第1章船舶操纵基础理论

《第1章船舶操纵基础理论》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、通过本章的学习，要求学员概念理解正确，定义描述准确，对船舶操纵性能够正确评估，并具有测定船舶操纵性能的知识。根据船舶操纵理论，操纵性能包括：1）机动性（旋回性能和变速运动性能）2）稳定性（航向稳定性）第一节船舶操纵运动方程为了定量地描述船舶的操纵运动，我们引入船舶操纵运动方程，用数学方法来讨论船舶的运动问题。一、船舶操纵运动坐标系1•固定坐标系OxoyoZo其原点为0,坐标分别为xo,y°,z0,由于我们仅讨论水面上的船舶运动，因此，该坐标系固定于地球表面。作用于船舶重心的合外力在xo,轴上的投影分

2、别为Xo和Yo对Zo轴的合外力矩为N2.运动坐标系Gxyz其原点为点G（船舶重心），坐标分别为x,y,乙该坐标系固定于船上。这主要是为了研究船舶操纵性的方便而建立的坐标系。x,y,两个坐标方向的运动速度分别为u和v,所受的外力分别为X和Y,对z轴的转动角速度为r,z轴的外力矩为N。二、运动方程的建立根据牛顿关于质心运动的动量定理和动量矩定理，船舶在水面的平面运动可由下列方程描述:X。=mxn(JOogYo=myogN=1昇该式一般很难直接解出。为了方便，将其转化为运动坐标系表示，这样可以使问题大为简

3、化。经过转换，得：X=m（u一vr）

4、方程忽略二阶以上的水动力导数和水动力矩导数，得到的方程称为线性方程。它适用于小扰动的情况。对于船舶的旋回性，我们关心的是航向角和转向角速度随时间的变化，较少考虑X方向的情况。因此，仅取丫和N两方程式联立，并进行无因次化处理，得到船舶操纵运动的线性方程：「、T2、T3为船舶追随性指数K为船舶旋回性指数设丁=「+丁2丁3,经过求解,得：Tr+r=K8即得一阶船舶操纵运动方程。第二节船舶的旋回性能一、船舶的旋回性的定义、旋回运动的过程1.船舶的旋回性的定义船舶定速度直航中操某一舵角并保持之，船舶进入旋运动

5、的性能称为船舶的旋回性能。2・旋回运动的过程一参考《船舶操纵性与耐波性》P241）转舵阶段一横移内倾阶段8从0增加到§c随着舵角的增加，产生YR和NR,由此产生横向加速度和旋转角加速度，由于船舶的质量和转动惯量很大，横移速度v和转动角速度r还不明显。卩较小，降速不明显，重心外移L/100,船尾外移（1/5〜1/10儿，内倾。内倾的原因是舵力作用中心较水动力作用中心低。图l-l船舶旋回运动过程中运动耍索啲变化旋转角速度I*旋转角加速度横移速度v横移加速度/舵角§2)过渡阶段一加速旋回阶段8维持在§c,

6、横向加速度、旋转角加速度、横移速度V和转动角速度r都存在，并不断变化，只有舵角为常量。p增加，Vs降低较快，出现外倾。外倾的原因是离心力产生的外倾力矩大于内倾力矩。3)定常旋回阶段横向加速度、旋转角加速度均为0。8,v,r均为常量。航向角变化约*0°之后，船舶开始进入定常旋回阶段。0为定值，Vs降速不变，稳定外倾。二、旋回「旋回圈的概念船舶定速直航中操某一舵角并保持之，船舶重心所描绘的轨迹称为旋回圈。旋回圈是表示船舶旋回性能的重要指标。旋回圈越小,旋回性能越好。1.旋回圈的要素1)旋回圈的几何要素(

7、1)进距Ad一advance从开始转舵到航向变化为任意值时的船舶重心纵向移动的距离，通常用航向角变化为90。时，为最大进距称为进距Ado一般Ad=0.6DT-1.2Dt(2)横距Tr—transfer从开始转舵到航向变化为90°时的船舶重心横向移动的距离。—般Tr^0.5Dj⑶旋初径Dt—tacticaldiameter从开始转舵到航向变化为180°时的船舶重心横向移动的距离。一般Dt=3L〜6L⑷旋回直径D—finaldiameter船舶进入定常旋回时的旋回圈直径。一般D=0・9Dt〜1.2Dt(

8、5)反移量Lk—kick在旋回过渡阶段，由于船舶转动惯量很大还来不及产生较大的旋转角速度，则在Yr的作用下，产生横向移动加速度，进而产生横向移动速度V,使船舶重心产生向转舵相反方向的横移量，其称为反移量Lk。一般船舶满载时其Lk-L-1%,而船尾可能要偏出(1/5~1/10)Lo2)旋回圈的运动要素(1)漂角B—driftangle『[严匕[v=-

9、v

10、sin^船首尾线与船舶重心运动轨迹切线的夹角。它在转舵阶段和过渡阶段是不断变化的，当船舶进入定常旋回时，漂角为常量。