船艇操縱基本原理

1、船艇船艇操縱基本原理操縱基本原理授課人：楊科軍2012年9月17日一、船艇操縱的基本原理（一）、概念 什么是舵:舵是船舶操縱的重要設(shè)備，操舵者通過(guò)操舵可以使船舶保持或改變其航向，達(dá)到控制船舶方向的目的。（二）、舵壓力（1）、舵壓力產(chǎn)生的原理。 船舶正舵航行時(shí)，舵葉兩側(cè)的流速對(duì)稱相等，不產(chǎn)生壓力。當(dāng)操其某一個(gè)角后，在舵葉周圍，除有平行流外，還存在附加環(huán)流，平行流和附加環(huán)流兩者間的流向相反，使流速下降，壓力增大，這樣，在舵葉兩側(cè)產(chǎn)生壓力差。（2）、影響舵壓力的因素1、降低舵壓力的流體現(xiàn)象。1）、失速現(xiàn)象2）、空泡現(xiàn)象3）、空氣吸入現(xiàn)象2、舵的尺度、形狀等因素的影響。1）、舵葉展弦比的影響2）、舵的

2、外形及剖面形狀影響3）、舵面積大小的影響3、船體、伴流和螺旋槳尾流的影響。1）、船體的干擾及船尾形狀的影響2）、伴流對(duì)舵壓力的影響船體周圍有一部分伴隨船舶運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的水流稱伴流。3）、螺旋槳尾流的影響舵葉安裝在螺旋槳后方，受到螺旋槳誘導(dǎo)速度的影響。4）、滑失的影響螺旋槳旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生誘導(dǎo)速度，它是隨滑失的增加而增加的。5）、斜流的影響（三）、舵效（1）、舵效的概念。船舶在各種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，用舵設(shè)備操縱船舶所表現(xiàn)的綜合效果稱為舵效，包括正舵的穩(wěn)向性、小舵角的保向性、一般舵角的改向性和大舵角的旋回性。（2）、舵效的判別船舶操舵后能在較短的時(shí)間和縱、橫距內(nèi)完成較大的改向角，則認(rèn)為該船的舵效較好；反

3、之，則較差。（3）、影響舵效因素1、舵角。2、舵面積系數(shù)。3、舵速。4、舵性。5、船體水下測(cè)面積。6、吃水。7、橫傾。8、風(fēng)、流、污底及淺水。9、舵效與螺旋槳正轉(zhuǎn)進(jìn)航、反轉(zhuǎn)倒航有關(guān)。（四）、特種舵包括：襟翼舵、轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳、異步轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳、Z型回轉(zhuǎn)螺旋槳、平旋推進(jìn)器、橫向噴流舵、倒車舵等。二、船、槳、舵效應(yīng)橫向力（一）、概念 船體、螺旋槳、舵葉三者在水中工作時(shí)互相影響而產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)。這種力學(xué)效應(yīng)將直接影響船舶操縱性能。（二）、雙螺旋槳船的船、槳、舵效應(yīng)橫向力 雙螺旋槳船包括有外旋、內(nèi)旋和同向旋三種。外旋雙螺旋槳船是指進(jìn)車時(shí)右舷槳右旋、左舷槳左旋的雙螺旋槳船。內(nèi)旋雙螺旋槳船是指進(jìn)車時(shí)右舷槳

4、左旋，左舷槳右旋的雙螺旋槳船。（1）、雙螺旋槳船比單螺旋槳船有下列有點(diǎn)：1、在主機(jī)功率相同的條件下，雙螺旋槳船的螺旋槳盤(pán)面積大，負(fù)荷輕，推進(jìn)效率高；2、在螺旋槳盤(pán)面積都相同的條件下，雙螺旋槳的直徑小，能適應(yīng)淺水區(qū)航行；3、可用兩部主機(jī)正、倒車配合操舵操縱船舶；4、舵機(jī)失靈時(shí)，可利用兩部主機(jī)正倒車短時(shí)間操縱船舶；5一部主機(jī)失靈，可利用另一部主機(jī)短時(shí)間航行以尋找泊位停泊；6、雙螺旋槳同時(shí)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)是，其SWT、WT和RST大小相等，方向相反，故航向穩(wěn)定性較好。（2）、推力偏心效應(yīng)橫向力（TET）1、推力偏心效應(yīng)橫向力產(chǎn)生原因。雙螺旋槳船舶的雙槳以不同工況工作，則推力的合力作用線便不通過(guò)船舶的重心，

