船艇操纵基本原理_精品文档.ppt

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船艇船艇操纵基本原理操纵基本原理授课人：

杨科军2012年9月17日一、船艇操纵的基本原理

（一）、概念什么是舵:

舵是船舶操纵的重要设备，操舵者通过操舵可以使船舶保持或改变其航向，达到控制船舶方向的目的。

（二）、舵压力

（1）、舵压力产生的原理。

船舶正舵航行时，舵叶两侧的流速对称相等，不产生压力。

当操其某一个角后，在舵叶周围，除有平行流外，还存在附加环流，平行流和附加环流两者间的流向相反，使流速下降，压力增大，这样，在舵叶两侧产生压力差。

（2）、影响舵压力的因素1、降低舵压力的流体现象。

1）、失速现象2）、空泡现象3）、空气吸入现象2、舵的尺度、形状等因素的影响。

1）、舵叶展弦比的影响2）、舵的外形及剖面形状影响3）、舵面积大小的影响3、船体、伴流和螺旋桨尾流的影响。

1）、船体的干扰及船尾形状的影响2）、伴流对舵压力的影响船体周围有一部分伴随船舶运动而运动的水流称伴流。

3）、螺旋桨尾流的影响舵叶安装在螺旋桨后方，受到螺旋桨诱导速度的影响。

4）、滑失的影响螺旋桨旋转运动产生诱导速度，它是随滑失的增加而增加的。

5）、斜流的影响（三）、舵效

（1）、舵效的概念。

船舶在各种不同的运动状态下，用舵设备操纵船舶所表现的综合效果称为舵效，包括正舵的稳向性、小舵角的保向性、一般舵角的改向性和大舵角的旋回性。

（2）、舵效的判别船舶操舵后能在较短的时间和纵、横距内完成较大的改向角，则认为该船的舵效较好；反之，则较差。

（3）、影响舵效因素1、舵角。

2、舵面积系数。

3、舵速。

4、舵性。

5、船体水下测面积。

6、吃水。

7、横倾。

8、风、流、污底及浅水。

9、舵效与螺旋桨正转进航、反转倒航有关。

（四）、特种舵包括：

襟翼舵、转动导管螺旋桨、异步转动导管螺旋桨、Z型回转螺旋桨、平旋推进器、横向喷流舵、倒车舵等。

二、船、桨、舵效应横向力

（一）、概念船体、螺旋桨、舵叶三者在水中工作时互相影响而产生力学效应。

这种力学效应将直接影响船舶操纵性能。

（二）、双螺旋桨船的船、桨、舵效应横向力双螺旋桨船包括有外旋、内旋和同向旋三种。

外旋双螺旋桨船是指进车时右舷桨右旋、左舷桨左旋的双螺旋桨船。

内旋双螺旋桨船是指进车时右舷桨左旋，左舷桨右旋的双螺旋桨船。

（1）、双螺旋桨船比单螺旋桨船有下列有点：

1、在主机功率相同的条件下，双螺旋桨船的螺旋桨盘面积大，负荷轻，推进效率高；2、在螺旋桨盘面积都相同的条件下，双螺旋桨的直径小，能适应浅水区航行；3、可用两部主机正、倒车配合操舵操纵船舶；4、舵机失灵时，可利用两部主机正倒车短时间操纵船舶；5一部主机失灵，可利用另一部主机短时间航行以寻找泊位停泊；6、双螺旋桨同时正转或反转是，其SWT、WT和RST大小相等，方向相反，故航向稳定性较好。

（2）、推力偏心效应横向力（TET）1、推力偏心效应横向力产生原因。

双螺旋桨船舶的双桨以不同工况工作，则推力的合力作用线便不通过船舶的重心，引起推心偏心，产生推力偏心转船力矩。

1、概念当两螺旋桨以不同工况工作时，将在分水踵（包括船尾部）或中舵两侧产生压力差，而出现横向力，称为分水效应横向力。

（3）、分水效应横向力（BDT）分析图分析图通过上图可得出下列结论：

1、双桨单舵船，当开左进三右一或左进停车是，操右舵有利于回转，实践证明如此用车操纵船舶，船舶旋回掉头耗时最短。

2、双桨单舵船，开左进三右退或左进一右退三车时，以操中舵较为有利。

3、双桨双舵船，当开左进三右进一、左进三右车停或左进三右倒三时，均可操右舵，以利于船舶旋回运动。

4、双桨单舵船与双桨双舵船均操中舵，当开左进三右进一、左进三右车停、或左进三右倒三时，前者有碍于船舶的回转，后者无碍于船舶回转。

三、船舶操纵性能的基本概念

（一）基本概念。

船舶操纵性是指船体、螺旋桨和舵在水中作相对运动，产生水动力，使船舶保持或改变其水平运动状态的性能。

或者说是船舶对驾驶员操纵的反应能力。

它包括船舶的方向性和启、制动能力。

（二）、船舶操纵性的优劣与下列因素有关：

1、传统船体中纵剖面两舷的线型是否均匀对称；正舵时舵叶中线平面和舵杆轴线是否与中纵剖面在同一平面内，边舵的中线平面是否与中纵剖面平行或舵叶是否对称；螺旋桨推力轴线是否在船体的中纵剖面上。

