船舶操纵课件--第1章船舶操纵基础理论

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1、洪碧光大连海事大学船舶操纵第一章船舶操纵性基础一、船舶操纵性指数K、T二、船舶操纵性与指数K、T的关系三、影响K、T指数的因素四、K、T指数的应用第五节船舶操纵性指数1943年，英国人Kempf在1943年首先提出一种衡量船舶机动性能的试验方法。1957年以来野本谦作和诺宾发展了一种对Z形实验结果进行理论分析的新方法------K、T分析法。受到了广泛的重视和应用。野本认为船舶的受控运动基本上是一个质量很大的物体在舵的作用下进行的一种缓慢的转艏运动。他略去了船舶回转角速度的高阶影响，用下列数学模型来描述船舶运动：一．船舶操纵性指数K、T式中：I为船舶回转惯性力矩系

2、数；N为船舶回转中所受的阻尼力矩系数；C为舵产生的回转力矩系数。将上式两端同乘以1/N，得：我们设T=I/N，K=C/N，代入上式，得：即一阶船舶操纵运动方程。野本认为K、T表征船舶操纵性的特征参数。一．船舶操纵性指数K、T1.指数K、T的物理意义（1）力学意义由T=I/N可见：参数T是惯性力矩与阻尼力矩之比，T值越大，表示船舶惯性大而阻尼力矩小；反之，T值越小，表示船舶惯性小而阻尼力矩大。由K=C/N可见：参数K是舵产生的回转力矩与阻尼力矩之比，K值越大，表示舵产生的回转力矩大而阻尼力矩小；反之，K值越小，表示舵产生的回转力矩小而阻尼力矩大。为了提高船舶的操纵性

3、，我们总希望它惯性尽可能小，而舵产生的回转力矩尽可能大，也就是希望T尽量小，K尽量大。一．船舶操纵性指数K、T1.指数K、T的物理意义（2）运动学意义按给定的初始条件：t=0，r=0，可以求解上述方程式，得到船舶转向角速度的表达式：对于具有航向稳定性的船舶，T＞0，T绝对值越小，随着t的增大，e-t/T将衰减得越快。对于不具有航向稳定性的船舶，T＜0，随着t的增大，e-t/T将不衰减，也就是说，船舶将继续旋转。一．船舶操纵性指数K、TT的运动学意义为：是系统的时间常数，它的符号决定了运动的稳定性，它的大小决定了船舶达到定常旋回角速度的时间，其因次为sec。对于具有

4、航向稳定性的船舶，t→∞时，r=Kδ，K值越大，r越大。K的运动学意义为：船舶受单位持续舵角作用下产生的最终旋回角速度，其因次为1/sec。一．船舶操纵性指数K、T2.指数K、T的无因次化及其量值（1）K、T的无因次化目前，K、T指数被广泛用来评价船舶的操纵性能。除了上述有因次的形式以外，为了便于比较，还可以使用无因次值K’、T’，其定义为：一．船舶操纵性指数K、T2.指数K、T的无因次化及其量值（1）K、T的无因次化诺宾在此基础上进一步建议用机动性参数P来衡量船舶的机动性，P定义为：分析上述一阶操纵运动方程的解，可以看出：P值实际上是在操单位舵角后，船舶航行一个

5、船长距离时，按一阶模拟得到的航向角的变化值。有的资料上称P为“舵效指数”一．船舶操纵性指数K、T2.指数K、T的无因次化及其量值（1）K、T的无因次化对e-1/T展开成幂级数，则可得可见，舵效指数P与K’、T’的比值有关。一．船舶操纵性指数K、T2.指数K、T的无因次化及其量值（2）K′、T′的量值K′、T′的值是通过Z形实验求得的。有10、15、20度等几种实验。一般取10度实验结果为标准。对于一般船舶的操纵性能，K’、T’在下列范围内：满载货轮（L=100~160m）K’=1.5~2.0T’=1.5~2.5满载油轮（L=150~250m）K’=1.7~3.0T

6、’=3.0~6.0一．船舶操纵性指数K、T根据K、T指数，船舶旋回性可分为四种模式：如图所示。二．船舶操纵性与指数K、T的关系T大，K小T大，K大T小，K小T小，K大横距纵距船舶操纵性能指数K、T值，将随舵角、吃水、吃水差、水深与吃水之比、船体水下线型等因素的变化而变化，且其规律较为复杂，但总体来讲，有如下关系1.舵角增加：K、T同时减小；2.吃水增加：K、T同时增大；3.尾倾增加：K、T同时减小；4.水深变浅：K、T同时减小；5.船型越肥大：K、T同时增大三．影响K、T指数的因素可见，船舶的操纵性指数K、T值是同时减小或同时增大的，即提高船舶旋回性的结果将使其追

7、随性受到某种程度的降低，而追随性的改善又将导致船舶旋回性的某些降低。值得注意的是，当舵角增加时，K/、T/值同时减小，但T/值减小的幅度要比K/值减小的幅度大，因此船舶的舵效反而变好。三．影响K、T指数的因素1.旋回滞后距离Dr的估算直航船从操满舵开始到航向开始改变之前船舶前进的距离，称为旋回滞后距离，用Dr表示。其值求取用下式计算：其中：t1——转舵时间一般将T+t1/2称为旋回滞后时间。当T增大时，Dr随之增大；t1增大时，Dr也随之增大。四．K、T指数的应用ψACDr2.新航向距离AC的估算直航船舶操舵后，航向改变量为ψ时，转舵开始到新航向与原航向之交点的距

8、离称为新航