方程式：2()()()ψψψψψψ=--=++=++G G Z G X m u v x Y m v u x N I mx vu 00cos sin ψψ=+G G X mx my 00cos sin ψψ=-G G Y mymx ()()ψψψ=-=+=z X m u v Y m v u NI (,,,,,,)(,,,,,,)(,,,,,,)X X u v r u v r Y Y u v r u v r N N u v r u v r δδδ===v r v r v r v r Y Y v Y r Y v Y r Y N N v N r N v N r N δδδδ=++++=++++11111()()()()()()()()v v G r r G v v z r G r v ur v u u r r v u rm Y v Y v mx Y r mu Y r Y mx N v N v I N r mx u N r N δδδδ+=++∆+∆=+--+-+-=--+-+-=1.3水动力导数一、定义：匀速直线运动时，只改变一个运动参数，其他不变引起的作用于船舶水动力对运动参数的变化率。
船舶操纵性能数值模拟研究
船舶操纵性能数值模拟研究船舶操纵性能是指船舶在各类航行条件下的稳定性、敏感度、转向性等方面的性能，是船舶设计和运营的关键指标之一。
为了更好地优化船舶的性能，提高其安全性和经济性，船舶操纵性能的数值模拟研究逐渐受到关注。
一、船舶操纵性能数值模拟研究的发展历程船舶操纵性能数值模拟研究最早可以追溯到20世纪60年代。
当时，美国海军研究办公室开展了一项名为“PMM（planar motion mechanism）”的实验，利用机械手臂控制模型船在水池中运动，测量船模在波浪和海流条件下的漂移、加速度、速度等基本参数，通过这些试验数据进行船舶操纵性能的仿真。
不过，由于当时计算机的处理能力较弱，模型缺乏真实性，无法满足实际需求，船舶操纵性能数值模拟研究并没有能够得到广泛发展。
随着计算机处理能力的提高和仿真技术的成熟，这一领域的研究逐渐复苏。
近年来，随着CFD（computational fluid dynamics，计算流体动力学）技术的广泛应用，以及海洋工程和水运领域的发展，船舶操纵性能的数值模拟研究又迎来了新的发展机遇。
二、船舶操纵性能数值模拟研究的意义为什么要进行船舶操纵性能数值模拟研究？其意义在于：1. 提高船舶性能分析的准确性和精度。
可以利用模拟技术对船舶运动进行计算和分析，帮助设计人员预测船舶的运动状态、防止运动失控，从而使船舶在多种操纵条件下保持稳定、安全、经济的运行状态。
2. 优化船舶设计。
通过模拟技术可以评估船舶的设计方案，对比不同方案的性能优劣，针对性优化设计，降低船舶建造成本、提高经济性。
3. 提高船员的安全意识。
通过模拟器进行操纵训练可以提高船员的操作技能和安全意识，减少操作失误带来的风险，进一步提高航海安全性。
三、船舶操纵性能数值模拟研究的技术手段船舶操纵性能数值模拟研究主要依赖于CFD技术，特别是CFD中的VOF（volume of fluid，流体体积分数）方法，从而模拟船舶运行状态。
船舶操纵性能测试技术及评价方法研究
船舶操纵性能测试技术及评价方法研究随着船运业的发展，对船舶操纵性能的要求也越来越高。
船舶操纵性能是指船舶在航行过程中的运动特性和控制能力。
操纵性能的好坏直接影响到船舶的安全性和经济效益。
因此，船舶操纵性能的测试和评价是船舶设计、建造和运营中不可或缺的环节。
一、船舶操纵性能的测试技术船舶操纵性能测试主要包括静态试验和动态试验两种方法。
静态试验是在船舶停泊状态下进行的试验，目的是测试船舶的稳定性和操纵性。
静态试验可以通过方向舵试验来检测船舶的方向稳定性、侧向稳定性和侧向操纵性能。
