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 v

u 00cos sin ψψ

=+G G X mx my 00cos sin ψψ

=-G G Y my

mx ()()

ψψψ

=-=+=z X m u v Y m v u N

I (,,,,,,)(,,,,,,)(,,,,,,)

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。

二、表示方式：

三、水动力导数分析：

1. 位置导数 Y v ,N v ：Y v 是一个较大的负值；N v 是一个不很大的负

值。

2. 加速度导数v Y ，v N ：v Y 代表惯性力，是一个大负值；v N 代表惯

性力矩，由于首尾抵消，是一不大的数值。

3. 旋转导数Y r ,N r ：r Y r 由r 引起的阻尼力,首尾方向相反，Y r 为一

小值；r N r 是由r 引起的阻尼力矩，N r 为一个很大的负值。 4. 旋转加速度导数r Y ，r N ：r Y r 由r 引起的惯性横向力，由于首

尾抵消0r Y ≈；r N r 是r 引起的惯性力矩，与r 的方向相反，是一个大负值。

5. 舵角的控制导数Y δ，N δ：舵以右舵角为正，正的舵角产生负的

舵力，则 大于0Y δ；而舵力矩使船向右转，是正的，故 N δ> 0。

二、航向稳定性

2.1基本概念

,,,,,,r v r v r v r Y Y Y Y Yv Y Y Y v r v r N N N N N N N N v r v r

∂∂∂∂====

∂∂∂∂∂∂∂∂====∂∂∂∂

一、稳定性概念: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,当干扰去除之后,经过一定的过渡,若物体(或系统)能回复到原定常运动状态,则称原运动状态是稳定的。物体的运动状态是否稳定既取决于物体本身的性质,而且也取决于所考察的运动状态和运动参数。

二、水面船舶的运动稳定性:

（1）直线运动稳定性：船舶受瞬时扰动后，其重心轨迹终将恢复为一直线，但航向发生了变化。

（2）方向稳定性：船舶受扰并在扰动消除后，其重心轨迹最终将恢复为与原来航线相平行的另一直线。

（3）位置稳定性：船舶受扰后，其重心运动轨迹将恢复为原航线的延长线。

三、关系与分类

具有位置稳定性的船舶一定具有直线稳定性和方向稳定性,具有方向稳定性的船舶一定具有直线稳定性。

按是否操舵,稳定性可分为固定稳定性和控制稳定性.固前者取决于船体几何形状,后者取决于整个闭合回路的特性。

固定稳定性越好的船,控制稳定性也越好。

对于通常的水面船舶,只有通过操舵控制才可能使之具备方向稳定性和位置稳定性. 如果不操舵,最多具备直线稳定性。

2.2小挠动方程

水平面内的航向稳定性的小扰度方程：