船舶操纵课件船桨舵的性能

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,学习本课程的目的,本课程是航海技术专业的专业必修课程，根据航海技术专业的特点和专业培养目标，本课程的教学任务是：精心组织并实施理论教学与实验教学，传授科学的操纵船舶理论和最新的操纵船舶技术，培养学生既有扎实的理论功底，又有相应的实船操作技能的目的，到达本专业培养人才目标的要求。,1,WUT NC,yang ya dong,绪,论,本课程内容共分为三局部内容:,上篇为船舶操纵根本理论;,中篇为实船操纵及船舶操纵模拟器操纵;,下篇为应急操船和水上搜救。,一船舶操纵的含义：,船舶在海上航行、进出港口、锚地以及靠离泊等操纵过程中，都需要进行，行为主体是船员(引航员)。但需要学习和掌握这门知识和技能的那么是甲板部的高级船员，特别是管理级的高级船员,2,绪,论,船舶驾引人员根据船舶操纵性能和外界客观条件，按照有关法规要求，正确运用操纵设备，使船舶按照驾引人员的意图保持或改变船舶运动状态的操作包括观察、判断、指挥、实施等。,船舶操纵设备：车、舵、锚、缆和辅助拖轮侧推器,船舶操纵任务：,1.保持航向course keeping or steering),2.改变航向manoeuvering or course changing),3.改变船速(speed changing),4.保持航迹(tracking control),5.保持姿态(configuration stabilization):船舶姿态包括船位、船速、航向等所有自由度，控制或保持船舶姿态是船舶最复杂和最困难的操纵,3,WUT NC,yang ya dong,二.船舶操纵的阶段操纵任务,船舶操纵的任务根据不同操船环境,可大致分为三个阶段:大洋中的操船,沿岸操船,浅窄水道及港内系离泊操船.,三船舶操纵系统,1船舶操纵大系统：人、船、环境管理。,即通常所说的“三性,绪,论,4,WUT NC,Yang ya dong,2,操船信息图,5,绪,论,3,信息处理流程图,yang ya dong,WUT NC,6,绪,论,四.船舶操纵研究,由于船舶航行环境比较复杂,对船舶运动状态影响较大,加上船舶本身尺度和惯性较大,操纵设备性能存在局限性,船舶的操纵平安需要良好的操纵技术加以保证.因此,研究船舶操纵对船舶运输的效率和平安具有重要的意义。,1.研究任务,从平安的角度出发,船舶操纵研究的目的或任务是:,1)明确船舶操纵特性,2)研究操纵方法：,操纵方法研究是针对各种常规操纵和应急操纵任务，根据船舶操纵运动规律，研究在不同的环境条件下保证平安操纵的根本程序、方法和操纵要领。,3)操纵平安评价:,建立给定条件的船舶操纵过程平安的定量或定性分析的模型或方法,以便对船舶操纵的平安性进行评价,最终制定平安措施,或为船舶设计,航道以及其他水工设施规划等提供决策依据。,2.研究方法,目前,研究船舶操纵的方法主要包括以下几种;,1)实船试验; 2)船模实验; 3)数模仿真; 4)经验总结,7,五、船舶种类概述,船舶操纵运动不但与船舶运动控制有关，还与船舶建造规模、船型参数等因素有关。不同排水量、不同船型参数的操纵性能不尽相同，随着船舶向大型化方向开展，这种性能上的差异更加明显。,现代船舶种类繁多，有多种分类方法，可按用途、船体数目、推进方式、推进器数目以及航行状态等进行分类。最常用的方法是按用途分类：军用船和民用船两大类。民用船：运输船、工程船、渔船、港作船等,从船舶操纵角度分：小型船舶、中型船舶和大型船舶,小型船舶：一般指载重量1万吨以下的船舶；,中型船舶; 一般指载重量3-5万吨以下的船舶；,大型船舶：一般指载重量8万吨以上、船长250m以上的船舶；,8,绪,论,五船舶操纵课程的学习要求,1全面掌握船舶操纵性能、船舶操纵性指数的含义及其在操船中 的应用；,2全面了解船舶所配备的操纵设备的根本性能，熟悉它们在操船中的具体应用；,3掌握外界环境条件对操船的影响，在实际操船中趋利避害加以运用或控制；,4了解在各种环境下的操船方法；,5了解船舶操纵模拟器，并在模拟器上进行模拟操船在实验课中完成；,WUT NC,yang ya dong,9,绪,论,六海上搜救,1了解有关搜救法规；,2了解搜救组织机构；,3熟悉各种搜救方法。