5、引起推心偏心，產(chǎn)生推力偏心轉(zhuǎn)船力矩。1、概念當(dāng)兩螺旋槳以不同工況工作時(shí)，將在分水踵（包括船尾部）或中舵兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，而出現(xiàn)橫向力，稱為分水效應(yīng)橫向力。（3）、分水效應(yīng)橫向力（BDT）分析圖分析圖通過(guò)上圖可得出下列結(jié)論：1、雙槳單舵船，當(dāng)開(kāi)左進(jìn)三右一或左進(jìn)停車是，操右舵有利于回轉(zhuǎn)，實(shí)踐證明如此用車操縱船舶，船舶旋回掉頭耗時(shí)最短。2、雙槳單舵船，開(kāi)左進(jìn)三右退或左進(jìn)一右退三車時(shí)，以操中舵較為有利。3、雙槳雙舵船，當(dāng)開(kāi)左進(jìn)三右進(jìn)一、左進(jìn)三右車停或左進(jìn)三右倒三時(shí)，均可操右舵，以利于船舶旋回運(yùn)動(dòng)。4、雙槳單舵船與雙槳雙舵船均操中舵，當(dāng)開(kāi)左進(jìn)三右進(jìn)一、左進(jìn)三右車停、或左進(jìn)三右倒三時(shí)，前者有礙于船舶的回轉(zhuǎn)，

6、后者無(wú)礙于船舶回轉(zhuǎn)。三、船舶操縱性能的基本概念（一）基本概念。船舶操縱性是指船體、螺旋槳和舵在水中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生水動(dòng)力，使船舶保持或改變其水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性能。或者說(shuō)是船舶對(duì)駕駛員操縱的反應(yīng)能力。它包括船舶的方向性和啟、制動(dòng)能力。（二）、船舶操縱性的優(yōu)劣與下列因素有關(guān)：1、傳統(tǒng)船體中縱剖面兩舷的線型是否均勻?qū)ΨQ；正舵時(shí)舵葉中線平面和舵桿軸線是否與中縱剖面在同一平面內(nèi)，邊舵的中線平面是否與中縱剖面平行或舵葉是否對(duì)稱；螺旋槳推力軸線是否在船體的中縱剖面上。2、船舶浮態(tài)的變化會(huì)引起水動(dòng)力作用點(diǎn)的位置以及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)側(cè)阻力的大小和作用點(diǎn)位置的變化。3、船舶操縱性的優(yōu)劣與舵面積系數(shù)有密切關(guān)系。4、船舶水線

7、面以上建筑面積的大小、形狀和分布情況的變化，將引起風(fēng)動(dòng)力的大小和作用點(diǎn)位置的變化。5、船舶的排水量以及貨物的配載等等將使船舶的慣性、慣性矩發(fā)生變化，對(duì)船舶操縱性亦有影響。6、主機(jī)功率的大小和螺旋槳的數(shù)目、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、負(fù)荷和倒車時(shí)的螺旋槳效率等，都影響著船舶的操縱性能。（三）、船舶啟、制動(dòng)性能。1、船速（1）、額定船速（2）、海上船速（3）、經(jīng)濟(jì)船速（4）、港內(nèi)船速2、船舶啟動(dòng)性能船舶在靜止?fàn)顟B(tài)中開(kāi)動(dòng)主機(jī)，使船舶達(dá)到與主機(jī)功率相應(yīng)的速度所需的時(shí)間和航行距離的性能稱為啟動(dòng)性能。3、船舶制動(dòng)性能。1、停車沖程、沖時(shí)船舶在各種速度情況下，停車至船舶速度為零時(shí)所滑行的距離為停車沖程；滑行過(guò)程所需的時(shí)間為

8、停車沖時(shí)。2、倒車沖程、沖時(shí)船舶在各種速度下倒車至船舶完全停住所滑行的距離為倒車沖程，又稱緊急停船距離或最短停船距離；滑行全過(guò)程所需時(shí)間為倒車沖時(shí)，又稱緊急停船時(shí)間。3、影響船舶沖程的因素。1）、排水量：在船速一定時(shí)，排水量越大，沖程越長(zhǎng)。2）、船速：其他條件一定時(shí)，船速越大，沖程越長(zhǎng)。3）、主機(jī)倒車功率及類型。主機(jī)倒車功率大，倒車沖程就小。4）、推進(jìn)器類型。5）、船型系數(shù)。6）、外界因素。順風(fēng)順流時(shí)沖程增長(zhǎng)，反之，則較短；淺水域中船舶沖程較深水中短；船體污底程度嚴(yán)重，船舶阻力增加，船舶沖程相應(yīng)減小。4、船舶停船性能1）、制動(dòng)縱距2）、制動(dòng)橫距3）、制動(dòng)偏航角（四）、船舶旋回性能船舶方向性是指

