1.4船舶操纵性试验解析
三、船舶操纵性能之船速解读
(3) 推力功率 (Thrust horse power) THP 推进器收到功率后,产生推船前进的功率称为推力功率. 它等于推进器发出的推力T和推进器与水相对速度VP的乘积。 即: THP = T·VP /1000 ( kW) 式中: 推力T的单位为 N; VP 单位为 m/s ; THP单位为 kW。
4、船速的测定
4、船速的测定
船速的测定条件
船舶操纵性能受水深、水域宽度、气象条件、水文条件等诸多 因素的影响，所以为了使实船试验结果具有普遍意义，需要对试验 条件做出规定。IMO安全委员会在MSC/Circ.644中作出了详细规 定。 1. 水深、水域宽度 应在深水、宽度不受限制、但遮蔽条件较好的水域进行标准操 纵性试验，其水深应大于4倍的船舶平均吃水。 2. 船舶载况和吃水差 船舶应在满载(达到夏季吃水)、平吃水(吃水差为0)的条件下进
水深波浪浪级涌浪的周期及浪级涌浪的周期及方向方向海流能见度以及其他气象水文情况海流能见度以及其他气象水文情况二观测与记录试验数据试验数据应对有关试验的数据进行观测并以每次不超过应对有关试验的数据进行观测并以每次不超过2020秒的间隔秒的间隔进行记录这些数据包括
项目三：船舶操纵性能
任务一：
船
速
一、船舶的阻力与推力 （一）船舶阻力（Resistance） 船舶阻力可分为基本阻力和附加阻力。 R R0 R 1、摩擦阻力Rf 大小与船体湿水面积成正比，与航速的1.825次 方成正比 2、兴波阻力Rw 大小约与航速的4~6次方成正比 3、涡流阻力Re 大小与航速的平方成正比
（4）经济船速（Harbour Speed）
（1）额定船速
（1）额定船速 新船验收后的主机，可供海上长期使用的最大功率称为额定功率NH， 与其相对应的转数称为额定转数nH，该条件下主机发出的转矩称为额定转
船舶与海洋工程性能试验技术：6 操纵性与耐波性试验
2．Z形试验
目的是模拟船舶不断小舵角操纵的情况,能较好 地分析船舶的转首性和方向稳定性。也可以预报K T指数。
（1）试验船模放于适当的位置，启动船模作直线航 行；
（2）待达到稳定的航速 V时，迅速操舵转至右10°。 船模便开始实现Z形运动，待首向角向右达到10° 时，又自动切换舵角至左10°，待首向角向左达到 10°时，又自动切换舵角至右10°，如此反复操舵， 便可得出舵角δ与首向角ψ随时间t的变化曲线，通 常当首向角ψ曲线出现三个峰值后便完成了Z形试 验。
(T )
(n k)
T T kT n k T
nn
由上得
Rx
(
kT n
)
n
1
k
nk
[x(ti )
i 1
m1 (
)][ x(xik
)
m1 (
' )]
式中
m1 m1
( (
) ')
1 nk n k i1 x(ti )
1n
n
k
x(ti
i 1 k
)
把相关函数Rx ( )表示成标准相关函数 rx ( ) 为
试验原理
▪ 几何相似 ▪ 运动相似:螺旋桨和舵的角速度、角加速度
很难保证相似(主机、舵机特性不相似) ▪ 动力学相似：直航傅汝德相似，机动状态
的动力学相似都比较难以满足.
试验操作人员通过遥控发射器发出控制信号，船模 上的接收器收到信号后把信息输入指令分配箱，对主 机、舵的动作进行控制，实现船模在水池中加速、减 速和改变航向等各种操纵运动。图1是操纵试验船模及 其测试设备布置的示意图。
T1，T2，T3称为转首滞后，是 指舵角δ回复到0°时刻至最大转 首角时的时间间隔，表示在零 舵角之后出现零角速度的时间 滞后， T小表示船的跟从性好， 是衡量跟从性的一个量度。
14船舶的航行性能解析
小倾角稳性（初稳性）（2）
• 当外力消失后，若船舶在该力偶矩的作用下能够恢复到初始平衡位置，则该船具有稳性，该 力偶矩称为稳性力矩（也称为扶正力矩）。若该力偶矩使船舶沿着倾斜方向继续倾斜，则该 船没有稳性，该力偶矩称为倾覆力矩。
小倾角稳性（初稳性）（3）
• 从图l－3－3中可以看出：船舶倾斜前后的浮力作用线相交于M点，我们把M点称为横稳心， GM称为初稳性高度。它是衡量船舶初稳性大小的基本标志。当G点位于M点之下时，GM取 正值，船舶具有稳性力矩；当G点位于M点之上时，GM取负值，船舶具有倾覆力矩；当G点 与M点重合时，GM为零，船舶处于随遇平衡状态。
1.4-船舶的航行性能解析
一、浮性（1）
• 浮性是指船舶在各种载重情况下，保持一定浮态的性能。
