船舶操纵性考试资料

船舶操纵性考试资料

1.船舶操纵性的含义：将船体和控制系统作为一个整体，来考察其系统的闭环操纵性能，即驾驶者在操纵控制系统的帮助下，保持或改变船舶航向、速度和位置的能力。

2.良好的操纵性应具备哪些特性：具有良好操纵性的船舶，能够根据驾驶者的要求，既能方便、稳定地保持航向、航速（稳定性），又能迅速地改变航向、航速，准确地执行各种机动任务（机动性）。

3.对于船舶的水平面运动，绘制固定坐标系和运动坐标系。惯性坐标系：固定在大地上的定系o1x1y1z1，随体坐标系：固定在船上的动系Gxyz

⎧⎪

⎨⎪⎩()

x y z x y z L i M j N k I p i I qj I rk dt i j k i j k

p q r u v w I p

I q

I r

m u

m v

m w

++=+++

+

()()()x z y y x z z y x I p I I qr L I q I I pr M I r I I pq N

⎧+-=⎪+-=⎨⎪+-=⎩

（２）0

00===, q , p w ()()z m u vr X m v ur Y I r N -=⎧⎪

+=⎨⎪=⎩

（３）

5.作用在船上的水动力是如何划分的：惯性类水动力和粘性类水动力

6.水动力方程及水动力导数无因次化

⎪⎩⎪

⎨⎧⋅+⋅+⋅+∆+=⋅+⋅+⋅+∆+=∆+=δ

δ

δ

δN r N v N u N N N Y r Y v Y u Y Y Y u X X X r v u r v u u 000 其中， 为无扰动时的受力。由船的左右对称特征，可知：

9.首摇响应二阶线性K-T 方程推导 （1） （2）

令 将方程（2）对时间求导 （3） 000,,N Y X 0

,0 ,0 ,000====u u N Y N Y ⎪⎨⎧⋅+⋅+⋅=∆+=δδY r Y v Y Y u X X X r v u

0V u

VL X L V X L V X u ∆⋅+=221222102221ρρρ()D x dx

⋅3223322

3

N L

v v v

r

r r

N L v v v v v r v rr rrr N L v v v v v r v rr rrr

N

N v v N v r N r r

Y Y v Y v r Y v r Y r N N v N v r N v r N

r

=++=+++=+++⎩⎨⎧=--+=-++-+δλδλλδδN r N v N r

I Y r Y r u m v Y v m r v Z r v )()()(6601122111M m =+λ222M m =+λ3

66M I Z =+λδδ N r N v

N r M r v =--3

由（1）式解得： （4）

由（2）式解得： （5）

将（5）式代入（4）式，再将（4）式代入（3）式，得：

13.直线稳定性、方向稳定性、位置稳定性含义及相互之间关系

（1）具有位置稳定性的船舶一定同时具有直线稳定性和方向稳定性；（2）具有方向稳定性的船舶一定同时具有直线稳定性；（3）不具有直线稳定性的船也一定不具有位置稳定性和方向稳定性。（4）不具有直线稳定性的船也一定不具有位置稳定性和方向稳定性。 14、在航向稳定性研究中对是否操舵，将稳定性分为哪几种，都和哪些因素有关

将稳定性分为自动稳定性（或船舶固有稳定性）和控制稳定性。自动稳定性：取决于船体形

2

01M r u M Y r Y v Y v r v -++=δδ v r N

N r N r

M v δδ--= 3δδδδδδ N r N r u M Y r Y N r N r

M N Y

M N r M r r r v

v v =-⎥⎦

⎤⎢⎣⎡-++---01323)( 0

1320132)

(r r u M N Y N N Y Y M N M r u M N Y N N Y M M v r v r v v r v r v r v ++-+-++-

状，控制稳定性：取决于整个闭合回路的特性，包括船体固有特性、人和机构的特性。固有稳定性越好的船舶，控制稳定性也越好。

15.船舶回转过程的三个阶段及船舶在各个过程运动特点（速度、加速度信息） 一般分为转舵阶段、过渡阶段、定常回转阶段三个阶段：（1）转舵阶段：从开始转舵到舵转到规定角度为止。一般时间为8-15s ，舵角 在这一阶段内，随着舵的转动，产生由舵角引起的侧向力和力矩。但由于转舵阶段的时间很短，且船体本身的惯性很大，使在该阶段来不及产生明显的侧向速度和回转角速度。 （2）过渡阶段：从转舵结束到船进入定常运动为止。在这一阶段，随着舵的转动，产生由舵角引起的侧向加速度和回转角加速度，所以船的航速、角速度和回转曲线的曲率都是随时间变化的，船作非定常运动。（3）定常回转阶段：经过渡过程的发展变化，当作用于船体的力和力矩相平衡时，船就以一定的侧向速度和

16. 军 17.18.19. 刚壁自由表面条件：无穷远处扰动衰减条件： 物面不可穿透条件： 细长体理论方法：

船体表面不可`穿透条件为：

自由表面 z =0 的固壁边界条件：

35δ< 2

2

lim 0y

z ϕ+→∞

∇=

无穷远处的扰动衰减条件为： 20.约束模型试验一般包括哪几种

直线拖曳试验、旋臂试验、平面运动机构试验 21.线性水动力导数的物理意义和几何意义

物理意义：各线性水动力导数表示船舶在以u=u0 运动的情况下，保持其它参数都不变，只改变某一个运动参数所引起船体所受水动力的改变与此运动参数的比值。

几何意义：各线性水动力导数表示相应于某一变化参数的受力（矩）曲线在原点处的斜率。 22.直线拖曳试验原理、方法，可测得哪些水动力导数

为求取船模的位置导数，将船模中纵剖面与水池拖车前进方向成一漂角 ，并以相当于实船的傅汝德数 Fr 的航速V 拖曳船模，同时测出作用在船模上的侧向力 Y 和力矩 N 。 ， 6° )

关系曲线。可测得

,令

动，

）, 可24. 平面运动机构试验原理、方法，可测得哪些水动力导数

（ａ）纯横荡 船模保持一漂角直线斜航。使船模的转动角速度 r 和首向角 为0，船模的运动参数方程为： Ｆ、Ｓ点处测力计测得的侧向力分别为

若测得 随时间的变化曲线，我们可以从图中直接量取幅值 及相位差

。

2

22

lim 0

x

y z ϕ++→∞

∇=β01r =33()()r r ⋅⋅⋅

⋅⋅⋅ψ⎪⎩⎪⎨⎧-=====t a y t a y t a y

ωωνωωνωsin cos sin 2

,F S Y Y ()F S F S Y Y Y N Y Y d ⎧=+⎪⎨=-⎪⎩ 00sin()

sin()y n Y Y t N N t ωϕωϕ⎧=-⎪⎨=-⎪⎩,Y N

,Y N ,y n

ϕϕ