第一章 船舶操纵性能3123
船舶操纵习题集
船舶操纵习题集（杲）第一章船舶操纵性能一、知识点1.船舶操纵性能船舶操纵性能包括船舶变速性能、旋回性能、航向稳定性和保向性、船舶操纵性指数(K、T指数)的物理意义及其与操纵性能的关系、船舶操纵性试验和IMO船舶操纵性衡准的基本内容。
2.船舶变速性能船舶变速性能包括船舶启动性能、船舶停车性能、倒车停船性能及影响倒车冲程的因素和船舶制动方法及其适用。
3.船舶旋回性能船舶旋回性能包括船舶旋回运动二个阶段及其特征、旋回圈及旋回要素的概念(旋回反移量、滞距、纵距、横距、旋回初径、旋回直径、转心、旋回时间、旋回降速、横倾等)、影响旋回性的因素和旋回圈要素在实际操船中的应用(反移量、旋回初径、进距、横距、旋回速率在实际操船中的应用，舵让与车让的比较)。
4.航向稳定性和保向性航向稳定性和保向性包括航向稳定性的定义及直线与动航向稳定性、航向稳定性的判别方法、影响航向稳定性的因素、保向性与航向稳定性的关系和影响保向性的因素。
5.船舶操纵性试验船舶操纵性试验包括旋回试验的目的、测定条件、测定方法，冲程试验的目的、测定条件、测定方法，以及Z形试验的目的和试验方法。
二、练习题(一)选择题(请选择一个正确或最合适的答案)1.船舶启动过程中，为保护主机。
A.先开高转速，在船速达到与转速相应的船速时再逐级减小转速B.先开低转速，在船速达到与转速相应的船速时再逐级加大转速C.先开低转速，在螺旋桨转动起来后就开高转速D.先开低转速，在转速达到相应的转速时再逐级增大转速2.船舶由静止状态进车，达到相应稳定航速的前进距离。
A.与船舶排水量成正比，与相应稳定船速的平方成正比B.与船舶排水量成正比，与相应稳定船速的平方成反比C.与船舶排水量成反比，与相应稳定船速的平方成正比D.与船舶排水量成反比，与相应稳定船速的平方成反比3.船舶由静止状态进车，达到相应稳定航速的前进距离。
A.与船舶排水量成正比，与达到相应稳定航速时的螺旋桨推力成正比B.与船舶排水量成正比，与达到相应稳定航速时的螺旋桨推力成反比C.与船舶排水量成反比，与达到相应稳定航速时的螺旋桨推力成正比D.与船舶排水量成反比，与达到相应稳定航速时的螺旋桨推力成反比4.船舶由静止状态进车，达到相应稳定航速的时间。
《船舶操纵》课件
若转头角大，则认为舵效好，否则，舵效就差。 2)影响舵效的主要因素以及提高舵效的措施 (1)舵角：
因为舵角的大小直接影响转船力矩和转头角的大 小，所以加大舵角是提高舵效的有效措施。 (2)舵速：
舵速是由船速、伴流和螺旋桨排出流流速三部分 组成。船舶在低速航行中，当需要大角度转向时， 则可加大螺旋桨转速，提高滑失比，增大排出流流 速以提高舵效。
指船舶倒车时的最大输出功率。
上述输出功率的相互比例，将因主机的种类和 新旧程度不同而不同，一般情况下如下表所示。
种类
输出功率比
最大持续输出功率
100％
常用(海上)输出功率 80％～90％
过载(应急)输出功率 105％～110％
倒车输出功率
40％～60％
进港航行或雾航时往往需要备车，此时的
输出功率也称备车输出功率，通常约为最大持
1)偏移或反移量Lk：
是船舶重心在旋回初始阶段向操舵相反一舷 横移的距离。满载时其最大值约为船长的1％左 右，但船尾的反移量较大，其最大值约为船长的 1／lO～l／5，并且该值约出现在转头角达一个 罗经点左右时。
2)进距Ad：
是开始操舵到航向转过任何一角度时，重心 所移动的纵向距离。旋回资料中提供的纵距，通 常特指航向转过90°时的进距。在此基础上，如 再转过相当于漂角度数的位置处，将出现船舶在 原航向上的最大纵移距离，称为最大进距，其值 约为旋回初径的O.85～1.O倍。
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船舶操纵
第一章 船舶操纵性能
第一节 船速与冲程
一、船速与阻力、推力的关系 1.船舶阻力
R =R。+△R R。=Rf+Rr=Rf+Re+Rw △R =RF+RA+Ax+RR
第一章 船舶的操纵性能
影响旋回圈大小的因素
⑼横倾
①低速时，向低舷侧旋回，旋回圈小； ②高速时，向高舷一侧旋回，旋回圈小。
⑽ 浅水影响
由于浅水中阻力明显增大，转船力矩下降，因此，旋 回圈在其他条件相同时随着水深的变浅而逐渐增大。 当H/d < 2时，旋回圈将明显增大； 当H/d < 1.2时，旋回圈将急剧增大。