• 船舶在水中受到重力和浮力的共同作用。如图1－3－l所示。重力是指船舶所受的地球引力， 也就是船舶的重量。它包括货物重量、空船重量、消耗品及储备品重量等。重力的作用点称 为重心G，其方向垂直向下。浮力是指水对船舶表面压力的合力。根据阿基米德定律，其值等 于船舶所排开的同体积水的重量。浮力的作用点称为浮心B，即排水体积的几何中心，其方向 垂直向上。
六、操纵性（3）
• 船舶操纵的主要工具是螺旋桨和舵，此外还有锚和缆。在掌握风和流对船舶作用规律的前提 下，可以将风和流作为船舶操纵的借助因素。现代船舶的系泊作业则主要依靠拖轮。
• 海上航行的船舶，由于风、流和浪等外界因素的影响，以及螺旋桨工作时产生的横向力，经 常使船舶偏离航向，若要保持或改变航向则需不断地操舵。
二、稳性
• 稳性是指船舶受外力作用离开平衡位置而倾斜，当外力消除后能够自行恢复到平衡位置的性能。 • 稳性按倾斜方向的不同可分为横稳性和纵稳性；按倾斜角度大小的不同可分为小倾角稳性（初
04自由自航船舶操纵性试验
回舵试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
通常将回舵试验结果绘成如图4-7 所示的试验曲线。 对于具有直线运动稳定性的船舶， 最终的回转角速度均趋于零，即在 零舵角下，船舶将恢复为直线航行。 这正是船舶具有直线运动稳定性的 一种特征。 对于不具有直线稳定性的船舶，最 终将以某角速度值作定常回转，表 示即使舵角为零，船舶仍将作回转 运动，这正是船舶不具有直线运动 稳定性的特征。 图4-7(a)中的ab之间距离相当于螺 线试验中迟滞环线的环高，可表征 不稳定程度。
船海系：邱磊
逆螺线试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
逆螺线试验与螺线试验相反，它是 事先规定一系列回转角速度r0值， 而通过自动驾驶仪或人工操舵的方 法使船舶保持各角速度值定常回转。 由于它是固定r0而改变δ，与螺线试 验固定δ而r则任其发展变化到r0的 操纵方式相逆，所以试验时间大大 缩短。实际试验仅需30min。 此外，在小舵角回转时，船舶易受 风，浪等外来扰动影响，使试验结 果不可靠，逆螺线试验由于采用主 动操舵而保持r0定值，抗外界干扰 能力增强了，故此法被提出后，受 到操纵性研究者的广泛支持。
L0 LA LB
在图上任取一点O，作直线Ox0， 并取其为船舶初始航线。按一 定的比例尺，以O为圆心，L0为 半径作圆。各时刻tj 船舶重心 点位置作图如下:
光学跟踪的绕标方法结果精确，但 需在试验水域设置浮标，不方便。
图4-2(b)
船海系：邱磊
光学跟踪的绕标方法
《船舶操纵性与耐波性》课件
船舶操纵性与耐波性
第四章自由自航船舶操纵性试验 邱磊 qiu-lei01@
PMM平面运动机构试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
船海系：邱磊
船舶设计考试试题及答案
船舶设计考试试题及答案1. 船舶设计的基本原理和概念船舶设计是指按照特定的要求和标准，对船舶的结构、性能、稳性、操纵性等进行整体设计和计算的过程。
船舶设计的基本原理包括以下几个方面：1.1 流体力学原理：流体力学是船舶设计的基础，主要涉及到船舶在水中的运动与水的运动之间的相互作用。
在船舶设计时，需要了解流体力学的基本原理，如压力、速度、流量等。
此外，还需掌握对流体的阻力和升力的计算方法。
1.2 结构力学原理：结构力学是指在船舶设计中，对船体结构的强度、刚度和稳定性进行计算和分析的学科。
在船舶设计中，需要考虑各个结构部件如船体、甲板、船尾等的强度和刚度，以确保船舶在运行过程中具有足够的稳定性和安全性。
1.3 稳性原理：稳性是指船舶在各种工况下保持平衡的能力。
在船舶设计中，稳性的计算和分析是非常重要的一项工作。
稳性计算主要包括初步稳性计算和细致稳性计算两个阶段，其中初步稳性计算是在设计初期对船舶的稳性状况进行估算，而细致稳性计算则是在船舶设计完成后进行的精确计算。
1.4 操纵性原理：操纵性是指船舶在不同航行状态下的操纵性能力。
在船舶设计中，需要对船舶的操纵性进行评估和计算。
操纵性评估主要包括舵效、转向性能、加速度和纵向稳定性等方面的考虑。
2. 船舶设计考试试题2.1 问题一：请简要说明船舶设计的基本原理及其在船舶设计中的应用。
2.2 问题二：解释流体力学原理在船舶设计中的重要性，并结合实际案例进行说明。
