船舶操纵与耐波

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。

船舶耐波性能及优化设计研究一、引言船舶耐波性能是衡量一艘船的重要指标之一，也是保障船舶海上安全的关键因素。

船舶在海上航行时，会面临各种波浪环境，船舶的耐波性能好坏决定了其航行的安全性和舒适性。

因此，研究船舶的耐波性能以及优化设计是一个具有重要意义的课题。

二、船舶耐波性能的影响因素船舶的耐波性能是由船体本身的设计和建造质量、船舶在海上的运动状态以及各种环境因素综合影响而形成的。

以下是影响船舶耐波性能的几个主要因素：1、船体结构设计船体结构设计是影响船舶耐波性能的最重要因素之一，它包括船体型面设计、船体尺寸比例、船舶结构强度等。

合理的船体结构设计有利于提高船舶的耐波性能。

2、载货量和船员配备随着船舶的载货量增大，船舶的大、小浪受力情况也会发生变化，会对船舶的耐波性能产生一定的影响。

而船员配备的多少也会影响船舶的艇身均衡状态和灵活性，从而影响船舶的耐波性能。

3、船舶在海上的运动状态船舶在海上的运动状态是受到风、浪、潮流等多种因素的综合影响而形成的，如航向、航速、波浪高度、波浪频率等。

这些因素会影响船舶的耐波性能。

4、波浪环境波浪环境是指船舶在海上遇到的波浪形态，包括波高、波浪频率、波浪周期等。

不同的波浪环境对船舶的耐波性能有不同的影响，需要对波浪环境进行全面的评估和分析。

三、优化船舶耐波性能的设计方法为了提高船舶的耐波性能，需要采取一些有效的优化设计方法。

以下是几种主要的设计方法：1、船体结构优化设计船体结构的优化设计可以通过数值模拟和实验测试两种方法来实现。

数值模拟主要利用计算机仿真技术分析和研究船体结构的力学性能，进行结构优化设计，实验测试则是通过对船舶模型进行真实的模拟试验，获取船体结构的力学特性数据。

2、锚泊安装和操纵策略优化对于大型船舶来说，锚泊安装和操纵策略的优化也是提高船舶的耐波性能的关键因素之一。

优化锚泊安装和操纵策略可以通过数值模拟和实验测试来实现。

3、减轻船舶载重量为了提高船舶的浮力和稳定性能，可以考虑减轻船舶的载重量。

毕业答辩——船舶操纵性与耐波性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？有效波面的切线与水平间线间的夹角，恒小于真实波面角。

