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Y v v，船体首部和尾部长力方向一致，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。旋转加速度导数：由于船首和船尾存在方向相反的水动力，合力较小，Yr点是小量，其符号取决于船型；Nr点是一个大负值。舵角的控制导数：正的δ产生负的舵力，所以Yδ《0，而舵力使船右转，是正的，故Nδ》0.
稳定性:对处于定常运动状态的物体(或系统),若受到极小的外界干扰作用,而偏离原定常运动状态,当干扰去除之后,经过一定的过渡,若物体(或系统)能回复到原定常运动状态,则称原运动状态是稳定的.物体的运动状态是否稳定既取决于物体本身的性质,而且也取决于所考察的运动状态和运动参数.
直线运动稳定性:船舶受瞬时扰动后，其重心轨迹终将恢复为一直线，但航向发生了变化。方向稳定性:船舶受扰并在扰动消除后，其重心轨迹最终将恢复为与原来航线相平行的另一直线。
位置稳定性:船舶受扰后，其重心运动轨迹将恢复为原航线的延长线。
稳定性分类：按是否操舵,稳定性可分为固定稳定性和控制稳定性.固前者取决于船体几何形状,后者取决于整个闭合回路的特性.固定稳定性越好的船,控制稳定性也越好.对于通常的水面船舶,只有通过操舵控制才可能使之具备方向稳定性和位置稳定性. 如果不操舵,最多具备直线稳定性.
航向稳定性改善措施：1、水动力导数是与船体几何形状密切相关的2、增加船长可使N r
负值增加3、增加船舶中纵剖面的侧面积可使 Nr,Yv 的负值增加4、增加Nv的有效方法是：增加纵中剖面的尾部侧面积；可采用增大呆木；安装尾鳍；使船产生尾倾；削去前踵等。
任何船舶不操舵都不具有方向和位置稳定性：船舶受到外界扰动，一旦偏离了原来航向，船后浆的推力方向和船速方向都发生了改变，对于具有直线稳定性的船虽然恢复原来的运动状态，但无法改变桨的推力方向而恢复原来的航向，更无法自动回到原来的航线。回转性：转舵使船舶作圆弧运动的能力。用回转直径来表示。与船舶避让避碰.靠离码头.灵活掉头有关。
定常回转圈是操纵性的指标。衡量转首性和回转性的直观方法。回转圈：船舶在不同舵角条件下作圆周回转时重心的航行轨迹。
定常回转直径Dc：定常回转阶段船舶重心点圆形轨迹。
战术直径DT：从船舶原来航线至船首转向180°时，船总中剖所在位置之间的距离。Dt= (0.9~1.2)D
纵距L1(Ad)：从转舵开始时刻船舶重心G所在的位置,至船首转向 90°时船舶纵中剖面沿原航行方向前进的距离。
正横距L2(T)：从船舶初始直航线至转向90°时，船舶重心所在位置之间的距离。
反横距L3(K)：从船舶初始的直线航线至回转轨迹反方向最大偏离处的距离。K = (0~0.1)D 进程：纵距L1减去定常回转半径 R。
转舵阶段：指从开始转舵至规定角度δ为止；船体惯性很大舵力很小，转舵阶段中漂角和回转角速度都很小，舵力起主要作用，几乎按原航向航行。过渡阶段：转舵结束到进入定常回转运动为止。加速度、角加速度、V、r都不为零，随时间变化，唯有舵角保持常数。定常回转阶段，作用在船上诸力矩达到平衡，航向以一定角速度回转，重心轨迹成圆形。
回转运动的耦合特性：船舶在水平面内作回转运动时会同时产生横摇、纵摇、升沉等运动,以及由于回转过程中阻力增加引起的速降。其中以回转横倾与速降最为明显。
回转横倾：在回转过程中，船体承受侧向力其作用点高度各不相同，于是产生了对Ox轴的倾侧力矩．过渡阶段横倾角随时间变化而振动，最大横倾角出现在过渡阶段。
回转直径越小，回转漂角越大，回转速降越大。
转首性指数P,它表征操舵后船舶行驶一倍船长,单位舵角引起的首向角改变量. P=K/2T。P越大，转首性越好。
指数K、T的物理意义：K表示了回转性（越大越好）,T表示了应舵性和航向稳定性（越小越好）。（1）力学意义：参数T是惯性力矩与阻尼力矩之比，T值越大，表示船舶惯性大而阻尼力矩小。参数K是舵产生的回转力矩与阻尼力矩之比，K值越大，表示舵产生的回转力矩大而阻尼力矩小。为了提高船舶的操纵性，我们总希望它惯性尽可能小，而舵产生的回转力矩尽可能大，也就是希望T尽量小，K尽量大。（2）运动学意义：K表示船舶受单位持续舵角作用下产生的最终回转角速度，T表示船舶的稳定性，其大小决定了船舶达到定常回转角速度的时间。
K、T的变化：舵角增加， K、T同时减小；吃水增加：，K、T同时增大；尾倾增加， K、T同时减小；水深变浅：，K、T同时减小；船型越肥大，K、T同时增大。
舵效：操单位舵角后，船舶航行一个船长距离时，取得转向角大小的性能。
船模试验：自航模；约束模
操纵性试验：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。
舵效指数P影响因素：1、舵角越大舵力越大舵效越好。2、排水量越大，P值越小，舵效越差。3、首倾比尾倾舵效差，横倾时向低弦转向比向高弦转向舵效差。4、转舵越快舵效越好。5、顺风顺流比顶风顶流舵效差，浅水比深水舵效差。
Z形操纵试验是一种评价船舶操舵响应的试验方法，同时，可通过Z形操纵试验结果求取操纵性指数K、T。
航向超越角：每次进行反向操舵后，船首向操舵相反一侧继续转动的增加值。航向超越角是从航向变化量方面对船舶转动惯性的一种度量。超越角越大，船舶转动惯性越大。一般用第一超越角和第二超越角作为衡量船舶惯性的参数。
转首滞后：航向超越时间指每次进行反向操舵时刻起至船首向开始向操舵一侧转动的时刻之间的时间间隔。操纵性船模试验满足条件：1自航船模与实船保持几何形状相似；2保持无因次速度、加速度参数相等；3满足傅汝德数Fn相等，但是无法满足雷诺数Rn相等。
尺度作用的差异的主要原因：为了平衡船模过大的摩擦阻力，必须提高螺旋桨的负荷，以致船模尾部形成强尾流，而提高了舵的转船力矩和舵的阻尼。
肥大油船的尺度作用：异常尺度现象的发生表明船模尾部的流场与实船的不同，由于船模雷诺数较低，因此由粘性引起的尾部涡流情况不同，这是引起异常现象的主要原因。若采用15m左右的大船模进行自由自肮试验，就很少发生此类异常现象。
船舶配备引航卡、驾驶台操纵性图及船舶操纵手册三种形式的随船资料。
横摇固有周期特点：1、两艘相近的船舶，横摇角近似与固有周期的平方成反比。2、Tθ越大，船在波浪上摇荡越缓和，使船舶摇幅减小，又可以增加舒适性。3、提高Tθ途径：I x1增大或者h减小。4、一艘船的惯性矩变化范围不大，只有减小初稳性高度。即在稳性范围内尽可能小的取h值。
摇荡运动可以分解为三种角位移和三种线位移，分别称为横摇、纵摇、首摇和纵荡、横荡、垂荡。
耐波性影响①对舒适性的影响②对航行使用性的影响③对安全性的影响
消灭曲线为分析摇减幅运动情况,假定第i次的幅值为θi,相隔半个同期的下一次横幅幅值为θi+1，则相邻两次横摇幅值之差为Δθ=θi-θi+1，而平均横摇角为θm=1/2*(θ
i+θi+1)。以θm为横轴，Δθ为纵轴，绘一曲线，表征贡摇角随振幅的衰减情况，称为消灭曲线。
有效波面：在吃水范围内波浪的轨圆半径随水深急剧减少，因此船舶受的表观重力不是垂直于波表面，而是垂直于某一深度的次波面，该次波面也称为有效波面，对应的波倾角称为有效波倾角（表示波形的切线与水平线之间的夹角）