,七、参考书,周东平编?船舶操纵?人民交通出版社出版,李勇主编?船舶操纵?人民交通出版社出版,古文贤编?船舶操纵?大连海事大学出版社,岩井聪【日】 ?操船论?人民交通出版社出版,洪碧光主编?船舶操纵?大连海事大学出版社,International Aeronautical and Maritime Search and Rescue Manual (IAMSAR).IMO,中国海事效劳中心组织编审?船舶操纵?人民交通出版社大连海事大学出版社(2021),10,WUT NC,Yang yadong,第一篇 船舶操纵根本理论,第一章 船、桨、舵的性能,第一节 螺旋桨的性能,一船舶阻力,1.船舶根本阻力的组成 压差阻力剩余阻力,1摩擦阻力：船体运动 摩擦伴流内大外小 速度梯 度 摩擦阻力。,影响摩擦阻力的因素：船体长度、船体湿外表积、船体外表光洁度、流体密度等。低速时在总阻力中所占比重较大，约占总阻力的70%80%，对于高速船，如集装箱船、客船那么可达45%，它与船速的二次方成正比。,2压差阻力的大小取决于船体的形状和船速，高速时可达45%-60%,涡流阻力粘性阻力：影响因素：流休水质点的速度梯度，船尾部涡流阻力较大。,兴波阻力： 与 的4-6次方成正比,11,WUT NC,yang ya dong,2、影响船舶根本阻力的因素：在船型一定的情况下主要是船速和吃水,一定时，,一定时，,较小时，,增加缓慢，与船速近似线性变化,较大时，,增加明显，,增大，,所占比重增加,12,各种阻力具体所占比例见下表,阻力种类,高速船,低速船,摩擦阻力,45%,90%,兴波阻力,40%,5%,涡流阻力,5%,3%,空气阻力,10%,2%,13,WUT NC,yang ya dong,一船舶阻力,2附加阻力,1空气阻力 ：水线以上局部所受阻力，比重较小。在航海界，一般将3级 风以下的空气阻力计入根本阻力。,2污底阻力 ：水线以下船体外表锈蚀、海生物附着。,3附体阻力 ：水线以下船体突出物，如龙骨、推进器轴、支架、舵等。,4波浪阻力汹涛阻力 ：波浪冲击，船体摇摆，顶浪航行时可使总阻力增加50%-100%。,5浅水附加阻力 ：受限水域中流体作用发生变化。,附加阻力所占总阻力的比重大小,决定于风浪大小,船体污底轻重以及航道浅窄情况,其中空气阻力在无风时约占根本阻力的2%-3%.迎风4-5级时,为10%-15%,风力到达8-9级时,为30%-40%,3船舶总阻力：,14,WUT NC,yang ya dong,二推力,推进器把能源主机发出的功率转换为推船运动功率的专用装置或系统。,推进器的种类：明轮、平旋推进器、Z型推进器、喷水推进器、超导推进系统和螺旋桨等。,螺旋桨种类：* 等螺距螺旋桨、变螺距螺旋桨、固定螺距螺旋桨FPP、可调螺距螺旋桨CPP,* 单桨船右旋式螺旋桨/左旋式螺旋桨；,双桨船外旋式螺旋桨FPP/内旋式螺旋桨CPP,螺旋桨的吸入流与排出流,15,中大型螺旋桨,16,螺旋桨的要素,1,螺旋桨推力产生的原理,螺距角,P,螺距,r,半径,17,WUT NC,Yang ya dong,推力产生的原理, 简述螺旋桨产生推力的根本原理.,18,WUT NC,yang ya dong,影响螺旋桨推力的因素,1伴流影响,伴流：船舶在水中以某一速度向前航行时，附近的水受到船体的影响而产生运动，表现为船体周围伴着一股水流，这股水流称为伴流或追迹流。与船舶运动方向相同者称为“正伴流，相反者为“负伴流。,伴流按形成原因可分为“摩擦伴流、“势伴流和“兴波伴流。,摩擦伴流船体运动时由于水的粘性引起的一种追随水流，方向与船舶运动方向一致，为正伴流，是伴流主要成分；在紧靠船身处最大，由船身向外那么急剧减小，离船体不远处即迅速消失，但在船后相当距离处摩擦伴流依然存在，并有相当的厚度，与螺旋桨直径相当。,势伴流假设船舶前进一段距离，首部将这一段水向两舷挤开，尾部那么有空出一段水的趋势，使外围水自首和两舷挤入，这种随船体运动自船首经两舷再流向船尾的水流称为势伴流。