影响旋回圈大小的因素
影响旋回圈大小的因素
⑸舵面积比（AR/Lpp×d）
AR/Lpp×d大，旋回圈减小 。
⑹船速
①.商船速度范围内，船速对旋回初径的影响却很小。 ②.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，旋回圈将减小 。
影响旋回圈大小的因素
⑺吃水
吃水d大的船进距、横距、旋回初径有所增加，反移则 有所减小。
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； 横移速度和漂角增大； 旋回加速(角速度增大，角加速度减小)； 纵向速度下降； 内倾渐渐向外倾变化。
第三阶段(定常阶段)
第一章：船舶的操纵性能
青岛远洋船员职业技术学院
船舶操纵性
船舶操纵性能（maneuverability）是指船 舶对驾引人员实施操纵的响应能力总称 船舶操纵性能内容:
船舶的旋回性Turning ability ； 船舶航向稳定性与保向性（ course -keeping
ability） ； 船舶的停船性能（stopping ability ）； 船舶的转头惯性抑制性能（Yaw-checking ability ）等。
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。
船舶操纵性能
第一章船舶操纵性能第一节船舶变速运动性能船舶出于避碰、狭水道及港内航行或驶往泊地的需要而改变螺旋桨的转速和方向，进行启动、变速、停车、倒车操纵。
转速和方向改变后直至达到新的定常运动状态之前，存在着一段加速或减速运动的过程，该段过程称为变速运动过程，也称船舶惯性。
衡量船舶变速运动特性有两个重要指标，一是船舶完成变速运动所航进的路程，称为冲程；另一是完成变速运动所需的时间，称为冲时。
一、船舶启动性能船舶在静止状态中开进车，直至达到与主机输出功率相应的稳定船速前的变速运动，称为船舶起动变速运动。
在起动变速过程中，螺旋桨推力T与船舶阻力R之差，是船舶产生加速运动的动因。
由于启动后推力增加较快，而船速增加则较为缓慢，因此要注意合理用车。
即分段逐级加车，待达到相应转速的船速时，再提高用车的级别，以免主机超负荷工作。
完成启动变速运动所需的时间t和航进的路径s可用下列关系式估算。
W·V0t ≈ 0.004 ————R0W·V02s ≈ 0.101 ————R0式中，V0为最终定常速度，单位为kn；W为船舶实际排水量，单位为t；R0为达到最终定常速度V0时的船舶阻力；计算出的t单位为min；计算出的S单位为m。
根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到海上速度，满载船舶约需航进20L左右的距离，轻载时约为满载的1/2~2/3。
二、船舶减速性能船舶以一定常速度（全速或半速）行驶中采取停车措施后，直至降到某一余速（2kn~4kn）前的变速运动称为船舶停车变速运动。
主机停车后，推力急剧下降到零。
开始时，船速较高，阻力也大，速降很快；但当速度减小后，阻力也随之减小，速降越来越慢，船很难完全停止下来，且在水中亦很难判断。
所以，通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算所需时间和船舶航进路程的标准。
主机停车后的时间、速度及航进路程存在如下关系。
达到速度V时所需的时间：W·V02 1 1t = 0.00105 —————（—— - ——）R0V V0达到速度V时所航进的路程：W·V02V0s = 0.075 ————— ℓn （——）R0V式中：R0为速度V0时船舶所受阻力，单位为t；W为船舶实际排水量，单位为t；t 的单位为min；S为m；速度单位为kn。
船舶操纵性能
B .转向角速度较小，角加速度较小D .转向角速度较大，角加速度较小B .横移速度较小，横移加速度较大D .横移速度较大，横移加速度较小第一章船舶操纵性能0001船舶以一定的速度直航中操一定的舵角并保持之，船舶进入回转运动的性能称为A .船舶的保向性能B .船舶的旋回性能C •船舶的变速性能D •船舶的改向性能0002直航船操一定舵角后，其转舵阶段的一 A .转向角速度较小，角加速度较大 C .转向角速度较大，角加速度较大0003直航船操一定舵角后，其转舵阶段的一 A .横移速度较小，横移加速度较小 C .横移速度较大，横移加速度较大0004 直航船操一定舵角后，其过渡阶段的一 A •横移速度为变量，横移加速度为常量 B •横移速度为常量，横移加速度为变量 C •横移速度为变量，横移加速度为变量 D •横移速度为变量，横移加速度为常量0005直航船操一定舵角后，其过渡阶段的一A .转向角速度为变量，角加速度为常量D .转向角速度为变量，角加速度为常量0006直航船操一定舵角后，其定常旋回阶段的一一。
