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风流对船舶操纵的影响论文
毕业设计
课题风流对船舶操纵的影响
学生姓名学号
专业国际航运业务管理班级
院（系）经济管理学院
指导教师
二○年月日
摘要
船舶对驾引人员实施操纵的响应能力，总称为该船的船舶操纵性能。
船舶是否具有良好的操纵性能，对于能否安全而高效率地操纵船舶具有重要的影响，一般操纵性能良好的船舶，应兼具方便稳定地保持运动状态和迅速准确地改变运动状态两方面的性能。
风流影响对于行驶的船舶而言，都是不安全的因素。
如操纵不当，就会发生碰撞、搁浅等事故，了解风流对船舶操纵的影响，掌握船舶操纵运动规律。
建立船舶操纵性标准和完善的操纵性计算、实验方法，研究船形等对纵性的影响，满足、改进船舶操纵性。
船舶在风中航行的保向界限，在一定的风速和风舷角的情况下，船舶水动力矩和舵产生的力矩。
随着风力的增大，风力矩也增大，需要增大舵角来增加舵力矩，水动力矩与船速大小有关。
[关键字]：
船舶操纵；风流；旋回性；保向界限
Abstract
Shiphandlingresponsivenessfordrivingpersonnel,collectively,theshipmaneuverabilityoftheship.Isshipgoodmanoeuvrability,aboutwhetherthiseffectisimportantforsafeandefficientvessel,generallygoodmaneuverabilityofshipsshouldbebothconvenientandstablemovementandperformancequicklyandaccuratelyalteredmotion,two.Windeffectforshipstravelling,arefactorstobeunsafe.Ifmanipulatedproperly,canoccurcollisions,groundingsandotherincidents,understandtheeffectsofairflowonshiphandling,masterofshipmaneuveringmotion.Establishstandardsandimprovethemaneuverabilityofshipmaneuverabilitycalculations,methods,researchship-shapeontheverticaleffects,satisfactionandimprovementofshipmanoeuvrability.Shipssailinginthewindtolimit,inthecaseofcertainsidewindspeedandwindangle,hydrodynamictorque,ruddertorque.Asthewindincreases,windtorquealsoincreasesneedtoincreaserudderangletoincreasesteeringtorque,torquerelatedtothesizeandthespeedofwater.
[Keywords]:
shipmanoeuvring;romantic;cycles;Bulgariabounds
第一章船舶操纵的性能4
第一章船舶操纵的性能
船舶旋回是最基本也是最重要的操纵性能，通常在衡量船舶旋回性好坏时，常采用满舵时旋回初经DT与船长L之比，即DT/L（相对旋回初经来衡量）。
船舶的旋回运动过程中DT/L值小，说明船舶旋回性能好。
【1】
1.1船舶旋回运动的过程
1.1.1:
第一阶段——转舵阶段
出现降速和漂角量都很小，旋回角速度不大，但旋回角加速度最大
。
由于舵压力的正横向分量压力作用，使船向操舵相反一侧横移。
因舵压力的正横向比重心高度低，构成一个横倾力矩，时船出现向转舵一侧横倾。
因舵压力的纵向分量压力增加船舶阻力，使航速下降。