2、船舶浮态的变化会引起水动力作用点的位置以及回转运动时侧阻力的大小和作用点位置的变化。

3、船舶操纵性的优劣与舵面积系数有密切关系。

4、船舶水线面以上建筑面积的大小、形状和分布情况的变化，将引起风动力的大小和作用点位置的变化。

5、船舶的排水量以及货物的配载等等将使船舶的惯性、惯性矩发生变化，对船舶操纵性亦有影响。

6、主机功率的大小和螺旋桨的数目、转速、转向、负荷和倒车时的螺旋桨效率等，都影响着船舶的操纵性能。

（三）、船舶启、制动性能。

1、船速

（1）、额定船速

（2）、海上船速（3）、经济船速（4）、港内船速2、船舶启动性能船舶在静止状态中开动主机，使船舶达到与主机功率相应的速度所需的时间和航行距离的性能称为启动性能。

3、船舶制动性能。

1、停车冲程、冲时船舶在各种速度情况下，停车至船舶速度为零时所滑行的距离为停车冲程；滑行过程所需的时间为停车冲时。

2、倒车冲程、冲时船舶在各种速度下倒车至船舶完全停住所滑行的距离为倒车冲程，又称紧急停船距离或最短停船距离；滑行全过程所需时间为倒车冲时，又称紧急停船时间。

3、影响船舶冲程的因素。

1）、排水量：

在船速一定时，排水量越大，冲程越长。

2）、船速：

其他条件一定时，船速越大，冲程越长。

3）、主机倒车功率及类型。

主机倒车功率大，倒车冲程就小。

4）、推进器类型。

5）、船型系数。

6）、外界因素。

顺风顺流时冲程增长，反之，则较短；浅水域中船舶冲程较深水中短；船体污底程度严重，船舶阻力增加，船舶冲程相应减小。

4、船舶停船性能1）、制动纵距2）、制动横距3）、制动偏航角（四）、船舶旋回性能船舶方向性是指船舶的航向稳定性和操纵灵活性。

操纵灵活性又包括了旋回性和航向机动性，它是船舶的主要航行性能之一。

1、船舶旋回运动

（1）、船舶旋回运动的三个阶段1）、机动阶段2）、变化阶段3）、稳定阶段2、船舶旋回运动中船舶的运动状态1）、旋回中的降速2）、旋回中的横倾内倾阶段：

在直航中操舵，船在舵压力效应横向分力的作用下，吧船推向与操舵方向相反的一侧。

外倾阶段：

操舵后不久，由于旋回运动的进展，船体将受到旋回运动惯性离心力的横向分力及斜航时水动力横向分力的作用。

（3）、最大横倾与倾覆的危险及防止措施1）、理货时，防止重件货物装在高处，力求合理GM值，并要注意自由液面的影响和防止货物的移动。

2）、降低船速，缓缓操舵，用小舵角旋回操纵，尽量增大旋回圈直径。

3）、应正确选择操舵时机，以使风浪产生的横倾力矩影响较小，并避免外力横倾力矩与舵产生的最大横倾力矩互相叠加而产生过大的横倾角。

4）、在旋回运动中，出现较大横倾角时，不宜立即回航，应立即慢车、停车，待船速下降后再缓慢回舵。

（五）、航向稳定性航向稳定性又称方向稳定性，是指船舶保持指定航向航行的能力，即使在风、浪等外力影响下，也希望能保持指定的航向航行。

（六）、船舶操纵性指数1、K、T值的物理意义

（1）、旋回性指数（K）旋回性指数是用以表示船舶定常回转角速度与对应舵角关系的一种指数。

（2）、追随性指数（T）追随性指数又称为应舵指数，是用以表示船舶操舵时，对舵角响应的时间滞后的一种指数。

2、与操纵指数K、T值有关的因素操纵性指数K、T值的大小是与船舶大小、浮态、船型、舵角、船速以及水深等环境条件有关。

（1）、船型对K、T值的影响。

肥大船具有的T大，追随性差；瘦削船具有的K小，旋回性差。

（2）、水线下侧面积对K、T值的影响。

水线下侧面积的分布形状，对K、T值有很大的影响。

一般尾鳍大，首鳍小的船，T值小，K值小；反之尾鳍小，首鳍大的船，则T值大、K值大。

（3）、船舶纵倾对K、T值的影响（4）、船速与K、T值的关系（5）、舵面积与K、T值的关系四、影响船舶操纵性能的因素

（一）、浮态对船舶操纵性能的影响浮态是指船舶漂浮在水面上的状态，包括有正浮（满载、空载）横倾和纵倾等状态。

船舶以各种不同浮态航行时，引起作用于船体上各种能力的变化和出现新的能力，使船舶的操纵性能发生变化。