摩擦阻尼：由水的粘性摩擦产生，与角速度的平方成比例。所占比重较小，可以忽略。兴波阻尼：船体运动形成水平面波浪，消耗了本身的能量而产生，与角速度的一次方成比例。
旋涡阻尼：船体弯曲部分附近形成旋涡，损失部分能量而产生，与角速度平方成比例。有义波高：将波列中的波高由大到小依次排列，其中最大的1/3部分波高的平均值称为
有效波高。
叠加原理：假定不规则波是由许多不同波长、波幅和相位随机的微幅单元规则波叠加而成。
海浪的各态经历经历性校集中每一个现实的统计特性相等。校集的统计特性等于一个现实的统计特性。
海浪及海浪引起的摇荡运动都看成是具有各态历经性的随机过程。
海浪谱密度函数：表征不规则波的能量在不同频率单元波上的分布情况，称为海浪谱密度函数。谱密度曲线下的面积等于随机过程的方差。不规则波的谱密度表示了不规则波内各单元波的能量分布情况，它表明了组成不规则波的哪些频率的单元波起主要作用，哪些起次要作用，清楚的表明了不规则波的内部结构，是描述海浪谱强有力的工具。
海浪谱随风速和有义波高的增大而变高。
风浪三要素：表观波长：任意两相邻的上穿零点（波峰）在空间基线上的距离。表观波幅：相邻的波峰与波谷间的垂向距离称为表观波高，由静水面至波峰或波谷的垂向距离称为表观波幅。表观周期：任意两相邻上穿零点（波峰）在时间基线上的距离。
风浪要素大小取决于：1.风速: 在水面规定高度上风的前进速度；2.风时: 即稳定状态的风在水面上吹过的持续时间；3.风区长度: 即风接近于不变的方向和速度时在开敝的水面上吹过的距离。
浪级的划分是按波浪尺度而定。风浪的级别由波高大小决定，波高越大、浪级越高。风级是按风速大小而定
海况是描述海面的外形，不仅反映波浪的尺度变化，同时还反映海面其他变化
频率响应函数:单元波作用于船体引起的同频率的单元摇荡运动幅值与规则单元波的波幅之比。
谱分析法：通过对随机取样在频率区域内的谱分析，结合瑞利分布的特性，对船舶的不规则统计值进行预报。
用谱分析法预报船舶在不规则波中的运动统计值。1。根据航区资料，确定估算海区的三一平均波高或风速以及波浪特征周期，选定相应的海浪谱公式。2。确定频率响应函数。3。计算遭遇频率： 4。计算运动谱密度对原点的n阶谱矩。（用遭遇频率代替自然频率）5。计算谱宽参数6。计算修正后的方差7。计算摇荡的统计值
最大能量单元波：对应谱密度曲线峰点的单元波，在不规则波中含有最大的能量，称为最大能量单元波。
最大有义单元波：波长超过一定范围的波，它在整个单元波中占有很小的比例，所有波长大于最大有义单元波的能量占总能量的5%
主成份波：海浪谱密度等于最大能量单元波谱密度的80%区间的单元波。（30~50）
亚临界区:以某一航速航行的船舶，当谐摇波长小于3／4船长时，则定义该船舶处于亚临界区。（大于2B）
临界区域:当船舶的谐摇波长位于成分波区间时，这时波浪给予船舶较多的能量、因而产生激烈的运动，称为。（30~50）
超临界区：谐摇波长大于最大有义波长。
不规则波中的横摇：平均横摇周期接近船舶固有周期；不规则波横摇幅值变化平缓。
不规则波中的纵摇：船在不规则波中的纵摇平均周期接近不规则波的平均周期；不规则
波中迎浪航行时，有一最佳速度范围使纵摇较小。
正态分布：风浪，船舶摇荡，风浪引起的船体应力。瑞利分布：瞬时值服从正态分布的平稳随机过程，其幅值服从瑞利分布。泊松分布：船舶砰击和甲板上浪服从泊松分布。谱宽参数：等于0或接近于0时风浪能量相对集中，谱密度曲线窄而高。
船舶在规则迎浪中垂荡与纵摇的特点：1、同横摇相比，纵摇与垂荡运动一般较小，线性假设合理。2、波长与船长比对纵摇与垂荡运动影响很大，放大因数峰值发生在1~2.5波长船长比范围内。3、发生垂荡和纵摇的耦合影响。4、船速影响很大。
船的前进方向与波浪传播方向一致时，航向角为180度，迎浪为0度，正横浪为90度。运动谱等于海浪谱乘以响应幅值算子
二因次波，组成不规则波的单元波都具有同一个前进方向，也称长峰不规则波。由不同方向传播的单元波叠加而成的称为三因次不规则波，也叫短峰波。
船舶操纵知识点196
船舶操纵 1.满载船舶满舵旋回时的最大反移量约为船长的1%左右，船尾约为船长的1/5至1/10 2. 船舶满舵旋回过程中，当转向角达到约1个罗经点左右时，反移量最大 3. 一般商船满舵旋回中，重心G处的漂角一般约在3°～15° 4. 船舶前进旋回过程中，转心位置约位于首柱后1/3~1/5船长处 5. 万吨船全速满舵旋回一周所用时间约需6分钟 6. 船舶全速满舵旋回一周所用时间与排水量有关，超大型船需时约比万吨船几乎增加1倍 7. 船舶尾倾，且尾倾每增加1%时，Dt/L将增加10%左右 8. 船舶从静止状态起动主机前进直至达到常速，满载船的航进距离约为船长的 20倍，轻载时约为满载时的1/2~2/3 9. 排水量为1万吨的船舶，其减速常数为4分钟
大时，多的背流面容易出现空泡现象 32. 舵的背面吸入空气会产生涡流，降低舵效 33. 一般舵角为32~35度时的舵效最好 34. 当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为水中锚重的1.6倍 35. 当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为锚重的1.4倍 36. 一般情况下，万吨以下重载船拖锚制动时，出链长度应控制在2.5倍水深左右 37. 霍尔锚的抓力系数和链的抓力系数一般分别取为：3-5， 0.75-1.5 38. 满载万吨轮2kn余速拖单锚，淌航距离约为1.0倍船长 39. 满载万吨轮2kn余速拖双锚，淌航距离约为0.5倍船长 40. 满载万吨轮1.5kn余速拖单锚，淌航距离约为0.5倍船长 41. 满载万吨轮3kn余速拖双单锚，淌航距离约为1.0倍船长 42. 拖锚淌航距离计算：S=0.0135（△vk2/Pa） 43. 均匀底质中锚抓底后，若出链长度足够，则抓力随拖动距离将发生变化：一般拖动约5-6倍
第二章船舶操作基本知识 船舶操纵是指船舶驾驶人员根据船舶操纵性能和客观环境因素，正确地控制船舶以保持或改变船舶的运动状态，以达到船舶运行安全的目的。 船舶操纵是通过车、舵并借助锚、缆和拖船来实现的。要完成操纵任务，除保证所有操纵设备处于正常良好的技术状态外，操纵人员必须掌握船舶操纵性能(惯性和旋回性等)及对客观环境（风、流、水域的范围等）的正确估计。 第一节车的作用 推动船舶向前运动的工具叫船舶推进器，推进器的种类很多，目前常见的有明轮、喷水器推进器螺旋桨、平旋推进器、侧推器等。因为螺旋桨结构简单、性能可靠且推进效率高，所以被广泛应用于海上运输船舶。 一、螺旋桨的构造
1、螺旋桨的材料和组成 螺旋桨常用铸锰黄铜、青铜和不锈钢制作。现在也有采用玻璃制作的。 螺旋桨有桨叶和浆毂两部分组成，连接尾轴上。 （1）桨叶，一般为三片和四片，个别也有五片甚至六片的，低速船采用宽叶，高速船采用窄叶。 （2）桨毂，多数浆毂与桨叶铸成一体。浆毂中心又圆锥形空，用以套在尾轴后部。 （3）整流帽 （4）尾轴 2、螺旋桨的配置 一般海船都采用单螺旋桨，叫单车船。也有部分船舶（客船和军舰）采用双螺旋桨，叫双车船。 单桨船的螺旋桨通常是右旋转式的。右旋是指船舶在前进时，从船尾向船首看，螺旋桨在顺车时沿顺时针方向转动的称为右旋，沿逆时针方向转动的称为左旋。目前，大多数商船均采用右旋式。 双桨船的螺旋桨按其旋转方向可分为外旋式和内旋式两，对于双桨船，往舷外方向转动的称为外旋，反之称内旋。通常采用外旋，以防止水上浮物卷入而卡住桨叶。进车时，左舷螺旋桨左转，右舷螺旋桨右转，则称为外旋式；反之，称为内旋式。 二、推力、阻力和功率 1、船舶推力
