船舶操纵1教材
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操纵(第01课)
一 船舶旋回的运动过程
船舶以一定航速直 进当中操某一舵角 并保持之，船舶将 进入旋回过程。根 据船舶在旋回运动 过程中所受外力特 点之变化，以及运 动状态之不同，可 将船舶旋回过程划 分为三个阶段，如 图1－1所示。
图1－1船舶旋回的运动过程
1．第一阶段（横移内倾阶段）
船舶向一舷操舵
后，保持或近乎 保持其直进速度， 同时开始进入基 本上沿原航向前 进而船尾外移的 初始旋回阶段。
2．描述船舶旋回运动状态的运动要素
表征船舶旋回运动状态的运动要
素主要有漂角、转心及其位置、 旋回中的降速、旋回中的横倾和 旋回时间等，它们与船舶的旋回 性能有着密切的关系。
（1）漂角（drift angle）
船舶首尾线上某
一点的线速度与 船舶首尾面的交 角叫做漂角，如 图1－6所示。用β 表示之。一般船 舶的漂角大约在 30～150之间。
3．第三阶段[定常旋回阶段（steady turning）]
随着漂角的增大, 水动力作用中 心逐渐移至重心之后, 水动力转 船力矩Nβ方向与舵力转船力矩 方向相反, 但数值相应增大，当 船舶所受的舵力转船力矩 Nδ、 和水动力转船力矩Nβ相等时， 船舶的旋回角加速度变为零， 船舶的旋回角速度达到最大值 并稳定于该值，船舶将进入稳 定旋回阶段
Hale Waihona Puke Tr1).进距 2).横距 3).旋回初径 4).旋回直径 5).滞距 6).反移量
Ad LK
Re
D
DT
图1－5 旋回圈的尺度与名称
（1）进距（advance）
进距也称纵距，是指从操舵开始 到船舶的航向转过任一角度时重心所 移动的纵向距离。通常，旋回资料中 所说的纵距，特指当航向转过 900 时 的进距，并以Ad表示之，它大约为旋 回初径的0.6～1.2倍。
大连海事大学课件船舶操纵1
船舶操纵动力学参数
• 船体水动力及其表达式
– 水动力角是指水动力合力FH方 向与船舶首尾线之间的交角γ； – 水动力角可用水动力横向分量 与纵向分量的比值表示
船舶操纵动力学参数
• 船体水动力及其表达式
– 水动力角的大小取决于横向水 动力系数和纵向水动力系数的 比值； – 由于船舶横向水动力系数通常 远大于纵向水动力系数，因此， 除了船舶进行纯纵向运动或纯 横向运动，水动力角γ 总是大 于漂角β。
船舶操纵动力学参数
• 船舶操纵运动方程
– 忽略流向流速随时间的变化，经过求导变换可 得动坐标系中船舶运动方程：
X m(u vr ) Y m(v ur) N I r ZZ G
船舶操纵动力学参数
• 根据日本MMG分离建摸的思想，无流或仅有定常 均匀流时，力（矩）项可表示为：
平面运动
• 3 degrees of freedom
– Surge; – Sway; – Yaw.
xe φc u uc G x v φ r
• 2 actuators
– Thruster – Rudder
Oe
y
ye
船舶操纵运动学参数
• 位移和航速
– 考察船舶运动轨迹时，涉及船舶的运动历史航迹， 采用固定坐标系进行描述。 – 航速是指船舶在固定坐标系的运动速度(包括流 的影响)， 一般用V表示。
船舶操纵动力学参数
• 船体水动力及其表达式
– 船体水动力F H 也称为斜航阻力 – F H可分解为船舶操纵运动方程中 的纵向分量X H和横向分量Y H ， 其力学意义更加明确； – 纵向分量X H是纵向水动力；而横 向分量Y H 为船舶横向水动力。 – 习惯上，将X H称为船舶阻力，而 Y H称为水动力。
《船舶操纵与避碰—船舶操纵》教学课件—04港内操船
• 需要考虑进出港的时机和时间。
港内水域概述
• 连接水域及码头前沿水域
–掉头/回旋水域船舶在靠离码头，进出港口需要掉 头或改变航向时的专用水域。与船舶尺度，掉头操 纵方式，流向流速及风向风速等有关。
