船舶操纵性指数k-t.ppt

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1、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、K、T指数的无因次化四、影响K、T指数的因素五、K、T指数的应用第二节船舶操纵性指数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年以来日本野本谦作和诺宾发展了一种对Z型试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。野本谦作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。他略去了船舶旋回角速度的高阶影响，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：

2、K——旋回性指数(s-1);T——追随性指数(s);r——旋回角速度(1/s);一．船舶操纵性指数K、T——旋回角加速度(1/s2);δ——舵角(°)。一．船舶操纵性指数K、T推导过程：如果把船舶近似看成刚体，并假定船舶在旋回时只受到转船力矩N(δ)和水的阻矩N(r)的作用，根据刚体定轴转动微分方程：刚体对转轴的转动惯量与角加速度的乘积，等于作用于刚体的主动力对该轴之矩的代数和，则可得出：在δ<10°的条件下，角速度及角加速度均减小，舵力转船力矩N(δ)与舵角成正比，旋回阻尼力矩N(r）与角速度r成正比，则即：IG·a——r+r

3、=——δbb.IGr=N(δ)-N(r）.IGr=N(δ)-N(r）=a·δ-b·r.IGr+b·r=a·δ(二边同除b)一．船舶操纵性指数K、TIGa令：——=T，——=K，则：bb·T·r+r=K·δ（野本谦作的一阶近似操纵运动方程式）δ——舵角（°）IG-------为船舶绕重心G竖轴的转动惯量·r-----为回转角加速度（1/s2）r——旋回角速度（1/s）a-----为转船力矩系数b-----为阻尼力矩系数K——旋回性指数（s-1）；T——追随性指数（s）；一、船舶操纵性指数K、T显然，T指数（追随性指数turning

4、lagindex）是船舶绕其重心竖轴的惯性矩与船舶旋回阻矩系数之比所决定的常数；K指数（旋回性指数turningabilityindex）是操舵后转船力矩系数与船舶旋回阻矩系数之比所决定的常数。船舶K、T值的大小将决定船舶在操舵后任意时刻所具有的转头角加速、角速度、转向角度的值，K、T指数可用来表示船舶操纵性的优劣。因此，称之为船舶操纵性指数(maneuverabilityindices)二、船舶操纵性指数及其意义一、操纵性指数K、T船舶正舵直航中操舵，如在瞬间操舵并使舵角迅速转至某一要操的舵角δ0，则将这种操舵方式称为阶跃操舵

5、方式。(自然常数e≈2.718)在阶跃操舵方式条件下，设初始条件t=0时，r=0，则求解一阶操纵运动方程式可得转头角速度表达式：二、船舶操纵性指数及其意义当T>0时，e–t/T将随时间的延长而衰减下去，转头角速度最终逐渐稳定于定值Kδ0，即定常旋回时，船舶以r0=Kδ0的角速度作旋回，而船舶定常旋回时的切线速度Vt与r0的关系是：Vt=r0R，故R=Vt/r0=Vt/Kδ0。因此，K值越大，则定常旋回角速度越大，旋回半径也就越小，船舶的旋回性越好；反之，K值越小，船舶旋回性越差。所以称K为船舶旋回性指数。t0.63KδrTKδ0

6、T小，K小T小，K大T大，K小纵距横距T大，K大二、船舶操纵性指数及其意义设t=T则有=Kδ0（1-0.368）≈0.63Kδ0这说明，T值是表示操舵后，船舶对舵角响应的时间滞后的一种指数。在数值上等于操舵后船舶旋回角速度达到0.63Kδ0（即63%定常旋回角速度）所需的时间。若T为正值，且T值越小，e–t/T趋于零的速度就越快，船舶进入定常旋回也就越快，即船舶追随性越好；反之，T值越大，追随性就差。所以称T为船舶追随性指数。二、船舶操纵性指数及其意义设t=T则有=Kδ0（1-0.368）≈0.63Kδ0此外，T值小，船舶惯性转

7、头角就小，能较快地稳定在新航向上，即航向稳定性较好；T值大，则惯性转头角较大，航向稳定得较慢，即航向稳定性差。若T<0，则船舶不具备航向稳定性。可见，T指数还可反映船舶航向稳定性的好坏，所以又称其为航向稳定性指数。三、K、T指数的无因次化相同K、T值的两船，以船长L大，航速Vs低者，操纵性好；为了便于比较不同种类船舶或同一船舶不同状态下的操纵性，通常将K、T指数作无因次化处理，即消除船舶尺度和船速的影响，可直接用来比较不同船舶或同一船舶在不同条件下的操纵性优劣及其变化趋势。其处理方式按以下公式进行：三、K、T指数的无因次化Vs—

8、—回转时初速度（m/s）；L——船长（m）；K——旋回性指数（1/s）；T——追随性指数（s）三、K、T指数的无因次化1、同一船舶条件不同，K′、T′值均不相同2、满载货船（L=100~150m）：K′=1.5~2.0，T′=1.5~2.5；满载油船（L=150