船舶耐波性总结 第一章耐波性概述 一、海浪的描述、、。 船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。 二、6个自由度的摇荡运动 船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。而这些运动中又有直线运动和往复运动 垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。 三、动力响应 船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。 剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面： 1）、对适居性的影响； 2）、对航行使用性的影响； 3）、对安全性的影响； 船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。 第二章海浪与统计分析 2-1 海浪概述 风浪的三要素：风速、风时、风区长度。 风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。 充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。 海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。 风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性 波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。 A 0=cos kx -t ξξω（） A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。 在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ： ≈ 2 =1.56T λ； c==1.25T λλ； 2= T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。但是水 质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。余弦波单位波表面积的波浪所具有 的能量2A 1E=g 2 ρξ 2-3不规则波理论基础 一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系 我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。 2、不规则波叠加原理 为了便于问题的讨论，我们假定不规则波是由许多不同波长、不同波幅和随机相位的单元波叠加而成的。考虑到不规则波的随机性，不规则波的波面升高方程为： An n 0n n n=1=cos k x -t+ξξωε∞ ∑（） 随机相位n ε可以取0到2π间的任意值。 二、随机过程 1、随机过程 每一个浪高仪的记录代表一个以时间为变量的随机过程t ξ（），它是许多记录中的一个“现实”。所有浪高仪记录的总体表征了整个海区波浪随时间的变化，称为 “样集”。 2平稳随机过程 1）考虑时间12t=t t=t 、等处的统计特性，称为横截样集的统计特性。 2）考虑随时间变化的统计特性，称为沿着样集的统计特性。 3、各态历经性 对于平稳随机过程，当样集中每一个现实求得的统计特性都是相等的，而且样集在任一瞬时的所有统计特性等于在足够长时间间隔内单一现实的所有统计特性，满足这样条件的平稳随机过程称为具有各态历经性。 三、随机过程中的概率分布 1、随机性的数字特征
船舶操纵与摇荡期末总复习 考试题目类型： 1. 名词解释（5题） 2. 填空（10题左右，空不限） 3. 画图题（1~2题左右） 4. 简答题（5~6题左右） 5. 计算分析题（2题） 考试内容（操纵性）： 第一章绪论 1. 操纵性的定义？操纵性包括哪些方面的内容？ 答：所谓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。船舶操纵性包括以下四方面内容： A、航向稳定性：它是指船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡位置，当扰动完全消除后，保持原有航向运动的性能； B、回转性:它是指船舶应舵作圆弧运动的性能； C、转首性及跟从性：它是指船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。前者称为转首性，后者称为跟从性； D、停船性能：它是指船舶对惯性停船和倒车停船的响应性能。 第2章船舶操纵 1、描述船舶运动的坐标系？什么是首向角、漂角以及航速角（定义及正负号）？ 答：为了描述船舶的运动，我们常采用一下两种右手坐标系:a、固定坐标系Oxyz，它是固定在地球表面的右手坐标系，其原点O可以任意选择，通常与t=0时船舶重心G的位置相一致。Xy平面位于静水面内，z轴垂直向下为正。b、运动坐标系Gxyz，它是以船舶重心位置G为原点而固定于船体上的直角坐标系。x、y和z轴分别是经过G的水线面、横剖面和中纵剖面的郊县，x轴向首为正，z轴向下为正。 首向角：船舶的重心位置和船舶中纵剖面与x轴交角，称为首向角。由x轴转到中纵剖面顺时针为正。 漂角：船舶重心处的速度矢量V与x轴正方向的交角称为漂角，规定由速度矢量转到x 轴顺时针方向为正。 航速角：Xo轴到V的夹角，顺时针为正。 2、水动力导数（回答要全面）？水动力模型？ 水动力导数的物理意义（位置导数、旋转导数、角加速度导数以及舵导数，要求会分析其正负号） 答：水动力导数: 水动力模型: 3. 船舶运动稳定性包含哪三部分？（直线、方向、位置，其相互之间的关系） 答：直线稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终能恢复直线航行状态，但航向发生变化；方向稳定性：船舶受扰后，新航线为与原航线平行的另一直线； 位置稳定性：船舶受扰后，最终仍按原航线的延长线航行。 显然，具有位置稳定性必同时具有方向和直线稳定性，具有方向稳定性必同时具有直线
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N
2． 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
??? ??===? Z 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 v m 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 u r v u f Y r v u r v u f X N Y X
