船舶运动学重要概念、简答(操纵性、耐波性)

首向角：船舶纵剖面与OoXo轴的交角。漂角：重心速度与GX轴正方向夹角。航速角：重心瞬时速度矢量与OoXo轴夹角。

船舶操纵性是指船舶按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能，即船舶能保持或改变其航速、航向和位置的性能。包括小舵角的航向稳定性、中舵角的航向机动性和大舵角的紧急规避性。内容如下：1. 航向稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。2．回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。3．转首性和跟从性：表示船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。4. 停船性能：船舶对惯性停船和盗车停船的相应性能。

枢心：回转时漂角为零点、横向速度为零的点。

附加惯性力：作不定常运动的船舶，除本身受到与加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度，根据作用与反作用力原理，水对船体存在反作用力，这个力称为。

附加质量：附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为。

水动力导数：位置导数 Yv ,Nv：船体受到一个升力Y

v，船体首部和尾部长力方向一致，

v

都都指向v的负方向，因此合力是一个较大的负值，Yv是一个较大的负值，而水动力矩由于首尾作用相抵消，其绝对值不会很大，因机翼的水动力中心在形成之前，首部作用占优，Nv是一个不大的负值。加速度导数：Yv点是水动力Y相对于加速度在平衡状态下的变化率，正的加速度的船舶经受一个与加速度相反方向的水反作用力，因此Yv点是一个相当大的负值。由于船首和船尾对Z轴产生的水动力力矩方向相反，因此水动力矩导数Nv点是一个不大的数值，其符号取决于船型。旋转导数Yr ,Nr：由于船首和船尾水动力方向相反，因此水动力导数Yr的绝对值不是很大，其符号取决于船型，可正可负。由于船体回转产生的水动力矩在船首尾有相同的方向，都是阻止船舶回转的，因此水动力矩导数Nr是一个很大的负值。旋转加速度导数：由于船首和船尾存在方向相反的水动力，合力较小，Yr点是小量，其符号取决于船型；Nr点是一个大负值。舵角的控制导数：正的δ产生负的舵力，所以Yδ《0，而舵力使船右转，是正的，故Nδ》0.

稳定性:对处于定常运动状态的物体(或系统),若受到极小的外界干扰作用,而偏离原定常运动状态,当干扰去除之后,经过一定的过渡,若物体(或系统)能回复到原定常运动状态,则称原运动状态是稳定的.物体的运动状态是否稳定既取决于物体本身的性质,而且也取决于所考察的运动状态和运动参数.

直线运动稳定性:船舶受瞬时扰动后，其重心轨迹终将恢复为一直线，但航向发生了变化。方向稳定性:船舶受扰并在扰动消除后，其重心轨迹最终将恢复为与原来航线相平行的另一直线。

位置稳定性:船舶受扰后，其重心运动轨迹将恢复为原航线的延长线。

稳定性分类：按是否操舵,稳定性可分为固定稳定性和控制稳定性.固前者取决于船体几何形状,后者取决于整个闭合回路的特性.固定稳定性越好的船,控制稳定性也越好.对于通常的水面船舶,只有通过操舵控制才可能使之具备方向稳定性和位置稳定性. 如果不操舵,最多具备直线稳定性.

航向稳定性改善措施：1、水动力导数是与船体几何形状密切相关的2、增加船长可使N r

负值增加3、增加船舶中纵剖面的侧面积可使 Nr,Yv 的负值增加4、增加Nv的有效方法是：增加纵中剖面的尾部侧面积；可采用增大呆木；安装尾鳍；使船产生尾倾；削去前踵等。

任何船舶不操舵都不具有方向和位置稳定性：船舶受到外界扰动，一旦偏离了原来航向，船后浆的推力方向和船速方向都发生了改变，对于具有直线稳定性的船虽然恢复原来的运动状态，但无法改变桨的推力方向而恢复原来的航向，更无法自动回到原来的航线。回转性：转舵使船舶作圆弧运动的能力。用回转直径来表示。与船舶避让避碰.靠离码头.灵活掉头有关。

定常回转圈是操纵性的指标。衡量转首性和回转性的直观方法。回转圈：船舶在不同舵角条件下作圆周回转时重心的航行轨迹。

定常回转直径Dc：定常回转阶段船舶重心点圆形轨迹。

战术直径DT：从船舶原来航线至船首转向180°时，船总中剖所在位置之间的距离。Dt= (0.9~1.2)D

纵距L1(Ad)：从转舵开始时刻船舶重心G所在的位置,至船首转向 90°时船舶纵中剖面沿原航行方向前进的距离。

正横距L2(T)：从船舶初始直航线至转向90°时，船舶重心所在位置之间的距离。

反横距L3(K)：从船舶初始的直线航线至回转轨迹反方向最大偏离处的距离。K = (0~0.1)D 进程：纵距L1减去定常回转半径 R。

转舵阶段：指从开始转舵至规定角度δ为止；船体惯性很大舵力很小，转舵阶段中漂角和回转角速度都很小，舵力起主要作用，几乎按原航向航行。过渡阶段：转舵结束到进入定常回转运动为止。加速度、角加速度、V、r都不为零，随时间变化，唯有舵角保持常数。定常回转阶段，作用在船上诸力矩达到平衡，航向以一定角速度回转，重心轨迹成圆形。

回转运动的耦合特性：船舶在水平面内作回转运动时会同时产生横摇、纵摇、升沉等运动,以及由于回转过程中阻力增加引起的速降。其中以回转横倾与速降最为明显。

回转横倾：在回转过程中，船体承受侧向力其作用点高度各不相同，于是产生了对Ox轴的倾侧力矩．过渡阶段横倾角随时间变化而振动，最大横倾角出现在过渡阶段。

回转直径越小，回转漂角越大，回转速降越大。

转首性指数P,它表征操舵后船舶行驶一倍船长,单位舵角引起的首向角改变量. P=K/2T。P越大，转首性越好。

指数K、T的物理意义：K表示了回转性（越大越好）,T表示了应舵性和航向稳定性（越小越好）。（1）力学意义：参数T是惯性力矩与阻尼力矩之比，T值越大，表示船舶惯性大而阻尼力矩小。参数K是舵产生的回转力矩与阻尼力矩之比，K值越大，表示舵产生的回转力矩大而阻尼力矩小。为了提高船舶的操纵性，我们总希望它惯性尽可能小，而舵产生的回转力矩尽可能大，也就是希望T尽量小，K尽量大。（2）运动学意义：K表示船舶受单位持续舵角作用下产生的最终回转角速度，T表示船舶的稳定性，其大小决定了船舶达到定常回转角速度的时间。

K、T的变化：舵角增加， K、T同时减小；吃水增加：，K、T同时增大；尾倾增加， K、T同时减小；水深变浅：，K、T同时减小；船型越肥大，K、T同时增大。

舵效：操单位舵角后，船舶航行一个船长距离时，取得转向角大小的性能。