9、船舶的航向穩(wěn)定性和操縱靈活性。操縱靈活性又包括了旋回性和航向機(jī)動(dòng)性，它是船舶的主要航行性能之一。1、船舶旋回運(yùn)動(dòng)（1）、船舶旋回運(yùn)動(dòng)的三個(gè)階段1）、機(jī)動(dòng)階段2）、變化階段3）、穩(wěn)定階段2、船舶旋回運(yùn)動(dòng)中船舶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1）、旋回中的降速2）、旋回中的橫傾內(nèi)傾階段：在直航中操舵，船在舵壓力效應(yīng)橫向分力的作用下，吧船推向與操舵方向相反的一側(cè)。外傾階段：操舵后不久，由于旋回運(yùn)動(dòng)的進(jìn)展，船體將受到旋回運(yùn)動(dòng)慣性離心力的橫向分力及斜航時(shí)水動(dòng)力橫向分力的作用。（3）、最大橫傾與傾覆的危險(xiǎn)及防止措施1）、理貨時(shí)，防止重件貨物裝在高處，力求合理GM值，并要注意自由液面的影響和防止貨物的移動(dòng)。2）、降低船速，緩緩操

10、舵，用小舵角旋回操縱，盡量增大旋回圈直徑。3）、應(yīng)正確選擇操舵時(shí)機(jī)，以使風(fēng)浪產(chǎn)生的橫傾力矩影響較小，并避免外力橫傾力矩與舵產(chǎn)生的最大橫傾力矩互相疊加而產(chǎn)生過(guò)大的橫傾角。4）、在旋回運(yùn)動(dòng)中，出現(xiàn)較大橫傾角時(shí)，不宜立即回航，應(yīng)立即慢車、停車，待船速下降后再緩慢回舵。（五）、航向穩(wěn)定性航向穩(wěn)定性又稱方向穩(wěn)定性，是指船舶保持指定航向航行的能力，即使在風(fēng)、浪等外力影響下，也希望能保持指定的航向航行。（六）、船舶操縱性指數(shù)1、K、T值的物理意義（1）、旋回性指數(shù)（K）旋回性指數(shù)是用以表示船舶定?；剞D(zhuǎn)角速度與對(duì)應(yīng)舵角關(guān)系的一種指數(shù)。（2）、追隨性指數(shù)（T）追隨性指數(shù)又稱為應(yīng)舵指數(shù)，是用以表示船舶操舵時(shí)，對(duì)舵

11、角響應(yīng)的時(shí)間滯后的一種指數(shù)。2、與操縱指數(shù)K、T值有關(guān)的因素操縱性指數(shù)K、T值的大小是與船舶大小、浮態(tài)、船型、舵角、船速以及水深等環(huán)境條件有關(guān)。（1）、船型對(duì)K、T值的影響。肥大船具有的T大，追隨性差；瘦削船具有的K小，旋回性差。（2）、水線下側(cè)面積對(duì)K、T值的影響。水線下側(cè)面積的分布形狀，對(duì)K、T值有很大的影響。一般尾鰭大，首鰭小的船，T值小，K值??；反之尾鰭小，首鰭大的船，則T值大、K值大。（3）、船舶縱傾對(duì)K、T值的影響（4）、船速與K、T值的關(guān)系（5）、舵面積與K、T值的關(guān)系四、影響船舶操縱性能的因素（一）、浮態(tài)對(duì)船舶操縱性能的影響浮態(tài)是指船舶漂浮在水面上的狀態(tài)，包括有正?。M載、空載

12、）橫傾和縱傾等狀態(tài)。船舶以各種不同浮態(tài)航行時(shí)，引起作用于船體上各種能力的變化和出現(xiàn)新的能力，使船舶的操縱性能發(fā)生變化。（1）、船舶吃水變化對(duì)操縱性能的影響在港內(nèi)操縱，一般要早用舵、早回舵、用大舵。在實(shí)際操縱中，重載船應(yīng)舵慢，常有遲鈍的感覺(jué)。旋回圈直徑較大，旋回性較差。另外，吃水深、排水量大，則慣性大、沖程打，在靠泊時(shí)，應(yīng)及早慢車和停車。（2）、橫傾對(duì)船舶操縱性能的影響當(dāng)船舶存在橫傾時(shí)，其入水體積形狀的左右對(duì)稱性被破壞，因而改變了左右舷各種作用力的對(duì)稱性，使船舶偏轉(zhuǎn)。（3）、縱傾對(duì)船舶操縱性能的影響1）、縱傾與船的重心位置有關(guān)2）、船舶的縱傾與船體水線下側(cè)面積的形狀有關(guān)。（二）風(fēng)對(duì)船舶操縱性的影

