船舶操纵性试验方法
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
舰船操纵性能的仿真和分析
舰船操纵性能的仿真和分析近年来，随着科技的不断发展，船舶的操纵性能仿真和分析成为了一个热门的研究领域。
舰船操纵性能的仿真和分析可以帮助我们更好地探究船舶的性能优化和设计改进，为实际船舶操作提供指导，进而提高船舶的安全性和经济性。
一、舰船操纵性能的仿真和分析意义船舶的操纵性能是指船舶在不同的水动力条件下，完成各种操纵任务时的性能表现。
对于航海和港口操作等领域，优异的操纵性能是保证船舶航行安全和效率的关键因素。
而舰船操纵性能仿真和分析能够对船舶的设计、操作和维护等方面提供可靠的技术支持。
首先，舰船操纵性能仿真和分析可以帮助优化船舶的设计和构造。
通过对船舶的操纵性能进行系统分析和优化，找出船舶设计中的缺陷和瓶颈，进一步改进船舶的造型、结构和设备等方面，提高船舶的性能表现。
其次，舰船操纵性能仿真和分析还可以指导船员进行实际的操作。
通过仿真软件模拟船舶操纵情况，让船员实现实时操作，并观察船舶在不同场景下的操纵性能表现，提高操作技能，减少船舶操作中的错误和事故发生。
最后，舰船操纵性能仿真和分析还可以提高船舶的安全性和经济性。
通过对船舶操纵性能的分析和实验模拟，可以找出船舶在不同环境和气象条件下的响应特性，提高船舶的安全性和可靠性。
同时还可以优化船舶操作和船舶系统，减少船舶的能耗和运营成本，提高船舶的经济效益。
二、舰船操纵性能仿真和分析技术舰船操纵性能的仿真和分析技术主要包括实验室试验、数值模拟以及船模试验方法。
实验室试验是通过模型试验设备，对船舶在不同操纵条件下的表现进行定量实验，查找船舶操纵性能的优缺点和区间限制。
这种试验方法常使用的设备有万能试验机、流体试验台和光学测量设备等。
实验室试验具备实验易控、测试精确、数据检测能力强等优点，但是仅能模拟单一的操纵场景，且较难满足大尺度船舶复杂运动的需求。
数值模拟是利用计算机数值分析方法，模拟船舶在不同环境下的操纵性能，包括CFD(Coamputational Fluid Dynamics)流水动力学模拟方法、船舶运动数学模型等。
船舶操纵重点
2、描述船舶旋回运动状态的运动要素
1) 漂角(drift angle)
船舶首尾线上某一点 的线速度与船舶首尾面的交 角叫做漂角，如左图所示。 船舶在首尾线上不同点的漂 角是不同的，在船尾处，由 于其横移速度最大，因此漂 角也最大。但通常所说的漂 角是指船舶重心处的线速度 Vt与船舶首尾面的交角，也 就是船首向与重心G点处旋回 圈切线方向的夹角，用B表示 之。一般船舶的漂角大约在 3°～15°之间。
第二节 船舶操纵方程及船舶操纵性指数
一、船舶操纵运动方程
Tŕ+r＝Kδ
式中： K —— 旋回性指数(s-1); T —— 追随性指数(s); r —— 旋回角速度(1/s); ŕ —— 旋回角加速度(1/s2); δ —— 舵角(°)。
该方程最早是由日本学者野本谦作提出的，因此也称为野 本 方 程。 该式 中 ， T 称之 为 船舶 的追 随 性指 数 (turning lag index)，单位为s；K称之为船舶的旋回性指数(turning ability index)。
无因次化后的船舶操纵性指数K’、T’由于已经除去了船 舶尺度与船速的影响，故可直接用来比较不同船舶或同一船舶在 不同条件下的操纵性优劣及其变化趋势；反过来说，当两船的K、 T指数相等时，要使其操纵性能也相同，其船长和船速也应相同。
对于具备一般的操纵性能的船舶在满载状态下的K’、 T’应处于下列数值范围之内：
4) 旋回直径(final diameter) 旋回直径是指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径， 亦称旋回终径，并以D表示之，它大约为旋回初径的0．9～ 1．2倍。 5) 滞距(reach) 亦称心距。正常旋回时，船舶旋回直径的中心O总较操 舵时船舶重心位置更偏于前方。滞距是该中心O的纵距，并 以Re代表之，大约为1～2倍船长，它表示操舵后到船舶进入 旋回的“滞后距离”，也是衡量船舶舵效的标准之一。
操纵性试验
（d）反方向变换舵角进行试验，从左15度到 右15度为止，全部试验结束。 对稳定性较差的船，其试验舵角范围可取正负 25度。