此时旋回角速度较小，而旋回角加速度很大。
1.1.2:
第二阶段——过渡阶段
操舵后，由于船舶出现向操舵相反一侧横移而使其运动方向发生改变，形成了漂角β。
越来越明显的斜航运动将使船舶进入加速度旋回阶段，同时伴有明显的降速。
由于操舵后，船向反侧横移，船舶改变了运动方向，形成了漂角β，水动力方向转为船首外舷，其作用点在重心之前。
对船体产生β，β与舵力转船力矩相同，形成加速回转。
由于旋回角速度的增加，产生不断增大的水阻力的阻力力矩，使旋回角速度的下降，限制其增加。
特征：
第一，船速明显下降，原因为船舶斜航时水动力的纵向分力作用；第二，向操舵侧正向横移；第三，向操舵相反一侧横倾（外倾）；第四，角加速度下降，角速度快速增大。
1.1.3:
第三阶段——定常旋回阶段
当漂角增加到一定值时，作用于船体所受合力矩为零，进入定常旋回。
该阶段的主要特征：
船速降到最低，并稳定。
旋回角速度为常数，旋回角加速度为零。
船舶保持外倾，转心位置也稳定
船舶旋回的运动过程：
转舵阶段（反移内倾），过渡阶段（正移外倾），定常旋回（旋回角速度达最大值）。
对于不同船舶而言，旋回性能越好、旋回中漂角越大的船舶，其旋回时的转心越靠近船首。
1.1.4船舶操纵性指数
假设一物体的转动惯性矩Ι为，当它以角速度r回转时，所遭受的粘性阻尼力矩Νr，Ν是阻尼力矩系数。
此外当其尾部转过一角度δ后，Μ表示单位角度产生的力矩。
根据物体转动定律：
Tr'＋r＝Kδ
同样的，将船舶看成物体，当船舶操任一舵角δ，船首转过一定角度，转手角速度为r。
上述公式就相应的成为了船舶操舵时船首转动方程。
野本认为上述K、T是可以用来表示船舶操纵性的特征参数，称之为操纵性指数。
船舶操纵性能指数K、T值，将随舵角、吃水、吃水差、水深与吃水之比、船体水下线型等因素的变化而变化，如下图：
影响因素
舵角增加
吃水增加
尾倾增加
水浅增加
船型越肥大
K、T变化
同时减小
同时增大
同时减小
同时减小
同时增大
1.1.5舵效
第一，定义，操船中的舵效“是指运动中的船舶操一定舵角后，使船舶在一定时间、一定水域内所获得的转头角的大小”。
当船只需要改变方向的角度相同时，所需要的时间越短和需要舵转过的角度越小，称为舵效越佳。
第二，影响因素
•水流速度：
舵效与水流速度的平方成正比关系。
•排水量：
排水量增大，转动惯量就增大，舵效变差。
•船身倾斜：
船首倾斜，舵效差；船尾倾斜，舵效好；横向倾斜对舵效总体影响不大。
•其他因素：
舵效还受风流、浅水等外界因素影响，迎风转向较顺风转向舵效差；浅水中舵效较深水中差。
第二章风对船舶操纵的影响
2.1风动力及风动力转船力矩
从船舶操纵角度来讲，风动力是指处于一定运动状态下的船舶，其水上部分所受的空气动压力。
船舶在风的影响下，顶风减速，顺风增速；当风向与船首尾面斜交或垂直时，船舶将向下风漂移，同时其船首将向上风或下风偏转；尤其是在低速航行时，遇到强风甚至还会出现舵力转船力矩不足以抵御的偏转力矩，因而使船舶陷于难以操纵的境地。
【2】
风动力三要素：
大小
风动力大小与风速、风舷角、受风面积大小和形状（包括空、满载，吃水差，上层建筑布置情况等）有关。
风动力系数Ca：
当θ等于0º、180º时为最小；当θ等于30º至40º或140º至160º时达最大值；当θ等于90º附近时较小，是一个近于马鞍形的曲线。
【4】
方向
风动力方向与船尾方向的夹角α，称为风动力角。
α随风舷角增大而增大
作用点
风动力作用点至船首的距离α受风舷角θ、船舶上层建筑形状以及面积分布情况所影，θ为风舷角。
θ由0º至180º变化，其值大体在0.2至0.8之间。
说明随风舷角增大，风动力中心将由船的前部移向船的后部。
2.2水动力及水动力转船力矩
船舶由于种种原因，与其周围的水有相对运动时，船舶所受水的作用力称为水动力？
这种船水之间的相对运动，有的是由船舶本身自力（凭借车、舵、缆作用）所造成的，也有的是由外界条件（凭借拖船、风动力、水流作用）所致。
2.2.1水动力三要素：
大小