• 掉头水域直径一般至少为2.0 L ； • 船舶自力掉头时，掉头水域直径一般至少为2.5 L 。
• 船在有流水域掉头，其旋回轨迹呈椭圆形，沿水
倒车制动
舵控
侧推器
拖轮 •
进出港时操船
• 接、送引水员
–查阅《进港指南》； –VHF与引航站联系，控制ETA； –悬挂或显示有关的信号； –引航梯或舷梯（下风舷），备好救生器具、照
明灯（夜间）。
进出港时操船
• 引航员登离船装置 –驾驶员监督指导； –驾驶员护送引航员； –2m≤垂直长度≤9ｍ， 超过9ｍ应结合舷梯或 机械式引航员升降机； –舷梯倾斜角≤55°； –两根直径≥28mm扶手 绳；带有自亮灯的救生 圈；撇缆； –适当照明。
港内水域概述
• 锚地及港湾
– 锚地与港湾 • 锚地包括：装卸锚地、停泊锚地、避风锚地、 引水锚地及检疫锚地等；
–停泊方式 • 单浮筒系泊 Single Point Mooring • 双浮筒系泊 • 锚泊 • 、停泊和装卸作业的准备工作； –备车； –逐级减速。
港内水域概述
进出港航道
–航道水深 • 理论最低潮面至海底的深度，即海图水深 • 衡量航道垂直方向通航最大船型尺度吃水的 重要标志 • 浅水：船舶航行水域在垂直方向上的限制 • 需考虑安全富裕水深(UKC)
港内水域概述
• 进出港航道
–航道方向与弯度 –航道方向：航道中线的方位角。衡量风浪流影响程
度的依据。 –受地形地貌影响，整个航道可能存在多个转向角。
港内水域概述
• 连接水域及码头前沿水域
–掉头/回旋水域船舶在靠离码头，进出港口需要掉 头或改变航向时的专用水域。与船舶尺度，掉头操 纵方式，流向流速及风向风速等有关。
• 掉头水域直径一般至少为2.0 L ； • 船舶自力掉头时，掉头水域直径一般至少为2.5 L 。
• 船在有流水域掉头，其旋回轨迹呈椭圆形，沿水
倒车制动
舵控
侧推器
拖轮 •
进出港时操船
• 接、送引水员
–查阅《进港指南》； –VHF与引航站联系，控制ETA； –悬挂或显示有关的信号； –引航梯或舷梯（下风舷），备好救生器具、照
明灯（夜间）。
进出港时操船
• 引航员登离船装置 –驾驶员监督指导； –驾驶员护送引航员； –2m≤垂直长度≤9ｍ， 超过9ｍ应结合舷梯或 机械式引航员升降机； –舷梯倾斜角≤55°； –两根直径≥28mm扶手 绳；带有自亮灯的救生 圈；撇缆； –适当照明。
港内水域概述
• 锚地及港湾
– 锚地与港湾 • 锚地包括：装卸锚地、停泊锚地、避风锚地、 引水锚地及检疫锚地等；
–停泊方式 • 单浮筒系泊 Single Point Mooring • 双浮筒系泊 • 锚泊 • 、停泊和装卸作业的准备工作； –备车； –逐级减速。
港内水域概述
进出港航道
–航道水深 • 理论最低潮面至海底的深度，即海图水深 • 衡量航道垂直方向通航最大船型尺度吃水的 重要标志 • 浅水：船舶航行水域在垂直方向上的限制 • 需考虑安全富裕水深(UKC)
港内水域概述
• 进出港航道
–航道方向与弯度 –航道方向：航道中线的方位角。衡量风浪流影响程
度的依据。 –受地形地貌影响，整个航道可能存在多个转向角。
《船舶操纵》课件
(3)船舶转动惯量、排水量：
满载大船、舵效比较差，其表现是起转迟钝，停 转不易。一般情况下，操纵此类船舶应早用舵，早回 舵，并使用大舵角。
(4)船舶纵、横倾：
首倾时，舵效较差，适量尾倾舵效好。横倾时， 转向低舷侧水阻力较大，舵效差；反之，则舵效好。
(5)舵机性能：
电动液压舵机性能较好。
(6)风、流、浅水等外界因素：
(4)收到功率(DHP) 收到功率是指通过船尾轴管后向螺旋桨提供的功率。
(5)推力功率(THP)
推力功率是指螺旋桨发出的推进功率，它 等于螺旋桨发出的推力T与螺旋桨进速Vp 的积。即：
THP=T·Vp
(6)有效功率(EHP)
有效功是指克服船舶阻力R而保持一定船 速Vs所需要的功率，它等于船舶阻力与船 速的积，即：
EHP=R·Vs
