2_船舶操纵性基础_6学时_

3、船舶操纵性的判别



实船试验 旋回试验 Z 形操纵试验 螺旋试验或逆螺旋试验 回舵试验 停船试验等等。 “直接判据” 试验结果，通常有旋回试验的进距（纵距）、 横距、旋回初径、定常旋回直径等。 “间接 （或分析）判据” 操纵性指数K、T 等。
二、船舶必备操纵性资料
r r0 e
t / T

r0 T

例题

某船满载时船型尺度为 L×B×d=150m×20.5m×9.23m，船速V=18kn， 舵角转至10º 历时3s，10º 舵角时的T ’=1.55， K’=1.25。

试求：

1．操10º 舵角旋回时的滞距Re、旋回直径D和
进距Ad；


T

I 船舶转动惯量 N 单位角速度旋回阻尼
Leabharlann Baidu
T表示追随性优劣，T越小，追随性越好，应舵 较快； T如果为负值，船舶航向不稳定。
三、船舶操纵性指数

2、无因次化操纵性指数
K 、T 指数被广泛用来评价船舶的操纵性能 K 参数的单位为1/s, T参数的单位为s。 用无因次值K′、T′来表示

4、新航向距离DNC： 57.3 C V t1 DNC L(T tan ) K 0 2 2

所以：
57.3 60 181852 3 150 (1.55 tan ) 643.4 m 1.2510 2 3600 2
DNC
§2-2 航向稳定性与保向性

t / T
T 指数是系统的时间常数（sec），其符号决定船 舶是否具有航向稳定性，其大小决定船舶航向稳 定性的优劣。
2、间接判别参数





T 为正值，船舶具有航向稳定性，T 越小，航向稳 定性越好，反之则越差； T 为负值，船舶不具有航向稳定性。 因此，操纵性指数T可以作为判断船舶是否具有直 线运动稳定性的参数，即： 船舶具有直线运动稳定性的充分必要条件是T指数 为正值。 实际船舶操纵中，船舶转向后操正舵，如果发现船 舶长时间不能稳定在新航向上直线航行，则说明该 船航向稳定性较差，即T 较大；反之，则航向稳定 性较好，即T 较小。
第2章 船舶操纵性基础
§2-1 船舶操纵性概述 §2-2 航向稳定性与保向性 §2-3 船舶变向性能 §2-4 船舶变速性能 §2-5 船舶操纵性试验 §2-6 船型参数对操纵性的影响
§2-1 船舶操纵性概述

船舶操纵性能（maneuverability）是指船舶对驾 引人员实施操纵的响应能力总称。
三、船舶保向性概念

船舶保向性是指船舶在外力作用下（如风、流、浪
等），由舵工（或自动舵）通过罗经识别船舶首摇
情况，通过操舵抑制或纠正首摇并使船舶驶于预定
t1 Re V (T ) 2
G δ
5、操纵性指数的应用****

（3）改向中转头惯性角的估计 当船舶在未转至新航向之前，准确掌握回舵，即 发出正舵口令的时机，这是如何估算转头惯性角 的问题。
T r r K

对于具有航向稳定性的船舶，当具有初始转头角 速度r0并操正舵时，则： 从操正舵至稳定于新航向，船舶转头惯性角： 转头惯性角 是衡量转头惯性强弱的重要指标。


解：
2、旋回直径D：
L V K K K K V L
2V 2L D K K

所以：
2 57.3 150 D 1375 .2 m 1.25 10
例题


解：
3、进距Ad：
D 1375 .2 Ad Re 246 .4 934 m 2 2
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 船舶特殊操纵装置（侧推器），等等。

二、船舶必备操纵性资料

2、驾驶台操纵性图（Wheelhouse Poster）

驾驶台操纵性图是一种详细描述船舶旋回性能
和停船性能的图表资料。

张贴于：驾驶台显著位置。
内容包括：
可能出现失误。
二、航向稳定性的判别
1、直接判别参数-实船试验结果

螺旋试验结果： 把定常旋回角速度作为舵角的函数，可以得 到：
r r
c
a
δ
d 具有航向稳定性的船舶
b
δ
航向不稳定的船舶
1、直接判别参数-实船试验结果

