船舶航向稳定性与回转性

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1、§2－2航向稳定性船舶操纵性与耐波性第二章船舶操纵内容概要基本概念研究方法航向稳定性分析影响因素航向稳定性船舶操纵性与耐波性一.基本概念1.稳定性概念: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.航向稳定性DirectionalStability船舶操纵性与耐波性2.水面船舶的运动稳定性:直线运动稳定性(straightlinestability,alsocalledInh

2、erentdynamicstability)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。船舶操纵性与耐波性原航线新航线2)方向稳定性(directionalstability,course-keepingability)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。船舶操纵性与耐波性3).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船舶操纵性与耐波性具有位置稳定性的船舶一定具有直线稳定性和方向稳定性。具有方向稳定性的船舶一定具有直线稳定性。按是否操舵,稳定性可分为固定稳定性和控制稳定性.前者取决于船体几何形状,后者取决于整

3、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.3.关系与分类船舶操纵性与耐波性结论：二.研究方法--小挠动方程运用”运动稳定性理论”分析方法对稳定性问题进行定量分析.设船舶初始运动状态:u1=const,v1=r1=0扰动后引起的扰动运动参数:由于对初始状态是小扰动,偏离量较小,可用线性操纵运动方程来描叙。不操舵则δ=0，得小扰动方程:(2-1)(2-2)对(2-2)可改写为:其对应的特征方程为:则,特征根为:最终解为:二.小挠动方程航向稳定性说明:上式即为纵向速度小扰动方程的

4、解:t→∞,要使扰动速度△u→0,应使负值。m-为船舶本身质量与纵向附连水质量之和,对一般排水量船舶为正值。分子Xu为纵向速度u的增加所引起的纵向分力X的变化率。如下图:在平衡速度u1时,螺旋桨正好克服u1时的船体阻力,故,合力为零。此时产生一个正的扰动速度时,将引起纯阻力的增加，即X的减少。从此图可知在u1处的Xu是一个明显的负值。这样,对特征根而言,分母正而分母负。使之值始终为负，说明其对纵向速度扰动总具有稳定性。二.小挠动方程航向稳定性研究船舶在水平面内的航向稳定性主要取决于以下二式:消去v化简后可得:二.小挠动方程航向稳定性方程前系数特征方程为:由特征方程可求得特征根:角速度扰动方程

5、的解为：消去r化简后,得v的小扰动方程为:横向速度的解为:航向稳定性由以上解式可知,特征根若具有负实部,则扰动后的扰运动量v,r都回复到原来的状态称之为具有稳定性.但,即使v,r都回复到初始状态参数,却与初始首向仍存在着一个角度偏差：可见,对水面船舶不操舵,就不可能实现“方向稳定性”,最多只能是”直线运动稳定性”,习惯上称之为”航向稳定性”船舶操纵性与耐波性二.小挠动方程三.航向稳定性分析船舶操纵性与耐波性三.航向稳定性分析船舶操纵性与耐波性稳定性衡准数C1)AA>0大的正值大的正值小的正值或负值小的正或负值分析知,对水面船舶,A必为正,故航向稳定性要求B/A>0,C/A>0即为要求B>0,

6、C>02)BB>0分析知,航向稳定性条件减少到只需满足一个条件:C>0.大的负值大的正值小的负值小的不定符号大的正值大的负值不定符号小量不定符号小量船舶操纵性与耐波性稳定性衡准数C定义系数C为稳定性衡准数；上式即为稳定性衡准式。稳定性判别C>0是船舶航向稳定性的判据C>0表明船舶在水平面运动具有直线稳定性;C<0表明不具有直线稳定性。船舶操纵性与耐波性OVr抗干扰力臂偏航力臂定义定义侧向力作用点距坐标原点的距离，由v引起的力矩常使船偏离航向，是一种不稳定因素，称为偏航力臂具有阻止船舶回转的作用，称为抗干扰力臂稳定性衡准数航向稳定性改善措施水动力导数是与船体几何形状密切相关的。增加船长可使Nr

7、负值增加增加船舶中纵剖面的侧面积可使Nr,Yv的负值增加增加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航向稳定性改善措施船舶操纵性与耐波性增加纵中剖面的尾部侧面积使船产生尾倾削去前踵增加船舶中纵剖面的侧面积§2－3船舶回转性第二章船舶操纵船舶操纵性与耐波性内容概要基本概念研究方法航向稳定性分析影响因素航向稳定性回转性基本概念回转过程分析回转运动耦合特性回转横倾速降