A .转向角速度为常量，角加速度为变量B .转向角速度为变量，角加速度为零C .转向角速度为变量，角加速度为变量0007直航船操一定舵角后，其定常旋回阶段的一一。
A .横移速度为常量，横移加速度为变量B .横移速度为变量，横移加速度为零C .横移速度为变量，横移加速度为变量0008船舶在旋回运动过程中，其首、尾转动情况为一一。
C .船首向操舵一侧转动，船尾向操舵一侧转动D .船首向操舵相反一侧转动，船尾向操舵相反一侧转动0009船舶在旋回运动过程中，其首、尾转动量的大小与重心旋回轨迹相比较,A .船首比船尾向操舵相反一侧转动量大B .船尾比船首向操舵相反一侧转动量大C .船首比船尾向操舵一侧转动量大D .船尾比船首向操舵一侧转动量大0010旋回圈是指直航中的船舶操左（或右）满舵后一- A .船尾端描绘的轨迹B .重心描绘的轨迹C .转心户描绘的轨迹D .船首端描绘的轨迹0011驾驶台展示的船舶操纵性资料中，其旋回圈一一。
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第一章船舶操纵性能第一节船舶变速运动性能船舶出于避碰、狭水道及港内航行或驶往泊地的需要而改变螺旋桨的转速和方向，进行启动、变速、停车、倒车操纵。
转速和方向改变后直至达到新的定常运动状态之前，存在着一段加速或减速运动的过程，该段过程称为变速运动过程，也称船舶惯性。
衡量船舶变速运动特性有两个重要指标，一是船舶完成变速运动所航进的路程，称为冲程；另一是完成变速运动所需的时间，称为冲时。
一、船舶启动性能船舶在静止状态中开进车，直至达到与主机输出功率相应的稳定船速前的变速运动，称为船舶起动变速运动。
在起动变速过程中，螺旋桨推力T与船舶阻力R之差，是船舶产生加速运动的动因。
由于启动后推力增加较快，而船速增加则较为缓慢，因此要注意合理用车。
即分段逐级加车，待达到相应转速的船速时，再提高用车的级别，以免主机超负荷工作。
完成启动变速运动所需的时间t和航进的路径s可用下列关系式估算。
W·V0t ≈ 0.004 ————R0W·V02s ≈ 0.101 ————R0式中，V0为最终定常速度，单位为kn；W为船舶实际排水量，单位为t；R0为达到最终定常速度V0时的船舶阻力；计算出的t单位为min；计算出的S单位为m。
根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到海上速度，满载船舶约需航进20L左右的距离，轻载时约为满载的1/2~2/3。
二、船舶减速性能船舶以一定常速度（全速或半速）行驶中采取停车措施后，直至降到某一余速（2kn~4kn）前的变速运动称为船舶停车变速运动。
主机停车后，推力急剧下降到零。
开始时，船速较高，阻力也大，速降很快；但当速度减小后，阻力也随之减小，速降越来越慢，船很难完全停止下来，且在水中亦很难判断。
所以，通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算所需时间和船舶航进路程的标准。
主机停车后的时间、速度及航进路程存在如下关系。
达到速度V时所需的时间：W·V02 1 1t = 0.00105 —————（—— - ——）R0V V0达到速度V时所航进的路程：W·V02V0s = 0.075 ————— ℓn （——）R0V式中：R0为速度V0时船舶所受阻力，单位为t；W为船舶实际排水量，单位为t；t 的单位为min；S为m；速度单位为kn。
第一章船舶操纵性能
主机功率
1．机器功率MHP：机器功率是指主机发出的功率。蒸 汽机主机常用指示功率IHP，IHP指主机在气缸内产生 的功率。内燃机主机常用制动功率BHP，BHP指输出 于主机之外可实际加以利用的功率；汽轮机主机常用 轴功率SHP，SHP指传递到与螺旋桨尾轴相连接的中间 轴上的功率；
第一阶段：
速度下降；转向角速度小；加速度大；横移 速度小；内倾；反移量。