在方向舵试验中，通过模拟不同操纵条件下的水动力载荷，测试船舶的方向响应特性和舵效系数。
这种试验方法具有简单、易于操作、成本低等优点，但缺点是不能反映实际船舶的运动特性和操纵能力。
动态试验是在船舶航行状态下进行的试验，目的是测试船舶的运动特性和操纵能力。
动态试验可以采用模型试验和实船试验两种方法。
模型试验是通过制作船舶模型并在水池或风洞中进行试验来模拟船舶的运动特性和水动力性能。
模型试验具有试验条件可控、数据精确等优点，适用于初步设计阶段。
但是，由于模型的比例缩小，会存在失真现象，因此需要对实验数据进行缩放正确处理。
实船试验则是在实际船舶上进行试验。
实船试验具有真实性强、数据真实可靠等优势，适用于验证模型试验结果和进行航行试验。
实船试验可以通过船舶运动记录系统、GPS定位系统和遥测技术等手段对船舶的运动特性和操纵性能进行记录和分析。
二、船舶操纵性能的评价方法船舶操纵性能的评价涉及的指标比较复杂，常用的指标包括转向率、转向时间、转向燃油消耗量、船速损失等。
下面对常用的评价指标进行简单介绍。
1. 转向率：转向率是指船舶在定点转向时所达到的旋转角度与转向期间所行驶距离之比。
通常用度/秒来表示。
转向率越大，表示船舶的敏捷性越好。
2. 转向时间：转向时间是指船舶在定点转向时所需要的时间。
转向时间越短，表示船舶的控制能力越强。
3. 转向燃油消耗量：转向燃油消耗量是指船舶在完成一次转向时所消耗的燃油量。
船舶操纵考点总结
第一章船舶操纵性能基本概念1.船舶操纵性能可分为固有操纵性和控制操纵性，固有操纵性：包括追随性、定长旋回性、航向稳定性；控制操纵性：包括改向性、旋回性、保向性。
2.转心：从瞬时轨迹曲率中心O 点作船舶首尾线的垂线可得瞬时转动中心P 点，简称“转心”。
船舶定常旋回时，一般转心位于船首之后约1/3 - 1/5 船长处；尾倾时，转心后移，首倾时，转心前移。
3.漂角：漂角是指船体上一点的船速矢量与船舶首尾线之间的交角；漂角一般指船舶重心处的漂角，用符号β 表示，左舷为负，右舷为负。
4.水动力及其力矩：水给予船舶的运动方向相反的力。
5.水动力作用中心：水动力作用中心是指船体水下部分的面积中心，随漂角β 的增大而逐渐向后移动。
船舶平吃水时，当漂角为0，船舶向前直航时，水动力中心在船首之后约1/4 船长处，且船速越低，越靠近船中；⏹当漂角为180º，即船舶后退时，水动力中心在距离船尾之前约1/4 船长处，且船退速越低，越靠近船中。
⏹船舶空载或压载时往往尾倾较大，船体水下侧面积中心分布在船中之后，水动力作用中心要比满载平吃水时明显后移。
6.引航卡(Pilot Card)：船长与引航员之间关于船舶操纵性能进行信息沟通的资料卡；每航次由船长填写；内容包括本船的主尺度、操纵装置性能、船在不同载况时主机不同转速下的航速以及船舶特殊操纵装置(侧推器)等信息。
7.驾驶台操纵性图(Wheelhouse Poster)：详细概述船舶旋回性能和停船性能的图表资料；置于驾驶台显著位置；内容包括深水和浅水(＝1.2)，满载和压载情况下船舶的旋回圈轨迹图及制动性能(停船试验)资料。
8.船舶操纵手册(Maneuvering Booklet)：详细描述船舶实船操纵性试验结果的手册；它是重要的船舶资料之一；内容包括旋回试验、Z形操纵试验和停船试验的试验条件、试验记录以及试验分析等；操纵手册包括全部驾驶台操纵性图上的全部信息；除实船试验结果之外，操纵手册中的大部分操纵信息估算结果。
船舶操纵性与控制性能分析
船舶操纵性与控制性能分析第一章船舶操纵性的定义与重要性船舶操纵性是指船舶在水上运动时对操纵指令的执行情况，包括转向性能、行进性能以及速度控制能力等。
