《船舶的旋回性能》PPT课件.ppt

第一章 船舶操纵性能,第二节 船舶的旋回性能,用小舵角保向,用常用舵角改向,大舵角紧急旋回,就保向和旋回而言,船舶旋回是最基本的最重要操作性能，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）。 船舶的旋回运动的过程中DT/L小，说明船舶旋回性能好。（实际上仅仅是旋回的一方面）,一、旋回运动的三个阶段,（1）第一阶段（转舵阶段） 开始操舵起,到舵转至规定的舵角止（一般约需815S） 为转舵阶段，由于惯性作用，船几乎保持直航。,当船舶以稳定的航速，直线航进时，操某一舵角，并保持不变，船舶就作旋回运动。根据船舶在用舵后，旋回过程中受力情况及运动状况的不同，可将旋回运动分为三个阶段：,FW,VS,M,G,PNY,PN ,PN,PN ,转舵后，产生舵力，同时构成舵力转船力矩（M）。在M的作用下船首有向转舵 一侧回转的趋势。 由于舵压力PN的正横向分量PNY作用，使船向操舵相反一侧横移（反移量）。 因舵压力PN的位置比重心高度低，构成一个横倾力矩，使船出现向转舵一侧横倾（内倾）； 因PN的纵向分量PNX增加船舶阻力，使航速VS下降。 此时旋回角速度较小，而旋回角加速度很大。,PNX,（2）第二阶段（过渡阶段） 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，水动力FW方向转为船首外舷，其作用点在重心G之前。对船体产生M，M与M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尼力矩Ma和Mf，使旋回角速度的下降，限制其增加。 特征：A船速明显下降，原因为船舶斜航时水动力FW的纵向分力FWX作用； B、向操舵侧正向横移； C、向操舵相反一侧横倾（外倾）； D、角加速度下降，角速度快速增大。,FW,X,VW,M,Rf,f,FWY,PN,外倾,M,G,Ra,a,M,M,（3）第三阶段： （定常旋回阶段 ）,当船首转向角转过一定角度，船舶旋回角速度趋于稳定时进入定常旋回。,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。,二、旋回圈及其要素,1.定义：定速直航中（一般为全速）的船舶操一舵角，（一般为满舵），并保持该舵角，船舶作旋回运动，其重心所描绘的轨迹叫旋回圈。,1,3,2,6,4,5,7,2、旋回圈的要素,（1）反移量LK（偏距） 定义：在旋回的初始阶段，船舶重心从原航向向操舵相反 一侧横移的距离，称为反移量kick。 大小：在满舵旋回时，当船首回旋达到一个罗经点11。25度 （反移量 最大1%L）（G点的最大值） 尾偏出首偏出，船尾的反移量远比重心G处的反移量大，最大值约为(1/101/5)L （VS快、大，LK大） LK与VS、操舵速度、载重状况、船型等有关。 船尾反移量：船尾向操舵相反一侧偏。,（2）旋回初径DT （Tactical diameter） 是指自初始航向改变1800时,船舶重心所移动的横向距离。 DT/L相对旋回初径，表示船舶旋回性能的好坏。 * DT5L （3）进距：Ad (advance) 又称纵距 定义：进距是指发令（操舵）开始至船舶航向转过某 一角度,如改变90时，船舶重心与原船舶重心间的纵向距离。 Ad max：初始航向改变90稍后（90+）的进距为最大进距，它约为旋回初径的0.61.2倍。,（4）横距Tr (Transfer) （正移量） 定义：横距是指发令位置（始操船）船首航向转过任一角度，船舶重心所移动的横向距离（一般资料给出的为首转过90的横距。），约为旋回初径的一半 。 （5）定常旋回直径：D（final diameter） 船舶作定常旋回运动时，重心轨迹的直径，约为0.9-1.2 DT （6）滞距:Re (reach) 也称心距 从发令位置起，船舶重心至定常旋回曲率中心的纵向距离称为滞距。,（7）飘角： （drift angle） 船舶旋回时，船舶首尾线与首尾线上任何一点的旋回切线速度t方向之间夹角，称为该点的漂角，一般指重心G处漂角G。满舵旋回时，定常阶段的漂角G 在315。 *船舶首尾线不同点处，值不同，船尾处角最大。 *漂角越大，回转性好，旋回直径D小， 大型油轮旋回性能好，就因大. 浅水中旋回性比深水中差; 漂角较深水中小,船舶首尾线不同点处，值不同，船尾处角最大。,Vt,Vt,O,(8)转心：（pivoting point）,船舶转舵后绕旋回 曲率中心O的旋回运动，可看成是两 个方面运动的合成，一是船舶以切线速度Vt前进，另一则是绕自身某一点为中心作自转，该点即转心P。