船舶操纵考点总结

第一章 船舶操纵性能

基本概念

1. 船舶操纵性能可分为固有操纵性和控制操纵性，固有操纵性：包括追随性、定长旋回性、航向稳定性；控制操纵性：包括改向性、旋回性、保向性。

2. 转心：从瞬时轨迹曲率中心O 点作船舶首尾线的垂线可得瞬时转动中心P 点，简称“转心”。

船舶定常旋回时，一般转心位于船首之后约1/3 - 1/5 船长处；尾倾时，转心后移，首倾时，转心前移。

3. 漂角：漂角是指船体上一点的船速矢量与船舶首尾线之间的交角；漂角一般指船舶重心处的漂角，用符号β 表示，左舷为负，右舷为负。

4. 水动力及其力矩：水给予船舶的运动方向相反的力。

5. 水动力作用中心：水动力作用中心是指船体水下部分的面积中心，随漂角β 的增大而逐渐向后移动。

 船舶平吃水时，当漂角为0，船舶向前直航时，水动力中心在船首之后约1/4 船长处，且船速越低，越靠近船中；

 当漂角为180º，即船舶后退时，水动力中心在距离船尾之前约1/4 船长处，且船退速越低，越靠近船中。

 船舶空载或压载时往往尾倾较大，船体水下侧面积中心分布在船中之后，水动力作用中心要比满载平吃水时明显后移。

6. 引航卡(Pilot Card)：船长与引航员之间关于船舶操纵性能进行信息沟通的资料卡；每航次由船长填写；内容包括本船的主尺度、操纵装置性能、船在不同载况时主机不同转速下的航速以及船舶特殊操纵装置(侧推器)等信息。

7. 驾驶台操纵性图(Wheelhouse Poster)：详细概述船舶旋回性能和停船性能的图表资料；置于驾驶台显著位置；内容包括深水和浅水(＝1.2)，满载和压载情况下船舶的旋回圈轨迹图及制动性能(停船试验)资料。

8. 船舶操纵手册(Maneuvering Booklet)：详细描述船舶实船操纵性试验结果的手册；它是重要的船舶资料之一；内容包括旋回试验、Z形操纵试验和停船试验的试验条件、试验记录以及试验分析等；操纵手册包括全部驾驶台操纵性图上的全部信息；除实船试验结果之外，操纵手册中的大部分操纵信息估算结果。

第一节 船舶的旋回性

一、船舶旋回的运动过程

阶段 船体运动 转向角速度 角加速度 横移速度 横移加速度

第一阶段（转舵阶段） 反移内倾 较小 较大 较小 较大

第二阶段（过渡阶段或加速旋回阶段） 正移外倾 变量 变量 变量 变量

第三阶段（定常旋回） 正移外倾，外倾角稳定 常量（达到最大值） 0 常量 0

1. 船舶旋回性能：指定速直航的船舶操某一定的舵角后进入定常旋回的运动性能。

2. 初始回转性能：直航船舶对操舵改变航向的快速响应能力。初始回转性能试验一般指直进中的船舶操10°舵角，航向角改变10°时船舶前进的距离大小。

3. 定常旋回阶段：航向角变化360°；作用于船体的合力矩为零；角速度最大；船舶降速最大。

4. 旋回降速原因：船体斜航时，阻力增加；舵阻力增加；推进器效率降低。其中，斜航阻力增加是首要原因。

5. 船舶在旋回中的降速值达到直航速度的1/4 - 1/2，相对旋回初径DT/L越小，旋回中降速越多；肥大型油船比瘦削型货船产生更多旋回降速。

6. 旋回中的船舶产生横倾，作用于船舶的横倾力矩包括：舵横向力矩；船体水动力横向力矩；旋回运动离心力矩。

7. 旋回中定常横倾角：旋回直径越小，初稳性高度GM越小，船速越快，则横倾角越大。

二、旋回圈的大小及其要素

旋回圈指直航中的船舶操左（或右）满舵后，重心描绘的轨迹，驾驶台的船舶操纵资料中的旋回圈，是船舶全速直航操满舵后重心描绘的轨迹。

1. 进距：进距也称纵距，是指从从转舵开始时刻船舶重心Ｇ点所在的位置，至船首转向900时船舶纵中剖面的距离。约为3~4L(应<4.5L)，约为旋回初径DT的0.6～1.2倍， Ad表示。