2)各功率之间的关系
(1)传送效率η c
传送效率是螺旋桨收到功率与主机功率(MHP)之比：
η c=DHP/MHP
（该值通常为O.95～O.98）
(2)推进器效率η p
推进器效率是有效功率与收到功率之比：
η p=EHP／DHP (3)推进效率
（该值约为O.60～O.75）
推进效率是有效功率与主机机器功率之比。该
1.静航向稳定性
静航向稳定性是指当船舶因外力作用稍微偏离原 航向而重心仍沿原航线运动时，船舶斜航漂角将如 何变化的性能。
2.动航向稳定性
动航向稳定性是指当干扰过去之后，在不用舵纠 正的情况下，能尽快地稳定于新航向的性质。
3.判断航向稳定性的方法
1)航向稳定性指数判断法
船舶航向稳定性指数T>O且为较小正数时，其具有 良好的航向稳定性。随着T值的增大。虽然仍具有航 向稳定性，但是其航向稳定性将变差。当T<O，则船 舶不具有航向稳定性。
《船舶操纵》课件(精选)97页PPT
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
《船舶操纵》课件（精选）
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
船舶操纵-PPT课件
2.2 船舶操纵运动方程
野本方程
操舵速度有限，船舶的惯性很大，船舶对舵的 响应也是一种非常缓慢的运动，因此有
建立了有效的数学研究方法，借鉴飞艇操纵理论
1939，巴辛
利用里亚谱诺夫运动稳定理论研究船舶的运动稳定 性
1.1 船舶操纵性总论
船舶操纵性研究的发展过程
1944，肯夫（kemf）
提出了用Z形操舵试验来评价船舶的操纵性，开创了 船舶对操舵的动态响应研究
1946，戴维逊(K. S. Davidson)和许夫(L. I. Schiff)
1.1 操纵性总论
操纵性的重要意义（经济性要求）
在海上的直航运动，
航向稳定性好 不用经常地去操舵，航迹接近直线
不好的船 频繁操舵纠正航向，经历曲折的航线，增加了实际 的航行距离，同时增加了操纵装置和推进装置的功 率消耗 由于操舵增加的功率消耗占主机功率的2%-3%，航 向稳定性不好的船，可以高达20%。
船舶有横漂速度 时横向力的导数。该力很大， 方向与 相反；
船舶有横漂速度 时横向力对重心力矩的导数。 该力矩不太大，为负值，方向有使漂角增大的趋势；
船舶有前进速度 时纵向力的导数。该力较小， 方向与 相反。
2.2 船舶操纵运动方程
水动力导数的物理意义
水动力和力矩的旋转导数 和
船首具有右舷攻角，产生负的水动力和负的水动力 矩
– 该时刻船舶运动状态决定的水动力 – 该时刻以前的运动历史决定的水动力
其他原因引起的外力，如托缆力和风压力等；
2.2 操纵运动方程的线性化
水动力学数学模型
船舶静水中运动时的受力，采用一阶泰勒展开
2.2 操纵运动方程的线性化
第1章 船舶操纵基础理论
第一章船舶操纵基础理论通过本章的学习，要求学员概念理解正确，定义描述准确，对船舶操纵性能够正确评估，并具有测定船舶操纵性能的知识。
根据船舶操纵理论，操纵性能包括：1）机动性（旋回性能和变速运动性能）2）稳定性（航向稳定性）第一节船舶操纵运动方程为了定量地描述船舶的操纵运动，我们引入船舶操纵运动方程，用数学方法来讨论船舶的运动问题。
一、船舶操纵运动坐标系1．固定坐标系Ox0y0z0其原点为O，坐标分别为x0，y0，z0，由于我们仅讨论水面上的船舶运动，因此，该坐标系固定于地球表面。
作用于船舶重心的合外力在x0，y0轴上的投影分别为X0和Y0对z0轴的合外力矩为N2． 运动坐标系Gxyz其原点为点G （船舶重心），坐标分别为x ，y ，z ，该坐标系固定于船上。
这主要是为了研究船舶操纵性的方便而建立的坐标系。
x ，y ，两个坐标方向的运动速度分别为u 和v ，所受的外力分别为X 和Y ，对z 轴的转动角速度为r ，z 轴的外力矩为N 。