-( mv&+mxGr&)
G Yv&v&+Yr&r& K
Yd d
转舵阶段
mv&+mxGr&+mu0r
G
Yvv + Yr r +
K
Yv&v&+Yr&r&
Yd d C
过度阶段
mu0r
G
Yv v +Yr r
K
Yd dC
定常阶段
一、船速
1.航行阻力（resistance） 航行阻力 R 包括基本阻力R0 和附加阻力 △R R = R0 + △R 1）基本阻力R0 刚出坞新裸体船（不包括附体）在平静水面行驶 时水对船体产生的阻力。
基本阻力包括: 摩擦阻力Rf(frictional resistance)取决于船速和船
和船速有关。低速时剩余阻力通常占总阻力的 8~25%，高速时为45~60%。
基本阻力的大小主要与船速和吃水有关。吃水越
船舶操纵性能
第一章船舶操纵性能第一节船舶变速运动性能船舶出于避碰、狭水道及港内航行或驶往泊地的需要而改变螺旋桨的转速和方向，进行启动、变速、停车、倒车操纵。
转速和方向改变后直至达到新的定常运动状态之前，存在着一段加速或减速运动的过程，该段过程称为变速运动过程，也称船舶惯性。
衡量船舶变速运动特性有两个重要指标，一是船舶完成变速运动所航进的路程，称为冲程；另一是完成变速运动所需的时间，称为冲时。
一、船舶启动性能船舶在静止状态中开进车，直至达到与主机输出功率相应的稳定船速前的变速运动，称为船舶起动变速运动。
在起动变速过程中，螺旋桨推力T与船舶阻力R之差，是船舶产生加速运动的动因。
由于启动后推力增加较快，而船速增加则较为缓慢，因此要注意合理用车。
即分段逐级加车，待达到相应转速的船速时，再提高用车的级别，以免主机超负荷工作。
完成启动变速运动所需的时间t和航进的路径s可用下列关系式估算。
W·V0t ≈0.004 ————R0W·V02s ≈0.101 ————R0式中，V0为最终定常速度，单位为kn；W为船舶实际排水量，单位为t；R0为达到最终定常速度V0时的船舶阻力；计算出的t单位为min；计算出的S单位为m。
根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到海上速度，满载船舶约需航进20L左右的距离，轻载时约为满载的1/2~2/3。
二、船舶减速性能船舶以一定常速度（全速或半速）行驶中采取停车措施后，直至降到某一余速（2kn~4kn）前的变速运动称为船舶停车变速运动。
主机停车后，推力急剧下降到零。
开始时，船速较高，阻力也大，速降很快；但当速度减小后，阻力也随之减小，速降越来越慢，船很难完全停止下来，且在水中亦很难判断。
所以，通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算所需时间和船舶航进路程的标准。
主机停车后的时间、速度及航进路程存在如下关系。
达到速度V时所需的时间：W·V02 1 1t = 0.00105 —————（——-——）R0V V0达到速度V时所航进的路程：W·V02V0s = 0.075 —————ℓn （——）R0V式中：R0为速度V0时船舶所受阻力，单位为t；W为船舶实际排水量，单位为t；t 的单位为min；S为m；速度单位为kn。
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污底多＜ 污底少。
（1）倒车制动法： 高、低速均可适用→全部水域→用拉力进行制动 (拉力型) ，但大型船港内要慎用。因倒车时偏航量和 偏航角大。利用倒车拉力及旋回降速，拉、阻结合型。 注意：适合在狭水道使用。 紧急避让：制动纵距 ＞进距 舵让 （高速） 制动纵距 ＜进距 车让 （低速）
注意：偏航角ψ及偏航量DL。
CPP船换向快冲程S小， FPP船换向慢冲程大， CPP（RT）=60～80%FPP（RT）
（3）排水量△： 排水量大，停船距离长； 压载的倒车冲程为满载的40%~50%左右。 右旋单桨船倒车制动压载状态较满载状态右偏角量小。 （4）船速:当其他条件相同时 ,船速VS↑→S ↑。 （5）其他因素：风、流：S顺＞S顶； 浅 ＜ 深；
轻载约为满载 ½~2/3（即10~13倍船长）
一、定义：从主机停车到船对水停止移动所需的时间和距离 称停车惯性。 *降速过程 *船对水停止移动一般以维持舵效的最低航速
万吨船 2kn 超大型 3.2kn