2. 横距：船舶从操舵开始转首90°时，重心Ｇ距原航线的距离，以Tr表示。Tr大约为旋回初径DT的一半。 Tr值越小，则回转性就越好。

3. 旋回初径：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。一般约为3~6L，回转性较差船舶可达7~8L。DT值越小，则回转性越好。

4. 相对旋回初径：旋回初径与其船长L（一般为两柱间长）的比值DT/L来表示。相对旋回初径DT/L越小，旋回中降速越多。

5. 旋回直径：指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径，亦称旋回终径或定常旋回直径。D0大约为旋回初径DT的0.9～1.2倍。

6. 反移量：指船舶重心在旋回初始阶段向操舵相反一舷横移的最大距离。

 大小：

 通常，反移量值较小，其最大量在满载旋回时仅为船长的1%左右。

 但操船中应注意的是，船尾的反移量却不容忽视，其最大量约为船长的1／10～1／5，约出现在操舵后船舶的转头角达1个罗经点左右的时刻。

 影响因素：反移量的大小与船速、舵角、操舵速度、排水状态及船型等因素有关；船速、舵角越大，反移量越大。

7. 滞距: 亦称心距。从发令位置起，船舶重心至定常旋回曲率中心的纵向距离。Re大约为1～2L，表示操舵后到船舶进入旋回的“滞后距离”，也是衡量船舶舵效的标准之一。

8. 旋回时间: 是指船舶旋回360°所需的时间。它与船舶的排水量有密切关系，排水量大，旋回时间增加。万吨级船舶快速满舵旋回一周约需6min，而超大型船舶的旋回时间则几DTD0TrLkAdVVRe乎要增加一倍。

三、影响旋回圈大小的因素

1. 方形系数Cb: 方形系数较低的瘦形高速船(Cb≈0．6)较方形系数较高的肥形船(Cb ≈0．8)的旋回性能差得多，即船舶的方形系数越大，船舶的旋回性越好，旋回圈越小。

2. 船体水线下侧面积形状及分布: 船首部分分布面积较大如有球鼻首者或船尾比较瘦削的船舶，旋回中的阻尼力短小，旋回性较好，旋回圈较小，但航向稳定性较差；而船尾部分分布面积较大者如船尾有钝材或船首比较削进 (cut up)的船舶，旋回中的阻尼力矩比较大，旋回性较差，旋回圈较大，但航向稳定性较好。

3. 操舵时间：操舵时间主要对船舶的进距影响较大，进距随操舵时间的增加而增加，而对横距和旋回初径的影响不大，旋回直径则不受其影响。

4. 船速：一般说来，船速对船舶旋回所需时间的长短具有明显的影响，但对旋回初径大小的影响不大，呈现较为复杂的情况。

5. 吃水：若纵倾状态相同，吃水增加时，旋回进距增大，横距和旋回初径也将有所增加。

6. 吃水差：尾倾增大，旋回圈也将增大。方形系数0.8左右的船，尾倾增加船长的1%，旋回初径增加10%。

7. 横倾：横倾对旋回圈的影响并不大。

8. 浅水影响：在浅水中的旋回圈明显增大。当水深吃水比小于2时，旋回圈有所增大(特别是对高速船而言)；当水深吃水比小于1.5时，旋回圈明显增大；当水深吃水比小于1.2时，旋回圈急剧增大。

9. 螺旋桨的转动方向：对于右旋固定螺距螺旋桨单车船而言，在其他条件相同的情况下，向左旋回时的旋回初径要比向右旋回时的旋回初径要小一些。但对于超大型船舶而言，这一差别很小。

