第七章 船舶操纵性
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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。
2010年度操纵性总结1.船舶操纵性含义船舶操纵性是指船舶借助其控制装置来改变或保持其运动速率、姿态和方向的性能。
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。
3.4.分析操舵后船舶在水平面运动特点。
船的重心G做变速曲线运动,同时船又绕重心G做变角速度转动,船的纵中剖面与航速之间有漂角。
5.漂角β的特性(随时间和沿船长的变化)。
船长:船尾处的速度和漂角为最大,向船首逐渐减小,至枢心P点处速度为最小且漂角减小至零,再向首则漂角和速度又逐渐增大,但漂角变为负值。
6.7.作用在在船上的水动力是如何划分的。
船在实际流体中作非定常运动时所受的水动力,分为由于惯性引起的惯性类水动力和由于粘性引起的非惯性类水动力两类来考虑,并忽略其相互影响。
8.9.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,保持其它运动参数都不变,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。
位置导数:(Yv,Nv)船以u和v做直线运动,有一漂角-β,船首部和尾部所受横向力方向相同,都是负的,所以合力Yv是较大的负值。
而首尾部产生的横向力对z轴的力矩方向相反,由于粘性的影响,使尾部的横向力减小,所以Nv为不大的负值。
所以,Yv<0, Nv<0。
控制导数:(Yδ,Nδ)舵角δ左正右负。
当δ>0时,Y(δ)>0,N(δ)<0。
(Z轴向下为正)所以Yδ>0,Nδ<0。
旋转导数:(Yr,Nr) 总横向力Yr数值很小,方向不定。
Nr数值较大,方向为阻止船舶转动。
所以,Nr<0。
11.12.13.14.一阶K、T方程及K、T含义,可应用什么操纵性试验测得。
船舶的操纵性能(旋回性、冲程、保向性、改向性以及船舶变速运动性能)船舶驾驶人员必须较好地掌握船舶操纵知识,了解本船的操纵性能以及各种外界条件对本船操纵性能的影响,才能正确操纵船舶;准确控制船舶的运动。
往往一艘操纵性能良好的船舶,具有稳定地保持运动状态和迅速准确地改变运动状态的性能。
一、旋回性能是船舶操纵中的重要部分,它包括的因素有偏移或反移量、进距、横距、旋回初径、漂角、转心、旋回时间、旋回中的降速和横倾等。
这些数值是在船舶满载,半载以及空载等不同的状态下实测所得,掌握这些要素,对避让船舶、狭窄区域旋回或掉头等情况下安全操纵船舶有着重要的作用,也是判定船舶是否处于安全操纵范围内的重要参数。
偏移或反移量(KICK)是船舶重心向转舵相反一舷横移的距离,满载时其最大值约为船长的1%左右,但船尾的反移量较大,其最大值约为船长的1/10—1/5,可趁利避害的加以运用,如来船已过船首,且可能与船尾有碰撞危险,紧急情况下可向来船一侧满舵利用反移量避免碰撞(有人落水时向人落水一舷操满舵也是利用该反移量);进距(ADVCNCE)是开始转舵到航向转过任一角度时中心所移动的纵向距离,旋回资料中提供的纵距通常特指转过90度的进距,即最大进距,其值约为旋回初径的0.85—1.0倍,熟练掌握可常帮助我们正确判断船首来船或危险的最晚避让距离;横距(TRANSPER)是开始转舵到航向90度时船舶中心所一定的横向距离,其值约为旋回初径的0.55倍;旋回初径(TACTICAL DIAMETER)是船舶开始转舵到航向180度时重心所移动的横向距离,其值约为3-6倍船长;旋回直径(PINAL IAMETER)是船舶做定常旋回运动时的直径,约为旋回初径的0.9-1.2倍。