船舶操纵性在航行安全和航行效率方面均具有重要意义。
良好的操纵性能使船舶能够准确地遵循船长的指令，并能够迅速应对紧急情况，确保船舶的稳定性和航行安全。
本章将对船舶操纵性的定义、指标和重要性进行分析。
第二章船舶操纵性指标船舶操纵性的指标主要包括转向半径、转向时间、航向稳定性和船舶速度控制性能。
转向半径是指船舶在接受操纵指令之后，从原来的航向转向到新航向所需的圆周半径。
转向时间是指从船舶接收操纵指令到其开始转向并最终稳定在新航向的时间。
航向稳定性是指船舶在无外部扰动的情况下能够稳定地维持航向的能力。
船舶速度控制性能是指船舶能够准确控制航行速度，在不同的航行条件下保持稳定。
第三章影响船舶操纵性的因素船舶操纵性受到多种因素的影响，包括船舶的设计参数、水动力因素、环境条件以及航行用途等。
船舶的设计参数如船体形状、船体尺寸、操纵装置的位置和类型等对船舶操纵性产生重要影响。
水动力因素包括航行速度、水流和风力等，在不同的水动力条件下，船舶的操纵性能会有所变化。
环境条件如水域深度、水温和水质等也可能对船舶操纵性产生影响。
此外，航行用途如货船、客船和军舰等也对船舶操纵性有所要求。
第四章船舶操纵性的改进方法为了提高船舶的操纵性能，设计师和船舶操纵员可以采取多种方法。
在设计方面，可以通过优化船体结构、改善操纵装置的设计和布置以及改进船舶的推进系统来提高船舶的操纵性。
在操纵操作方面，船舶操纵员可以通过合理的操作技术和训练来提高船舶的操纵性能。
此外，船舶的自动化技术和辅助操纵系统的引入也可以提高船舶的操纵能力。
第五章船舶操纵性的应用船舶操纵性在船舶的各个领域中都具有重要应用价值。
在商业航运中，良好的船舶操纵性能可以提高货船的航行效率，降低燃油消耗。
在客船运输中，船舶的操纵能力直接关系到乘客的舒适度和安全性。
船舶操纵性能模拟和优化设计技术研究
船舶操纵性能模拟和优化设计技术研究在现代船舶设计中，船舶操纵性能是一个非常重要的指标。
船舶操纵性能直接关系到船舶的安全性、航行性能以及操作人员的船舶操纵的难易程度。
因此，研究船舶操纵性能的模拟和优化设计技术对于提高船舶的操纵能力和提升船舶的性能非常必要。
船舶操纵性能的模拟研究主要通过计算机仿真来进行。
通过建立船舶运动数学模型，可以模拟出在不同操纵条件下船舶的运动轨迹、姿态变化等。
这些模拟结果可以用来预测船舶在不同航行状态下的操纵性能，帮助设计师优化船舶的设计参数以提高其操纵性能。
首先，船舶操纵性能模拟的关键是建立准确的船舶运动数学模型。
这个数学模型应该能够准确地描述船舶的运动特性，包括自由运动和操纵运动。
自由运动包括船舶的漂流运动、操舵运动和纵向运动等，而操纵运动则主要包括船舶的转弯和停止等操作。
建立这个数学模型需要考虑到船舶的外形参数、质量参数、操纵系统参数以及水动力参数等。
只有通过精确建模，才能得到准确的模拟结果。
其次，船舶操纵性能模拟还需要准确的操纵输入。
即通过模拟操纵系统，向数学模型提供准确的操纵指令。
这些操纵指令可以是舵角、舵转速、螺旋桨转速等。
这些指令的准确性对于模拟结果的准确性非常重要。
因此，在设计船舶操纵性能模拟时，需要考虑到操纵系统的灵敏度、延迟等因素。
另外，船舶操纵性能的模拟还需要考虑不同的航行状态。
船舶在不同航行状态下的操纵性能可能存在差异，因此需要在模拟中考虑到这些因素。
例如，船舶在不同海况下的操纵性能可能存在差异。
此外，船舶在不同负载条件下的操纵性能也可能有所不同。
因此，模拟中需要考虑到这些因素，并进行相应的优化设计。
在船舶操纵性能的优化设计中，可以通过改变船舶的几何形状、添加辅助设备或进行控制系统优化等方式来提高船舶的操纵性能。
一种常用的优化设计方法是流线型的优化。