10. 另外，船体的污底、风、流的作用都将对船舶旋回圈的大小产生影响。例如顶风、顶流使旋回圈进距减小，顺风、顺流使旋回圈进距增大等等。

四、旋回圈要素在实际操船中的应用

 在水深足够的宽敞水域，旋回初径可以用来估算船舶用舵旋回掉头所需的水域；

 横距可以用来估算操舵转首后，船舶与岸或其他船舶是否有足够的间距；

 滞距可以用来推算两船对遇时无法旋回避让的距离，即两船对遇时的距离小于两船的滞距之和，则用舵无法避让；

 对遇时的最晚转舵时机应在两船的进距之和以外；

 为了在最短纵向距离上避开障碍物，如果制动纵距大于旋回纵距，用舵避让，反之，用车避让；

 航行中发现有人落水时，应立即向落水者一舷操舵，使船尾迅速摆离落水者，以免使之卷进船尾螺旋桨流之内；

 在船首较近的前方发现障碍物时，为紧急避开，应立即操满舵尽量使船首让开；当估计船首已可避开时，再操相反一舷满舵以便让开船尾；

 船舶前部已离出码头拟进车离泊时，如操大舵角急欲转出，则由于尾外摆而将触碰码头。为避免发生事故应适当减速，待驶出一段距离后再使用小舵角慢慢转出。

第二节 船舶操纵方程及船舶操纵性指数

1． K表示船舶旋回性的优劣：K值越大，则船舶的旋回性能越好，此时旋回横距越小，如图A、C。

2． T表示船舶追随性的优劣：T又称时间常数。该值越小，时间越短，则追随性越好。此时旋回纵距小，如图A、B。

3． 操纵性指数K’、T’值是通过实船Z形试验所测定的。

4． 影响K’、T’值的因素：

影响因素 船型越肥 吃水增加 尾倾增加 水深变浅 舵角增加

K’、T’变化 同时增大 同时增大 同时减小 同时减小 同时减小

5. 新航向距离：新航向距离指的就是原航线上应提前操舵的施舵点至转向点的距离。本船如果不在新航线距离前转舵，就无法顺利进入新航线；狭水道航行，对转向后能否保持在计划航线的决定性因素是新航向距离。

第三节 船舶的航向稳定性与保向性

正舵直航中的船舶，当受到风、浪或其他因素的瞬时性干扰后，船舶将不可避免地偏离原来的直航运动状态。但当干扰过去后：

 偏离原来直航运动的船舶能自行恢复到原来航线上去 (位置稳定)；

 能自行恢复到原来的航向上去(方向稳定)；

 能较快地稳定在新的航向上，具有新的直线运动(直线稳定)。

一、 航向稳定性

所谓航向稳定性，指的是船舶在受外界干扰取得转头速度r0后，当干扰结束之后在船舶保持正舵的条件下，船舶受的转头阻矩对船体转头运动有何影响，因而船舶转头运动将如何变化的性质。

 一艘航向稳定性较好的船舶，直航中即使很少操舵也能较好地保向；

 而当操舵改向时，又能较快地应舵；转向中回正舵，又能较快地把航向稳定下来。

 其特点是对舵的响应运动来得快，耗时短，因而舵效比较好。

1. 静航向稳定性：船舶受外力作用而稍微偏离原航向，但重心仍在原航向上斜航前进，有关该斜航漂角将如何变化的性能。船舶越是首倾，船体侧面积在船首分布越多，其静航向稳定性就越差。

2. 当外界干扰过去之后，船舶的转头运动在不用舵纠正的情况下，能尽快稳定于新航向的性质谓之船舶动航向稳定性(dynamical course stability)。

 稳定得较慢、惯性转头角较大的船舶，其动航向稳定性较差；

 稳定得较快、惯性转头角较小的船，其动航向稳定性较好；

 一直转头不停而偏转下去的船，则不具备动航向稳定性；

 一般所说的船舶航向稳定性指的就是动航向稳定性，即船舶直线运动稳定性；

 航向稳定性差的船舶，甚至航向不稳定的船舶，为了保持航向，就需频繁操舵，而且所用舵角也偏大。

二、 船舶航向稳定性的判别

1． 根据航向稳定性指数判别：船舶航向稳定性指数T＞0，说明船舶具有航向稳定性，且T值为越小的正数，船舶的航向稳定性越好。航向稳定性指数T＜0，则说明船舶不具有航向稳定性。船舶追随性好的船舶可以同时判断为航向稳定性好的船舶。

2． 根据船舶的线型系数判别：一般说来，方形系数较低、长宽比较高的船舶具有较好的航向稳定性。类似超级油船之类的肥大型船舶，方形系数一般在0.8左右，其航向稳定性在小舵角范围内总带有不稳定性。