逆螺旋试验结果

r
航向稳定：

与螺旋试验结果相似；
δ— r 曲线出现多值对 应的S形曲线。
船舶操纵性类型
4、区分船舶操纵性

③ T大、K大：追随性差而 旋回性好的船舶。


操舵后，船舶应舵慢，但定常 旋回角速度大，旋回圈较小。 满载的大型油轮具有此特点。
④ ③ ② ① 船舶操纵性类型

④ T大、K小：追随性和旋 回性都差的船舶。


操舵后，船舶应舵慢，转头角 速度增加缓慢，定常旋回角速 度也小，因此旋回圈也大。 舵面积较小的船舶、瘦削型船 舶均属于这种类型。

航向不稳定：

δ

回舵试验结果***

存在残存角速度，则不具 有航向稳定性。 反之，具有航向稳定性。
不稳定环 的宽度

2、间接判别参数

一阶船舶操纵运动方程
T r r K

船舶初始转头角速度为定值r0 ， 操正舵：
Tr r 0

则，任意时刻船舶转头角速度为：
r r0 e
5、操纵性指数的应用****

（1）定常旋回直径D的估算

根据定常旋回运动中旋回角速度r0＝Kδ的结论， 可以得到船舶定常旋回直径的估算式：
V V D 2R 2 2 r K

式中：
V
—— 船速（m/s）；
舵角（弧度radian，缩写 rad）。
δ——
5、操纵性指数的应用****
深水和浅水（h/d＝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。
二、船舶必备操纵性资料

3、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；
2．操10º 舵角改向60º 时的新航向距离DNC。
例题


解：
1、滞距Re：
V L T T T T L V
t1 Vt1 Re V (T ) LT 2 2

所以：
18 1852 3 Re 150 1.55 246 .4 m 3600 2
例题
T ’、K ’ 变化


可见，T ’、K ’值是同时减小或同时增大的，即： 提高船舶旋回性，将使追随性受到某种程度的降低； 追随性的改善又将导致船舶旋回性的某些降低。 注意：当δ增加时，T ’、K ’ 值同时减小，但T ’ 值减小 的幅度要比K ’ 大，因此船舶的舵效反而变好。
4、区分船舶操纵性

§2-1 船舶操纵性概述

船舶操纵性可以分为： 常规操纵性，包括小舵角的保向性、中等舵角 的初始回转性以及减速或增速操纵性。 应急操纵性，包括大舵角（一般为满舵）的旋 回性和全速倒车的停船性。

2、航行环境影响下的操纵性
风中操纵性 流的影响 受限水域操纵性 浅水操纵性 岸壁效应

缺乏操纵性资料、操纵引起的误差是产生碰撞的
主要原因之一。

为使船舶操纵性有关信息的内容和格式达成一致，
1987年11月，IMO大会通过了A601（15）决议， 要求船舶配备：

引航卡； 驾驶台操纵性图； 船舶操纵手册。
二、船舶必备操纵性资料

1、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。 船舶每次到港由船长填写引航卡。 内容包括：

L K K V

V T T L
式中：
V
——船速（m/s）； L ——船长（m）。 无因次化操纵性指数便于不同船型操纵性比较
3．影响T、K指数的因素****

T ’、K ’值将随舵角、吃水、吃水差、水深吃水比、船体 水下线型等因素的变化而变化，且规律较为复杂，但总 体来讲，具有如下趋势： 影响 因素 舵角 增加 同时 减小 吃水 增加 同时 增大 尾倾 增加 同时 减小 水深 变浅 同时 减小 船型 越肥大 同时 增大
假设一物体的转动惯性 矩I为，当它以角速度r 回转时，所遭受的粘性 阻尼为N r， N是阻尼 系数。此外，当其尾部 转过一角度后，会产 生一个作用在物体上的 力矩M ，M表示单位 角度产生的力矩，则该 物体的运动方程（野本 方程）为：
I r N r M
I M rr N N
一、操纵性指标及其判别 1、船舶操纵性能（IMO 操纵性标准）