二、 运动方程的建立根据牛顿关于质心运动的动量定理和动量矩定理，船舶在水面的平面运动可由下列方程描述：y 0⎪⎩⎪⎨⎧===ϕZ og o og o I N y m Y x m X该式一般很难直接解出。
为了方便，将其转化为运动坐标系表示，这样可以使问题大为简化。
经过转换，得：⎪⎩⎪⎨⎧=+=-=r I N ur vm Y vr u m X Z )()( 该方程看似复杂，但各函数和变量都与固定坐标系没有关系，因此，可以使问题大为简化。
三、 水动力和水动力矩的求解对于上述方程中的水动力和水动力矩可表示为：⎪⎩⎪⎨⎧===),,,,,,(),,,,,,(),,,,,,(δδδr v u r v u f N r v ur v u f Y r v u r v u f X N Y X经过台劳级数展开，可得X ，Y ，N 对各自变量的偏导数，称为水动力导数和水动力矩导数，它们可以通过船模试验求得。
《船舶操纵》课件
船舶操纵的基本原则
01
遵守国际海上避碰规则 ，确保船舶之间的安全 避让。
02
根据船舶的装载状态、 吃水、风流影响等因素 ，合理调整船速和航向 。
03
注意观察周围环境和条 件，及时采取必要的措 施应对突发情况。
04
保持船员良好的心理状 态，避免因紧张或疏忽 导致的操作失误。
PART 02
船舶操纵性能
、航速、航向等因素，以便更好地进行避让操作。
船舶的应急操纵
总结词
应急操纵是船舶在紧急情况下采取的特殊操纵方式， 要求驾驶员熟悉应急操纵程序和方法，确保船舶在紧 急情况下能够安全脱险。
详细描述
应急操纵是船舶在紧急情况下采取的特殊操纵方式， 要求驾驶员熟悉应急操纵程序和方法。在应急操纵中 ，驾驶员需要保持冷静，迅速判断情况并采取适当的 措施。例如，在失火、碰撞等紧急情况下，驾驶员需 要迅速停车、倒车、转向等操作，以避免危险扩大。 此外，驾驶员还需要了解各种应急设备的使用方法， 如消防器材、救生设备等，以便在紧急情况下能够正 确使用。
PART 05
船舶操纵安全与管理
船舶操纵安全制度与规则
船舶操纵安全制度
为确保船舶操纵安全，必须制定和遵 守相关制度，包括航行制度、停泊制 度、作业制度等。
船舶操纵规则
遵循国际海事组织（IMO）和国内海 事管理机构制定的船舶操纵规则，确 保船舶在航行、停泊和作业过程中的 安全。
船舶操纵安全检查与评估
船舶操纵包括船舶推进、转向 、减速、停车和倒车等基本操 作。
Байду номын сангаас
船舶操纵是航海技术的重要组 成部分，是航海人员进行船舶 驾驶和操作的基本技能。
船舶操纵的重要性
船舶操纵是保证船舶 安全航行和作业的重 要手段。
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– 一般船舶重心漂角大约在615°之间，超大型船舶最大 可达到25°左右。漂角越大 的船舶，其旋回性越好，旋 回直径也越小。
2.转心（pivoting point）
• 定义：
– 旋回运动可视为以一定的速度前进的 同时绕通过某一点的竖轴而，这一点 就是转心，通常以P代表之。 – 从几何学上讲，转心P的位置是旋回 圈的曲率中心O作船舶首尾面的垂线 的垂足。
第二阶段 （过渡阶段）
• 过渡阶段：转舵结束起到船舶进入定 常回转运动为止的动态过程 • 受力情况：随船舶横移、漂角增大， 作用于船体的流体力和力矩增大； • 运动特点 ： 斜航运动； 旋回加速； 纵向速度下降； 内倾渐渐向外倾变化。
第三阶段(定常阶段)
• 定常阶段（steady turning） : 受力与运动处于稳定状态 • 受力情况：作用于船体的力和 力矩将最后达到平衡。 • 运动特点 ： 船舶以一定的横向速度和回转 速度绕固定点作定常回转运动。 船舶的横向运动为外倾
• 位置：
– 转心的位置大约在离船首柱后 1/3 ～ 1/5 船长处，也可能出于船首前某一 点。旋回性能越好、旋回中漂角 β 越 大的船舶，旋回时转心越靠近船首。