船首和船尾附近的势伴流为正伴流，船中附近的势伴流为负伴流。因势伴流稍离船体迅速分散，所以作用不甚显著，即离船体愈远，势伴流愈小。,兴波伴流波浪伴流船行波形成的伴流，其数值较前两者为小。,19,影响螺旋桨推力的因素,总体而言，伴流在船舶首尾向的分布是：船舶前进中，伴流的大小与厚度自船首至船尾逐渐扩大，船首处为零，最大处位于船尾附近；船舶后退中，那么船尾处伴流为零，最大处位于船首附近。,伴流的对螺旋桨进速的影响： ；,所以：,20,WUT NC,yang ya dong,影响螺旋桨推力的因素,2吸力影响,螺旋桨叶背压力 吸流 船尾部流速 ，压力 船体阻力 ；,假设 一定， 不变，螺旋桨产生的推力一方面克服船体阻力，还要克服因吸力增加的阻力，相当于减小了螺旋桨的推力， 。,3螺旋桨负荷影响,螺旋桨推力：,1假设螺旋桨直径一定，那么 ，负荷增大，推进效率下降；,2螺旋桨直径增大，假设推力 不变，可提高螺旋桨效率。,4船速影响,螺旋桨推力随船速而变化的关系是一条横卧的“S形曲线。,21,WUT NC,yang ya dong,四滑失与滑失比,1,滑失、滑失比,滑失,Slip,：,其中：,螺距；,进程， ， 为螺旋桨进速；,所以，螺旋桨旋转 转时的滑失,Slip,：,滑失比：,用船速代替螺旋桨进速，得虚滑失比：,22,2影响滑失比的因素,A给定船舶时：,B船速一定时：螺旋桨推力及转矩,C 一定时： 推力和转矩到达最大。,3滑失在操船中的应用,1有利：降低船速，增加转速 提高滑失比 提高舵效。,港内操船大幅度转向时P=KSr,2有弊：滑失比大造成主机超负荷工作而损坏主机。,23,侧推器side thruster,一些船舶在船首、尾部装有侧推器多数仅在首部，侧推器均为电力拖动。侧推器一般直接由驾驶室操纵。首侧推器在船舶处于低速时才能发挥较大的功率，随着船速的增加，前进斜航时阻碍回转与横移的水阻力明显增加，首侧推器的效率相对降低。,多为CPP桨。,首推器发挥作用的航速控制在4kn以下。,注意控制台边上的警告牌“航速超过X节不可使用,24,三 船舶功率与船速,一主机功率,1主机输出功率, 最大持续输出功率MCRmax continuous rating：100%, 常用输出功率：为取得海上船速而经常使用的主机输出功率，80%90%, 过载输出功率：可提供短时间超过MCR的输出功率。105%110%, 倒车输出功率：倒车时的最大输出功率。40%60%,2主机功率的种类, 机器功率MHP：主机发出功率, 指示功率IHP：蒸汽往复式主机气缸内产生的功率, 制动功率BHP：输出于内燃机主机之外可以实际加以利用的功率, 轴功率SHP：汽轮机传递到直接联结推进器轴上的功率, 收到功率DHP：螺旋桨得到的功率, 推力功率THP：螺旋桨发出的推进功率， 有效功率EHP：使船舶能以某一速度航行时所需功率，,25,26,推进效率,1机械效率，,2传送效率，,3推进器效率，,4推进效率推进系数 ，,主机输出功率与船速的关系,由于： ， 所以：,合理选择船速，可大大降低消耗。,27,船 速,1船速：船舶在无风流影响下的静水航速。确定船速时考虑的内因和外因,2船速分类：,1额定船速：在深水中，在额定功率和额定转速条件下，船舶所能到达的静水航速。,2海上船速：在平静深水域中，在海上常用输出功率和海上常用转速条件下的船速。,28,船 速,3经济船速：远距离航行中，以节约燃料消耗和提高营运效益为目的，根据航行条件等特点所确定的船速。,其中：,通常，经济船速海上船速。,4港内船速：主机以港内功率和港内转速在深水中航行的静水速度。,通常：,港内船速Vu的原因分析,2螺旋桨反转时,48,WUT NC,Yang ya dong,第三节 船、桨、舵综合效应,(2)对操船的影响：,对于右旋单桨船，正转与反转的分析如图1、2所示,对于右旋单桨船，无论螺旋桨正转反转，RST推尾向左，首向右；左旋单桨船那么反之。,(3)影响因素:,49,WUT NC,Yang ya dong,第三节 船、桨、舵综合效应,4.