主机刚停车→VS还较大、阻力大→速度下降率↑； 随着VS↓→速度下降率↓
船舶在减速过程中，船速由V 0 递减到V 1 时，各瞬时速度的 变化为开始递减快，随后呈非线性递减
一、船舶的启动性能
1、定义：船舶从静止状态 → 进车，使船舶达到与主机 功率相 应的稳定速度，完成这个过程所需的时间 （t）和航进距离(s)称启动惯性。
正确操作：逐步提高螺旋桨转速，由微速进，进一，进 二，进三，逐步进行，先低转速，在船速达到转速相应 的船速时，再逐渐加大。 当n一定时,当T＞R、船舶作加速运动 当T=R，船舶作匀速运动
最短纵向距离，RT＞RH。
（3）制动横距（RS）：船舶重心偏离原航向的横向距离， 也称偏航量，压载→RS小，偏航角小。 满载：停船时间长，偏航量和偏航角大 ； 大型船偏航角达100—1800（最大2000）。
影响紧急停船距离的因素有：
（1）主机倒车效率和换向时间 ：倒车功率大，冲程S小 换向时间长 →冲程S 大 （VLCC，因汽轮机换向时间长,倒车功率比常用功率比例 低, 冲程S 大 ） （2）推进器种类
第一节 船舶变速运动性能
船舶惯性定义：具有维持其原来运动状态的特性， （启动、加速、 停车、倒车）船舶从一种定常运动 到另一种定常运动状态的过程中需经一段时间(冲 时),航行一段距离(冲程)这种性质称为船舶惯性
衡量标准： 冲程：完成变速过程中的所航进的距离（S） 冲时：完成变速过程中所需的时间（t） 分类 :启动惯性,停车惯性,倒车惯性
1、停车冲程经验估算式 ：
V V0 2
VC
VC
S 0.024c V0 (1 2
)
S 0 0.024C V0
S0停车冲程(海里) V0初速kn ,C减速时间常数min
C为减速时间常数，随排水量不同而不同，C越小，减速越快
（船舶停车后，船速每递减1/2所需的时间）单位为min. C越小 减速越快 1万吨——4分钟
（2） Z型操纵制动法：→高速（通过左右满舵→同 时减速和倒车）
(3)满舵旋回制动法： →高速（使VS↓适合较宽水域 增加阻力型） 特点：操作简便不需要动车（适合大型船） 水域大→用舵让；水域小→用车让； (4)拖锚制动法 ： 适用DWT＜1万吨以下船，大型船不适用。 （VS ＜2～3Kn 港内增加阻力）。 大型船因锚机刹车力不足，而不采用此法。 (5)拖轮协助制动法：低速（VS＜6～7 kn→港内水域） (6)辅助装置制动法(增加阻力型 )：高速船舷拖曳阻力鳍（flap） →较宽水域，目前属开发研究项目。
启动后→ 定常速度V0，所需时间t0及航进距离S0的近似式：
v0 t0 0.004 R0
v0 S 0 0.101 R0
2
t0单位为：min s0单位为m 、排水量单位为t ， V0单位为Kn R0 为船舶达到定 常速度前进时的阻力单位t
满载船由静止级加车，速度达到海上速度时约需20L）
V02 s 0.0121 R0
载重量
船舶种类
主机 最短停船距离
1万吨
5万吨 10万吨 15—20万吨
普通货船
货轮 油轮 油轮
内燃机
内燃机 汽轮机 汽轮机
6—8L
8—10 L 10—13L 13—16L
现代大型船舶船速快，倒车冲程明显增大，应特别引起重视。
三、船舶倒车停船性能及其影响因素（FPP单车船）
减速时间常数
12万吨——15分钟
比如，1万吨的船：
16kn 8kn 4kn 2kn 1kn
4分钟
4分钟
4分钟
4分钟
经验:常速航行的船舶，主机停车后，船速降至2Kn时，其停车冲 程： 一般货船 S = 8 ~ 20L (经验)
VLCC： 停车到VS = 3kn S = 23L
定义：全速前进中开后退三，从发令起到船对水停止移动所需 的时间t和前冲距离S,称最短距离或紧急停船距离,又称倒车惯性。
G
原航向
Ψ首偏角
倒车开始
倒车指令
制动横距
1） 制动行程（RT）在实船冲程测定试验中IMO: RT≤15L 实际所测得的“最短停船距离”（船舶运动轨道的轨迹）； （2）制动纵距（RH）船舶重心沿原航向移动的距离， 它是估算紧急避让时，用车紧急停船能让开前方障碍物的
主机换向时间：柴油机船 90-120s
汽轮机船 120-180s 蒸汽机船 60-90s 停车方式：① 切断油门（燃油）使船速下降在下降到全速的 60%—70%时；
②压缩空气到汽缸强制停车；
③再供燃油，作倒车启动。
1、倒车停船时间和冲程的估算法 ：
lovett 估算法 ：
V0 t 0.00089 R0