3. 旋回中的降速
• 降速原因：
– 舵阻力增加； – 船体的斜航阻力增加与旋回初径DT有密切的关系，DT/L 值越小，旋回性越好，降速越显著。 – 主机特性，推进效率降低
船舶值班、操纵与避碰
主讲：赵月林
课程简介
• 课程包括：
– 《船舶操纵》 – 《船舶值班与避碰》 – 《雷达标绘》
• 适任考试 《船舶值班与避碰》972：
– – – – 避碰：60% 值班：10% 操纵：26% 定线：4%
船舶操纵
• 船舶操纵：在人、船、环境系统中，操船者利用 船舶本身或其他手段如车、舵、锚、缆、拖轮等， 以保持或改变船舶运动状态为目的而进行的必要 观察、判断、指挥、实施等。
大小：
– 拖轮为1/20～1/25，渔船为1/30～1/40；高速货船为1/35～1/40； 大型油轮一般仅为1/65～1/75；一般货船为1/45～1/60。
5．推进器及舵类型
装配双车双舵的船舶能够获得更大的舵力及舵里 转船力矩，旋回性能优于单车舵船舶； 某些船舶可能装备特殊的推进器及舵装置，性能 各异，如装备ZP的拖轮可原地掉头。
船舶操纵任务
• 常规航行：小舵角保向或中舵角转向；
• 进出港操纵：锚泊、系浮筒、靠离码头、 掉头等； • 应急操纵：紧急旋回或停船、搁浅或碰撞 时的操纵、落水人员救助等； • 恶劣条件：大风浪中、避离台风操纵等。
任务要求
• 了解船舶（船体）的操纵特性 ----了解操纵对象的性质 • 了解船舶操纵设备的性能和特性 ----了解操纵设备的性质 • 了解船舶在不同外界环境中的操纵特性 外界环境: 风、流、浪 • 学习船舶在港内、狭水道中操纵的方式方法 • 特殊环境下的操船 ----完善操纵装置 提高操纵人员的水平
2.进距（Advance）
DT
• 定义：
– 进距也称纵距，是指从 从转舵开始时刻船舶重 心Ｇ点所在的位置，至 船首转向900时船舶纵 中剖面的距离。
Lk
Tr
V
b
Ad
V D0 Re
b
• 大小：
– 约为3~4L，约为旋回初 径DT的0.6～1.2倍， Ad 表示船舶对操舵反映得 快慢，即应舵速度。
3.横距（Transfer）
4. 横倾（list）
4. 横倾（list）
• 影响因素：
– 船舶旋回横倾大小与船速、所操的舵角、船舶的 旋回性能和船舶的初稳性高度GM等有关。
• 注意事项：
– 操船过程中应特别注意回转突倾，避免用急舵特 别是急回舵。 – 1999年10月17日盛鲁轮在避让渔船时因操舵造成 横倾过大，引起汽车碰撞起火，最后沉没。
Lk
Tr
V
b
• 大小：
– D0大约为旋回初径DT的 0.9～1.2倍。
Ad
V D0 Re
b
6. 滞距（Reach）
DT
• 定义：
– 亦称心距。从发令位 置起，船舶重心至定 常旋回曲率中心的纵 向距离。
Lk
Tr
V
b
• 大小：
– Re大约为1～2L，表 示操舵后到船舶进入 旋回的“滞后距离”， 也是衡量船舶舵效的 标准之一。
8．船速
船速对船舶旋回时间影响显著； 船速对旋回初径大小的影响呈 现较为复杂的情况：
b
二、旋回圈及旋回圈要素
DT Tr V
b
• 旋回圈要素：
表征旋回圈大小的 几何要素 .
Lk
• 包括：
反移量、进距、横 距、 旋 回 初 径 、 旋回直径、滞距等
Ad
V D0 Re
b
1.反移量（Kick）
DT
• 定义：
– 亦称偏距，是指船 舶重心在旋回初始 阶段向操舵相反一 舷横移的最大距离。
Ad Lk
运动变量历时曲线
v v
r r
v
r
v
r
过渡阶段 转舵阶段 定常阶段
t
二、旋回圈及旋回圈要素
DT Tr V
b
• 旋回圈 (turning circle) ：
– 定速直航（一般为全 速）时，操一定的舵 A 角（一般为满舵）后， 其重心 G 的运动轨迹 叫做旋回圈。
d
Lk
V D0 Re
船舶旋回运动过程分析 旋回圈（turning circle）及旋回圈要素 旋回运动的运动要素 影响旋回圈大小的因素 旋回圈要素在实际操船中的应用