（P14 p17)10.什么是史密斯效应？波浪下任一点的压力随深度按指数递减的规律，称为“史密斯效应”。

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．二、影响回转性能的因素主要有哪些？1.水线下之船型因素1.方形系数，方形系数较低(长宽比较高之瘦型船)较方形系数较高(长宽比较低之肥型船)，回转性能差．2.水中侧面积形状，整体而言，船艏部分分布面积较大者，将有利于减小回转圈，船艉部分面积较大者，有利于增加航向稳定性，而不利于减小回转圈．球型艏在降低航向稳定性，提高船舶回转性能上有不小之作用，而在低速时又有减小初始回转力矩的作用．船艉有钝材或船艏较为Cut Up的船舶，其回转直径较大．3.舵面积，增加舵面积将会使舵之转船力矩增大，因而提高船舶的回转性能指数，但增加舵面积之同时，亦增加了回转阻矩，提高了船舶航向稳定性，使回转性能指数的增加受到限制，就一定船型之船舶而言，舵面积的大小，在降低回转直径方面，存在一最佳值．2.船舶吃水状态1.吃水，一般船舶均有舵面积比随着吃水增加而降低的趋势，这将导致相应于舵力的回转阻矩增大，使转船力矩减少，另外，随着吃水加深，因货物满载而增加了船舶之惯性，以致于初始回转大大的减慢，因此满载时之纵距将有较大增长．2.纵倾，吃水差改变了船舶水线下船体侧面积分布状态，因而对船舶之回转性能有明显影响，尾倾Trim by Stern回转圈将增大，首倾Trim by Head则相反．3.横倾影响不大，船舶横倾改变了左右两舷吃水状态，船舶向左倾斜，右舷吃水相对减少，船舶向右回转，因偏流角产生之水压力所受阻力相对减少，回转性能增加，回转直径减少，反之右倾时易于向左回转．3.操船方面之影响1.舵角，舵角之改变，不仅影响回转直径之变化，相对的随着回转直径之改变，回转调头所需之时间亦有所不同．2.操舵时间（舵角到位时间），舵自一舷的35度转至另一舷30度的时间应不超过28秒，因此在实际操船中，一般认为从正舵位置至最大舵角35度须时15秒，如在实际操船中，所需时间超过15秒以上时，纵距将受其影响而变大，横距所受影响较小，最终直径则不受影响．3.船速，船速对船舶回转所需时间的长短具有明显的影响，但对回转直径之影响则较为复杂，在一般商船速度范围内，约为18节，船速对回转直径表现不出什么影响，然而当船速低至某一程度，船舶之回转直径将有逐渐加大之趋势，这是由于低速下之舵力转船力矩明显减小，回转性能变差，反之当船速增快时，则由于兴波增强，船艉倾斜加剧，航向稳定性提高，回转性能减低，船舶回转直径亦增大．4.外界环境影响1.水深，船舶在浅水区域内回转时，因回转阻矩增大，回转性能差，航向稳定性变好，回转圈大，2.风、浪、流、涌之影响．三、影响舵效的因素主要有哪些？1.舵角，在临界舵角范围内，与舵角大小成正比．2.舵面积，舵力大小与浸没在水线下舵面积成正比．3.作用于舵面上水流速度平方成正比．4.船艉形状，指水线下船艉．尖艉，水流畅快，舵面受力大，舵灵活．圆艉，水流不畅，舵面受力小，且船移动时，艉部形成空隙，两旁之水涌入，造成极大的追迹流，影响舵的灵活性．5.舵与船艉间隙，船舶操舵后，舵之周围产生压力变化，左右两侧之压力差将波及至船艉两侧，相对的增加了舵的舵力，舵与船艉之间隙愈小，增加量就愈大．6.舵的形状，双板舵的舵效较单板舵佳，舵的高宽比愈大，舵的升力曲线斜率越陡，即以较小的舵角能得到较大的转向力．7.船舶的惯性，重载船应舵较缓，吃水深的船，因受水下阻力较大，船舶的回转亦较慢．8.外力影響，風ヽ浪ヽ流ヽ淺水等因素．9.舵机之性能．五、影响K、T值之因素主要有哪些？1.操舵舵角影响一般船舶，在所操舵角为小舵角时，K、T值并无明显变化，但大型船或VLCC，则由于舵面积比相对较小，小舵角时其K、T值往往为负值，而K、T值随所操舵角的加大，明显降低．2.吃水影响K、T值随吃水之增加而增加，即满载时船舶追随性变差，回转性变好．3.吃水差影响Trim by Stern每增加1%船长，回转直径就增加10%，Trim by Stern增加，K、T值相对减小．4.水深吃水比影响船舶驶入水深不足吃水之2倍之浅水区域，回转性变差，追随性变好，K、T值相对变小．5.船型影响1.方形系数影响方形系数较高，长宽比较低肥型船，具有K、T值较高特性，应舵慢，TC小，航向稳定性差．2.水线下首尾侧面积分布之影响船艉具有较多侧面积之船舶，有利于提升船舶之追随性或航向稳定性，即K、T值都较低．影响回转圈大小的因素有哪些？影响回转圈大小的因素有方形系数、船体水下侧面积分布、舵角、操舵时间、舵面积比、船速、吃水、吃水差、横倾、螺旋桨的转动方向、浅水影响、风浪流以及污底的影响等。

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.VY 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.VN 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.rY 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.rN 是一个很大的负值。

操纵性绪论操纵性定义：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。

操纵性内容：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。

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。

附加质量和附加惯性矩：作不定常运动（操纵和耐波运动）的船舶，除了船体本身受到愈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。

根据作用力和反作用力，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。

附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为附加质量。

船舶操纵一、操纵运动方程1.1坐标系一、固定坐标系：固定坐标系是固结在地球表面，不随时间而变化的，如图所示。

首向角ψ：X 0与X 的夹角（由X 0转向X ，顺时针为正）。

二、运动坐标系：运动坐标系是固结在船体上的，随船一起运动的，如图所示。

重心坐标：X OG 、Y OG ； 船速：V 重心G 瞬时速度； 航速角ψ0：X0轴与船速V 夹角(顺时针为正)；漂角：β船速与X 轴夹角(顺时针为正)； 回转角速度：γ=dψdt；回转曲率：R 右舷为正； 舵角：δ左舷为正。

三、枢心：回转时漂角为零点、横向速度为零的点。

1.2线性运动方程一、坐标转换00cos sin sin cos ψψψψ=-=+G G x u v y u v二、简化方程当重心在原点处：X G =0 运动坐标系一般方程：三、对于给定船型、给定流体中的运动情况船型参数和流体特性为已知条件； 操纵运动为缓变过程，忽略高阶小量； 忽略推进器转速影响；操舵过程短暂，忽略转舵加速度。

则可将给定船型流体中受力情况表示如下：由泰勒展开式，用水动力导数表示如下：四、简化后的操纵运动线性方程式：2()()()ψψψψψψ=--=++=++G G Z G X m u v x Y m v u x N I mx vu 00cos sin ψψ=+G G X mx my 00cos sin ψψ=-G G Y mymx ()()ψψψ=-=+=z X m u v Y m v u NI (,,,,,,)(,,,,,,)(,,,,,,)X X u v r u v r Y Y u v r u v r N N u v r u v r δδδ===v r v r v r v r Y Y v Y r Y v Y r Y N N v N r N v N r N δδδδ=++++=++++11111()()()()()()()()v v G r r G v v z r G r v ur v u u r r v u rm Y v Y v mx Y r mu Y r Y mx N v N v I N r mx u N r N δδδδ+=++∆+∆=+--+-+-=--+-+-=1.3水动力导数一、定义：匀速直线运动时，只改变一个运动参数，其他不变引起的作用于船舶水动力对运动参数的变化率。

