船舶操纵绪论(2学时

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1、船舶值班、操纵与避碰主讲：任玉清副教授单位：航海与船舶工程学院2012.9《船舶操纵》第1章船舶操纵绪论第2章船舶操纵性基础第3章操纵设备及其效应第4章航行环境对操纵的影响第5章系泊操纵第6章大风浪中船舶操纵第7章特殊水域及应急船舶操纵第1章船舶操纵绪论§1-1概述§1-2船舶操纵运动学参数§1-3船舶操纵动力学参数§1-4船舶阻力与推进§1-1概述简单来讲，船舶操纵就是指操船人员对船舶所进行的操作。具体来说，船舶操纵是指操船人员利用船舶运动控制设备对船舶运动状态所进行的控制。船舶操纵运动是指操船人员的

2、操作引起的船舶运动状态的变化。一、船舶操纵的含义及原理1、船舶操纵的含义常规船舶操纵（shiphandling）包括三种：保持航向改变航向改变船速1、船舶操纵的含义保持航向（Coursekeepingorsteering）从事海上运输的船舶，在海上航行的主要目的是为了以最短的距离和最快的时间抵达目的地，并减少燃料消耗。为此，船舶操纵人员总是力求使船舶保持直线运动。在港内，为了使船舶保持在直线航道内航行，也需要船舶保持直线运动。改变航向（Maneuveringorcoursechanging）当船舶在预定

3、的航线上遇到障碍物或其它船舶时，为了避免碰撞，船舶操纵人员又力求使船舶及时改变航向。改变船速（Speedchanging）当船舶进出港口、靠离泊或锚泊时，需要对船速进行控制，为此，船舶操纵人员又希望及时改变船速。1、船舶操纵的含义操纵：在这三种情况下，操纵人员都要对船舶进行操作。从这个意义上讲，对于水面船舶，船舶操纵实质上就是操船人员对船速和航向所进行的控制。船舶操纵：在人、船、环境系统中，操船者利用船舶本身或其他手段如车、舵、锚、缆、拖轮等，以保持或改变船舶运动状态为目的而进行的必要观察、判断、指挥、

4、实施等。2、船舶操纵原理闭环控制船舶操纵人员根据航向（航迹）误差，发出舵角指令，舵工操舵，舵机执行，产生水动力，船改变航向（或航迹），航向值与舵角也反馈到操船人员，供进一步操纵。二、船舶运动控制设备操纵设备主要包括舵和推进器：改变或保持船舶的运动方向主要用舵来完成；变化船舶运动速度主要用推进器来完成。从舵和推进器的运用幅度来看，可将船舶操纵分为常规操纵和应急操纵两大类：常规操纵包括用小舵角保持航向、中等舵角改变航向以及减速或增速操纵；应急操纵包括用大舵角（一般为满舵）进行旋回和用全速倒车进行紧急停船。二

5、、船舶运动控制设备其他设备：侧推器设备；外力协助操纵—拖船的协助；系泊设备：锚、缆等。船舶操纵任务常规航行：小舵角保向或中舵角转向；进出港操纵：锚泊、系浮筒、靠离码头、掉头等；应急操纵：紧急旋回或停船、搁浅或碰撞时的操纵、落水人员救助等；恶劣条件：大风浪中、避离台风操纵等。船舶操纵任务要求了解船舶（船体）的操纵特性了解操纵对象的性质了解船舶操纵设备的性能和特性了解操纵设备的性质了解船舶在不同外界环境中的操纵特性外界环境:风、流、浪学习船舶在港内、狭水道中操纵的方式方法以及特殊环境下的操船完善操纵装置，提

6、高操纵人员的水平三、船舶操纵研究研究任务通过考察船舶受控运动的规律，找到不同类型的船舶在不同外界环境下的控制规律及方法，以满足安全方面的要求。建立评价船舶操纵安全标准的评价方法，以便对不同类型的船舶在不同外界环境下的安全性进行评价。在安全评价基础之上，为港口设计、航道工程以及其它水工设施（如水上桥梁等）的通航安全提供理论依据和技术数据。§1-2船舶操纵运动学参数为定量地描述船舶的操纵运动，引入船舶操纵运动坐标系，定义船舶运动学参数，建立船舶操纵运动方程，用数学方法来讨论船舶运动问题。水面船舶运动可用刚体

7、平面运动原理加以描述，用数学方法来定量研究船舶运动问题。船舶在静水中的运动可分解为在水平面的平移运动和绕垂直轴的旋转运动。船舶运动学参数包括位置、船速、漂角、转心、航向角、速度、角速度等。一、操纵运动坐标系theearth-fixedandbody-fixedframes（SNAME1950）xeyexszsysuVvze船舶6个自由度的运动三个平动：x轴：u，surging（前进，纵荡）y轴：v，swaying（横移，横荡）z轴：w，heaving（升沉，垂荡）三个转动：x轴：p，rolling（横摇

8、）y轴：q，pitching（纵摇）z轴：r，yawing（首摇）平面运动3degreesoffreedomSurging纵荡Swaying横荡Yawing首摇2actuatorsThrusterRudderuyeOeyrxevxucGV二、船速与漂角1、船速根据刚体平面运动原理，同一时间内船体上各位置的运动状态各不相同，这里考察的船速是船舶重心处的速度。船速是指船舶相对于水的运动速度，一般用符号V表示。在运动坐标系中，坐标原点（船舶重心或