一 、 船舶旋回运动过程
• 船舶以一定航速直进当中操某一舵角并保持之， 船舶将进入旋回过程。根据船舶在旋回运动过程 中所受外力特点之变化，以及运动状态之不同， 可将船舶旋回过程划分为三个阶段： – 转舵阶段 – 过渡阶段 – 定常阶段
Tr Lk
Байду номын сангаас
V
b
Ad
V D0 Re
• 大小：
– 一般约为3~6L，回 转性较差船舶可达 7~8L。 DT值越小， 则回转性越好。
b
4.旋回初径
船舶种类
• 应用：
– 在航海实践中，旋 回圈的大小常常用 其旋回初径DT表示。 – 采用其旋回初径与 其船长L（一般为 两柱间长）的比值 DT／L来表示，称 为相对旋回初径。
DT／L
5~6.5
4~5 2.5~7.5 7.5~8.0
大型货船
中小型货船 油轮 大型远洋客船
中小型海上客船
大型客货船 中小型客货船
4~5
5~7 4~5
拖轮
巡洋舰 驱逐舰 潜艇
1.5~3
3~5 5~10 3~5
5.旋回直径
DT
• 定义：
– Final diameter 旋回直径是指船舶作定 常旋回时重心轨迹圆的 直径，亦称旋回终径或 定常旋回直径。
K
K
Y C
转舵阶段
过度阶段
定常阶段
第一阶段（转舵阶段）
• 转舵阶段: 从转舵开始到舵转至规定角度 为止，时间很短(约15s) • 受力情况：由舵角引起横向力和力矩， 使船产生横向加速度和回转角加速度。 • 运动特点 ： 由于船体本身的惯性很大，还来不及产生 明显的横向速度和回转角速度； 船舶重心G操舵相反一舷的小量横移； 船舶横向向操舵一舷倾斜（内倾）；
Ad
V D0 Re
b
三、船舶旋回运动要素
• 表征船舶旋回运动状态的运动要素：
漂角； 转心； 旋回中的降速； 旋回中的横倾等，
• 运动要素与船舶的旋回性能有着密切的关 系。
1. 漂角（Drift angle）
• 定义：
– 船舶首尾线上某一点的线速 度与船舶首尾面的交角叫作 漂角，用β表示之。
• 大小：
Tr
V
b
V D0 Re
b
1.反移量（Kick）
• 大小：
– 通常，反移量值较小，其最大量在满载旋回时仅为船长 的1/2~1B左右。 – 但操船中应注意的是，船尾的反移量却不容忽视，其最 大量约为船长的1／10～1／5，约出现在操舵后船舶的 转头角达一个罗经点左右的时刻。
• 影响因素：
– 反移量的大小与船速、舵角、操舵速度、排水状态及船 型等因素有关；船速、舵角越大，反移量越大。
5. 旋回时间
• 旋回时间是指船舶旋回360°所需的时间。 它与船舶的排水量有密切关系，排水量大， 旋回时间增加。万吨级船舶快速满舵旋回 一周约需6min，而超大型船舶的旋回时间 则几乎要增加一倍。
四、影响旋回圈的因素
• 旋回圈的大小与船型、舵面积、所操舵角、 操舵时间、载态、水深、船速、船舶的纵 倾和横倾、螺旋桨转速等密切相关。另外， 受风、流的影响，旋回圈的大小也有很大 变化。
一 、 船舶旋回运动过程
转舵阶段
过度阶段
定常阶段
一 、 船舶旋回运动过程
mxG r mv
mxG r mu0 r mv mu0 r
G
Yr r Yv v
G
Yv v Yr r Y Yr r Yv v
G K
Y C Yv v Yr r
1．方形系数Cb
规律：
–
–
方形系数越大，船舶的 旋回性越好，旋回圈越 小。 实验结果：方形系数较 低 的 瘦 形 高 速 船 （ Cb≈0.6 ）较方形系数 较高的肥形船（ Cb≈0.8 ） 的旋回性能差得多。
2．长宽比（L/B）
规律：
L/B系数较大的瘦形高速船较L/B系数较小的肥形船的 旋回性能差得多。 是L/B系数较大的船舶旋回阻尼较大。
船舶操纵性
2.转心（pivoting point）
• 定义：
– 旋回运动可视为以一定的速度前进的 同时绕通过某一点的竖轴而，这一点 就是转心，通常以P代表之。 – 从几何学上讲，转心P的位置是旋回 圈的曲率中心O作船舶首尾面的垂线 的垂足。