（4）逆螺线试验
（5）回直试验 试验目的：与螺线试验相同 试验方法：按回转试验的步骤做右舵15度 （或20度）的回转运动，待船模 回转稳定后操舵回中（保留压舵 角）直至进入稳定运动。 再按同样的方法进行左舵15度 （或20度）试验
（7）紧急制动试验
试验目的：测定船模紧急制动能力。 试验方法：调好转速及压舵角，使船模以所 要求的航速直航前进，具有代表 性的航速为最大航速。 航速稳定后，尽快使螺旋桨全速倒航以 制动船模。当船模前进速度消失并开始出现 后退时，试验结束。
测量并记录从开倒车时刻起船模的重心运动 轨迹，从轨迹图上量取：
§4-4 自航模操纵性试验
1. 2. 3. 4. 5. 6.
回转试验 Z形操纵试验 螺线（或逆螺线）试验或回直试验 倒航操纵性试验 紧急制动试验 惯性试验
（1）回转试验
试验目的：测定船舶的回转能力，特别是满舵 角的回转能力，或称最大回转能力。 方 法：调整螺旋桨转速和压舵角，使船模 能按照要求的速度直航前进，直航稳定过后， 匀速操舵至预定舵角。船模进入定常回转， 当船模回转到540度以后，待船模恢复到直 线航行时，试验结束。
§4-3 平面运动机构 VPMM 垂直平面运动机构 HPMM 水平面平面运动机构 CPMC 数控平面运动机构
美国泰勒水池的VPMM
VPMM的运动模式
HPMM的运动模式
(a)纯左右移 （b）纯首尾摇
HPMM的运动模式
(c)艏摇与漂角 （d）艏摇与舵角
各国小振幅平面运动机构摘录
各国大振幅平面运动机构
第四章 船模操纵性试验
第1章 船舶操纵基础理论
第一章船舶操纵基础理论通过本章的学习，要求学员概念理解正确，定义描述准确，对船舶操纵性能够正确评估，并具有测定船舶操纵性能的知识。
根据船舶操纵理论，操纵性能包括：1）机动性（旋回性能和变速运动性能）2）稳定性（航向稳定性）第一节船舶操纵运动方程为了定量地描述船舶的操纵运动，我们引入船舶操纵运动方程，用数学方法来讨论船舶的运动问题。
一、船舶操纵运动坐标系1．固定坐标系Ox0y0z0其原点为O，坐标分别为x0，y0，z0，由于我们仅讨论水面上的船舶运动，因此，该坐标系固定于地球表面。
作用于船舶重心的合外力在x0，y0轴上的投影分别为X0和Y0对z0轴的合外力矩为N2． 运动坐标系Gxyz其原点为点G （船舶重心），坐标分别为x ，y ，z ，该坐标系固定于船上。
这主要是为了研究船舶操纵性的方便而建立的坐标系。
x ，y ，两个坐标方向的运动速度分别为u 和v ，所受的外力分别为X 和Y ，对z 轴的转动角速度为r ，z 轴的外力矩为N 。
二、 运动方程的建立根据牛顿关于质心运动的动量定理和动量矩定理，船舶在水面的平面运动可由下列方程描述：y 0⎪⎩⎪⎨⎧===ϕZ og o og o I N y m Y x m X该式一般很难直接解出。
为了方便，将其转化为运动坐标系表示，这样可以使问题大为简化。
经过转换，得：⎪⎩⎪⎨⎧=+=-=r I N ur vm Y vr u m X Z )()( 该方程看似复杂，但各函数和变量都与固定坐标系没有关系，因此，可以使问题大为简化。
三、 水动力和水动力矩的求解对于上述方程中的水动力和水动力矩可表示为：⎪⎩⎪⎨⎧===),,,,,,(),,,,,,(),,,,,,(δδδr v u r v u f N r v ur v u f Y r v u r v u f X N Y X经过台劳级数展开，可得X ，Y ，N 对各自变量的偏导数，称为水动力导数和水动力矩导数，它们可以通过船模试验求得。
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。
船舶运动学重要概念、简答(操纵性、耐波性)
首向角：船舶纵剖面与OoXo轴的交角。
漂角：重心速度与GX轴正方向夹角。
航速角：重心瞬时速度矢量与OoXo轴夹角。
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、航向和位置的性能。
包括小舵角的航向稳定性、中舵角的航向机动性和大舵角的紧急规避性。
内容如下：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。
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。