2.3 问题三：船舶的稳性是船舶设计中的重要考虑因素，请以特定的船舶类型为例，分析稳性计算的过程和应用。
2.4 问题四：船舶的操纵性对于船舶的正常运行和安全性至关重要，请列举几个与船舶操纵性相关的设计因素，并解释其影响。
3. 船舶设计考试试题答案3.1 答案一：船舶设计的基本原理包括流体力学原理、结构力学原理、稳性原理和操纵性原理。
在船舶设计中，这些原理的应用可以帮助设计师确定船舶的结构、稳定性和性能等方面的要求，并进行相应的计算、分析和评估。
船舶操纵性_第5章
第五章 船舶操纵性试验
取如下三个不同的区间的积分： 取如下三个不同的区间的积分：
t = 0 → te : ψ e = K ∫ δ (t )dt + Kδ r te
t = 0 → te′ : ψ e′ = K ∫ δ (t )dt + Kδ r te′ t = 0 → te′′ : ψ e′′ = K ∫ δ (t )dt + Kδ r te′′
V ′ ta = ta L
第五章 船舶操纵性试验
超越时间 从操反舵开始到船停止朝原方向回转的 t s ：从操反舵开始到船停止朝原方向回转的 时间。 时间。也有用从舵角回复到零的时刻起至船停止朝原方 称为转首滞后。 向回转之时间 t L 的，称为转首滞后。 超越角 ψ S ：操反舵后船继续朝原方向回转所转过的最 操反舵后船继续朝原方向回转所转过的最 大角度。 大角度。 从操舵瞬时到船完成向右舷和左舷摆动各一次， 周期T：从操舵瞬时到船完成向右舷和左舷摆动各一次， 回复到初始首向角的时间。 回复到初始首向角的时间。
再取如下三个区间的积分： 再取如下三个区间的积分：
ta
te
tb
tb
ta
t2 → te :
& & T( 4 ) (ψ 0 − ψ 2 ] + ψ e − ψ 2 = K ( 4 ) ∫ δ (t )dt + K ( 4 )δ r (te − t2 )
t2
te ′
& t4 → te′ :T( 6 ) (ψ 0 −ψ& 4 ] + ψ e′ − ψ 4 = K ( 6)(8) ∫ δ (t )dt + K ( 6)(8)δ r (te′ − t4 )
第五章 船舶操纵性试验
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。
船舶操纵性试验规范
船舶操纵性试验规范1 范围本规范规定了用差分全球卫星定位系统(DGPS)接收机测试船舶操纵性的方法。
本规范适用于海船实船操纵性试验，水面舰艇可参照执行。
2 试验目的测定船舶操纵性能，绘制船舶驾驶室挂图，检验船舶操纵性能是否满足IMO 相关要求。
3 试验仪器、设备3.1 DGPS 测试系统包括DGPS 接收机、计算机、打印机。
3.2 DGPS 接收机DGPS 接收机应符合GB/T 15527的规定，且在差分信号作用200 n mile 内，定位误差应不大于 5 m（置信度95％，水平精度因子值不大于4）。
如果为双天线DGPS 接收机，定向误差不大于。
接收机应在标定的有效期内使用。
D 13.3 坐标和时间3.3.1 DGPS 测量采用WGS－84大地坐标系。
3.3.2 DGPS 测量采用协调世界时（UTC）记录。
每秒钟采集一组数据。
3.4 应用软件数据处理软件，包括采样软件和数据计算分析软件，应经检验合格认可后方可使用。
4 试验条件4.1 试验海区试验海区应开阔，有足够回旋余地。
水深不应小于船舶吃水的5倍。
4.2 试验海况风力不应大于蒲氏3级，海浪不应超过2级，潮流平稳。
4.3 船舶状态液货船一般为装载状态，其他船舶可为压载状态。
5 试验项目操纵性试验一般包括回转试验、紧急停船和惯性停船试验、Z 形操纵试验、威廉逊（Williamson)救生试验和航向稳定性试验等。
6 试验程序和方法6.1 试验前的准备 6.1.1 天线安装6.1.1.1 天线安装位置应尽量远离无线电干扰。
天线仰角以上的空间对卫星的视野应清晰，天线接地线应与船的接地系统连接。
D 56.1.1.2 天线位置尽可能安装在船舶重心垂直上方，否则应对测试结果进行位置修正。
如果为双天线，则两个天线中心位置的连线应与船舶中纵剖面线方向一致。
6.1.2 卫星信号和差分信号接收6.1.2.1 应能接收到4颗以上有足够强度的卫星信号。
6.1.2.2 应选择差分信号最强的差分台，保证差分信号良好。
船舶操纵与避碰实验报告