第二阶段 （过渡阶段）
• 过渡阶段：转舵结束起到船舶进入定 常回转运动为止的动态过程 • 受力情况：随船舶横移、漂角增大， 作用于船体的流体力和力矩增大； • 运动特点 ： 斜航运动； 旋回加速； 纵向速度下降； 内倾渐渐向外倾变化。
第三阶段(定常阶段)
• 定常阶段（steady turning） : 受力与运动处于稳定状态 • 受力情况：作用于船体的力和 力矩将最后达到平衡。 • 运动特点 ： 船舶以一定的横向速度和回转 速度绕固定点作定常回转运动。 船舶的横向运动为外倾
• 位置：
– 转心的位置大约在离船首柱后 1/3 ～ 1/5 船长处，也可能出于船首前某一 点。旋回性能越好、旋回中漂角 β 越 大的船舶，旋回时转心越靠近船首。
3. 旋回中的降速
• 降速原因：
– 舵阻力增加； – 船体的斜航阻力增加与旋回初径DT有密切的关系，DT/L 值越小，旋回性越好，降速越显著。 – 主机特性，推进效率降低
船舶值班、操纵与避碰
主讲：赵月林
课程简介
• 课程包括：
– 《船舶操纵》 – 《船舶值班与避碰》 – 《雷达标绘》
• 适任考试 《船舶值班与避碰》972：
– – – – 避碰：60% 值班：10% 操纵：26% 定线：4%
船舶操纵
• 船舶操纵：在人、船、环境系统中，操船者利用 船舶本身或其他手段如车、舵、锚、缆、拖轮等， 以保持或改变船舶运动状态为目的而进行的必要 观察、判断、指挥、实施等。
大小：
– 拖轮为1/20～1/25，渔船为1/30～1/40；高速货船为1/35～1/40； 大型油轮一般仅为1/65～1/75；一般货船为1/45～1/60。
5．推进器及舵类型
装配双车双舵的船舶能够获得更大的舵力及舵里 转船力矩，旋回性能优于单车舵船舶； 某些船舶可能装备特殊的推进器及舵装置，性能 各异，如装备ZP的拖轮可原地掉头。
船舶操纵任务
• 常规航行：小舵角保向或中舵角转向；
• 进出港操纵：锚泊、系浮筒、靠离码头、 掉头等； • 应急操纵：紧急旋回或停船、搁浅或碰撞 时的操纵、落水人员救助等； • 恶劣条件：大风浪中、避离台风操纵等。
任务要求
• 了解船舶（船体）的操纵特性 ----了解操纵对象的性质 • 了解船舶操纵设备的性能和特性 ----了解操纵设备的性质 • 了解船舶在不同外界环境中的操纵特性 外界环境: 风、流、浪 • 学习船舶在港内、狭水道中操纵的方式方法 • 特殊环境下的操船 ----完善操纵装置 提高操纵人员的水平
2.进距（Advance）
DT
• 定义：
– 进距也称纵距，是指从 从转舵开始时刻船舶重 心Ｇ点所在的位置，至 船首转向900时船舶纵 中剖面的距离。
Lk
Tr
V
b
Ad
V D0 Re
b
• 大小：
– 约为3~4L，约为旋回初 径DT的0.6～1.2倍， Ad 表示船舶对操舵反映得 快慢，即应舵速度。
3.横距（Transfer）
4. 横倾（list）
4. 横倾（list）
• 影响因素：
– 船舶旋回横倾大小与船速、所操的舵角、船舶的 旋回性能和船舶的初稳性高度GM等有关。
• 注意事项：
– 操船过程中应特别注意回转突倾，避免用急舵特 别是急回舵。 – 1999年10月17日盛鲁轮在避让渔船时因操舵造成 横倾过大，引起汽车碰撞起火，最后沉没。
Lk
Tr
V
b
• 大小：
– D0大约为旋回初径DT的 0.9～1.2倍。
Ad
V D0 Re
b
6. 滞距（Reach）
DT
• 定义：
– 亦称心距。从发令位 置起，船舶重心至定 常旋回曲率中心的纵 向距离。
Lk
Tr
V
b
• 大小：
– Re大约为1～2L，表 示操舵后到船舶进入 旋回的“滞后距离”， 也是衡量船舶舵效的 标准之一。
8．船速
船速对船舶旋回时间影响显著； 船速对旋回初径大小的影响呈 现较为复杂的情况：
b
二、旋回圈及旋回圈要素
DT Tr V
b
• 旋回圈要素：
表征旋回圈大小的 几何要素 .
