2-4自由自航船舶操纵性试验教程
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2-4 自由自航船舶操纵性试验
船舶操纵性试验
目的----求取船舶操纵性衡准及各运动要素，从 而评价操纵性优劣。 所测数据
实船
回转试验
自航模
螺旋与逆螺旋试验
Z 型操舵试验
Fra Baidu bibliotek船模
约束模
第九章
代表各项 流体动力 综合影响
直线拖曳试验
位置导数
悬臂试验
回转导数
加速度导数
平面运动机构试验
在约束模试验中，通过各专门装置强迫船模进行精确控制下 的运动，每次可变换一个参数，令其他参数为零，可分别求得 此单一参数下的流体动力（力矩）导数
算枢心P的轨迹。枢心速度计程仪在X方向的 速度，枢心处航速角就等于首向角。P点为：
回 转 试 验
（3）对上式积分采取梯形法进行近似计算，然后 根据计算结果来绘制枢心轨迹，如图所示：
5. 测量轨迹的积分方法
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
（4）假定枢心P位于重心前0.4L处： 。 然后在枢心的每个轨迹点处画上船体的首尾线， 如图所示，在每条首位线上求出重心G的位置， 绘出重心轨迹——回转圈。
空船与满载时的回转圈大小相差不多
③横倾：总的来说，横倾对回转圈影响不大。
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
3、操船方面的影响 ①舵角：一般操15 °舵角与满舵相比，DT将增加到 130%~170%，而掉头时间则可能增加到140%左右； ②操舵时间：自一舷35°转至另一舷30°应不超过 15s; ③船速：船速越快，回转时间大大缩短，而DT影响 小。
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。
回 转 试 验
1.试验目的
求船舶的回转要素。其中包括：
纵距
横距 回转初径
Ad （advance）
Tr （transfer） DT（tactical diameter）
回转直径
进程
D （final diameter）
Re （reach）
回转时间
T （time）
回 转 试 验— 步骤
2. 试验方法 (1) 保持船舶直线定常航速； (2) 回转之前一个船长时，测量记录初始船速、航向 角、初始舵角及推进器转速等； (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) 在整个船舶回转中，保持各种控制不变，直至船 舶首向角改变至540°时，可结束一次试验。
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。
绪 论
试验方法：
实船和无线电遥控自航船模操纵性试验均 属无约束的自由自航试验。在操纵性试验中， 可以直接测得各种运动参数，能较直观地分析 比较船舶的操纵性能，长期以来被广泛应用。 目前为止，操纵性试验方法有很多，主要 有：回转试验、螺线及逆螺线试验、回舵试验 、Z形试验、变首向试验、频率响应试验、以及 关于启动、停车、倒退等专门试验 。
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
4. 对回转试验的结果进行分析。
船舶重心所描绘的轨迹称为回转圈。它是船舶回
转性能的重要指标。回转圈越小，回转性能越好 。 在各种状态下测得回转轨迹图上，直接量出特征 参数，如:纵距、正横距、战术直径、定常回转直径。 从横倾角的测量中得到定常回转横倾角和最大动力横
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。
尾部多有利于提高航向稳定性 ；
③舵面积比：
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
2、船舶的吃水状态
①吃水：吃水较大的满载船进矩将有较大增长。旋
回初径和横矩有某种程度的降低；
②纵倾：首倾每增加 1% L ，回转初径 D T 可减小 10% 左右；尾倾每增加 1% L ，回转初径 DT 则增加 10% 左右；
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：切线交t轴于t2 量得：
其中t1为操舵时间。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
(1)把记录的船速和首向角以时间为横坐标绘成 下图的所示形式，对测量值进行初步的校核。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
（2）按式 ，以枢心代替重心，计
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。.