操纵性 1.船舶操纵性定义及研究内容 操纵性：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。 研究内容：航向稳定性、回转性、转首性及跟从性、停船性能。 2.船舶附加质量的含义及与物理质量比例的大致范围 附加质量：附加惯性力与船的加速度成比例，其比例系数称为附加质量。（作不定常运动的船舶，除了船体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，根据作用与反作用原理，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。） 附加质量：m x ≈（0.05~0.15）m m y ≈m z ≈（0.9~1.2）m 附加惯性矩Jxx ≈（0.05~0.15）Izz Jyy ≈（1~2）Izz Jzz ≈Iyy I 是质量惯性矩 3.漂角、航向角和水动力中心的含义 漂角：船舶重心处的速度矢量→ V 与x 轴正方向的交角称为漂角β。并规定速度矢量转向x 轴顺时针方向为正。 航向角：船首指向的方向和船舶在水面上的真实轨迹之间的夹角。 4动坐标系统速度转换到大地坐标系统公式：φφsin cos 00Y X X +=φφsin cos 00X Y Y -= 5、线性水动力导数Yv,Nv,Yr,Nr 的物理意义 水动力的位置导数Yv 是一个较大的负值。 水动力力矩的位置导数Nv 是一个不大的负值。 指的是v 引起的升力系数/力矩系数 水动力的旋转导数Yr 的绝对值不是很大，其符号由船型决定，可正可负。 水动力矩的旋转导数Nr 是一个很大的负值 。指的是r 引起的水动力系数/水动力矩系数 6、线/角加速度水动力导数的物理意义及数值大小判断 水动力的线加速度导数.V Y 是一个相当大的负值。指的是附加质量 水动力矩的线加速度导数.V N 是一个不大的数值，其符号取决于船型。指的是由V ? 引起的附加惯性力矩系数 水动力的角加速度.r Y 是一个较小的值，其符号取决于船型 水动力矩的角加速度导数.r N 是一个很大的负值。指的是回转加速度r ? 引起的船舶附加惯性力系数/惯性力矩系数 7、野本方程及物理意义 野本方程：. r T +r=K δ 物理意义δ：船舶的惯性力矩、阻尼力矩和舵力矩的作用下，进行的缓慢转，首运动，可以 用下列式子近似表示：.r I +Nr=M δ N 为船舶回转中的阻尼力矩系数，I 为船舶回转中的惯性力矩系数，M 为舵产生的转首力矩系数。T=I/N,K=M/N 由此可知，T 是惯性力矩系数与阻尼力矩系数之比，T 值大，表示船舶运动过程中收到的惯性力矩大，阻尼力矩小。而K 是舵转首力矩系数与阻尼力矩系数之比。K 值大，表示舵产生的转首力矩大，而阻尼力矩小。
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、航向和位置的能力。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。 回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。转首性：表示船舶应舵转首并迅速进入新的稳定状态的性能. 运动稳定性与机动性制约：小舵角下的航向保持性 、中舵角下的航向机动性 、大舵角下的紧急规避性 固定与运动坐标系的关系： 漂角：速度V 与OX 轴正方向的夹角β。舵角：舵与OX 轴之间的夹角δ。舵速角：重心瞬时速度矢量与O 0X 0轴之间的夹角ψ0。 线性水动力导数意义：船舶作匀速直线运动，在其他参数不变时，改变某一运动参数所引起的作用于船舶的水动力或矩对该参数的变化率。水动力导数：Xu= Yu= 通常可称对线速度分量u 的导数为线性速度导数．如：Xu 等。对横向速度分量v 的导数为位置导数，如：Yv 、Nv 等。对回转角速度r 的导数为旋转导数，如：Nr 、Yr 等。对各加速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数Xu 。 ，对舵角δ的导数为控制导数，如：Y δ等。 稳定性：对处于定常运动状态的物体(或系统)，若受到极小的外界干扰作用而偏离原定常运动状态；当干扰去除后，经过一定的过渡过程，看是否具有回复到原定常运动状态的能力。若能回复，则称原运动状态是稳定的。直线稳定性：船舶受到瞬时扰动以后，重心轨迹最终恢复成为一条直线,但航向发生了变化。方向稳定性：船舶受到的瞬时扰动消失以后，重心轨迹最终成为原航线平行的另一直线。位置稳定性：船舶受到瞬时扰动，当扰动消失以后，重心轨迹最终恢复成为与原来航线的延长线。 稳定衡准数:C=-Y V (mx G u 1-N r )+N V （mu 1-Y r ）；C>0 表示船舶在水平面的运动具有直线稳定性；C<0 则不具有直线稳定性。 影响航向稳定性的因素：(1)为改善其航向稳定性，应使Nr 、Yv 二者的负值增加，从C 的表达式可见，此二者之乘积的正值就越大，显然有利于改善稳定性。(2) Nv 对稳定性的影响较大。只要Nv 为正值，船舶就能保证航向稳定性 (3)若沿船纵向设置升力面(如鳍、舵等能产生升力的物体)，则将其加在首或尾部都能使Nr 的负值增加，但若加在首部会使Nv 增加负值，而加在尾部会使Nv 变正，故升力面设置在尾部可使Nr 负值增加的同时又使Nv 值变正，故对航向稳定性的贡献比设置在首部要大。与几何形体的关系：增加船长可使Nr 负值增加，增加船舶纵中剖面的侧面积可使Nr 、Yv 的负值增加，增加Nv 的有效方法是，增加纵中剖面尾部侧面积，可采用增大呆木，安装尾鳍，使船产生尾倾等。 船舶回转性各参数：反横距：从船舶初始的直线航线至回转运动轨迹向反方向最大偏离处的距离为S1。正横距：从船舶初始直航线至船首转向90°时，船舶重心所在位置之间的距离为S2。该值越小，则回转性就越好。纵距：从转舵开始时刻船舶重心G 点所在的位置，至船首转向90°时船舶纵中剖面，沿原航行方向计量的距离S3。其值越大，表示船舶对初始时刻的操舵反应越迟钝战术直径：从船舶原来航线至船首转向180°时，船纵中剖面所在位置之间的距离DT 。其值越小，则回转性越好。定常回转直径：定常回转阶段船舶重心点圆形轨迹的直径D 进程R ′：自执行操舵点起至回转圈中心的纵向距离；R′=S3-D/2；它表示船舶对舵作用的应答性，R′越小则应答性越好 回转过程的三个阶段： 转舵阶段：指从开始转舵到舵转至规定角度δ0为止。运动特点：V 。 ≠0 ，r 。≠0 ，v=r=0；过渡阶段：指从转舵结束起到船舶进入定长回转运动为止。运动特点：V 。 、r 。 、V 、r 都不为零且随时间发生变化。 定长回转阶段：当作用于船体的力和力矩相平衡时，船舶就以一定的侧向速度V 和回转角速 度r 绕固定点作定长圆周运动。特点：V 。=r 。 =0，v 、r 为常数。 枢心点P :船舶回转过程中，在船上还存在一个横向速度分量为零的点，称为枢心点p 。枢心点是船舶纵中线上唯一的漂角为零的点；枢心点仅仅是因为船舶转向而存在的；船舶加速时，枢心点会向船舶运动的方向移动 。