Lk
• 包括：
反移量、进距、横 距、 旋 回 初 径 、 旋回直径、滞距等
Ad
V D0 Re
b
1.反移量（Kick）
DT
• 定义：
– 亦称偏距，是指船 舶重心在旋回初始 阶段向操舵相反一 舷横移的最大距离。
Ad Lk
运动变量历时曲线
v v
r r
v
r
v
r
过渡阶段 转舵阶段 定常阶段
t
二、旋回圈及旋回圈要素
DT Tr V
b
• 旋回圈 (turning circle) ：
– 定速直航（一般为全 速）时，操一定的舵 A 角（一般为满舵）后， 其重心 G 的运动轨迹 叫做旋回圈。
d
Lk
V D0 Re
船舶旋回运动过程分析 旋回圈（turning circle）及旋回圈要素 旋回运动的运动要素 影响旋回圈大小的因素 旋回圈要素在实际操船中的应用
一 、 船舶旋回运动过程
• 船舶以一定航速直进当中操某一舵角并保持之， 船舶将进入旋回过程。根据船舶在旋回运动过程 中所受外力特点之变化，以及运动状态之不同， 可将船舶旋回过程划分为三个阶段： – 转舵阶段 – 过渡阶段 – 定常阶段
Tr Lk
Байду номын сангаас
V
b
Ad
V D0 Re
• 大小：
– 一般约为3~6L，回 转性较差船舶可达 7~8L。 DT值越小， 则回转性越好。
b
4.旋回初径
船舶种类
• 应用：
– 在航海实践中，旋 回圈的大小常常用 其旋回初径DT表示。 – 采用其旋回初径与 其船长L（一般为 两柱间长）的比值 DT／L来表示，称 为相对旋回初径。
DT／L
5~6.5
4~5 2.5~7.5 7.5~8.0
大型货船
中小型货船 油轮 大型远洋客船
中小型海上客船
大型客货船 中小型客货船
4~5
5~7 4~5
拖轮
巡洋舰 驱逐舰 潜艇
1.5~3
3~5 5~10 3~5
5.旋回直径
DT
• 定义：
– Final diameter 旋回直径是指船舶作定 常旋回时重心轨迹圆的 直径，亦称旋回终径或 定常旋回直径。
K
K
Y C
转舵阶段
过度阶段
定常阶段
第一阶段（转舵阶段）
• 转舵阶段: 从转舵开始到舵转至规定角度 为止，时间很短(约15s) • 受力情况：由舵角引起横向力和力矩， 使船产生横向加速度和回转角加速度。 • 运动特点 ： 由于船体本身的惯性很大，还来不及产生 明显的横向速度和回转角速度； 船舶重心G操舵相反一舷的小量横移； 船舶横向向操舵一舷倾斜（内倾）；
Ad
V D0 Re
b
三、船舶旋回运动要素
• 表征船舶旋回运动状态的运动要素：
漂角； 转心； 旋回中的降速； 旋回中的横倾等，
• 运动要素与船舶的旋回性能有着密切的关 系。
1. 漂角（Drift angle）
• 定义：
– 船舶首尾线上某一点的线速 度与船舶首尾面的交角叫作 漂角，用β表示之。
• 大小：
Tr
V
b
V D0 Re
b
1.反移量（Kick）
• 大小：
– 通常，反移量值较小，其最大量在满载旋回时仅为船长 的1/2~1B左右。 – 但操船中应注意的是，船尾的反移量却不容忽视，其最 大量约为船长的1／10～1／5，约出现在操舵后船舶的 转头角达一个罗经点左右的时刻。
• 影响因素：
– 反移量的大小与船速、舵角、操舵速度、排水状态及船 型等因素有关；船速、舵角越大，反移量越大。
5. 旋回时间
• 旋回时间是指船舶旋回360°所需的时间。 它与船舶的排水量有密切关系，排水量大， 旋回时间增加。万吨级船舶快速满舵旋回 一周约需6min，而超大型船舶的旋回时间 则几乎要增加一倍。
四、影响旋回圈的因素
• 旋回圈的大小与船型、舵面积、所操舵角、 操舵时间、载态、水深、船速、船舶的纵 倾和横倾、螺旋桨转速等密切相关。另外， 受风、流的影响，旋回圈的大小也有很大 变化。
一 、 船舶旋回运动过程
转舵阶段
过度阶段
定常阶段
一 、 船舶旋回运动过程
mxG r mv
mxG r mu0 r mv mu0 r
G
Yr r Yv v
G
Yv v Yr r Y Yr r Yv v
G K
Y C Yv v Yr r
1．方形系数Cb
规律：
–
–
方形系数越大，船舶的 旋回性越好，旋回圈越 小。 实验结果：方形系数较 低 的 瘦 形 高 速 船 （ Cb≈0.6 ）较方形系数 较高的肥形船（ Cb≈0.8 ） 的旋回性能差得多。
2．长宽比（L/B）
规律：
L/B系数较大的瘦形高速船较L/B系数较小的肥形船的 旋回性能差得多。 是L/B系数较大的船舶旋回阻尼较大。
船舶操纵性