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Xu，对横向速度分量v的导数为位置导数Yv,Nv，对回转角速度r的导数为旋转导数Nr,Yr，对各角速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数Xu,Yv,Yr，对舵角的导数为控制导数Y。

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线运动稳定性。

1. 反横距2. 正横距3.纵距4. 战术直径5. 定常回转直径回转的三个阶段船舶回转过程中，在船上还存在一点，于改点上其横向速度分量为零，称之为枢心点P。

一、转舵阶段二、过渡阶段三、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。

舵的布置原则1. 为了产生尽可能大的舵力矩，舵应布置在远离船舶重心处：船首尾部。

2. 注意使舵得到突出的尾型的保护。

3. 为了获得桨的尾流来提高舵效，一般布置在桨的后方。

4. 多舵布置时必须注意舵之间的干扰问题。

船舶耐波性：船舶任意时刻的运动可以分解为船舶重心G沿Ox轴的直线运动称为纵荡，以x（t）表示；沿Oy轴的直线运动称为横荡，以y（t）表示；沿Oz轴的直线运动称为垂荡，以z（t）表示；船体绕Gxb轴的转动称为横摇，以θ（t）表示；绕Gyb轴的转动称为纵摇，以ψ（t）表示；绕Gzb轴的转动称为首摇，以φ（t）表示。

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Yv，船体首部和尾部长力方向一致，v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。

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 2ρξ2-3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。

船舶航行性能的数值模拟与分析船舶作为重要的水上交通工具，其航行性能的优劣直接关系到航行的安全、效率和经济性。

随着计算机技术的飞速发展，数值模拟已成为研究船舶航行性能的重要手段。

通过数值模拟，可以在船舶设计阶段就对其航行性能进行预测和优化，从而减少试验次数、缩短研发周期、降低成本。

数值模拟的基本原理是基于流体力学和船舶动力学的相关理论，将船舶和周围的水流视为一个连续的流体场，通过求解一系列的控制方程来获得船舶周围流场的压力、速度等参数，进而计算船舶的航行性能。

在船舶航行性能的研究中，常用的数值模拟方法包括有限元法、有限体积法和边界元法等。

船舶航行性能主要包括阻力性能、推进性能、操纵性能和耐波性能等方面。

阻力性能是船舶航行性能中的一个关键指标，它直接影响船舶的动力需求和燃油消耗。

通过数值模拟，可以对船舶在不同速度、吃水和姿态下的阻力进行计算，并分析船体形状、附体布置等因素对阻力的影响。

例如，优化船体的首部形状可以减少兴波阻力，而合理设计船底的粗糙度可以降低摩擦阻力。

推进性能是衡量船舶动力系统效率的重要指标。

数值模拟可以用于研究螺旋桨的水动力性能，包括推力、扭矩和效率等。

通过模拟螺旋桨在不同转速和进流条件下的工作情况，可以优化螺旋桨的叶片形状和布置，以提高推进效率。

同时，还可以考虑螺旋桨与船体之间的相互干扰，从而更准确地评估推进系统的性能。

操纵性能是船舶在航行中改变航向和速度的能力。

数值模拟可以模拟船舶在不同舵角和螺旋桨转速下的运动响应，计算船舶的回转半径、转向时间等操纵性指标。

对于多桨多舵的船舶，还可以研究不同桨舵组合对操纵性能的影响。

此外，还可以通过模拟船舶在风浪中的操纵情况，评估船舶在恶劣海况下的操纵安全性。

耐波性能是船舶在波浪中航行时的性能表现，包括船舶的运动响应、砰击和上浪等。

数值模拟可以模拟船舶在规则波和不规则波中的运动，分析船舶的纵摇、横摇和垂荡等运动特性。

通过优化船舶的型线和结构，可以减少船舶在波浪中的运动幅度，提高船舶的舒适性和安全性。

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.VY 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.VN 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.rY 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.rN 是一个很大的负值。

船舶原理下册
《船舶原理（下册）》主要讨论船舶在航行过程中的推进、操纵和耐波性等问题。

具体来说，下册内容包括螺旋桨推进、船舶操纵和船舶耐波性等。

其中，螺旋桨推进部分详细介绍了螺旋桨的基本原理、几何特征、水动力性能、船体与螺旋桨的相互影响、空泡现象及桨叶强度等，并着重讨论了螺旋桨的图谱设计及船-机-桨的配合问题。

船舶操纵部分则主要涉及船舶的操纵性能和操纵原理，包括船舶的航向稳定性、回转运动、停船和倒车等。

船舶耐波性部分则主要讨论船舶在风浪中的摇荡运动，包括横摇、纵摇和垂荡等。

此外，《船舶原理（下册）》还以流体力学为基础，探讨了船舶航行性能的问题。

该书分上下两册，上册包括船舶静力学和船舶阻力，下册则包括船舶推进、船舶操纵和船舶耐波性。

以上信息仅供参考，建议查阅《船舶原理（下册）》获取更准确的信息。