由于水下船体连续性较水上为佳，水动力系数随漂角β增大而变化，当β＝90º左右时达到极大值，此时水动力也达最大值，约为β＝20º、160º时水动力的四倍。
此外，水动力还随水深与吃水之比的下降而上升。
方向
水动力的作用方向与船舶首尾线的夹角，称为水动力角γ。
由力的平行四边形法可知
水动力横向分力Yw
tanγ＝——————————
水动力纵向分力Xw
作用点
水动力作用点的位置受漂角、船体水下侧面形状及面积分布情况的影响。
同一船舶，空载或压载时尾倾较大，水动力中心位置比满载时明显后移。
2.3风致偏转
船舶偏转方向由风动力作用点、水动力作用点和重心三者之间的关系确定。
在定向分析风致偏转时，关键要弄清楚风动力和水动力的大小、方向、和作用点位置。
2.3.1船舶静止中受风
静止中的船舶受风，最终将转至接近正横受风状态，并向下风漂移。
但由于船舶类型、上层建筑布置的不同，静止中受风最终的风舷角也就略有差异。
油船和尾机型船多保持正横稍前受风；客船多保持正横受风；而一般货船往往尾吃水较深，船首受风面积较大，多保持在风来自正横略后的位置上，即θ≈100º。
（船舶尾迎风并向下风漂移；船舶首迎风并向下风漂移；船舶趋向横风状态并向下风漂移。
）
2.3.2船舶前进中受风
根据经验：
空船、慢速、尾倾、首受风面积大时，多为顺风偏；反之，满载或半载、快速、尾受风面积大时，多为逆风偏；尾部受风逆风偏。
风速越低，船速越快，越近正横受风，迎风偏的倾向越明显。
当正横前来风时，风动力矩和水动力矩的作用方向相反，效果互相抵消；而当正横后来风时，风动力矩和水动力矩的作用方向相同。
因此，船舶在前进中，斜顶风航行时比斜顺风易于保向。
2.3.3后退中受风
船舶在后退中受风时，无论风从正横前吹来，还是从正横后吹来，只要船舶有一定的退速，就会出现尾迎风的现象。
综上所述，船舶在风中的偏转可归纳为：
船舶静止中或船速接近于零时，船身将趋向于和风向接近垂直。
船舶前进中，正横前来风，空载、慢速、尾倾、船首受风面积大的船，顺风偏；满载或半载、高速、首倾、船尾受风面积大的船，逆风偏；正横后来风，逆风偏显著。
船舶后退中，在一定风速下当船有一定退速时，船尾迎风，由于倒车时螺旋桨排出流和沉深横向力的作用，正横前来风比正横后来风显著，左舷来风比右舷来风显著。
退速较低时，船舶的偏转基本上与静止时情况相同，并受到倒车横向力的影响，船尾不一定迎风。
2.4风致漂移
船舶受风作用而向下风漂移，其漂移速度随船速降低而增加，当停船时，漂移速度最大。
2.4.1风压差
在有无风流的情况下，航行船舶的航迹向与真航向之间的夹角。
航行中，风不仅影响航速，且使船舶偏离计划航线向下风漂移。
其风压差的表达方式是航迹向与真航向的差。
风压差的大小与风速、风舷角、船速、吃水差有关。
2.4.2漂移速度
船舶停于水上的漂移速度
停于水上的船舶受风作用时最终将保持正横附近受风，并匀速向下风横向漂移。
•当正横相对风速增大，漂移速度增大；
•当水面上船体的侧面积增大时，漂移速度增大；
•当漂移速度增大时，受风横向漂移速度和真风速随之增大，漂移速度减小；Fa＝Fw时，船舶以漂移速度作匀速横移；
•船舶在风中航行时βa的变化，漂移速度大漂角也就大，反之，漂移速度小漂角也就小。
2.5强风中操船的保向界限【3】
定义：
船舶前进中受风时船首偏转，需压舵保向，当船舶在某一相对风舷角下，能否保向的相对风速与船速的比值为保向界限。
保向界限的大小取决于相对风速、相对风向和船速。
同一船舶的不同舵角的保向界限曲线中，舵角大时曲线位置更高一些，这说明压舵角大，保向范围扩大。
船舶首尾受风时，可保向范围大，保定性变好。
相对风向角对保向界限的影响尽管因船不同而有所差异，但大多在θ＝80º～120º范围内曲线出现最低值，这说明船舶正横附近或稍后受风时，保向最为困难。
风速只要达到船速数倍时，就将出现即使满舵也无法保向，船首呈极强的逆风偏转的情况。
θ小于90º即使顶风时曲线较高；θ大于90º即斜顺风时曲线较低，这说明船舶斜顶风时的保向性较斜顺风时好，船首偏顶风时的保向性较船尾偏顺风或顺风时为好。