反操现象：是船舶不具有直线稳定性的一种特征，回转性与稳定性相矛盾。回转衡倾的原因：船舶回转过程中，船体上承受的侧向力其作用点高度各不相同，于是形成对ox 轴的倾侧力矩，产生回转横倾。 野本模型：T r 。+r 。 =K δ 其中 K 、T 为操纵性指数。用参数K 评估回转能力。大K 意味着回转性能好。用参数T 评估直线运动稳定性、初始回转能力和航线改变能力。小T 意味着好的直线运动稳定性、初始回转能力和航线改变能力。K= T= 希望船舶有大K 、小T （但相互矛盾）。T 的单位是S ，K 的单位是S -1 转首性指数p ：表示操舵后，船舶行驶一倍船长时，由单位舵角引起的首相角改变量。 诺宾指数：若平>0.3则转首性满足要求。与船体惯性 回转阻尼 舵的回转力矩相关。 操纵性试验：分为模型试验和实船试验两种，模型试验又可分为自由自航模操纵性试验和约束模操纵性试验两种。船舶固有操纵性的试验方法:回转试验、回舵试验、零速启动回转试验、Z 试验、螺线与逆螺线试验、航向改变试验、制动试验和侧向推进装置试验。 回转试验: 1首先在预定的航线上保持船舶直航和稳定航速。 2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、初始舵角、螺旋桨的初始转速n 0等。 3以尽可能大的转舵速度将舵操至规定舵角δ0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。 4待首向角改变540°时，即可结束试验。 螺线试验：评价船舶的直线稳定性，在直航中给船舶以扰动，通过观察扰动去掉后船舶是否能够恢复直航来测定直线稳定性。 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 达到稳定值时，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。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° Z 形操舵试验：测定船舶操舵响应的一种操纵性试验法。进行Z 形试验时，先使船以规定航速保持匀速直航，然后将舵转至右舷规定的舵角(如右舷10°) ，并保持之，则船即向右转向，当首向角达到某一规定的舵角值时(如右舷10°) 立即将舵向左转至与右舵角相等的左舵角(左舷10°) ，并保持之。当反向操舵后，船仍朝原方向继续转向，但向右转首角速度不断减小，直至消失。然后船舶应舵地再向左转向，当左转首向角与舵角值相同时，再向右操舵至前述之右舵角。该过程如此继续，到完成五次操舵为止。 航向改变试验是研究船舶在中等舵角时的转向性能的一种较简易而实用的试验方法。 回舵试验是船舶航向稳定性的定义试验。该试验方法实质为回转试验(或螺线试验)的延续 操纵性船模试验中必须满足的相似条件：1使自航船模与实船保持几何形状相似；2通常保持无因次速度、加速度参数相等，即u/V 、v/V 、rL/V 等相等；3在水动力相似方面，只满足傅汝德数Fn 相等，保证二者重力相似。 实际进行自航模试验时保持：船体几何形状相似；质量、重心位置及惯性矩相似；在决定模型尺度时要考虑临界雷诺数的要求；选择航速时满足傅汝德数相等；机动中保持舵角相等。 船舶固有操纵性指标：直接的判据：它是由自由自航试验直接测定的参数；间接的判据：如野本的K 、T 指数，诺宾的P 指数 操纵性衡准：1回转能力，由回转试验确定。船舶以左(右)350 舵角回转时，回转圈的纵距应
耐波性作业 一、某船实测的纵摇幅值的统计表如下。 雷利用分布的参数为j K j j a P R ∑==12 )(θ，其中j a )(θ是第j 间隔中的幅值平均值。要 求： （1）作直方图； （2）假定纵摇幅值满足雷利分布，即 R a a a e R f 2 2)(θθθ- ?=，在直 方图上作出)(a f θ曲线。 （3）计算平均纵摇角R a 886.0=θ；三一平均纵摇角R a 416.1)(3/1=θ； 十一平均纵摇角R a 8.1)(10/1=θ 二、按不规则波上的纵摇估算表计算下列船舶的纵摇统计特性
（V g e 2 ,180ωωωβ+ ==）。 已知：三一平均波高4)2(3/1=A ρ米；船速V=6.37米/秒。 其中波谱)(ωρS 按12届ITTC 单参数公式计算。 三、已知某船船长L=147.18米，船宽B=20.40米，排水量D=16739吨，型深H=12.40米，重心高度z g =8.02米，初稳性高度h=1.2米， 阻尼系数2μ=0.12。 （1） 求横摇固有周期； （2） 横摇的放大因数为()2 2 2 2411 φ φμαφΛ +Λ-= mo A ， 请按下列波浪频率计算横摇放大因数，ω=0， 0.1，0.3，0.4，0.458， 0.5，0.6，0.7，0.9，1.1，1.3，∞。 四、排水量为10000吨，初稳性高度h 为0.90米的船舶的横摇固有
周期为14秒。若在重心的上面2米处减少1000吨的重量，问新的横摇周期是多少？（稳心M 的位置认为不变，由于重心的改变，要求绕新的GX 轴的转动惯量）。 五、已知某船横摇周期T=13秒，初稳性高度h=1米，无因次阻尼衰减系数μ=0.10，计算： （1）使船发生共振的波长； （2）若波浪最大倾角为4 /10534.0-=λα（弧度），求共振时最大振幅； （3）假使该船由于载荷分布发生改变（排水量不变），总的质量惯性矩降低了10%，欲使固有周期不变，问初稳性高度改变了多少？在此新情况下，假定阻尼力矩系数2N 保持不变，试求共振横摇角度。 六、已知某货船的船宽B=20.40米，吃水T=8.04米，重心高度z g =8.02米，初稳性高度h=1.20米，舭龙骨比A b /LB=0.033,航行I 类航区。试计算该船的横摇角。 七、已知某船吃水T=8.02米，垂向棱形系数χ=0.70，计算该船的纵摇固有周期。 八、试按“实船试验数据分析表”，利用下表数据，计算某船纵摇幅
哈尔滨工程大学船舶操纵性总结 1. 船舶操纵性含义：P1 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，又能迅速地改变航向、航速，准确地执行各种机动任务。 3.对于船舶的水平面运动，绘制固定坐标系和运动坐标系 ? 1-1-3表示籍舶操纵运动的参数GS中各运勒参数都为it値） 4. 分析操舵后船舶在水平面运动特点。 5. 漂角B的特性（随时间和沿船长的变化）。 6. 坐标原点在船的重心处时，船舶的运动方程的推导。 7. 作用在在船上的水动力是如何划分的。 8. 粘性水动力方程线性展开式及无因次化。 9. 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。 10. 常见线性水动力导数的特点。 11. 船舶操纵水平面运动的线性方程组推导及无因次化。 12. 写出MMG 方程中非线性水动力的三种表达式。 13. 首摇响应二阶线性K-T 方程推导。 14. 一阶K、T 方程及K、T 含义，可应用什么操纵性试验测得。 15. 画图说明船舶在作直线航行时（舵角3 =0）,若受到某种扰动后, 其重 心运动轨迹的四种可能情况，并说明三种稳定性之间的关系。 16. 影响稳定性的因素有哪些 17. 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） 18. 船舶回转运动主要特征参数。 19. 影响定常回转直径的5 个因素是什么 20. 推导船舶定常回转时横倾角的确定公式。 21. 按照操舵规律由线性响应方程求解舶的回转角速度和艏向角。 22. 如何获得船舶的水动力导数 可以通过理论数值计算、经验公式估算和拘束模型的水动力试验三