推力中心偏位,船尾线型斜流：螺旋桨正转前进时，沿船尾线型聚集上升并与桨轴成一角度的水流。,产生原因以右旋单桨船为例：,50,WUT NC,Yang ya dong,第三节 船、桨、舵综合效应,2作用方向：,右旋单车船：,左旋单车船：,在实际船舶设计中，尽量使船尾线型水流平行于螺旋桨轴而流向螺旋桨，以提高其效率，所以实际上力较弱，对操纵影响不大。,3影响因素：,1,2,51,WUT NC,Yang ya dong,第三节 船、桨、舵综合效应,二、双螺旋桨船介绍,1双螺旋船的优点：,1一螺旋桨损坏，仍可航行；,2舵损坏，可用车操纵；,3对于浅吃水船，可提高螺旋桨效率；,4各种效应横向力相互抵消，航向稳定性好。,2旋转方向：,双桨船除具备单桨船所具有的各种效应横向力外，还具有推力偏心效应横向力和分水效应横向力。,52,WUT NC,Yang ya dong,课堂教学效果测试题,1螺旋桨的沉深比是指 。,A螺旋桨中轴距水面的距离与螺旋桨直径之比,B螺旋桨中轴距水面的距离与螺旋桨半径之比,C螺旋桨上叶距水面的距离与螺旋桨直径之比,D螺旋桨上叶距水面的距离与螺旋桨半径之比,2沉深比 ，螺旋桨沉深横向力明显增大。,Ah./D3.653.75 Bh/D2.652.75 Ch./D1.651.75 D,3对于右旋螺旋桨，沉深横向力方向为 。,A正车时推尾向左，倒车时推尾向左,B正车时推尾向左，倒车时推尾向右,C正车时推尾向右，倒车时推尾向右,D正车时推尾向右，倒车时推尾向左,4伴流在螺旋桨盘面周围分布情况是 。,A螺旋桨盘面左半圆伴流比右半圆大,B螺旋桨盘面右半圆伴流比左半圆大,C螺旋桨盘面下半圆伴流比上半圆大,D螺旋桨盘面上半圆伴流比下半圆大,5伴流横向力的作用方向船进中由尾向首看 ,A与螺旋桨旋转方向无关 B与螺旋桨旋转方向相同,C与螺旋桨旋转方向相反 D与船本身运动方向无关,53,WUT NC,Yang ya dong,6伴流对推进器和舵效的影响是 ,A增加推进效率和舵效,B增加推进器效率，降低舵效,C降低推进器效率和舵效,D降低推进器效率，增加舵效,7船速与伴流横向力的关系是 ,A船速为零，伴流横向力最大 B船速增大，伴流横向力增大,C船速为零，伴流横向力最小 D船速增大，伴流横向力减小,8对于右旋螺旋桨，排出流横向力方向为 ,A正车时推尾向左，倒车时推尾向左,B正车时推尾向左，倒车时推尾向右,C正车时推尾向右，倒车时推尾向右,D正车时推尾向右，倒车时推尾向左,9右旋单车船倒车时，螺旋桨横向力致偏效应为 ,A沉深横向力使船首左转，排出流横向力使船首右转,B沉深横向力使船首右转，排出流横向力使船首右转,C沉深横向力使船首左转，排出流横向力使船首左转,D沉深横向力使船首右转，排出流横向力使船首右转,10右旋单车船的车舵综合效应为 ,A船舶前进中进车、正舵，船首右转 B船舶后退中倒车、正舵，船首右转,C船舶前进中进车、正舵，船首左转 D船舶前进中倒车、正舵，船首左转,54,WUT NC,Yang ya dong,第三节 船、桨、舵综合效应,三、右旋单桨船的船、桨、舵综合效应,1.船舶静止状态中:,正车时,主要受沉深横向力作用,偏转可以用舵克服;,倒车时,受沉深横向力和排出流横向力作用,使船首出现明显右偏,且用舵难以克服.,2.船舶前进状态中:,前进中开进车,一般商船主要受沉深横向力影响,因伴流和排出流横向力与推力中心偏位几乎相抵,如为空船,尾吃水较浅,那么沉深横向力使船首左偏,如重载尾吃水较深时,因沉深横向力很小,船舶偏转极小或几乎不发生偏转.,船舶前进中开倒车,开始时因倒车排出流横向力不明显,而伴流横向力和沉深横向力通常使船舶偏转方向不定.随着前进速度的降低,排出流横向力增加,船舶出现右偏并逐步明显,这种现象用舵难以克服,需事先采取措施.,3.船舶后退状态中:,静止中开倒车,开始船首明显右偏,后退中开进车,沉深横向力使船首右偏,55,第三节 船、桨、舵综合效应,四,、,FPP,船致偏作用的运用,1.,倒车后退稳首操船法,2.,车舵结合缩小向右掉头水域,3.,自力靠泊操纵,4.,系靠单浮时的应用,56,