总的来说保向范围随风速的降低而扩大，随船速的降低而减小，增大舵角可扩大保向范围。
由此可知，提高船速、增加舵角、采取斜顶风是提高船舶保向性的有效措施。
正横受风时，船速、压舵角、可保向极限风速的关系
船速
压舵角
可保向极限风速（级）
船速
压舵角
可保向极限风速（级）
6
15º
6
4
15º
5
6
35º
9～10
4
35º
7～8
第三章流对船舶操纵的影响
3.1均匀性水流对船舶操纵的影响
3.1.1对航速和冲程的影响
V＝Vs＋Vw或V＝Vs－Vw
在静水船速和流速不变的条件下，顺流航行时对地船速比顶流航行时实际对地船速大两倍流速。
顶流时，对地冲程减小，流速越大、冲程越小；顺流时，对地冲程增加，借助倒车或抛锚，以水流速度向前漂移。
3.1.2对船舶漂移的影响
船舶首尾线与流向存在交角时，流速和静水船速的合成速度，将使船舶向水流来向相反一舷运动，通常称为流压。
流压使船舶漂移，流速越大、交角越大，流压也越大；船速越慢、流压越大，漂移速度也越快。
正横前受流时，流速越快，流舷角越大，船速越慢，漂移速度越大。
3.1.3对舵效的影响
舵效与水流速度的平方成正比关系，逆流时舵效较顺流时好
3.1.4水流对舵力的影响
舵力及其转船力矩是与舵叶对水速度的平方成正比的，而舵叶对水速度又与船舶对水速度成正比。
因为不论顶流或顺流，只要流速相等，船舶相对于水的速度则不变，等于静水船速，所以在舵角和螺旋桨转速（排出流速度）等条件相同时，顺流和顶流时的舵力相等，其转船力矩也一样。
3.1.5流对旋回的影响
船舶顺流旋回时，纵距要比顶流旋回时大得多，这是由于受水流推移的缘故。
在旋回过程中，船舶除了旋回运动外，还有受水流作用而产生的漂移运动。
在流速和静水船速不变时，舵角相同时，顺流和顶流的舵力以及舵力转船力矩都是一样的。
3.1.6弯曲水道水流的特点
河道的弯段，不论涨落流，水流的流向都向凹岸一边冲压；
近凹岸边水深流急，凸岸边水浅流缓；
凸岸下流还存在回嘴流；
岸壁效应影响明显，使操纵变得困难。
如操纵不当就会发生碰撞、搁浅等事故。
3.2非均匀水流对船舶操纵的影响
•改变船舶前进的阻力
•改变船舶推力的大小
•改变船舶舵压力的大小
•造成船舶偏转和偏移：
水流冲击船中前，使船首急剧顺流偏转；水流冲击船中后，使船首急剧迎流偏转；水流冲击船中部，使船顺流横移。
流对船舶的影响通常比风大得多，尤其是对重载船舶而言。
第四章结论
通过论风流对船舶操纵的影响，能更好的在实际操船中趋利避害的加以运用和控制，更加全面地掌握船舶操纵性能，风流影响对于行驶的船舶而言，都是不安全的因素。
如操纵不当，就会发生碰撞、搁浅等事故，了解风流对船舶操纵的影响，掌握船舶操纵运动规律。
建立船舶操纵性标准和完善的操纵性计算、实验方法，研究船形等对操纵性的影响，满足、改进船舶操纵性。
在风流影响下，船舶可以根据本船的船型、稳性、吃水、货载和海域条件，择一而用。
参考文献
[1]孙琦，尤庆华.船舶操纵[M].大连：
大连海事大学出版社，2008.
[2]洪碧光.船舶操纵原理与技术。
大连海事大学出版社。
第一版2007
[3]杨盐生.港内航行用舵力保向的极限风速。
〔硕士学位〕大连：
大连海运学院，1984
[4]洪碧光.船舶风压系数计算方法。
大连海运学院学报。
1991
致谢
我的毕业论文是在我的导师的亲切关怀和悉心指导下完成的。
他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。
从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。
在此谨向邓老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的每个可爱的同学们和尊敬的老师们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!
谢谢你们!
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