13、響船舶在風(fēng)動(dòng)力作用下，向下風(fēng)漂移產(chǎn)生水動(dòng)力，由于兩力作用點(diǎn)在高度上不一致，構(gòu)成橫傾力矩，使船橫傾影響穩(wěn)性；由于兩力作用點(diǎn)沿首尾方向上的不一致，構(gòu)成轉(zhuǎn)船力矩，使船偏轉(zhuǎn)。1、風(fēng)對(duì)船舶偏轉(zhuǎn)影響的規(guī)律（1）、船舶靜止中受風(fēng)1）、船舶中縱剖面尾部浸水面積較大的船或前部受風(fēng)面積較大的船，如尾縱傾船、拖船、漁船等，最后常以尾迎風(fēng)并向下漂移。2）、船舶中縱剖面首部浸水面積較大的船或后部受風(fēng)面積較大的船，如首傾船、油船、尾機(jī)型船，常以首迎風(fēng)并向下漂移。3）、船舶中縱剖面浸水面積和受風(fēng)面積首尾較均勻的船，如客船，最后趨向橫風(fēng)狀態(tài)并向下漂移。（2）、船舶前進(jìn)中受風(fēng)前進(jìn)中，正橫后來(lái)風(fēng)，則風(fēng)動(dòng)力作用點(diǎn)位于水動(dòng)力作用點(diǎn)之

14、后。船在風(fēng)、水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩作用下，船首自然轉(zhuǎn)向上風(fēng)。（3）、船舶倒退中受風(fēng)倒車后退時(shí)，風(fēng)從正橫前吹來(lái)，則風(fēng)動(dòng)力作用點(diǎn)在水動(dòng)力作用點(diǎn)之前。船在風(fēng)、水動(dòng)力轉(zhuǎn)船力矩作用下，船尾迎風(fēng)偏轉(zhuǎn)。（三）、流對(duì)船舶操縱性的影響船舶在河流中航行時(shí)，還受到自然水流的影響。水流有均勻性水流和非均勻性之分。在均勻性水流水域中，船舶的航速等于船速與流速的矢量和，同時(shí)船舶受流影響易偏離計(jì)劃航線，需作流壓差修正。在非均勻水流水域中，船舶會(huì)產(chǎn)生較大橫移和首搖。1、均勻性水流對(duì)船舶操縱性影響（1）、對(duì)航速和沖程的影響順流航行時(shí)，船舶對(duì)岸速度（航速）約等于航速加流速；逆流航行時(shí)，沖程減小，流速越大，沖程減少越多；順流時(shí)，則相反，停

15、車后減速非常緩慢，往往需要借助倒車或拋錨，才能制止船舶對(duì)岸運(yùn)動(dòng)。（2）、水流對(duì)船舶漂移的影響（3）、水流對(duì)舵效的影響船舶在均勻流中，無(wú)論逆流還是順流航行，當(dāng)螺旋槳轉(zhuǎn)速時(shí)，船舶對(duì)水運(yùn)動(dòng)速度約等于船速（4）、水流對(duì)旋回性能的影響2、非均勻性水流對(duì)船舶操縱的影響非均勻性水流從船橫向或成交角沖擊，可使船迅速橫移和因船體前后部分受力不同而產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩，使船突然偏轉(zhuǎn)而離開(kāi)航線；有時(shí)甚至超過(guò)車、舵控制能力而失控導(dǎo)致事故。（四）、受限水域?qū)Υ安倏v性的影響1、淺水效應(yīng)船舶在通過(guò)淺灘時(shí)，應(yīng)降低螺旋槳轉(zhuǎn)速，減速航行，以減小水阻力和動(dòng)吃水的增加，以免發(fā)生擦淺事故，保證有足夠的儲(chǔ)備功率和安全航行。（1）、興波變形，流

16、水聲失常（2）、船體跳動(dòng)，易發(fā)生斷纜事故（3）、船體產(chǎn)生縱傾（4）、船尾泥沙翻滾，鵝卵石沖擊船底（5）、螺旋槳轉(zhuǎn)速下降（6）、操縱性能發(fā)生變化1）、旋回性下降、航向穩(wěn)定性變好。2）、航向難控現(xiàn)象。3）、船舶沖程減小。（7）、托浪和趕浪2、岸壁效應(yīng) 船舶在航道中航行時(shí)，如果過(guò)分靠近一側(cè)岸壁航行，則船首高壓在靠岸一側(cè)，受到岸壁的反射作用，壓力升高，產(chǎn)生指向河心的壓力差，使船首向河心一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種把船首推向河心的力，稱為“岸推力”。 在船尾處，由于過(guò)水?dāng)嗝孑^小，螺旋槳處于船尾工作，使船尾靠岸與一側(cè)的流速增高較多，壓力下降較大。所以，在船尾兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，其方向指向岸壁一側(cè)，該力稱為“岸吸力”。 岸推和岸吸統(tǒng)稱為岸壁效應(yīng)3、船間效應(yīng)船間效應(yīng)的影響因素有：（1）、兩船間距越小，互相作用