,Vt,Vt,O,Vt,R,G,P,从旋回曲率中心作首尾线的垂线，其垂足点即为转心P。, P点的Vt与首尾线一致，P点处漂角=0（横移速度=0） 开始操舵时, P点在G之前的1/10 L，随着旋回加快，P点前移， 首向内偏尾向外偏。 船舶后退时回转,转心P位于重心G之后，大约与前进中回转时的P位相对称,在尾柱前约 （1/31/5）L处。 （9）旋回中船速： （降速） 降速原因：,斜航，、阻力 ,舵力纵向分量增大,推进效率下降,直观理解: DT/L小， 旋回初径DT小、旋回性能好， 降速越明显，速降系数越小。 肥大型船 DT/L小，降速；*浅水 ，DT/L大 降速小 就旋回过程：开始小，降速，定常旋回时降速最大。 实船试验结果表明：旋回性能好的船DT/L=3，降速达40%50%,(11)旋回中的横倾： 操一后:先内倾后外倾。由内倾外倾，加上摇摆惯性角，在此过程中产生最大横倾角m； 定常旋回时，定常外倾角稳定在c;,(10) 旋回时间： 旋回360所需的时间，它与船舶排水量和船速有关。万吨船约为6分钟，而超大型船舶旋回时间几乎要增加一倍。,向右旋回,定常旋回时定常外倾角计算公式：,式中 ：GM 初稳性高度（m ） GB 重心距浮心间距 （ m ） Vt 定常旋回时切线速度 （m/s） R 定常旋回半径（ m） g重力加速度 (m/s2) c的大小与船舶定常旋回切线速度（Vt），角速度（r），重心浮心间距GB成正比,与重力加速度和GM成反比。 船的旋回直经越小，初稳性高度越低，航速越快，外倾角就越大。最大外倾角m的大小除与影响定常外倾角的因素有关外，还与操舵速度有关。操舵速度快，m则大。瞬时最大外倾角m约为定常外倾角c的12倍。,3、影响旋回圈大小的因素 操船方面的因素： 1）舵角：大 DT小 、 15时，旋回初径DT的幅度减小； 2）操舵时间：越短，进距越小,3）船速：Vs，旋回时间缩短：船速对旋回圈大小影响很小，但对旋回时间影响明显。,减速旋回(进三停车),加速旋回（停车进三）,正常旋回 进三,船舶水线下船型因素 ： （4）方型系数 Cb ： （型排水体积 / L.B.h ） Cb小的瘦削比Cb肥大型的旋回性差（旋回圈大）； （Cb小的船，在旋回时追随其旋回的水量多，惯性矩大，阻尼大，旋回性差。）,（5）水线以下船体侧面积：,旋回时阻尼力矩小 旋回圈小,相反，船尾较纯大或船首较瘦削的船舶，其旋回圈则较大。,(6) 舵面积比： AR/Ld（一般货船为1/601/45）比值大，舵力大，旋回性能好。 （有一定的最佳值）如太大，旋回圈会有所增大。 (7) 船舶吃水: 吃水增加，舵面积比减小，船绕重心的转动惯量增加，初始旋回慢； 吃水增加，进距Ad加大，横距、旋回初径增加；但反移量减小。 吃水减少呢？,（8）吃水差: 重心前移（力臂增加）MR 增加 首倾增加旋回圈变小 Fn前移，MF 增加 *首倾增加1%L 旋回初径DT 减小10% 尾倾增加1%L 旋回初径DT 增大10% 同样船，空船DT满载DT （但相差不大）,（9） 横倾： 横倾状态对旋回圈大小影响呈较为复杂的变化; 与横倾角，船速等有关，影响也不同; 横倾（list）对旋回圈大小总的影响不大。 低速Vs 低，在阻力推力转矩作用下, 向低舷侧旋回时旋回初径小； 高速Vs高 ,在首波锋压力转矩作用下, 向高舷侧旋回时旋回初径小 首波锋压力转矩：因横倾，航进中艏会产生偏转，船首两侧产生的波峰不同，船首两侧构成了压力差，产生转船力矩。,（10）浅水 ： 当水深与吃水之比，小于一定值（H/d2）时， 旋回圈就明显增大。 虚质量增加，兴波增加 Vs船体下沉 （11）船体污底和风流影响 ： 污底严重（总体上很小），摩擦阻力大，旋回圈大； 风、流致漂移作用。 顺风（流）旋回时旋回圈大； 顶风（流）旋回时旋回圈小。,浅水效应,三、旋回圈要素的应用,1、反移量的应用： 人落水 停车并向落水者一舷操舵（避开）； 紧急避让或避开船艏障碍物； 驶离码头或靠船，应避免用快速、满舵； 船舶过弯头时，应保持足够的横距， 防止尾部扫到码头或停泊的船舶。,2、其他要素的应用： 进距Ad 估算对遇两船的最迟施舵点（DAd1+ Ad2） 心距 Re 估算对遇两船无法用舵让开的距离（DDr1+Dr2) 当Dr1+Dr2DAd1+ Ad2 运用良好的船艺才能用舵让开。 即先用满舵让开船首再利用“反向满舵”让开艉部。 旋回初径和进距可以用来估算用舵旋回掉头所需水域的大小。 当制动纵距小于旋回纵距时，用车让；当制动纵距大于旋回纵距时，用舵让。,