船舶耐波性能试验 —阻尼系数测量试验 学生姓名： 学号： 学院：船舶与建筑工程学院班级： 指导教师：
一、船模横摇试验的目的 上风浪中航行最易发生横摇，而且横摇的幅度较大，不仅影响船 员生活和工作的各个方面，严重的横摇还会危及船舶的安全乃至倾覆失事。因此，在有关耐波性的研究中，首先关注的是要求设计横摇性能优良的船舶。 由于船舶在波浪中横摇运动的复杂性，理论计算尚未达到可用于实际的程 度，因而模型试验是目前预报船舶横摇最可靠的方法。 本教学试验由下列两部分组成，即： 1．船模在静水中的横摇衰减试验，目的是确定船的固有周期以及作用在船 体上的水动力系数，如附连水惯性矩及阻尼系数等。据此可根据线性运动方程计算船舶在风浪中的横摇频率响应曲线。 2．船模在规则波中的横摇试验，目的是确定船的横摇频率响应函数，可用 于预报船舶在中等海况下的横摇统计特性，对于高海况的预报数值则偏高，这是由于非线性影响的缘故。 二．实验原理 通过《船舶原理》课程的学习，我们知道船舶的横摇运动方程可以表示为： 式中，表示横摇角、横摇角速度、横摇角加速度；Ixx’表示船 舶在水中的横摇惯性矩，等于船舶在空气中的横摇惯性矩Ixx 与船舶在水中的横摇附加惯性矩之和；N为阻尼力矩系数；D为排水重量；h为横稳性高度；αm0为有效波倾；ω为波浪圆频率。 引入横摇衰减系数γ和横摇固有（圆）频率ωФ ωФ2=Dh/Ixx’ 横摇运动方程可以写成: 静水中自由横摇 考虑船舶在初始时刻浮于静水面上，并伴有一个静横倾角φ0，但不受波浪的作用，该船舶随后将作自由横摇运动，其表达式可以写成 式中，无因次衰减系数μ和相位超前角β为
漂角：船舶重心处速度与动坐标系中ox轴之间的夹角，速度方向顺时针到ox轴方向为正。首向角：船舶纵剖面与固定坐标系OX轴之间的夹角，OX到x轴顺时针为正 舵角：舵与动坐标系ox轴之间的夹角，偏向右舷为正 航速角：重心瞬时速度与固定坐标系OX轴的夹角，OX顺时针到速度方向为正 浪向角：波速与船速之间的夹角。 作用于船体的水动力、力矩将与其本身几何形状有关（L、m、I），与船体运动特性有关(u、v、r、n)，也与流体本身特性有关（密度、粘性系数、g）。 对线速度分量u的导数为线性速度导数，对横向速度分量v的导数为位置导数，对回转角速度r的导数为旋转导数，对各角速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数，对舵角的导数为控制导数。 直线稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终能恢复指向航行状态，但是航向发生了变化； 方向稳定性：船舶受瞬时扰动后，新航线为与原航线平行的另一直线； 位置稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终仍按原航线的延长线航行； 具备位置稳定性的必须具备直线和方向稳定性，具备方向稳定性的必定具有直线运动稳定性。 1.定常回转直径 2.战术直径 3.纵距 4.正横距 5.反横距 回转的三个阶段 一、转舵阶段二、过度阶段三、定常回转阶段 耦合特性：船舶在水平面内作回转运动时会同时产生横摇、纵摇、升沉等运动,以及由于回转过程中阻力增加引起的速降。以上所述可理解为回转运动的耦合,其中以回转横倾与速降最为明显。 Tr r Kδ += 回转性指数K是舵的转首力矩与阻尼力矩系数之比，表征船舶转首性， 应舵指T 是惯性力矩数系数与阻尼力矩系数之比， 由T=I/N可见：参数T是惯性力矩与阻尼力矩之比，T值越大，表示船舶惯性大而阻尼力矩小；反之，T值越小，表示船舶惯性小而阻尼力矩大。 由K=M/N可见：参数K是舵产生的回转力矩与阻尼力矩之比，K值越大，表示舵产生的回转力矩大而阻尼力矩小；反之，K值越小，表示舵产生的回转力矩小而阻尼力矩大。 K值越大,相应回转直径越小,回转性越好.T为小正值时,船舶具有良好的航向稳定性. K表示了回转性,T表示了应舵性和航向稳定性。舵角增加：K、T同时减小；吃水增加：K、T 同时增大；尾倾增加：K、T同时减小；水深变浅：K、T同时减小；船型越肥大：K、T 同时增大。 船舶操纵性设计的基本原则是：给定船的主尺度(即船的惯性)，以提供必要和足够的流体动力阻尼及舵效，使之满足设计船舶所要求的回转性、航向稳定性和转首性。通常最常用的办法是改变舵面积，因为舵既有明显的航向稳定作用，又会产生回转力矩。
1.什么是船舶耐波性？ 船舶耐波性是指船舶在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、抨击、甲板上浪、失速、螺旋桨出水以及波浪弯矩等，仍能维持一定航速在波浪中安全航行的性能。（P1） 2.什么是有效波面？ 船宽、吃水相对波长是很小时，可近似认为船是水中一质点，它所受的浮力近似垂直于波面。当船宽和吃水相对波长为有限尺度时，由于船宽范围内波形曲率的变化以及沿船体水下表面所受到的浮力方向与波面法向不一致，使船受到的总浮力有所减小，同时其浮力作用线是垂直于某一次波面，这一次波面称为有效波面。（P17） 3.船舶阻尼力（矩）按物理性质大致可分为哪三类？ 兴波阻尼、旋涡阻尼、摩擦阻尼（P8） 4.船在水中可能产生六个自由度的摇荡运动，分别是什么运动？ 横摇、纵摇、首摇、垂荡（升沉）、横荡和纵荡 5.研究船舶耐波性用到的三种坐标系是哪三种，可画图说明？ 空间固定坐标系：该坐标系用来描述海浪； 动坐标系Gxbybzb：随船做摇荡运动，坐标原点取在船的重心G上，坐标轴取作与船的中心惯性主轴相重合，Gxb在船中线面与龙骨线平行，向艏为正；Gzb在船中线面内垂直于Gxb，向上为正；Gyb垂直于船的中线面，向右舷为正。 随船移动的平衡坐标系Oxyz：当船在静水中以航速v航行时，该坐标系随船同速前进，Oxy位于静水面上，Ox正向与航速v同向。当船在波浪上做摇荡运动时，该坐标系不随船做摇荡，仍保持按船的平均速度和原航向前进。 6.船模实验需要满足的相似律有那几个？ 几何相似、运动相似、动力相似。（P136-P137） 7.什么是船舶摇荡运动的兴波阻尼？（P9） 由于船舶运动使水面产生波浪，消耗船本身的能力所造成的阻尼。傅汝德认为兴波阻尼与速度一次方成比例。 8.目前采用较广泛的减摇装置有哪些？ 舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍（P168） 9.什么是有效波面角？
船舶操纵与摇荡
