2 船舶操纵性基础(8学时)

§2-1 船舶操纵性概述 §2-2 航向稳定性与保向性 §2-3 船舶变向性能 §2-4 船舶变速性能 §2-5 船舶操纵性试验 §2-6 船型参数对操纵性的影响

§2-1 船舶操纵性概述 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。 一、操纵性指标及其判别 1、船舶操纵性能(IMO 操纵性标准) 固有稳定性(Inherent dynamic stability) 保向性(Course-keeping ability) 初始回转性/改向性(Initial turning/course-changing

ability) 首摇抑制性(Yaw checking ability) 旋回性(Turning ability) 停船性(Stopping ability)

§2-1 船舶操纵性概述 船舶操纵性可以分为： 常规操纵性，包括小舵角的保向性、中等舵角的初始回

转性以及减速或增速操纵性。 应急操纵性，包括大舵角(一般为满舵)的旋回性和全 速倒车的停船性。

2、航行环境影响下的操纵性 风中操纵性 流的影响 受限水域操纵性

浅水操纵性 岸壁效应

3、船舶操纵性的判别 实船试验

旋回试验 Z 形操纵试验 螺旋试验或逆螺旋试验 回舵试验 停船试验等等。

“直接判据” 试验结果，通常有旋回试验的进距(纵距)、横距、旋

回初径、定常旋回直径等。

“间接 (或分析)判据” 操纵性指数K、T 等。

二、船舶必备操纵性资料 缺乏操纵性资料、操纵引起的误差是产生碰撞的主

要原因之一。 为使船舶操纵性有关信息的内容和格式达成一致，

1987年11月，IMO大会通过了A601(15)决议，要 求船舶配备： 引航卡； 驾驶台操纵性图；

船舶操纵手册。

二、船舶必备操纵性资料 1、引航卡(Pilot Card) 船长与引航员之间关于船舶操纵性能进行信息沟通的资 料卡。 船舶每次到港由船长填写引航卡。 内容包括：

本船的主尺度 操纵装置性能 船在不同载况时主机不同转速下的航速

船舶特殊操纵装置(侧推器),等等。

二、船舶必备操纵性资料 2、驾驶台操纵性图(Wheelhouse Poster) 驾驶台操纵性图是一种详细描述船舶旋回性能和停船性

能的图表资料。 张贴于：驾驶台显著位置。 内容包括：

深水和浅水(h/d=1.2),满载和压载情况下船舶的旋回圈轨迹图及制动性能(停船试验)

资料。

二、船舶必备操纵性资料 3、船舶操纵手册(Maneuvering Booklet) 详细描述船舶实船操纵性试验结果的手册； 它是重要的船舶资料之一； 内容包括：

旋回试验、Z形操纵试验和停船试验的试验条 件、试验记录以及试验分析等； 操纵手册包括全部驾驶台操纵性图上的全部信

息。

除实船试验结果外，操纵手册中的其他操纵信息是通过

理论计算获得的。

三、船舶操纵性指数 动坐标系船舶运动方程船舶前进

船舶横移

船舶转头

m(u vr ) X m(v ur) Y Izr N

三、船舶操纵性指数 1、一阶(近似)船舶操

纵运动方程

假设一物体的转动惯性 矩系数为I,当它以角 速度r回转时，所遭受 的粘性阻尼为N r, N是

I r N r C

阻尼力矩系数。此外， 当其尾部转过一舵角 后，会产生一个作用在 物体上的力矩C ,C表 示单位角度产生的力矩， 则该物体的运动方程 (野本方程)为：

I C r r N N

T r r K

三、船舶操纵性指数 船舶的旋回性指数 K(turning ability index),单位为1/s;

C 单位舵角旋回力矩 K N 单位角速度旋回阻尼

K表示旋回性优劣，K越大，旋回性越好。 船舶的追随性指数 T(turning lag index),单位为s;

T

I 船舶转动惯量 N 单位角速度旋回阻尼

T表示追随性优劣，T越小，追随性越好，应舵 较快； T如果为负值，船舶航向不稳定。

三、船舶操纵性指数

2、无因次化操纵性指数K 、T 指数被广泛用来评价船舶的操纵性能 K 参数的单位为1/s, T参数的单位为s。 用无因次值K′、T′来表示

L K K V

V T T L

式中： V

——船速(m/s); L ——船长(m)。 无因次化操纵性指数便于不同船型操纵性比较

3.影响T、K指数的因素**** T ’、K ’值将随舵角、吃水、吃水差、水深吃水比、船体水

下线型等因素的变化而变化，且规律较为复杂，但总体来 讲，具有如下趋势： 影响 因素 T ’、K ’ 变化

舵角 增加 同时 减小

吃水 增加 同时 增大

尾倾 增加 同时 减小

水深 变浅 同时 减小

船型 越肥大 同时 增大

可见，T ’、K ’值是同时减小或同时增大的，即： 提高船舶旋回性，将使追随性受到某种程度的降低； 追随性的改善又将导致船舶旋回性的某些降低。 注意：当δ增加时，T ’、K ’ 值同时减小，但T ’ 值减小 的幅度要比K ’ 大，因此船舶的舵效反而变好。

4、区分船舶操纵性 ① T小、K大：追随性和旋回 性都好的船舶。 操舵后，船舶应舵快，转头角

速度增加快，定常旋回角速度 大，旋回圈小。 如拖轮、渔船及定线的集装箱 班轮。

④ ③ ② ① 船舶操纵性类型

② T小、K小：追随性好而旋 回性差的船舶。 操舵后，船舶虽然应舵较快，

但定常旋回角速度小，旋回圈 大。 如浅吃水和空载状态的船舶属 于此

种类型。

4、区分船舶操纵性 ③ T大、K大：追随性差而旋 回性好的船舶。 操舵后，船舶应舵慢，但定常

旋回角速度大，旋回圈较小。 满载的大型油轮具有此特点。

④ ③ ② ① 船舶操纵性类型

④ T大、K小：追随性和旋回 性都差的船舶。 操舵后，船舶应舵慢，转头角

速度增加缓慢，定常旋回角速 度也小，因此旋回圈也大。 舵面积较小的船舶、瘦削型船

舶均属于这种类型。

5、操纵性指数的应用**** (1)定常旋回直径D的估算 根据定常旋回运动中旋回角速度r0=Kδ的结论，可以得

到船舶定常旋回直径的估算式：

V V D 2R 2 2 式中： r K

V —— 船速(m/s);

δ—— 舵角(弧度radian,缩写 rad)。