实验（实践）1 船舶操纵性试验1.实践内容（1）（选做）：旋回试验（满载、压载），实践要求：完成操作、记录、绘图，求出旋回要素。
1）试验方法：（1）保持船舶直线定常航速；（2）旋回之前一个船长时，记录初始船速、航向角、及推进器转速等；（3）发令，迅速转舵到指定的舵角，并维持该舵角；（4）随着船舶的转向，每隔不超过20秒的时间间隔，记录轨迹、航速、横倾角、及螺旋桨转数等数据。
（5）在整个船舶旋回中，保持舵角、转速不变，直至船舶航向角旋回360º以上。
2）实验报告内容（1）初始状态：船舶首、尾吃水、排水量，初始船速、主机转速。
（2）环境条件：水深、波浪(浪级，涌浪的周期及方向)、流向流速、风向风速。
旋回轨迹和旋回要素绘图离、超越角。
1）试验方法：以10º/10º(分子表示舵角，分母表示进行反向操舵时的航向角)Z形操纵试验为例：（1）保持船舶直线定常航速；发令之前记录初始船速、航向角、及推进器转速等；（2）发令，迅速转右舵到指定的舵角(10º)，并维持该舵角；（3）船舶开始右转，当船舶航向变化量与所操舵角相等时，迅速将舵转为左舵到指定的舵角(10º)，并维持该舵角；（4）当船舶航向改变量与所操左舵角相等时，迅速将舵转为右舵到指定的舵角(10º)，并维持该舵角；（5）如此反复进行，操舵达5次时，可结束一次试验。
除上述10º/10ºZ形操纵试验之外，根据需要，还可进行20º/20º、5º/5ºZ形操纵试验。
2）实验报告内容（1）初始状态：船舶首、尾吃水、排水量，初始船速、主机转速。
（2）环境条件：水深、波浪(浪级，涌浪的周期及方向)、流向流速、风向风速。
Z型试验绘图1）试验方法（1）保持船舶直线定常航速；发令之前记录初始船速、航向角及推进器转速等；（2）发令，将主机由全速进车改为全速倒车；（3）船舶开始减速，当船舶对水速度为0时，可结束一次试验。
船舶操纵性自航模试验不确定度分析
船舶操纵性自航模试验不确定度分析摘要：随着经济和科技水平的快速发展，操纵性是船舶重要的水动力性能之一，它与船舶航行安全密切相关，在船舶的设计阶段需对其操纵性能进行评估。
操纵性自航模试验是评估船舶操纵性能的重要技术手段。
浅水中操纵性自航模试验结果的不确定度水平。
给出了操纵性自航模试验结果的不确定度水平，包括Z形试验的超越角及回转试验的纵距、战术直径和稳定回转直径。
并针对回转试验的回转直径及Z形试验的超越角进行了不确定度计算。
对操纵性自航模试验的不确定度分析方法进行研究，形成自航模试验的不确定度分析方法；并以某集装箱船为研究对象，给出了回转试验和Z形试验的不确定度水平。
关键词：操纵性;自航模试验;不确定度引言由于气垫船自航模自由航行不受约束，且距离岸基有一定距离，其远程无线控制尤为关键。
在保证远程控制指令数据长距离传输稳定的同时，气垫船自航模其自身操作的复杂性，也应保证其远程控制系统具备大量数据互换的能力。
该文针对用于无约束状态下的模型试验气垫艇船自航模远程控制方法进行详细介绍，其中包括气垫船自航模自控系统与远程控制实施方法。
1系统工作流程系统工作流程分为两部分：一部分是图像采集和处理并与伺服系统形成闭环，调节船模成像到图像的正中心；另一部分是当船模成像到达图像正中心后，采集当前水平与垂直伺服系统的角度，计算当前船模坐标并与上一坐标点进行关联，绘制运行路径。
2自航模试验简介本文介绍的气垫船自航模总长小于5m，总重小于200kg它不同于常规水线面船艇，具有总重轻、航速高的特征，还包含水线面船艇所没有的围裙、空气螺旋桨、垫升风机、空气舵等特种设备。
同时，所进行的试验需在无障碍物的开阔水域进行，水域面积不小于1.5km×1.5km，数据传输距离长和数据传输同时性也需要保障。
自航模运动进行非线性仿真试验时，选择在开阔水域以获得相对真实的试验数据，因此，开阔水域对自航模远离岸基的远程操作控制提出了较高的要求。
第四章 舰船操纵性试验
第四章舰船操纵性试验舰船操纵性是舰船用其舵等控制装置改变或保持航向、航速、航行状态的性能，它是舰船重要的航海性能之一。
实船操纵性试验所得到的结果，具有重要的意义。
它综合地和直观地反映出了各种因素的影响，可直接供舰船操纵使用，同时又给设计和研究提供了客观依据，可改进设计和操纵性预报，可修正模型试验和实船试验的相关性系数。
舰船操纵性控制装置包括舵装置、导管装置、横推（侧推）装置等，种类很多。
本章中所介绍的主要是舵装置。
第15届国际船模试验水池会议的操纵性委员会提出了舰船操纵性分为舰船的固有操纵性和控制操纵性两种概念。