通过改变船舶的几何造型，尤其是船舶的船型和船尾形状，可以减小船舶在操纵时的水动力阻力，提高船舶的操纵性能。
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船舶的操纵性能（旋回性、冲程、保向性、改向性以及船舶变速运动性能）
船舶驾驶人员必须较好地掌握船舶操纵知识，了解本船的操纵性能以及各种外界条件对本船操纵性能的影响，才能正确操纵船舶；准确控制船舶的运动。
往往一艘操纵性能良好的船舶，具有稳定地保持运动状态和迅速准确地改变运动状态的性能。
一、旋回性能是船舶操纵中的重要部分，它包括的因素有偏移或反移量、进距、横距、旋回初径、漂角、转
心、旋回时间、旋回中的降速和横倾等。
这些数值是在船舶满载，半载以及空载等不同的状态下实测所得，掌握这些要素，对避让船舶、狭窄区域旋回或掉头等情况下安全操纵船舶有着重要的作用，也是判定船舶是否处于安全操纵范围内的重要参数。
偏移或反移量（KICK）是船舶重心向转舵相反一舷横移的距离，满载时其最大值约为船长的1%左右，但船尾的反移量较大，其最大值约为船长的1/10—1/5，可趁利避害的加以运用，如来船已过船首，且可能与船尾有碰撞危险，紧急情况下可向来船一侧满舵利用
反移量避免碰撞（有人落水时向人落水一舷操满舵也是利用该反移量）；进距（ADVCNCE）是开始转舵到航向转过任一角度时中心所移动的纵向距离，旋回资料中提供的纵距通常特指转过90度的进距，即最大进距，其值约为旋回初径的0.85—1.0倍，熟练掌握可常帮助我们正确判断船首来船或危险的最晚避让距离；横距（TRANSPER）是开始转舵到航向90度时船舶中心所一定的横向距离，其值约为旋回初径的0.55倍；旋回初径（TACTICAL DIAMETER）是船舶开始转舵到航向180度时重心所移动的横向距离，其值约为3-6倍船长；旋回直径（PINAL IAMETER）是船舶做定常旋回运动时的直径，约为旋回初径的0.9-1.2倍。
漂角（DRIPT AUGTE）是船舶旋回中船首与重心G点处旋回圈切线的方向夹角，其值约在3度—15度之间，漂角约大，其旋回性能越好；转心P是旋回圈的曲率中心O到船舶首尾线所做垂线的垂点，该点处的漂角和横移速度为零，转心P约在船首柱后1/3-1/5船长处，因此，旋回中尾部偏外较船首里为大，操船是应特别注意；旋回时间是旋回360度所需要的时间，它与排水量有密切关系，排水
量大，旋回时间增加，比如万吨船快速满舵旋回一周约为6MIN，而超大型船舶旋回时间几乎增加一倍；
旋回中的降速系由船体斜航阻力增加，舵阻力以及推进效率降低而造成的，所降部分为航速的1/4-2/4不等；旋回产生的横倾，它是一个应注意的不安全因素，旋回初出现向用舵方向一侧的内倾，倾角较小，时间也较短，不久随着转头角度速度增加，将出现向用舵反侧的外倾，对于GM值较小的集装箱船等，在操纵中应特别注意。
二、冲程是停车后船速的降低和冲程的变化情况，他的大小与船舶的吨位、吃水、风流情况以及船舶的速度
有关，掌握本船在不同状态下的冲程，对船舶抵达锚地、港口、靠离码头及避让船舶有重要的参考价值，并由此而能准确地操纵船舶。
当主机刚停下时，由于船速较高，受阻力大，速度下降率也很高，速度下降率逐渐变缓，甚至一时很难停止下来，冲程在开始阶段增加很快，而后急剧变慢，最后将以极慢的速度向某值趋近，该值的极限即为最后的停车冲程，紧急停船时，单靠停车措施很难在短时间停住，因为
需要倒车，为不至造成主机转动部分出现过大应力或损伤，在关闭油门后，通常要等船速降至全速时的60-70%再进行倒车启动，驾驶人员应当了解所在船舶的主机换向性能，以便合理的使用主机，从前进三到后退三所需时间的长短随主机的区别而不同，倒车冲程也称为最短停船距离，这是为紧急避让他船和前方碍航物时操船的一个估算标准，驾驶人员均需牢记本船的这一技术数据，以策安全，一般货船的倒车冲程可达6-8倍船长，载重量5万吨左右的船舶达8-10倍船长，10万吨的船可达10-13倍船长，15-20万吨的船可达13-16倍船长，排水量越大，冲程越大；航速越大，冲程越大（排水量一定时）；主机倒车功率越小，换向时间越长，冲程越大。