枢心：回转时漂角为零点、横向速度为零的点。
附加惯性力：作不定常运动的船舶，除本身受到与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，根据作用与反作用力原理，水对船体存在反作用力，这个力称为。
附加质量：附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为。
水动力导数：位置导数 Yv ,Nv：船体受到一个升力Yv，船体首部和尾部长力方向一致，v都都指向v的负方向，因此合力是一个较大的负值，Yv是一个较大的负值，而水动力矩由于首尾作用相抵消，其绝对值不会很大，因机翼的水动力中心在形成之前，首部作用占优，Nv是一个不大的负值。
加速度导数：Yv点是水动力Y相对于加速度在平衡状态下的变化率，正的加速度的船舶经受一个与加速度相反方向的水反作用力，因此Yv点是一个相当大的负值。
由于船首和船尾对Z轴产生的水动力力矩方向相反，因此水动力矩导数Nv点是一个不大的数值，其符号取决于船型。
旋转导数Yr ,Nr：由于船首和船尾水动力方向相反，因此水动力导数Yr的绝对值不是很大，其符号取决于船型，可正可负。
由于船体回转产生的水动力矩在船首尾有相同的方向，都是阻止船舶回转的，因此水动力矩导数Nr是一个很大的负值。
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。
基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法
基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法
随着社会经济的发展，船舶交通运输的重要性变的越来越为重要，然而，为了保障船舶通航安全，必须对船舶的航行性能进行全面的评估，以确保船舶操纵能力符合安全航行的要求。
在船舶的航行性能评估中，船舶操纵性能测试是评估船舶操纵能力的重要一环。
目前，国内外船舶操纵性能测试采用的一种主要方式是船舶模拟试验，即通过模拟船舶航行状况，收集船舶操纵响应特性和船舶操纵性能指标。
本文旨在通过对船舶操纵模拟试验进行综合分析，提出一种基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法，以保障船舶航行安全。
首先，本文介绍了船舶模拟试验技术的基本原理和测试内容。
从电子模拟集成测试系统的构建入手，详细介绍了模拟船舶航行状况的过程。
然后，通过实际模拟试验测量结果，分析船舶操纵性能指标，为船舶操纵模拟试验的有效性和可靠性提供有力的数据依据。
此外，本文分析了模拟试验结果对通航安全评估的影响，并以某型船舶航行性能评估为例，介绍了基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法。
最后，文章结合相关参考文献，对船舶操纵模拟试验的应用前景进行了展望，指出陆海空联合试验、智能模拟技术等的发展趋势。
综上所述，本文提出了基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法，为船舶通航安全评估提供了一种新的思路和分析方法，在模拟技术和航行性能评估中有着重要的作用。
未来，随着科学技术的不
断进步，也将加快船舶航行性能评估技术的发展，不断提高船舶通航安全的水平。
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。
2-4自由自航船舶操纵性试验教程
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
4、外界环境的影响
①浅水：回转圈随着水深的变浅而逐渐增大。当 水深与吃水之比小于2时，旋回圈将明显增大。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
（5）根据上述所得的回转圈量取各回转要 素，并算出K、T指数。请参照下图：
回转圈及其要素
Tr G
G
DT G
G Admax Ad G Stern kick G Trmax
reach
G
β
武汉理工大学船模操纵性水池长80m，水面宽60m，最大水深 1.5m，池底平整可做深浅水自由自航船模操纵性试验，拥有计算机 数据实时采集显示处理系统。.