前者是指舰船在部分相关条件下，自身固有的操纵特性，它不依赖于外界环境条件，如风、浪、流等扰动及航道限制影响，也不依赖驾驶者（或自动驾驶仪）的技术水平。
后者是指舰船在全部相关条件下，考虑外界环境的影响及驾驶员技术水平时的操纵性能。
舰船操纵性指标是指能以定量的数值来评价舰船操纵性能好坏的判据。
舰船固有操纵性指标可分为两类。
一类称为“直接判据”，它是用试验中所测定的一些直观的运动参数，直接来判断舰船的操纵性能，如回转试验的纵距、横距、战术回转直径及稳定回转直径等；Z形操舵试验的执行操舵时间、航向超越角速度等等。
另一类称为“间接判据”或“分析判据”，它是根据试验结果分析计算而求出的，如静稳定指数、K、T判据及P指数等。
§4－1舰船操纵性试验的目的和项目舰船操纵性的好坏以及是否满足设计要求，需由实船操纵性试验确定，对于舰船的操纵人员来说（如船长、舵手），必须确切了解舰船操纵运动的诸参数（如回转直径、横距、纵距等），以便正确操船避免事故。
由于舰船操纵性与舰船的使用者有明确的联系，因此第14届国际船模试验水池会议操纵性委员会规定了八种试验方法来测定舰船的固有操纵性，即回转试验、回舵试验、零速启动回转试验、Ｚ形试验、螺线试验和逆螺线试验、变航向试验、制动及横推试验。
我国水面舰船实船操纵性试验项目一般包括：回转试验、Z形操纵试验、回舵试验、制动（惯性）试验、变航向试验、正螺线试验、逆螺线试验、倒航试验、侧向推力装置试验、舵杆扭矩测定试验。
1.2船舶操纵性能指数
五、影响K’、T’值的因素 影响K
影响因素 舵角增大 K’、 ’ T’值变 同时减小 ’ 化 舵面积 增大 K’增 ’ T’减 ’ 吃水增加 尾倾增加 水深变浅 船型系数 增大
同时增大 同时减小 同时减小 同时增大
六、K’、T’值的运用 K’、T’值的运用
（一）定常回转半径R的估算 定常回转半径 的估算 ω＝Vs/R， ω＝Kδ0， R＝Vs/Kδ0 Vs/R， Vs/K
1
ω
067Kδ0 δ
-t/T ) ω＝Kδ0 δ ω= Kδ(1-e δ
t T · •当T>0，t=0时， θ o=0, ωo =0,而ω =Kδ0/T 达最大值;
· •当t=T时， θ=0.37KTδ0, ω＝0.63Kδo, 但ω =0.37Kδ0/T;
1、旋回性指数K值：用以表示船舶定常回转角速度与对应舵角关系的 旋回性指数K 一种指数，表示操舵后船舶回转运动角速度大小的要素。 越大， 一种指数，表示操舵后船舶回转运动角速度大小的要素。K越大，回转 越大，船舶回转性就越好。 角速度 ω越大，船舶回转性就越好。 追随性指数T 用以表示船舶操舵后， 2、追随性指数T值：用以表示船舶操舵后，对舵角响应时间的一种指 数，它表示从操舵开始达到相应舵角所对应的稳定回转角速度时止所 需时间长短。 越小，船舶追随性越好。 需时间长短。T越小，船舶追随性越好。 T值又称为航向稳定性指数，T值小，超越角（θs= ωo·T）小，能较快地 值又称为航向稳定性指数，T值小，超越角（θ 稳定在新航向上；T值大，超越角大，航向稳定慢。只要T>0，船舶就具 稳定在新航向上；T值大，超越角大，航向稳定慢。只要T>0，船舶就具 有航向稳定性；若T<0，船舶不具备航向稳定性 有航向稳定性；若T<0，船舶不具备航向稳定性
1.4船舶操纵性试验
4.首摇抑制性能和保向性
1) 10º／10ºZ形操纵试验测得的第一超越角应不超过
10º
当＜10s时；
20º
当＞30s时；
(5＋1/2())º 当10s＜＜30s时。
2) 10º／10ºZ形操纵试验测得的第二超越角应不超过
25º
当＜10s时；
40º
当＞30s时；
(17.5＋0.75())º 当10s＜＜30s时。
二、旋回试验 旋回试验是指在试验船速直航条件下，操左35º 舵角和右35º舵角或设计最大舵角并保持之，使船 舶进行左、右旋回运动的试验。 用来评价船舶的旋回性能。
三、Z型试验 Z形操纵试验是一种评价船舶首摇抑制性的试 验，同时，可通过Z形操纵试验结果求取操纵性 指数K、T，进而评价船舶旋回性和航向稳定性。
3.气象与海况
应尽可能在比较平静的水域进行试验，具体规 定如下：
1）风力不超过蒲氏5级，即风速不超过19kn；
2）海浪不超过4级；即有义波高不超过1.9m、 最大波周期不超过8.8s；
3）流场比较均匀，即在试验时间和水域范围内 ，流速、流向相对是稳定的。
4.试验船速