武汉理工大学 深浅两用露天船模操纵性水池
双RTK的GPS船 模运动轨迹实时 摇测系统，可实 时测量船舶运动 的轨迹、航速、 漂角。综合分析 可得出船舶的操 纵性指数、倒航 操纵性。
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
1、水线下的船型因素
①方型系数： C b 越大，回转性越好，回转圈 也越小 ； ②水线下侧面积：首部多有利于减小回转圈，
垂直平面运动机构
水平面运动机构
PMM TEST(平面运动机构试验）
回转臂水池
回转臂水池---中国船舶研究中心
绪 论
理论方法： 在前几章中，我们基于线性操纵运动方 程，分析了船舶航向稳定性和回转性，以及 对操舵的转首响应特性，若能知道数学模型 中的系数，就能确定其响应运动及其有关的 操纵特性。这是操纵性研究的理论方法。此 外，也常采用试验方法进行研究。
船舶操纵性试验
目的----求取船舶操纵性衡准及各运动要素，从 而评价操纵性优劣。 所测数据
实船
回转试验
自航模
螺旋与逆螺旋试验
Z 型操舵试验
Fra Baidu bibliotek船模
约束模
第九章
代表各项 流体动力 综合影响
直线拖曳试验
位置导数
悬臂试验
回转导数
加速度导数
平面运动机构试验
在约束模试验中，通过各专门装置强迫船模进行精确控制下 的运动，每次可变换一个参数，令其他参数为零，可分别求得 此单一参数下的流体动力（力矩）导数
算枢心P的轨迹。枢心速度计程仪在X方向的 速度，枢心处航速角就等于首向角。P点为：
回 转 试 验
（3）对上式积分采取梯形法进行近似计算，然后 根据计算结果来绘制枢心轨迹，如图所示：
5. 测量轨迹的积分方法
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
（4）假定枢心P位于重心前0.4L处： 。 然后在枢心的每个轨迹点处画上船体的首尾线， 如图所示，在每条首位线上求出重心G的位置， 绘出重心轨迹——回转圈。
空船与满载时的回转圈大小相差不多
③横倾：总的来说，横倾对回转圈影响不大。
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
3、操船方面的影响 ①舵角：一般操15 °舵角与满舵相比，DT将增加到 130%~170%，而掉头时间则可能增加到140%左右； ②操舵时间：自一舷35°转至另一舷30°应不超过 15s; ③船速：船速越快，回转时间大大缩短，而DT影响 小。
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。
回 转 试 验
1.试验目的
求船舶的回转要素。其中包括：
纵距
横距 回转初径
Ad （advance）
Tr （transfer） DT（tactical diameter）
回转直径
进程
D （final diameter）
Re （reach）
回转时间
T （time）
回 转 试 验— 步骤
2. 试验方法 (1) 保持船舶直线定常航速； (2) 回转之前一个船长时，测量记录初始船速、航向 角、初始舵角及推进器转速等； (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) 在整个船舶回转中，保持各种控制不变，直至船 舶首向角改变至540°时，可结束一次试验。
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。
绪 论
试验方法：
实船和无线电遥控自航船模操纵性试验均 属无约束的自由自航试验。在操纵性试验中， 可以直接测得各种运动参数，能较直观地分析 比较船舶的操纵性能，长期以来被广泛应用。 目前为止，操纵性试验方法有很多，主要 有：回转试验、螺线及逆螺线试验、回舵试验 、Z形试验、变首向试验、频率响应试验、以及 关于启动、停车、倒退等专门试验 。
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
4. 对回转试验的结果进行分析。
船舶重心所描绘的轨迹称为回转圈。它是船舶回
转性能的重要指标。回转圈越小，回转性能越好 。 在各种状态下测得回转轨迹图上，直接量出特征 参数，如:纵距、正横距、战术直径、定常回转直径。 从横倾角的测量中得到定常回转横倾角和最大动力横
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。
尾部多有利于提高航向稳定性 ；
③舵面积比：
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
2、船舶的吃水状态
①吃水：吃水较大的满载船进矩将有较大增长。旋
回初径和横矩有某种程度的降低；
②纵倾：首倾每增加 1% L ，回转初径 D T 可减小 10% 左右；尾倾每增加 1% L ，回转初径 DT 则增加 10% 左右；
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：切线交t轴于t2 量得：
其中t1为操舵时间。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
(1)把记录的船速和首向角以时间为横坐标绘成 下图的所示形式，对测量值进行初步的校核。
回 转 试 验
5. 测量轨迹的积分方法
（2）按式 ，以枢心代替重心，计
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。.
武汉理工大学 深浅两用露天船模操纵性水池
双RTK的GPS船 模运动轨迹实时 摇测系统，可实 时测量船舶运动 的轨迹、航速、 漂角。综合分析 可得出船舶的操 纵性指数、倒航 操纵性。
船舶回转性---影响回转圈大小的因素
1、水线下的船型因素
①方型系数： C b 越大，回转性越好，回转圈 也越小 ； ②水线下侧面积：首部多有利于减小回转圈，
垂直平面运动机构
水平面运动机构
PMM TEST(平面运动机构试验）
回转臂水池
回转臂水池---中国船舶研究中心
绪 论
理论方法： 在前几章中，我们基于线性操纵运动方 程，分析了船舶航向稳定性和回转性，以及 对操舵的转首响应特性，若能知道数学模型 中的系数，就能确定其响应运动及其有关的 操纵特性。这是操纵性研究的理论方法。此 外，也常采用试验方法进行研究。