2-4 自由自航船舶操纵性试验
2-4-1 船舶回转试验
第一节 回转试验
回 转 试 验
回转试验是指在试验船速直航条件下，操左
35°舵角和右35°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。
大舵角的回转模拟了实船航行时紧急规避时
的操纵。通过回转试验可评价回转运动的迅速程 度和所需的水域大小。
倾角。以上参数可从试验结果直接测量得到。
对回转试验结果也能进行K、T分析。
回 转 试 验
4. 对回转试验的结果进行分析。
K、T分析: 运动有非线性影响， K、T是一个平均概念。
如图所示： 当t很大时，转首角
随时间的变化呈直线关系
斜率Kδ0 =tgβ 。
回 转 试 验
4. 对回转试验的结果进行分析。
回 转 试 验
3. 回转试验测量轨迹的3种方法。
光学跟踪的绕标方法。
测量航速及首向角的积分方法。
岸上设置固定观察站。
回 转 试 验
基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法
基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法船舶在全球海洋交通运输中发挥着重要角色，其安全状况的改善和保障对保持全球海洋交通的稳定有着重要的意义。
安全是船舶运输的基础，必须始终保持良好的安全性，以确保船舶的正常使用和秩序的管理。
为此，国际航海组织坚持采用国际规则和标准，落实船舶安全认证，并且不断更新改进其规章制度，更加严格地监管船舶运输状况。
近年来，随着海洋交通安全要求的提高，船舶操纵模拟试验在船舶安全管理及通航安全评估中发挥了重要作用。
船舶操纵模拟试验不但能够有效地检验船舶及其设备、系统的运行状况，同时还可以验证船舶的航行安全性能，以满足船舶的运行安全评估要求。
本文的研究重点在于探讨基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法，其主要内容包括船舶操纵模拟试验的概念，以及船舶操纵模拟试验的研究原理、测量技术和主要应用。
首先，本文结合船舶操纵模拟试验的定义和特征，系统地分析和阐述船舶操纵模拟试验的研究原理和测量原理、测量技术和主要应用，以及船舶操纵模拟试验数据的分析和计算。
其次，本文基于船舶操纵模拟试验的原理和原则，提出了船舶安全评估论证方法，以检验船舶安全性能，确保船舶安全。
此外，本文还介绍了船舶操纵模拟试验的应用和设备维护，以提高测量精度。
最后，本文结合应用实例，将船舶操纵模拟试验在船舶安全评估中的应用结果进行总结和归纳，探究其在船舶安全管理中的应用价值。
综上所述，本文从技术研究和应用实例两个方面，对基于船舶操纵模拟试验的通航安全评估论证方法进行了深入的探讨，为船舶安全评估和管理提供了一种有效的手段。
未来，我们将以实验数据为基础，继续研究和发展船舶安全性能的测量技术，建立更加完善的测量模型，并且结合实际操作，完善和更新船舶安全评估论证方法，以更好地保障船舶运行安全。
通航安全评估中船舶操纵模拟试验方法的应用
航迹 带宽度 、 潜在操船水域 、 效用函数和靠泊操纵危 险度 等概 念 ， 拟建 码头工程 所需 的航道宽度 、 舶 回旋 水域 对 船