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船舶操纵与摇荡期末总复习 考试题目类型： 1. 名词解释（5题） 2. 填空（10题左右，空不限） 3. 画图题（1~2题左右） 4. 简答题（5~6题左右） 5. 计算分析题（2题） 考试内容（操纵性）： 第一章绪论 1. 操纵性的定义？操纵性包括哪些方面的内容？ 答：所谓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。船舶操纵性包括以下四方面内容： A、航向稳定性：它是指船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡位置，当扰动完全消除后，保持原有航向运动的性能； B、回转性:它是指船舶应舵作圆弧运动的性能； C、转首性及跟从性：它是指船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。前者称为转首性，后者称为跟从性； D、停船性能：它是指船舶对惯性停船和倒车停船的响应性能。 第2章船舶操纵 1、描述船舶运动的坐标系？什么是首向角、漂角以及航速角（定义及正负号）？ 答：为了描述船舶的运动，我们常采用一下两种右手坐标系:a、固定坐标系Oxyz，它是固定在地球表面的右手坐标系，其原点O可以任意选择，通常与t=0时船舶重心G的位置相一致。Xy平面位于静水面内，z轴垂直向下为正。b、运动坐标系Gxyz，它是以船舶重心位置G为原点而固定于船体上的直角坐标系。x、y和z轴分别是经过G的水线面、横剖面和中纵剖面的郊县，x轴向首为正，z轴向下为正。 首向角：船舶的重心位置和船舶中纵剖面与x轴交角，称为首向角。由x轴转到中纵剖面顺时针为正。 漂角：船舶重心处的速度矢量V与x轴正方向的交角称为漂角，规定由速度矢量转到x 轴顺时针方向为正。 航速角：Xo轴到V的夹角，顺时针为正。 2、水动力导数（回答要全面）？水动力模型？ 水动力导数的物理意义（位置导数、旋转导数、角加速度导数以及舵导数，要求会分析其正负号） 答：水动力导数: 水动力模型: 3. 船舶运动稳定性包含哪三部分？（直线、方向、位置，其相互之间的关系） 答：直线稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终能恢复直线航行状态，但航向发生变化；方向稳定性：船舶受扰后，新航线为与原航线平行的另一直线； 位置稳定性：船舶受扰后，最终仍按原航线的延长线航行。 显然，具有位置稳定性必同时具有方向和直线稳定性，具有方向稳定性必同时具有直线
关于耐波性理论的一些浅见 【摘要】船舶动力学的研究历来是由两个主要理论：操纵性和耐波性。 船舶在海水中的航行必将伴随波浪，耐波性的研究对于保证船舶的安全，维持船舶工作时环境的稳定，保证其功能，都具有重大的意义。 【关键词】耐波性理论;船舶动力学;流体力学;运动;操纵性 【前言】耐波性能力的措施 1976 年，St.Denis提出描述耐波性能所需的四个主要条件。这些都是: 使命: 什么船将要完成的目标。这艘船在海上的作用。 环境: 条件下，这艘船操作。这可以称为海况、风速、地理区域或它们的组合。 船舶的反应: 这艘船对环境条件的响应。反应是环境和容器特性的函数。 耐波性能标准: 船上的响应的既定的限制。这些都基于船舶运动和经历，加速度，包括舒适标准，例如噪音、振动和晕船、如非自愿的速度减少，基于性能值和可观察到的现象，如弓浸泡。 显然，钻探和一艘渡轮有着不同的任务，在不同的环境下运作。性能标准也会不同。都可算是适航，虽然出于不同的原因，根据不同的标准。 在船舶设计中，先确定船舶在波浪中的行为是重要的。这可以通过计算，发现通过物理模型测试，最终测量船上的船只。计算可以简单的形状如矩形驳船进行解析，但需要由计算机进行任何现实形船。 一些这些计算或模型试验的结果称为响应振幅运算符(RAO) 的传递函数。浮动结构他们将需要所有六个运动和所有相对波标题计算。 一影响耐波性因素： 以下许多因素会影响耐波性或更正确的船响应。 大小: 更大的船一般会比一个较小的低运动。这是因为海浪的相对与船舶的大小更低。 位移: 重船一般会降低运动，要比一个轻一点。既然波的能量每艘船舶是相同的，并提供激振力，具有更大质量的船将有较低的加速度。 稳定性: 稳定的船舶会倾向于跟随波的配置更接近于一个不稳定的。这意味着一个更稳定的船舶一般有较高的加速度，但较低的振幅的运动。 干舷: 更大的船的干舷是不太可能出现在巨大的甲板上。甲板浸水往往是耐波性标准，因为它会影响一些船只的任务能力。 二耐波性的应用 在船舶设计中，先确定船舶在波浪中的行为是重要的。这可以通过计算，通过物理模型测试，最终测量船上的船只。计算可以对简单的形状如矩形驳船进行解析，但需要由计算机进行任何现实形船的计算。这些计算或模型试验的结果称为响应振幅运算符(RAO) 的传递函数。浮动结构他们将需要所有六个运动和所有相对波总计算。 船舶运动对确定船员、旅客、船舶系统部件、安全货物和结构元件的动态载荷是非常重要的。过度的船舶运动可能会妨碍船舶完成其任务的能力，如小型艇或飞机的部署和恢复。衡量一个人的完成特定任务而车载移动船舶发生工作间断（MII）。它给出了一个指示的事件，即当一个站立的人将要寻找支持，以保持平衡。工作间断的测量是时时刻刻都在进行中的。
Shanghai Jiao Tong University 2nd Semester,Academic Year2014-2015 Summary of Ship Manoeuvrability for Review Prof. Dr.-Ing. Zou Zaojian May 14, 2015
Outline ●Introduction ●Evaluation and Prediction of Ship Manoeuvrability ●Equations of Ship Manoeuvring Motion ●Dynamic Stability of Ships ●Initial Turning and Turning Ability of Ships ●Control Devices ●Measures to Improve Ship Manoeuvrability ●Some Remarks on the Examination
Introduction ●Purpose of the course－to answer the questions： What is “ship manoeuvrability” (What does “ship manoeuvrability” deal with) ? Why should a ship have good manoeuvrability? How to evaluate ship manoeuvrability(How to make judgement if a ship has good or poor manoeuvrability) ? How to ensure that a ship is designed/built with good manoeuvrability(If a ship has poor manoeuvrability, or the manoeuvrability is not good enough, how to take measures to improve its manoeuvrability) ?