漂角(DRIPT AUGTE)是船舶旋回中船首与重心G点处旋回圈切线的方向夹角,其值约在3度—15度之间,漂角约大,其旋回性能越好;转心P是旋回圈的曲率中心O到船舶首尾线所做垂线的垂点,该点处的漂角和横移速度为零,转心P约在船首柱后1/3-1/5船长处,因此,旋回中尾部偏外较船首里为大,操船是应特别注意;旋回时间是旋回360度所需要的时间,它与排水量有密切关系,排水量大,旋回时间增加,比如万吨船快速满舵旋回一周约为6MIN,而超大型船舶旋回时间几乎增加一倍;旋回中的降速系由船体斜航阻力增加,舵阻力以及推进效率降低而造成的,所降部分为航速的1/4-2/4不等;旋回产生的横倾,它是一个应注意的不安全因素,旋回初出现向用舵方向一侧的内倾,倾角较小,时间也较短,不久随着转头角度速度增加,将出现向用舵反侧的外倾,对于GM值较小的集装箱船等,在操纵中应特别注意。
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=++++=++++111()()v ur v u u r r v u r+=++∆+∆=+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。
船舶的操纵性能(旋回性、冲程、保向性、改向性以及船舶变速运动性能)船舶驾驶人员必须较好地掌握船舶操纵知识,了解本船的操纵性能以及各种外界条件对本船操纵性能的影响,才能正确操纵船舶;准确控制船舶的运动。
往往一艘操纵性能良好的船舶,具有稳定地保持运动状态和迅速准确地改变运动状态的性能。
一、旋回性能是船舶操纵中的重要部分,它包括的因素有偏移或反移量、进距、横距、旋回初径、漂角、转心、旋回时间、旋回中的降速和横倾等。
这些数值是在船舶满载,半载以及空载等不同的状态下实测所得,掌握这些要素,对避让船舶、狭窄区域旋回或掉头等情况下安全操纵船舶有着重要的作用,也是判定船舶是否处于安全操纵范围内的重要参数。
偏移或反移量(KICK)是船舶重心向转舵相反一舷横移的距离,满载时其最大值约为船长的1%左右,但船尾的反移量较大,其最大值约为船长的1/10—1/5,可趁利避害的加以运用,如来船已过船首,且可能与船尾有碰撞危险,紧急情况下可向来船一侧满舵利用反移量避免碰撞(有人落水时向人落水一舷操满舵也是利用该反移量);进距(ADVCNCE)是开始转舵到航向转过任一角度时中心所移动的纵向距离,旋回资料中提供的纵距通常特指转过90度的进距,即最大进距,其值约为旋回初径的0.85—1.0倍,熟练掌握可常帮助我们正确判断船首来船或危险的最晚避让距离;横距(TRANSPER)是开始转舵到航向90度时船舶中心所一定的横向距离,其值约为旋回初径的0.55倍;旋回初径(TACTICAL DIAMETER)是船舶开始转舵到航向180度时重心所移动的横向距离,其值约为3-6倍船长;旋回直径(PINAL IAMETER)是船舶做定常旋回运动时的直径,约为旋回初径的0.9-1.2倍。
漂角(DRIPT AUGTE)是船舶旋回中船首与重心G点处旋回圈切线的方向夹角,其值约在3度—15度之间,漂角约大,其旋回性能越好;转心P是旋回圈的曲率中心O到船舶首尾线所做垂线的垂点,该点处的漂角和横移速度为零,转心P约在船首柱后1/3-1/5船长处,因此,旋回中尾部偏外较船首里为大,操船是应特别注意;旋回时间是旋回360度所需要的时间,它与排水量有密切关系,排水量大,旋回时间增加,比如万吨船快速满舵旋回一周约为6MIN,而超大型船舶旋回时间几乎增加一倍;旋回中的降速系由船体斜航阻力增加,舵阻力以及推进效率降低而造成的,所降部分为航速的1/4-2/4不等;旋回产生的横倾,它是一个应注意的不安全因素,旋回初出现向用舵方向一侧的内倾,倾角较小,时间也较短,不久随着转头角度速度增加,将出现向用舵反侧的外倾,对于GM值较小的集装箱船等,在操纵中应特别注意。
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。