和靠 泊 操 纵 的 安 全 性 进 行 分 析 和 评 判 。 实 际 应 用 表 明 ， 方 法 能 客 观 、 理 地 分 析 与 评 估 码 头 工 程 的通 航 安 全 ， 该 合 具 有较 好 的应 用 价 值 。 关键 词 ： 路 运 输 ； 航 环 境 ； 全 评 估 ； 舶 操 纵 模 拟 器 水 通 安 船
通 航 安 全 评 估 中船 舶 操纵 模 拟试 验 方 法 的应 用
高岩 松 ， 翁 跃 宗
（ 美 大学 ， 建 厦 门 ３ １２ ） 集 福 ６ ０ １
摘 要： 结合 开展码头工程通航 环境安全评估 的专题研究工 作 ， 探讨船 舶操纵 模拟 试验方 法在码头 工程通 航环境
安 全评 估 中的 应 用 ， 方 法 主要 包 括 通 过 船 舶 操 纵 模 拟 器 的 模 拟 试 验 获 取 的 模 拟 船 舶 运 动 参 数 和 运 动 轨 迹 ， 用 该 应
中 图分 类 号 ：６ ６ １８ Ｕ ７ ． Ｕ ６ ．５ ，６５ ９ 文 献 标 识 码 ： Ａ ．
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｐ Ｈ ａ ｄ ｉ ｇ Ｓ ｍｕｌ ｔｏ ａ ｉ ａ ｉ ｎ Ａｎ ｌ ｓｓ ｐ ｉ ｔｏ ｆＳ ｉ ｎ ｌｎ ｉ ｃ ａ ｉ ｎ Ｅｘ ｍ ｎ ｔ ａ ｙ ｉ ｏ
ｉｄｉａｅ ｈ ｔｔ ｔｏ ｓ ａ ｌ ｏ ａ ａｙ ｅ ａ ｓｅ ｓｔ ａ ｉａｉｎ ｓ ｅｙ ｏ ａｆｅ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ａ ｅａ ｐｉａ ｏ ａｕｅ． ｎ ｃ ｔｓｔ ａ ｈｅｍｅ ｄ ｉ ｂ ｅｔ ｎ ｌｚ ｎｄ ａ ｓ ｓ ｈｅｎ ｖｇ ｔｏ ａ ｔ ｆｗｈ ｒ ｎｇｎ ｅ ｇ ａ ｄ ｈ ｖ ｐ ｌｃ ｔ ｎ ｖ ｌ ｈ ｆ ｉ ｉ
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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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。
试验的具体做法分为以下几步进行：1.1 检查完成该项试验所必须具备的条件（1）被检船舶必须具备的条件：①被检船舶的各项工程应全部竣工，系泊试验合格、倾斜试验完成、稳性计算合格并取得船检认可。
②被检船舶应处于设计装载状态，船舶纵倾应与设计要求一致，无横倾。
③被测船舶若为双桨船，其左右主机转速应能调整一致，船舶驾驶室的舵角指示器应进行校对，使实际操舵角与指示舵角相符。
（2）试验水域必须具备的条件：①试验水域的海况应是天气晴朗，能见度大于5000m，风速小于蒲氏3级，浪高不超过0.2m。
②试验水域的水深应大于2倍的船舶吃水，水域的宽度应在船舶满车满舵工况下，能满足试验船舶回转540°～720°的要求。
③试验水域两岸应有较直的堤岸，便于架设测量仪器，并保证测量仪器观察目镜旋转180°的视角下无盲区。
④测试时，试验水域的来往船舶要少，以保证船舶在测试回转时的安全，避免发生碰撞等事故。
1.2 试验用仪器及其必须具备的条件①船舶回转试验主要使用的仪器有经纬仪、风速风向仪、测深仪、倾斜仪、罗经、舵角指示器、光电转速计、钢卷尺、时间计数器等。
②对实验所需用一起包括船舶本身配备的仪器仪表（试验时需要使用的仪器仪表）要求性能检定合格，并在检定合格周期内方能使用。