标准对实船试验中的最小船速的规定为：应达 到船舶海上速度的85%，主机功率达到最大输出 功率的90%。
四、停船试验
停船试验是指船舶在试验速度 时，进行全速倒车，直至船舶对 水完全停止的试验。其目的是评 价船舶的停止惯性。
1.纵向进距
纵向进距指船舶从发令倒车开 始至船舶对水停止时在原航向上 的纵向位移量。纵向进距是由于 船舶惯性作用而产生的位移。因 此它是衡量船舶惯性的参数。
2.横向偏移量
横向偏移量指船舶从发令倒车开始 至船舶对水停止时在原航向上的横向 位移量。横向偏移是由于船舶倒车过 程中螺旋桨的作用而产生的位移。其 偏移方向与螺旋桨的转动方向有关： 对于左旋螺旋桨，倒车时船舶向右横 向偏移；对于右旋螺旋桨，倒车时船 舶向左横向偏移。偏移量的大小与船 舶的航向变化量有关。
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_第5章
第五章 船舶操纵性试验
假定给线性系统一个正弦输入： (t )
0
sin(t )
则对于具有直线稳定性的船，经过一段时间后，系统将进 入稳定运动状态，此后，船的摇艏角速度也应该是正弦变 化，即：
r(t ) r0 sin(t )
第五章 船舶操纵性试验
(4)回转试验应取得的主要参数有：
船的重心轨迹 战术直径
定常回转直径
纵距 横距 静横倾角 动横倾角 回转周期 定常回转角速度 定常回转航速等。
第五章 船舶操纵性试验
5.1.4 Z形操纵试验
（1）试验目的：评价船的航向改变性能，测定回转性指数
K 和应舵指数 T 。
第五章 船舶操纵性试验
可以看出，只要将系统的传递函数的复变量 s 取为纯虚数
i ,即可得到系统的频率特性。
0
te
第五章 船舶操纵性试验
求出另一 K 值，并记为K ，为由第一峰值得到的K。
则所求的 K 值为
K
K ( 6 )( 8) K ( 4 ) 2
第五章 船舶操纵性试验
根据积分式：
T [ (tb ) (ta )] (tb ) (ta ) K dt K r dt
第五章 船舶操纵性试验
取如下三个不同的区间的积分：
t 0 te : e K (t )dt K r te
t 0 te : e K (t )dt K r te
0 te
te
t 0 te : e K (t )dt K rte
t4
t6 te : T(8) ( 0 6 ] e 6 K (6)(8) (t )dt K (6)(8) r (te t6 )
船舶操纵性试验方法
船舶操纵性试验方法船舶操纵性是在“船舶原理”各学科中新近发展起来的、并且还不很完善的一门学科。
对于操纵性，可简单地理解为船舶按照驾驶者的意图去保持或改变船舶运动状态的性能。
就我国内河水运航道目前的状况和船舶驾驶者的实用角度来讲，较为实用的实船操纵性试验主要有以下几种：①定常回转性试验；②航行稳定性试验；③实船航行制动性试验；④Z形操纵试验。
1 船舶定常回转性试验船舶定常回转性试验的目的是评价船舶回转的迅速程度和所需要的水域大小，从而使驾驶者掌握船舶在港湾、狭窄江面或航道上安全地回旋、转向并在紧急情况下正确地进行避让，防范碰撞事故的能力。
定常回转性试验是船舶实船试验中典型的操纵性试验。
大多数船舶在交船试验中都必须进行此项试验。
船舶定常回转性试验的方法很多，内河船舶常采用轨迹观察法和轨迹测量法测试。
前一种方法主要考核船舶在满车（100%的主机转速）满舵角条件下回转的安全性，对定常回转性直径作定性观察，主要定量的测量参数是船舶回转式的最大动力横倾角和定常回转性时的最大静力横倾角（船舶在稳定回转时的最大横倾角）。
后一种方法，是我们要详细介绍的，即轨迹测量法：轨迹测量的具体实施办法有许多种，较为常用的是经纬仪交会法。
该方法的主要优点是：①比较适合我国目前内河航道的要求，只要有足够的助航段（主机转速稳定后，船舶进入直航时的距离能保证有60～100倍的船长），在满车满舵的工况下，被测船舶或船队能回旋540°～720°的航道宽度即可。
②通过测量船舶在试验航行时的船位测点，并将船位测点的数据经计算机或人工数据分析处理，就可以绘出船舶在操纵航行过程中的实际运动轨迹，从而定量地得到船舶在规定工况下的定常回转直径、回转时最大动力横倾角、定常回转时最大静力横倾角、定常回转时的平均角速度及回转率（定常回转直径与船长之比）等。
③该测量方法还同时可以用于船舶诸如航速、横移、船舶制动性等试验，并减少了架设测量仪器等繁琐工作。
实船操纵性试验
化学品船
油轮
（不限长度）
液化气船
