第一章 船舶操纵基础0203(船长)

回转性越好
（8）船舶转心P 定义：由船舶旋回曲率中心O点 作船舶首尾线的垂线，垂足 点P即为转心。 特性： ①转心处的漂角为零，转心处 无横移速度。 ②漂角大，旋回性能好的船舶， 转心越靠前。 转心P 的位置： ①开始操舵时约在重心稍前处。 ②进入定常旋回时，转心P约在 船首柱 后1/3~1/5船长处。
2）第二阶段——过渡阶段 （1）定义：转舵阶段结束至船舶进入定常 旋回运动阶段的中间 阶段。随着船舶 斜航运动的出现，同时船首回转不断 发展，漂角增大。 （2）特征： ①船速明显下降。 ②船舶重心开始正向横移。 ③船舶加快向朝舵一侧偏转。 ④船体开始外倾。
3）第三阶段-定常旋回阶段
（1）定义：船舶作匀速圆周运动时即进入 定常旋回运动阶段。 （2）特征： ①船体所受合力矩、旋回角加速度为零。
（二）航向稳定性的判别 1、 T指数判别 船舶在保持正舵条件下， 外界干扰消失任意时刻 t，船舶偏转原航向转头 角度R,得操纵运动方程：
r = r ０ e–t/T r ０为外界干扰消失后的初始 回转角速度。

T<0
T>0
o
T值较大 T值较小
t
• T>0,且T值越小，回转角速度ｒ衰减越快，船
舶很快稳定在新航向上。
四、旋回圈要素在实际操船中的应用 （一）尾反移量的应用 1.人落水时：应立即操落水者一舷满 舵，并停车，使船尾迅速摆离落 水者，以免使之卷入螺旋桨。 2.前方发现障碍物时：应立即操满舵 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。
3、离泊时：当船首已摆出码头，拟进 车离泊时，如很快操大舵角进车 离泊，则会因为船尾外摆较大而 触碰码头。所以应适当减速，用 小舵角慢慢驶离。 4、船舶过弯道时：如船速快，大舵角 转向，则会产生较大的船尾反移 量，因此应保持足够的船岸间距。
（二）其他要素的应用 1.最晚施舵点：两船对遇时，进距之和 可用来估算最晚施舵点。 2.心距可用来估算两船对遇时用舵无法 让开的距离。 3.掉头所需水域：旋回初径和进距可用 来估算用舵旋回掉头所需水域的大 小。
三、船舶航向稳定性与保向性
• （一）航向稳定性的定义 • 是指船舶在受外界瞬时干扰作用， 船首发生偏转，当干扰消除后，在 保持正舵的条件下，船舶转头运动 将如何变化的性质。称为航向稳定 性。
• 2、方向稳定性 • （1）定义：当干扰消除后，在船舶保 持正舵的条件下，若船舶最终能恢复 到原来的航线上作直线运动，仅仅是 与原来运动轨迹存在一横向偏量，则 称船舶具有方向稳定性或静航向稳定 性。
• （2）型态：
• （3）特点：船舶越首倾，船体侧面积 在船首分布越多，静航向稳定性就越 差。
3、位置稳定性 （1）定义： 当干扰消除后，在船舶保 持正舵的条件下，若船舶最终自行能恢 复到原来的航线上去，航向与原航相同， 且运动轨迹没有偏离，则具有位置稳定 性； （2）型态：
• （4）旋回直径D • 是指船舶作定常 旋回运动时，重 心轨迹圆的直径， 亦称旋回终径， 以D表示，一般 为旋回初径的 0.9-1.2倍。
• （5）滞距Re
• 滞距是指从操舵 开始时，船舶重 心至定常旋回曲 率中心的纵向距 离。又称心距， 以Re表示，一般 为1-2倍的船长。
