船舶操縱的基本原理

船舶操縱的基本原理第1頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期四船舶改變航行方向的快慢能力。或者船舶受外力作用偏離了原航向，用舵操縱船舶使它恢復(fù)原航向航行的快、慢能力(或船舶追隨航向或舵角的快、慢能力)。追隨性的優(yōu)劣可用追隨性指數(shù)T值來(lái)衡量。T值越小，操舵時(shí)船舶對(duì)舵角響應(yīng)所需的時(shí)間越少，追隨性能越好；T值越大，操舵時(shí)船舶對(duì)舵角響應(yīng)所需的時(shí)間越多，追隨性能越差。船舶航向穩(wěn)定性是指船舶保持指定船向航行的能力。它可用為了保持船舶按指定的航向航行所需的操舵次數(shù)和所用舵角的大小來(lái)衡量。航向機(jī)動(dòng)性(追隨性)好的船舶，其航向穩(wěn)定性也較好；但航向穩(wěn)定性好的船舶，其追隨性不一定好。二、船舶的啟動(dòng)和制動(dòng)能力船舶啟動(dòng)能力是指開(kāi)動(dòng)主機(jī)后，船舶是否能即刻起動(dòng)運(yùn)行的性能。它可用船舶達(dá)到與主機(jī)功率相應(yīng)的船速所需的時(shí)間和航行距離來(lái)衡量。第2頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期四船舶制動(dòng)能力是指船舶在某一船速下，主機(jī)停車(chē)或倒車(chē)以后，船舶對(duì)主機(jī)工況的反應(yīng)能力。它可用主機(jī)停車(chē)或倒車(chē)后船舶對(duì)岸相對(duì)靜止所需的時(shí)間和船舶滑行距離的長(zhǎng)短來(lái)衡量。第二節(jié)旋回圈要素與船舶操縱性的關(guān)系船舶在定速直航狀態(tài)下，操某一舵角(一般為滿舵)，船舶將作縱向和橫向相結(jié)合的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為旋回運(yùn)動(dòng)。船舶作旋回運(yùn)動(dòng)時(shí)重心運(yùn)動(dòng)的軌跡，稱(chēng)為旋回圈。旋回圈幾何特征是：最初重心除繼續(xù)前移外，同時(shí)向操舵相反一側(cè)橫移，隨后變成瞬時(shí)曲率半徑r1逐漸插入圖1-1(船舶操縱75頁(yè))。減小的螺旋線；當(dāng)航向改變量θ≈900～1200之后，進(jìn)入定常旋回運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，曲率第3頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期四半徑r值稱(chēng)為定常旋回圈半徑。旋回圈及其諸要素如圖1-1所示。1、旋回圈要素1）進(jìn)距LA進(jìn)距是指船舶開(kāi)始操舵到航向轉(zhuǎn)過(guò)某一角度時(shí)，船舶重心向前移動(dòng)的直線距離。進(jìn)距又稱(chēng)縱距，通常所說(shuō)的進(jìn)距是指航向轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)的進(jìn)距。其中沿原航向前進(jìn)的最大距離，稱(chēng)為最大縱距，用LAmax表示。2）橫距LT橫距是指船舶開(kāi)始操舵到航向轉(zhuǎn)過(guò)某一角度時(shí)，船舶重心向操舵一側(cè)偏橫向移動(dòng)的距離。通常所說(shuō)的橫距是指當(dāng)航向轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)的橫距。其中向操舵一側(cè)偏移的最大距離稱(chēng)最大橫距，用LTmax表示。第4頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3）反移量（偏距）LK反移量是指轉(zhuǎn)舵后，船舶重心從原航向向操舵相反一側(cè)橫移的距離。又稱(chēng)偏距。在滿舵旋回時(shí)，當(dāng)船舶回轉(zhuǎn)達(dá)到一個(gè)羅經(jīng)點(diǎn)時(shí)，反移量達(dá)到最大值，約為船長(zhǎng)的1%左右，而船尾反移量的最大值可達(dá)船長(zhǎng)的1/10～1/5。4）旋回圈初徑DT旋回圈初徑是指開(kāi)始操舵到航向轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)重心所移動(dòng)的橫向距離。在內(nèi)河，對(duì)船舶選擇旋回掉頭的位置是很重要的參考。5）旋回圈直徑D旋回圈直徑是指船舶進(jìn)入定常旋回運(yùn)動(dòng)時(shí)的旋回圈直徑（D=2r）。