固有稳定性（Inherent dynamic stability） 保向性（Course-keeping ability） 初始回转性/改向性（Initial turning/coursechanging ability） 首摇抑制性（Yaw checking ability） 旋回性（Turning ability） 停船性（Stopping ability）
一、航向稳定性的概念 1、船舶运动稳定性 1）稳定性定义：

定义：指物体在受外界干扰，使其偏离原定常 运动状态，当干扰消失后，物体是否具有回复 到原定常运动状态的能力。 判别： 不能回复，不具有稳定性 能回复，具有稳定性 恢复较快，稳定性好

2）航向稳定性

稳定直航船舶受到瞬间干扰后，不用操舵， 船舶运动稳定性分类：

（2）推定新航向距离DNC 在操舵转向之前，准确地推定 操舵点至转向点的距离。
DNC t1 57.3 C V (T tan ) 2 K 2
'
ΔC C
R V K
B
ΔC/ 2 O

57.3 C V t1 DNC L(T ' tan ) K 2 2 式中： δ —— 所操舵角（º）； t1 ——操舵时间（s）； ΔC——转向角。

2、航向稳定性的概念

航向稳定性含义
船舶在直线航行过程中受到某种干扰而改变了 航向，当干扰消失后，不经过操纵就能在新航 向上自动恢复直线运动，这样的船舶就具有航 向稳定性；反之，则不具有航向稳定性。 航向稳定性是船舶的固有稳定性。 直线运动稳定或动航向稳定。


注意：一般船舶都不可能具有方向稳定性 和位置稳定性：
位置稳定
方向稳定
直线稳定
2）航向稳定性

稳定直航船舶受到瞬间干扰后，不用操舵， 船舶运动稳定性分类：
直线运动稳定或动航向稳定： 船舶重心轨迹最终回复为一直线，航向发生 了变化。 方向稳定或静航向稳定： 船舶重心轨迹最终回复为与原航线平行的另 一直线。 位置稳定： 船舶重心轨迹最终回复为沿原航线（航迹） 的延长线上。
要达到方向稳定，需要操舵； 要达到位置稳定，需要操舵和定位。

2、航向稳定性的概念

船舶不具有直线运动稳定性的后果：

在小舵情况下，可能出现反操现象； 保向比较困难； 在海上航行时，可能自动舵打不上； 操舵者较难以掌握操舵技术； 操舵者劳动强度增加，并且要求注意力要高度
集中；

T r r K
三、船舶操纵性指数

船舶的旋回性指数 K（turning ability index），单位为1/s；
M 单位舵角旋回力矩 K N 单位角速度旋回阻尼

K表示旋回性优劣，K越大，旋回性越好。 船舶的追随性指数 T（turning lag index），单位为s；
操纵手册包括全部驾驶台操纵性图上的全部
信息。

除实船试验结果外，操纵手册中的其他操纵信 息是通过理论计算获得的。
三、船舶操纵性指数

动坐标系船舶运动方程
m(u vr ) X m(v ur) Y Izr N
三、船舶操纵性指数


1、一阶（近似）船 舶操纵运动方程

① T小、K大：追随性和旋 回性都好的船舶。


操舵后，船舶应舵快，转头角 速度增加快，定常旋回角速度 大，旋回圈小。 如拖轮、渔船及定线的集装箱 班轮。 ①
④ ③ ②

② T小、K小：追随性好而 旋回性差的船舶。


操舵后，船舶虽然应舵较快， 但定常旋回角速度小，旋回圈 大。 如浅吃水和空载状态的船舶属 于此种类型。