2、试验条件 平静深水中，无风、流的外界环境；
满载平吃水，稳定的初始试验速度；
3、临时性标准规定的指标及容许界限值：
（1）旋回性：是船舶最基本的重要操纵性能之一，通 常采用满舵旋回。
满舵旋回 （进距）Ad ≤ 4.5L （旋回初径）DT ≤ 5L （2）初始旋回性能：（initial turning ability） 操（左）右舵100时，当船首向改变100，船舶前进距离 Ad ≤正舵，（并压舵）尽快使船 停止偏转，即保持直航的性能。
100/100 Z型试验 第一个惯性转头角≤100
（4）保向性： 舵工为了适应保向需要进行压舵（角）≤ 300 （5）停船性：crash stopping distance倒车冲程 ≤15L
(大排水量可修正）
现在实施ISM code 驾驶台必须张贴有pilot card maneuvering booklot(操船 小手册) ， wheel house poster 4、标准试验法 旋回试验、Z形试验、初始回转试验、停船试验、螺旋试验和回舵试验
求出与各舵角相对应的定常旋回角速度之间的关系。试 验时所需水域大，费时长。 逆螺旋试验与螺旋试验正好相反，选定一系列回转角速 度r值，通过操舵使船舶保持各角速度值定常回转，该 法比较省时，容易进行，抗外界干扰能力较强。
四、停船试验
判断船舶的停船性能
五、船舶操纵性能标准
（IMO 1993年通过的临时性标准）
通过测定船舶左右来回操同样舵角时作蛇航运 动一周期所航进的距离来判断操纵性。如该距 离与船长L之比越大，则操纵性越差。反之则 好。Z形试验又叫做标准操纵性试验。
船舶操纵性试验、航行训练报告书文档
《船舶操纵》课程船舶操纵性试验、航行训练报告书班级：学号：姓名：南京海员技术学校目录一、船舶改向性试验二、船舶停船试验（倒车冲程试验）三、船舶旋回试验四、船舶Z型操纵试验五、船舶航行训练附录：IMO颂发的《船舶操纵性临时临时标准》摘录1.旋回性：在用35°或最大允许舵角向左（右)操舵并以试验速度旋回时，进距不应大于4-5倍船长，旋回初径不应大于5倍船长。
2.初始旋回性：向左（右)操10°舵舵角，在船首向自初始航向改变10°的时间内船舶前进的距离不应大于2.5倍船长。
3.抑制偏摆角：在10°/10°Z性操纵试验中出现的第一个惯性转头角不得超过舵角的120％，第二个至第四个惯性转头角不得超过舵角的150％-200％；在20°/20°Z形试验中出现的第一个惯性转头角不得超过舵的100％-125％。
4.保向性：保向性应能维持令人满意的航向，操舵人员为适应保向需要的压舵舵角不得超过30°。
5.停船性能：全速倒车停船试验中的制动行程不应超过15倍船长。
一、船舶改向性试验（Couse Change Test）１．设备：桌面操纵模拟器２．试验目的与方法：目的：掌握船舶改向性能的实船试验，求船舶从操舵至改驶新航向上的距离。
方法：１）船舶定速直航、操左（右）舵１５°，记下操舵１５°的时间和船位Ａ点。
２）当船产向左（右）转首达１５°度时（船位于Ｂ点）迅速操正舵并接着压相反的舵角。
３）转头中在压舵后，转头角速度逐渐减小；衰减为零前操正舵，使正舵后转头角速度为零，并记下船位Ｃ点与时间。
３.记录表（Rrcord Table）（初始航向：000°、船速：）4.在空白定位图上画出船舶重心移动的轨迹，求出新航向上的距离。
船舶种类：排水量：吃水：船速：转向角：新航向距离：5.心得体会：二、倒车冲程试验（Crash Stop Test)1.设备：桌面操纵模拟器2.试验目的与方法：目的：测定船舶紧急停船性能。
浅谈船舶操纵性试验内容和方法
浅谈船舶操纵性试验内容和方法
胡卓
【期刊名称】《广东造船》
【年(卷),期】2003(000)003
【摘要】@@ 一前言rn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航速、航向和位置的性能.船舶操纵性包括三个方面的内容:
【总页数】4页(P13-16)
【作者】胡卓
【作者单位】华南理工大学交通学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于实船与模型试验的船舶操纵性相关性分析 [J], 刘小健;夏召丹;聂军;范佘明
2.船舶操纵性能试验在自卸砂船中的应用 [J], 潘海优
3.船舶操纵性试验方法 [J], 李杨
4.船舶操纵性自航模试验不确定度分析 [J], 师超;韩阳