船舶旋回圈各要素是船舶操縱的重要依據(jù)，特別是航向改變量為30°～40°時(shí)的縱距、橫距、反移量第5頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期四及對(duì)應(yīng)的時(shí)間極為重要，駕駛員應(yīng)熟練掌握，以便準(zhǔn)確操縱船舶。2、影響旋回圈大小的因素1）舵角在極限舵角的范圍內(nèi)，隨著舵角的減小，旋回初徑將會(huì)急劇增大。舵角越小，旋回圈的增大率就越大，同時(shí)旋回時(shí)間也將明顯地增大。一般15°舵角旋回時(shí)與操滿舵相比，旋回初徑可能將增加到130﹪～170﹪，而掉頭時(shí)間則可能增加到140﹪左右。2）操舵時(shí)間據(jù)1974年SOLAS公約規(guī)定，船舶主操舵裝置應(yīng)具備在船舶最大航海吃水和以最大營(yíng)運(yùn)船速航行時(shí)，將舵從一舷的350轉(zhuǎn)至另一舷的350，或且從任何一舷的350轉(zhuǎn)至另一舷的300的時(shí)間應(yīng)不超過(guò)28s；一般情況下，由正舵至一舷350為止的時(shí)間約15s左右。內(nèi)河船舶裝備機(jī)動(dòng)舵機(jī)，當(dāng)L﹥30m時(shí)其主操舵裝

第6頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期四置由一舷350至另一舷的300的時(shí)間要求不大于20s；在急流航段，要求不大于12s；操舵時(shí)間越短，即轉(zhuǎn)舵速度越快，進(jìn)距越小，舵效越好。3）舵面積系數(shù)（μ）舵面積系數(shù)μ越大，旋回圈直徑就越小。但舵面積系數(shù)不宜太大，否則在轉(zhuǎn)船力矩增大的同時(shí)，回轉(zhuǎn)阻力矩也增大，旋回圈直徑反而會(huì)增大。因此，不同的船舶有它不同的最佳舵面積系數(shù)。4）方型系數(shù)方形系數(shù)又稱(chēng)為船型系數(shù)。方形系數(shù)較小的瘦形高速船（Cb≈0.6）比方型系數(shù)較大的肥大型船(Cb≈0.8)旋回性差得多。因此，方形系數(shù)越大，旋回性越好，旋回圈直徑也越小。第7頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5）船體水線下側(cè)面積水線下船首側(cè)面積較大的船舶，旋回圈直徑較??；船尾側(cè)面積較大的船舶，旋回圈直徑較大。6）船速船速對(duì)船舶旋回所需時(shí)間的長(zhǎng)短具有明顯的影響，船速越快，旋回時(shí)間大大縮短。在0.18＜Fr＜0.3(Fr為傅汝德系數(shù))范圍內(nèi),船速對(duì)旋回初徑的影響很小；但當(dāng)船速增加到Fr＞0.3時(shí)，旋回初徑將隨船速的增高而增大。實(shí)際操船中，可以通過(guò)控制增減船速來(lái)調(diào)整旋回圈的大小。7）吃水對(duì)同一艘船而言，吃水大、滿載時(shí)的縱距較大。8）吃水差尾傾船的旋回圈直徑將增大，若尾傾增大量為船長(zhǎng)的1%，旋回圈初徑可增加10%左右。直徑將減小，若首傾增大量為船長(zhǎng)的1%，旋回初徑可減少10%第8頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期四左右。9）橫傾船體橫傾時(shí)，由于左右浸水體積不等，低速時(shí)，受阻力推力轉(zhuǎn)船力矩作用，操舵向低舷側(cè)回轉(zhuǎn)的旋回圈直徑較??；高速時(shí)，受首波峰壓力轉(zhuǎn)船力矩的作用，向高舷側(cè)回轉(zhuǎn)的旋回圈直徑較小。10）對(duì)右旋單槳船，慢速航行時(shí)，由SWT的作用，向左回轉(zhuǎn)的旋回圈在直徑較小，但對(duì)V型船尾高速航行掉頭時(shí)，由于伴流效應(yīng)橫向力、尾流螺旋性效應(yīng)橫向力均使船首右偏，且大多能克服水面效應(yīng)橫向力的作用，因此向右回轉(zhuǎn)時(shí)，其旋回圈直徑小于向左回旋的旋回圈直徑。同理，左旋單槳船航進(jìn)中旋回的情況正好相反。11）外界因素（1）淺水（2）污底（3）逆風(fēng)回轉(zhuǎn)時(shí)的旋回圈直徑小于順風(fēng)回轉(zhuǎn)時(shí)的旋回圈直徑；（4）流速分布的均勻程度，掉頭方向的選擇對(duì)旋回圈直徑有效明顯的影響。第9頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在操縱中必須注意和運(yùn)用。例如：（1）航行中有人落水時(shí)，為了防止落水被卷入船尾螺旋槳，應(yīng)立即向落水者一側(cè)轉(zhuǎn)舵，使船尾擺開(kāi)，以保落水者的安全。2）避讓本船前方較近距離的小船時(shí)，應(yīng)立即用滿舵使船首讓開(kāi)，當(dāng)估計(jì)船首