（6）反移量Lk ①定义：是指操 舵后，船舶重 心在旋回初始 阶段从原航向 向操舵相反一 侧横移的距离， 又称偏距。
（10）旋回中横倾 ①船舶操舵后，船舶开始出现少量 内倾，随后船舶有内倾变为外倾， 在由内倾向外倾的过程中，由于船 舶横向摇摆惯性的原因，会出现最 大外倾角θm，这是旋回的过渡阶 段尤其应注意的危险现象。进入定 常旋回阶段，船舶将稳定在一定常 外角θc。
②外倾角大小的估算 ：
tanθc =Vtr· GB / g· GM 式中：GM：初稳性高度（m）； GB：重心浮心间距（m） Vt：定常旋回切线速（m/s）； r：角速度（m/s）； g：重力加速度（m/s2）；
• 2）吃水差 • 船舶尾倾时旋回圈变大，尾倾量每 增加1％船长，旋回初径增加约10 ％。反之，首倾量每增加1％船长， 旋回初径月减小10％。 • 高速船在高速航行时，由于船尾下 沉，增加尾倾，所以旋回圈增大。
• 4）其他因素 • （1）横倾 • 总的来说，横倾对旋回圈影响不大。 船舶在前进时如存在横倾，船首受其 影响会发生偏转。低速时，推力—阻 力转矩的作用下，推首向低舷侧偏转， 若向低舷侧旋回，旋回圈小；高速时， 首波峰压力转矩主要作用下，推首向 高舷侧偏转，若向高舷一侧旋回，旋 回圈小。
（9）旋回速降 ①原因：斜航阻力、舵阻力、 惯性离心力的纵向分力增加以 及推进器效率降低。进入定常 旋阶段船速下降达到最大值并 稳定在一个定值上。一般可降 速1/4-1/2。
• ②定常旋回时的船速Vt与旋回开始的初
始船速V0的比值Vt/V0称为速降系数。 旋回中船速下降与DT/L（相对旋回初径） 的关系，DT/L越小，即速降剧烈，旋回 性越好，速降越明显，Vt/V0越小 。 • ③肥大型船旋回中降速比瘦削型船大。 同样，由于船舶在浅水中得旋回性变 差，所以浅水中的旋回速降就小一些。 实船试验：旋回性能好的船舶（ DT/L =3），可降速40﹪-50﹪。
• （2）浅水 • 在深、浅水中，舵力变化不大，但 浅水中旋回时阻力明显增加，因此 旋回圈变大，漂角减小。当水深与 吃水之比小于2时，旋回圈将明显 增大。
（3）污底和风流 （1）船体污底越多，摩擦阻力增加， 旋回圈变大，但影响很小。 （2）顶风顶流将使纵距减小，顺风 顺流将使纵距增大。 （3）船舶旋回方向与螺旋桨旋转方 向一致，旋回圈将有所增大，反之 则有所减小。
（1）螺旋试验 是从右满舵开始，经零舵角至左满舵，依次逐渐 慢慢减小舵角，而后以同样的方法从左满舵回到 右满舵进行各舵角旋回，测得各舵角与对应的 定常旋回角速度γ之间的关系,如图所示：
如属于aoa’ oa曲线形式的，是单 γ（右） 值对应，该船具有航向稳定性。 A B C a 如曲线呈现ABCDA’DECBA，带 有环形BCDE这种曲线形式的， （右） 则不具备航向稳定性。该曲线的 O b c 环形范围越宽、面积越大，则船 E f D 舶的航向稳定性越差。如果环宽 γ（左） 大于20°，则操纵船舶就会变得 很困难。
• 最大外倾角θm的大小除与影响定常外倾角 因素有关外，还与操舵速度有关。
• 操舵速度越快， θm越大，瞬时最大外倾角 θm约为定常外倾角θc的1-2倍。
（11）旋回时间
①定义：
旋回时间是指船舶旋回360°所需的时间。
②影响因素：
它与旋回初始船速、排水量有密切关系。排 水量大，旋回时间增加；船速提高，旋回时 间缩短。