（1）、船舶吃水变化对操纵性能的影响在港内操纵，一般要早用舵、早回舵、用大舵。

在实际操纵中，重载船应舵慢，常有迟钝的感觉。

旋回圈直径较大，旋回性较差。

另外，吃水深、排水量大，则惯性大、冲程打，在靠泊时，应及早慢车和停车。

（2）、横倾对船舶操纵性能的影响当船舶存在横倾时，其入水体积形状的左右对称性被破坏，因而改变了左右舷各种作用力的对称性，使船舶偏转。

（3）、纵倾对船舶操纵性能的影响1）、纵倾与船的重心位置有关2）、船舶的纵倾与船体水线下侧面积的形状有关。

（二）风对船舶操纵性的影响船舶在风动力作用下，向下风漂移产生水动力，由于两力作用点在高度上不一致，构成横倾力矩，使船横倾影响稳性；由于两力作用点沿首尾方向上的不一致，构成转船力矩，使船偏转。

1、风对船舶偏转影响的规律

（1）、船舶静止中受风1）、船舶中纵剖面尾部浸水面积较大的船或前部受风面积较大的船，如尾纵倾船、拖船、渔船等，最后常以尾迎风并向下漂移。

2）、船舶中纵剖面首部浸水面积较大的船或后部受风面积较大的船，如首倾船、油船、尾机型船，常以首迎风并向下漂移。

3）、船舶中纵剖面浸水面积和受风面积首尾较均匀的船，如客船，最后趋向横风状态并向下漂移。

（2）、船舶前进中受风前进中，正横后来风，则风动力作用点位于水动力作用点之后。

船在风、水动力转船力矩作用下，船首自然转向上风。

（3）、船舶倒退中受风倒车后退时，风从正横前吹来，则风动力作用点在水动力作用点之前。

船在风、水动力转船力矩作用下，船尾迎风偏转。

（三）、流对船舶操纵性的影响船舶在河流中航行时，还受到自然水流的影响。

水流有均匀性水流和非均匀性之分。

在均匀性水流水域中，船舶的航速等于船速与流速的矢量和，同时船舶受流影响易偏离计划航线，需作流压差修正。

在非均匀水流水域中，船舶会产生较大横移和首摇。

1、均匀性水流对船舶操纵性影响

（1）、对航速和冲程的影响顺流航行时，船舶对岸速度（航速）约等于航速加流速；逆流航行时，冲程减小，流速越大，冲程减少越多；顺流时，则相反，停车后减速非常缓慢，往往需要借助倒车或抛锚，才能制止船舶对岸运动。

（2）、水流对船舶漂移的影响（3）、水流对舵效的影响船舶在均匀流中，无论逆流还是顺流航行，当螺旋桨转速时，船舶对水运动速度约等于船速（4）、水流对旋回性能的影响2、非均匀性水流对船舶操纵的影响非均匀性水流从船横向或成交角冲击，可使船迅速横移和因船体前后部分受力不同而产生转船力矩，使船突然偏转而离开航线；有时甚至超过车、舵控制能力而失控导致事故。

（四）、受限水域对船舶操纵性的影响1、浅水效应船舶在通过浅滩时，应降低螺旋桨转速，减速航行，以减小水阻力和动吃水的增加，以免发生擦浅事故，保证有足够的储备功率和安全航行。

（1）、兴波变形，流水声失常

（2）、船体跳动，易发生断缆事故（3）、船体产生纵倾（4）、船尾泥沙翻滚，鹅卵石冲击船底（5）、螺旋桨转速下降（6）、操纵性能发生变化1）、旋回性下降、航向稳定性变好。

2）、航向难控现象。

3）、船舶冲程减小。

（7）、托浪和赶浪2、岸壁效应船舶在航道中航行时，如果过分靠近一侧岸壁航行，则船首高压在靠岸一侧，受到岸壁的反射作用，压力升高，产生指向河心的压力差，使船首向河心一侧转动。

这种把船首推向河心的力，称为“岸推力”。

在船尾处，由于过水断面较小，螺旋桨处于船尾工作，使船尾靠岸与一侧的流速增高较多，压力下降较大。

所以，在船尾两侧产生压力差，其方向指向岸壁一侧，该力称为“岸吸力”。

岸推和岸吸统称为岸壁效应3、船间效应船间效应的影响因素有：

（1）、两船间距越小，互相作用越大。

船吸、船推的作用与两船间距的4次方成反比；偏向力矩与两船间距的3次方成反比。

（2）、在两船航向相反的对驶局面中，由于相互持续时间极短，船间效应尚未发生船已驶过，或已发生但消失很快，影响较小。

而处于同向追越的局面中，由于相互作用时间较长，尤其当两船速度相差较小时，持续时间更长，船间效应也更严重。

（3）、船速越大，则兴