5.浅谈桥涵工程试验检测内容、方法、频率--以老桥为例 [J], 程勇刚
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二、旋回试验
旋回试验是指在试验船速直航条件下，操左35º
舵角和右35º 舵角或设计最大舵角并保持之，使船
舶进Z形操纵试验是一种评价船舶首摇抑制性的试
验，同时，可通过Z形操纵试验结果求取操纵性
指数K、T，进而评价船舶旋回性和航向稳定性。
3.气象与海况 应尽可能在比较平静的水域进行试验，具体规 定如下： 1）风力不超过蒲氏5级，即风速不超过19kn； 2）海浪不超过4级；即有义波高不超过1.9m、 最大波周期不超过8.8s； 3）流场比较均匀，即在试验时间和水域范围内 ，流速、流向相对是稳定的。 4.试验船速 标准对实船试验中的最小船速的规定为：应达 到船舶海上速度的85%，主机功率达到最大输出 功率的90%。
4.首摇抑制性能和保向性
1) 10º ／10º Z形操纵试验测得的第一超越角应不超过
10º 当＜10s时； 20º 当＞30s时； (5＋1/2())º 当10s＜＜30s时。 2) 10º ／10º Z形操纵试验测得的第二超越角应不超过 25º 当＜10s时； 40º 当＞30s时； (17.5＋0.75())º 当10s＜＜30s时。 3) 20º ／20º Z形操纵试验测得的第一超越角应不超过25º 。
1.试验方法（以10º / 10º 为例 ）
1）发令，迅速转右舵到指定的舵角(10)，并 维持该舵角； 2）船舶开始右转，当船舶航向变化量与所操 舵角相等时，迅速将舵转为左舵到指定的舵角 (10º )，并维持该舵角； 3）当船舶航向改变量与所操左舵角相等时， 迅速将舵转为右舵到指定的舵角(10º )，并维持 该舵角； 4）如此反复进行，操舵达5次时，可结束一 次试验。
五、船舶操纵性衡准 1.旋回性 旋回圈的进距应不超过4.5倍船长(垂线间长，下同)， 相应的旋回初径应不超过5.0倍船长。 2.初始回转性 船舶操左10º 舵角或右10º 舵角后，船首向角从原航向改 变10º 时，船舶在原航向上的纵向行进距应不超过2.5倍船 长。 3.停船性能 船舶全速倒车停船试验中的航迹进距不超过15倍船长 。但是，对于超大型船舶，主管机关认为该标准不能满 足时，可进行修订，但任何情况下不应超过20倍船长。
第四节 船舶操纵性试验
实船试验条件 旋回试验 Z形操纵试验 停船试验 船舶操纵性衡准
一、实船试验条件 1.水深、水域宽度 应在深水、宽度不受限制、但遮蔽条件较好的 水域进行标准操纵性试验，其水深应大于4倍的船 舶平均吃水。 2.船舶载况和吃水差 船舶应在满载(达到夏季吃水)、平吃水(吃水差 为0)的条件下进行试验。即确保螺旋桨有足够的 沉深。
航迹进距指船舶从发令倒车开 始至船舶对水停止时航迹所行进 的距离。航迹进距俗称为“冲 程”，它也是一种衡量船舶惯性 的参数。
4.航向变化量
航向变化量指船舶从发令倒车 开始至船舶对水停止时航向的改 变量。航向变化是由于船舶倒车 过程中螺旋桨的作用而产生的转 向。其转动方向与螺旋桨的转动 方向有关：对于右旋螺旋桨，倒 车时船舶向右转向；对于左旋螺 旋桨，倒车时船舶向左转向。
横向偏移量指船舶从发令倒车开始 至船舶对水停止时在原航向上的横向 位移量。横向偏移是由于船舶倒车过 程中螺旋桨的作用而产生的位移。其 偏移方向与螺旋桨的转动方向有关： 对于左旋螺旋桨，倒车时船舶向右横 向偏移；对于右旋螺旋桨，倒车时船 舶向左横向偏移。偏移量的大小与船 舶的航向变化量有关。
3.航迹进距
2.特征参数
1）航向超越角
航向超越角指每次进行反 向操舵后，船首向向操舵相反 一侧继续转动的增加值。可见， 航向超越角是从航向变化量方 面对船舶转动惯性的一种度量。 超越角越大，船舶转动惯性越 大。
2）航向超越时间
航向超越时间指每次进
行反向操舵时刻起至船首
向开始向操舵一侧转动的
时刻之间的时间间隔。可 见，航向超越时间是从时 间方面对船舶转动惯性的 一种度量。超越时间越长，
船舶转动惯性越大。
四、停船试验
停船试验是指船舶在试验速度 时，进行全速倒车，直至船舶对 水完全停止的试验。其目的是评 价船舶的停止惯性。
1.纵向进距
纵向进距指船舶从发令倒车开 始至船舶对水停止时在原航向上 的纵向位移量。纵向进距是由于 船舶惯性作用而产生的位移。因 此它是衡量船舶惯性的参数。
2.横向偏移量