1.3 试验工况的制定试验工况应根据国家有关标准和试车试航大纲的要求确定（一般按国家标准GB3221-82执行），通常是在全速（满车）满舵角的工况下，进行左右回转，如有其它要求则补做左右15°、25°回转，对双桨船来说，还应补做正车-倒车的满舵回转。
1.4 试验前的准备工作①在试验水域进行仪器架设：在堤岸上架设不应少于两台经纬仪，最好能架设3台，每一台经纬仪为一测量点，测量点的间距应尽量远一些，其间距应保证不小于350m。
对试验水域观测时经纬仪在水平180°的转动范围内，观察物镜应无遮挡物。
②对主机的工作状况进行设计：即主机各气缸的工作参数应无较大差别，且工作稳定。
如是双机船舶，则一定要将左右主机转速调整一致。
③布置好驾驶台（试验指挥台）与各测量点的联络工作，保证驾驶台、机舱和岸上测量点在试验指令发出后，能及时同步测量。
1.5 船舶开始进行检测试验首先调整主机转速，待转速稳定后进行船位的调整，然后进入直航，舵应放零位，船舶进入试验水域后，发出测量指令，机舱和岸上观测点同时进行测量，测量指令一般间隔10s～20s（也可根据船舶的航速大小而定），直航测量10点至15点后，发出操舵回转指令，操舵者应一次将舵操到指令舵位，中途不得停顿，同时记录每一测点的航向变化角度及回转时的最大动力横倾角。
在船舶进入定常回转时，记录定常回转时的最大静力横倾角，与此同时记录定常回转时的主要转速。
当船舶会传达到540°～720°时，该工况宣告结束，经初步分析，无问题后即可进入下一工况的试验。
1.6 测量数据的处理定常回转试验的数据分成两大部分，一部分数据可直接反应出试验结果，如回转时最大动力横倾角、定常回转时最大静力横倾角、回转前的主机转速、定常回转时的主机转速，另一部分是需要通过转换绘制出轨迹图后方能分析获取的数据，其转换方法有两种：一是将经纬仪测量的数据通过人工直接绘出轨迹图，再求出回转直径，并根据船舶进行稳定回转时的测点，计算出稳定回转式的平均角速度。
第二种方法是目前常用的方法，即将经纬仪测量的数据输入计算机，经计算机处理后，绘出轨迹图并得到回转直径、平均角速度、回旋率。
1.7 试验中应注意的问题（1）各工况的试验应尽量控制在同一水域进行。
（2）在试验过程中，如果不影响船舶的航行安全，不得随意改变舵角和主机转速。
如中途与特殊情况改变了舵角或调整了主机转速，则该工况应作无效处理。
重新进行工况实验。
（3）船队回转时，应在船队重心处架设测量标志杆，回转轨迹应绘出重心的回转轨迹。
（4）经纬仪测点的数据记录应按照指挥台发出的测点顺序记录，如中途测量掉点、漏点，映空下掉点、漏点的序号。
（5）在有水流速度的属于进行试验时，应选流场均匀，且逆水进行回转试验。
（6）应详细记录被测船舶的装在状况及试验前后的环境状况。
（7）绘制定常回转性试验方框图。
2 航向稳定性试验航向稳定性试验的目的是检验舵的稳定性能。
它从两方面对舵的性能进行评定，即稳定性和操纵性。
航向稳定性试验包含有两个部分：一是直航稳定性试验，又称直航延时试验，是检测船舶在航行中保持舵角为零时，船舶维持直线航行的能力。
二是航行稳定性试验，又称直航操舵试验，是检测船舶依靠操舵维持航向的能力。
对于双桨船舶还可以增加一个测试内容，即在单浆推进下，维持航向所必需的操舵次数、操舵角度及间隔时间。
航向稳定性试验的方法比较简单，试验中仅需要流速仪、罗经、舵角指示器、风速风向仪、转速计及时间计数器，对试验水域要求的条件与回转试验基本相同。