②转头角速度达到最大并稳定于该值。 ③船舶降速达到最大值。 ④外倾角、横移速度也趋于稳定。
2、旋回圈要素及影响旋回圈大小的因素 1）旋回圈要素 定速直航（一般是全速）的船舶操一定舵角（一般是满 舵）后，船舶将作旋回运动，其重心所描绘的轨迹称旋回圈。
Tr
Admax
DT
Lk
β
（1）进距(纵距)Ad 是指开始操舵到航 向转过任一角度时 重心所移动的纵向 距离，又称纵距。 通常所说的纵距是 指航向转过90o时 的进距，以Ad表示， 一般为旋回初径的 0.6-1.2倍。
二、船舶的旋回性能
定速直航的船舶 操某一大舵角后 进入定常旋回的 运动性能称为船 舶的旋回性能。 它是船舶操纵性 能中极为重要的 一种性能。
1、船舶旋回运动 过程及其特征 船舶在作旋回 时根据其旋回过程 中的运动状态的不 同，可将船舶的旋 回运动分为三个阶 段：
1）第一阶段——转舵阶段 （1）定义：船舶从开始转舵起至转至指 定舵角止（约8~15s），称为转舵阶段。 （2）特征： ①船速下降。 ②船舶重心反向横移。 ③船首朝操舵一侧偏转。 ④船舶内倾。
③大小：
一般万吨船快速满舵旋回的时间约6min， 而超大型船舶的旋回时间则几乎要增加一倍。
3、影响旋回圈大小的因素 • 1）操舵方面的因素 • （1）舵角 • 在极限舵角范围内，舵角大小与旋回 初径的关系：舵角增大，旋回初径变 小。在所操舵角为15°以下时，多角 越大。旋回初径明显减小。所操舵角 大于15时，随着舵角增加，旋回初径 减小的幅度减小。
• （2）操舵时间 • 按SOLAS公约将舵自任何一舷的35°转至 另一舷的30°的时间应不超过28S。在实际 操船中一般认为从正舵位置操舵至最大舵 角35°需要15S。如果操舵时间超过15S， 则所需时间越长，旋回圈变大，心距、进 距而变大，横距所受影响较小。
• （3）船速 • 除船速很低或高速船高速航行中旋回之外， 在一般商船速度范围内，船速对旋回初径 的影响却很小，船速增加，旋回初径将稍 微变大。但船速对旋回时间影响明显，船 速越快，旋回时间大大缩短。 • 值得注意的是，主机的使用方式对船舶旋 回圈的大小有明显的影响，船舶在航进中 减速旋回时，旋回圈将增大；相反，船舶 在静止中或低速中加车进行旋回，即旋回 加速，旋回圈明显变小。
（2）横距Tr
是指开始操舵到航向 转过任一角度时船舶 重心向操舵一侧移动 的横向距离。通常所 说的横距是指当航向 转过900时的横距， 以Tr表示，约为旋回 初径的一半。
• （3）旋回初径DT • 是指开始操舵到航 向转过180 o时重心 所移动的横向距离。 该值越小，船舶的 旋回性能越好，以 DT表示，一般为36倍的船长。
• T>0,且T值越大，回转角速度ｒ衰减越慢， 航向稳定性越差。 • T<0,船舶将不断偏转下去，船舶不具备航 向稳定性。
• 2、经验判断：航进很少用舵较好保向。 • 3、实船实验结果，螺旋试验（正螺旋试验和逆螺 旋试验）（转头角速度与舵角的关系；单值对应 和多值对应）。试验目的用于评价船舶航向稳定 性的好坏。
• （3）舵面积比（AR/Lpp×d） • 其他条件相同时，舵面积比大，舵 的转船力矩增大，使旋回性变好， 旋回圈减小。但同时也增加了旋回 阻矩，超过了一定值后，旋回圈会 有所增大。因而一定类型的船舶都 有一个最佳的舵面积比值。