船舶操纵性与耐波性第四章自由自航船舶操纵性试验要求

4-2 螺线试验与逆螺线试验
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• 螺线试验由迪厄顿尼1949年提出。该试验能评定船舶航向稳 定性的好坏。螺线试验的步骤如下: 1.首先在预定航线上保持匀速直航，并在操舵前测出初始航 速、舵角及螺旋桨转速。 2. 执行操舵，以尽可能快的速度将舵转至一舷规定的舵角(如 右舷15°) 并保持舵角不变，使船进入回转运动，待回转角 速度r 达到定值时，记录下r 和相应的舵角δ值。 3. 改变舵角值重复以上过程，测出定常r 值及相应δ值。在本 试验中舵角从右舷15°开始，并按下列次序改变:右15°→右 10°→右5°→右3°→右1°→ 0°→左1°→左3°- 左5°→左10°→ 左15°
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• 回转试验程序 – 首先在预定的航线上保持船舶直航和稳定航速。
– 在开始回转前约一个船长的航程范围内，测量船舶的初 始参数，如:航速u、初始航向角 (一般 )0、初始舵 角 (D当船型或单螺旋桨等不对称影响存在时,则 D ，0 也称为初始压舵角)以及螺旋桨的初始转速n0等。
出直线部分斜率值 tan， 则：
K tan 0
• 由上切线与时间轴t的交点测得：
t2
T
t1 2
• 从而：
T
t2
t1 2
回转试验结果K-T分析
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• 上述K-T分析方法对35度的大舵角回转不适 用。
操舵时间
回转试验中几种测轨迹的方法
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• 下面介绍几种回转试验测 量轨迹的方法:
x1P V cos y1P V sin
积分上式，可得P点在固定坐标 系中的坐标为:
t
t
x1P
0 x1Pdt
V cosdt
0
y1P
t
0 y1Pdt
tV sindt
0
(4-1)
测量航速及首向角的积分方法
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• 在对精度要求不高时可用 此法测定轨迹 (枢心点的 位置不好找，且测速仪误 差较大)。
– 光学跟踪的绕标方法
试验前：在水中设置一锚定的浮标, 在船首、尾各设置一光学测向仪。
试验中：以测向仪跟踪浮标，分别 测量浮标与船舶纵中剖面间的夹角 αi 和βi ,并以罗经测出船舶首向角 ψi 随时间 ti 的变化。
试验后：由测得的与各时刻ti相应的 αi ，βi，ψi 数据，用作图方法求得 回转轨迹。
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岸上设置固定观察站
前二法都能直接应用于 实船，对于船模则常采 用设置在岸上的两个固 定观察站A 、B ，A 、B 间距为一已知值，在A 、 B 两处设置测量仪器(如 经纬仪、望远镜等) ，同 时测定A及B 至船模重心 处标志之连线与AB 的夹 角，如图4-4 所示。
方法多样，按需选择!
• 为了通过自由自航船模试验来衡量其操纵性 的优劣，一般需对一些典型的操纵情况进行 试验，也称之为标准操纵性试验，这类试验 应具有下列特点:
– 应尽可能接近大多数船舶实际航行中经常遇到 的操纵情况，或具有重要意义的情况，使由此
第四章 自由自航船舶操纵性试验
《船舶操纵性与耐波性》课件
– 应便于对所得的结果进行理论上的分析，从而取 得有普遍意义的特征参数。
– 应便于进行试验操作和对所需数据的观测。
• 实船与船模通过这些标准的操纵性试验，求
取操纵指数(如 K、T等)，或直接根据所得的
试验曲线的形式以判定其操纵性的优劣 • 主要的试验有：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、倒退等的专 门试验
4.1 回转试验
图4-2 (a)
光学跟踪的绕标方法
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• 设首、尾两测向仪离重心点G 的距离分别为LA、LB，则二测 角仪间距离L0为:
L0 LALB
• 在图上任取一点O，作直线Ox0， 并取其为船舶初始航线。按一 定的比例尺，以O为圆心，L0为 半径作圆。各时刻tj 船舶重心 点位置作图如下:
– 以尽可能大的转舵速度将舵操至规定舵角 ，0 并把定舵 轮。随后开始测量船舶运动参数随时间的变化，包括船 舶的轨迹、航速、横倾角及螺旋桨的转速等。
– 待首向角改变 5 4 时0 ，即可结束试验。
• 对于一组完整的回转试验，应在左、右舷最大舵角范围内, 选择几个舵角进行试验，必要时也可选择几个航速进行。
角 等。上述参数可从试验结果直接测得。
• 对回转试验结果也能进行K -T分析。由于非 线性的影响，求得的K-T是平均意义上的值。
回转试验结果K-T分析
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• 回转试验结果K-T分析
– 根据一阶方程的解式(3-26)，当t很大时，转首角
随时间的变化呈直线关系，其斜率为 K ，0 故量
光学跟踪的绕标方法结果精确，但 需在试验水域设置浮标，不方便。
图4-2(b)
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光学跟踪的绕标方法
测量航速及首向角的积分方法
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• 不需设置浮标，用船上常 用的罗经和测速仪即可
图4-3(a)
根据枢心点P 处横向速度为零， 合速度方向与船舶纵中剖面相一 致，并与该点的运动轨迹相切， 见图4-3(a)。该点速度在固定坐 标系中的分量为:
•其中，V=V (t)曲线可由测速
仪得到，ψ=ψ(t) 可由罗经读
得。据式(4-1)，x1P 、y1P值即 可描出枢心点P 的运动轨迹。
•对各时刻P 点作该处轨迹的切 线。显然该切线即为该时刻船 的纵中剖面位置，在切线上量 取
图4-3(b)
PGxPxG0.4L
•即可求得各时刻的G点位置， 连接起来即得船舶的回转轨迹， 如图4-3 (b) 所示。
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第四章自由自航船舶操纵性试验要求
旋臂水池试验Rotating Arm Test
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第四章 自由自航船舶操纵性试验
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• 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。在这类操纵性试验 中，可直接测得各种运动参数，能较为直观 地分析比较船舶的操纵性能，故长期以来一 直被广泛应用。
回转试验结果分析
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• 对回转试验的结果可按回转性一节所述进 行分析。
– 在各种状态下测得的回转轨迹图上，直接量出 特征参数，如:纵距、正横距、战术直径、定常
回转直径V 0。/ u 1从航速和角速度测量中可求得回转 速量降中可得及到d 定定常常回回转转角横速倾度角r0。和从 0 最横大倾动角力的横测倾