具体做法如下：2.1 直航稳定性试验被检船舶逆水行驶，调整主机转速，待主机转速稳定后，调整好船位，并使舵角指示器指示舵角为零，记录主机转速，初始航向。
直航3分钟后，测定船舶在该段时间内，偏离原航向的角度，并记录每偏航0.5°所需要的时间。
2.2 航行稳定性试验航行稳定性试验应与直航稳定性试验在同一水域进行。
主机工况也应相同，当主机转速和船舶的航行船位调整好后，即可开始试验，航行5分钟后，测定船舶为保持原航向所必须的操纵。
试验中应注意的问题基本与船舶回转试验要注意的问题相同，但对试验水域的流场应特别注意，如果试验水域流场不均匀，又乱流等情况，则试验数据将有较大失真。
3 船舶制动性试验主机停止运转后，船舶自由滑行距离的大小是船舶惯性的特征。
这一特征，对于实船制动性的考核更有其实际意义，制动性的掌握成了防范船舶碰撞及船舶停靠港口、锚地、编队的重要手段。
船舶制动性试验一般采用两种测量方法：一是抛木块测定滑行距离，二是采用经纬仪交会法测定滑行距离，具体的测量方法与前面介绍的经纬仪测量方法相同。
船舶制动性试验一般常做两个工况即：①全速正车→停车；②全速正车→停车→全速倒车（一般为额定转速的85%）。
制动性试验用以测定船舶在全速前进时接到停车指令后，船舶停止航行所需滑行的距离；滑行的时间及船首方位偏转的角度。
如装有倒车舵的船舶，应补做倒车制动性实验。
船舶制动性试验的程序如下：在调整好试验船舶主机的转速后，船舶进入直航，当航速稳定后，测量出船舶的航速，待航速测量完毕后，发出停车指令（或倒车指令），测量船舶的滑行速度、滑行距离、滑行时间，直到船舶稳定（完全停止），完成该项工况的试验。
4 Z形操纵试验在评价船舶的操纵性能时，目前大都采用较有代表性的K、T指数，而Z形操纵试验是确定K、T指数公认的标准方法之一。
回转性能数K：是舵的控制力矩导数与相当阻尼系数之比，单位1/S，指数K越大，定常回转角速度越大，回转半径越小，船的回转性能越好。
应舵指数（亦称稳定性指数）T为船舶相当惯性系数与阻力系数之比，单位（S）。
应舵指数T越小，船舶直线稳定性越好，反之，直线稳定性越差。
Z形操纵试验通常以左右10°舵角作为试验标准，如有特殊要求可以补做15°、25°等舵角。
Z形试验要求试验水域宽阔，水流顺直，试验时风速小于蒲氏3级，船舶处于设计状态下，在全速、逆流航行的情况下进行，具体操纵程序如下：船舶全速前进（主机达到额定功率或设计航速），调整好船位，稳定航向，置舵于零位，保持稳定直航，经一段时间发出操舵指令并同时进行航向、舵角、时间的记录，当航向变化到10°时，发出操反舵指令，并记录航向惯性的角度，当航向达到操反舵指令的航向时，发出操舵指令。
同样记录下航向惯性角，等再次到达操舵指令舵向时，发出操反舵指令，记录航向惯性角，当航向回到原始航向时该工况结束。
然后根据记录的航向、舵角、时间三者的关系，以时间为横坐标绘出航向、舵角变化的曲线，经初步整理后，经计算可求得K、T指数。
Z形操纵试验若受外界干扰，则对数据的结果影响较大，所以每一工况最小应做3次以上，对所得数据应进行统计分析，从而得出较为精确的K、T值。
对操纵性试验的做法作了以上简单的讲述，主要以实用为主，对理论上未作探讨。
至于数据处理的基本公式在很多的教材及资料中都有详细的论述，测量数据的取舍与试验现场的情况有关，本文亦不赘言。