浅水中冲程减小，船体污底严重，冲程减小，顺风顺流时冲程增大，反之则减小。
三、船舶的保向性即航向稳定性，其分为：1静航向稳定性，是指当船舶因外力作用稍微偏离原来航向而重
心仍在原来航线运动时，船舶斜航漂角将如何变化的性能。
2动航向稳定性，是指当干扰过后，在不用
舵纠正的情况下，能尽快的稳定新航向的性质。
当操纵性指数T为正时，则具有航向稳定性，而且T越小的正值时航向稳定性能越好，如T大于0，则船舶不具有航向稳定性，方形系数C B较低，长宽比较高的船，一般来说，具有较高的航向稳定性，一艘航向稳定性好的船，直进航行中即使很少用舵也可以较好的保向，而当操舵改向时，有能较快的应舵，转向中正舵，又能较快的响应把航向稳定下来。
四、船舶的改向性即舵效，舵效的好坏也是影响船舶操纵的一个重要因素，并且舵效与船舶的航向稳定性有
直接的相互关系，舵效通常用追随性指数和旋回性指数来衡量，追随性指数越小，船应舵快，舵效则好。
反之，应舵慢而舵效差；旋回性指数越大，船的旋回性越好，舵效也就越好。
当然影响舵效的因素较多，如船舶的舵角的大小、排水量、船速、船舶的纵倾、横倾情况，舵机的性能、风流等因素。
舵角的大小直接影响转船能力矩和转头角的大小，大舵角是提高舵效的有效措施。
船舶在低速航行中，当需要大角度转向时，则可家大螺旋桨转速，提高滑失比，增大排出流以提高舵效。
船舶转动惯性也是影响舵效的
因素之一，排水量，满载大船，舵效较差，一般情况下，操纵此类船舶应早用舵，早回舵。
船舶首倾时舵效较差，适量尾倾舵效好，横倾时，转向低舷侧水阻力较大，舵效差，反之，则舵效好。
舵机性能、风，流，浅水等外界因素也影响舵效，电动液压舵机性能较好，船首来风，迎风转向较顺风转向效果差，空船时尤其明显，顺流时舵效比顶流时差，浅水中舵效比深水中差。
五、船舶变速运动性能，主机发出动力，驱动推进器产生推力，克服船体本身所受到的各种阻力而航行于水
面，当推力与阻力平衡时，船舶才能定速航行，否则将做变速运动。
船舶速度有海上速度和港内速度之分，港内速度是为了变速操纵的速度，一般为海上速度的70~80%。
了解本船的速度情况，可以在任何时候适当地控速。
特别是在一些特殊环境和情况下，控制好船速，既保证了舵效，又能使船舶保持在计划航线上。
在避让船舶和雾中航行时，控制好船速显得更为重要，也是避免碰撞的一个重要手段。
启动时船舶有静止状态开进车，不可以一味求快，否则会使主机转矩突然增加，是主机超负荷，从静止状态
启动主机前进直至达到常速，满载船的航进距离约为船长的20倍左右，轻载时约为满载的1/2-2/3；高
速航进中的船舶，如需减速，从保护主机出发，仍应采取逐级降速的办法；需要停车时，一般情况下仍
以逐级降速至停车，对主机维护较为有利；在高速航进中，由前进三或前进二突然改为倒车，甚至高速
倒车的话，尽管情况紧急，但对于主机却是办不到的，为不造成主机转动部分出现过大应力或损伤，在
关闭油门后，转速降至额定转速的25-35%时，迫使主机停转后，再进行倒车启动，启动后倒车转速的加
快也应逐步增大，以防止损害主机
在实际操船过程中，时刻都使用船舶的操纵性能，如靠离码头、抵离锚地、锚地转向、海上船舶之间的避让，紧急情况下停船（特别是在雾中航行）。
狭水道内航行等情况下的船舶操纵，都与船舶操纵性能有直接关系。
因此，掌握船舶的操纵性能，对正确操纵船舶、保证船舶的航行安全有着极其重要的作用和意义。