影响船舶操纵性能的因素 船舶操纵所需的信息 1.船舶实际运动信息： 包括船舶位置、航向、航速、转速及其他变化趋势，还应包括各种操纵机器的使用状态以及船舶的其他情况· 2.操船环境信息： 1.自然环境信息；包括风、流、浪涌的方向和强弱程度，特别是他们对船舶运动 造成之影响· 2.航道环境信息；包括航道水深及可航宽度，暗礁险滩等碍航物及助航设施· 3.交通信息；包括航行水域内的其他船只种类，大小、数量、动态及所载货物等·3.船舶操纵性能信息： 包括船舶操纵性能的所有数据· 4.船员信息 5.法规信息 一、影响航向稳定性之因素主要有哪些？ 1.水深，浅水区，航向稳定性佳，富裕水深UKC（under keel clearance,船底间隙）小， 航向稳定性好． 2.船长LOA，LOA大，航向稳定性好． 舵效恶化程度与LOA平方成正比，LOA愈大，舵效愈差，但保向性好． 3.纵倾Trim，Trim大，航向稳定性好． Trim对航向稳定性影响很大，其改变船舶水下侧面积之分布，Trim by Stern航向稳定性佳．满载Even Keel或Trim by Head 航向稳定性差． 4.方形系数Cb，Cb大，航向稳定性变小，瘦长型船舶航向稳定性好． 5.枢心点PP(Pivot Point)，PP前移，航向稳定性变小． 6.船速SP，SP大，保向性佳，SP变大，T值变小． 7.舵角，舵角大，T小，航性稳定性好，增大舵面积，航向稳定性变大． 8.水流，顺流，保向性变差． 9.船艏尖削Cut Up者，船艉有钝材Dead Wood、Skeg者，航向稳定性好． 钝材Dead Wood为船艉设计为Transom Stern型，位于龙骨与艉柱间之材料． Skeg桨叶下方之结构，可保护桨叶及舵．
船舶操纵 1.满载船舶满舵旋回时的最大反移量约为船长的1%左右，船尾约为船长的1/5至1/10 2. 船舶满舵旋回过程中，当转向角达到约1个罗经点左右时，反移量最大 3. 一般商船满舵旋回中，重心G处的漂角一般约在3°～15° 4. 船舶前进旋回过程中，转心位置约位于首柱后1/3~1/5船长处 5. 万吨船全速满舵旋回一周所用时间约需6分钟 6. 船舶全速满舵旋回一周所用时间与排水量有关，超大型船需时约比万吨船几乎增加1倍 7. 船舶尾倾，且尾倾每增加1%时，Dt/L将增加10%左右 8. 船舶从静止状态起动主机前进直至达到常速，满载船的航进距离约为船长的20倍，轻载时约为满载时的1/2~2/3 9. 排水量为1万吨的船舶，其减速常数为4分钟 10. 从前进三至后退三的主机换向所需时间不同，一般：内燃机约需90~120s；汽轮机约需120~180s；而蒸汽机约需60~90s 11. 船舶航行中，进行突然倒车，通常在关闭油门后，要等船速降至全速的60%~70%，转速降至额定转速的25%~35%时，降压缩空气通入汽缸，迫使主机停转后，再进行倒车启动12. 一般万吨级、5万吨级、10万吨级和15~20万吨级船舶的全速倒车冲程分别为： 6~8L、8~10L、10~13L、13~16L 13. CPP船比FPP船换向时间短，一般紧急停船距离将减为60%~80% 14. 螺旋试验的滞后环宽度达到20度以上时，操纵时由显著的困难 15. IMO船舶操纵性衡准中要求旋回性能指标中的进距基准值为＜4.5L 16. IMO船舶操纵性衡准中要求旋回性能指标中的旋回初径基准值为＜5.0L 17. IMO船舶操纵性衡准中要求初始回转性能（操10度舵角，航向变化10度时船舶的前进距离）指标的基准值为＜2.5L 18. IMO船舶操纵性衡准中要求全速倒车冲程指标的基准值为＜15L 19. 为了留有一定的储备，主机的海上功率通常为额定功率的90% 转数96-97% 20. 船舶主机的传送效率的通常值为：0.95~0.98 21. 船舶的推进器效率的通常值为：0.60~0.75 22. 船舶的推进效率的通常值为：0.50~0.70 23. 为了保护主机，一般港内最高主机转速为海上常用住宿的70%~80% 24. 为了留有一定的储备，主机的海上转速通常定为额定转速的96%~97% 25. 为了保护主机，一般港内倒车最高主机转速为海上常用转速的60%~70% 26. 沉深比h/D在小于0.65~0.75的范围内，螺旋桨沉深横向力明显增大 27. 侧推器的功率一般为主机额定功率的10% 28. 当船速大于8kn时，侧推器的效率不明显 29. 当船速小于4kn时，能有效发挥侧推器的效率 30. 船舶操35度舵角旋回运动中，有效舵角通常会减小10—13度 31. 使用大舵角、船舶高速前进、舵的前端曲率大时，多的背流面容易出现空泡现象 32. 舵的背面吸入空气会产生涡流，降低舵效 33. 一般舵角为32~35度时的舵效最好 34. 当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为水中锚重的1.6倍 35. 当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为锚重的1.4倍 36. 一般情况下，万吨以下重载船拖锚制动时，出链长度应控制在2.5倍水深左右 37. 霍尔锚的抓力系数和链的抓力系数一般分别取为：3-5，0.75-1.5