第五章减摇装置和船型对耐波性的影响船舶运动学教学ppt课件

1、第五章第五章 减摇装置和船型对耐波性的影响减摇装置和船型对耐波性的影响第一节第一节 横摇减摇装置横摇减摇装置横摇减摇装置横摇减摇装置一、减摇装置概述一、减摇装置概述1。减摇装置：由于横摇阻尼较小，导致了横摇过大，。减摇装置：由于横摇阻尼较小，导致了横摇过大， 必须设置减摇装置改善横摇性能。必须设置减摇装置改善横摇性能。2。分类：。分类：a.从本身是否具有动力可分为主动和被动式。从本身是否具有动力可分为主动和被动式。 b.从结构形式可以分为：舭龙骨、减摇鳍和从结构形式可以分为：舭龙骨、减摇鳍和 减摇水舱。减摇水舱可分为主动式、被动减摇水舱。减摇水舱可分为主动式、被动 式和被动可控式。式和被动可控

2、式。Bilge KeelsFin Stabilizer横摇减摇装置横摇减摇装置一、减摇装置概述一、减摇装置概述3。各类减摇装置的放大因数示意图。各类减摇装置的放大因数示意图结论：从图结论：从图中可知，减中可知，减摇鳍的效果摇鳍的效果最好，被动最好，被动可控式水舱可控式水舱也较为满意。也较为满意。横摇减摇装置横摇减摇装置一、减摇装置概述一、减摇装置概述4。减摇效果采用的减摇百分比的表达法。减摇效果采用的减摇百分比的表达法。a.共振时的减摇效果共振时的减摇效果K0：b. 减摇比减摇比K：c. 减摇百分数减摇百分数K1：无减摇装置共振横摇角无减摇装置共振横摇角有减摇装置共振横摇角有减摇装置共振横摇角

3、无减摇装置三一横摇幅值无减摇装置三一横摇幅值有减摇装置三一横摇幅值有减摇装置三一横摇幅值横摇减摇装置横摇减摇装置二、舭龙骨二、舭龙骨1。基本概念：由流体动力的作用产生稳定力矩的减。基本概念：由流体动力的作用产生稳定力矩的减 摇装置，是位于舭部占船长的摇装置，是位于舭部占船长的1/2到到 1/4左右，宽度为左右，宽度为0.3到到1.2米的钢米的钢 板，垂直与船体固结。板，垂直与船体固结。横摇减摇装置横摇减摇装置二、舭龙骨二、舭龙骨2。舭龙骨的作用机理。舭龙骨的作用机理 舭龙骨的主要作用是增加漩涡阻尼减缓横摇。舭龙骨的主要作用是增加漩涡阻尼减缓横摇。阻尼分为阻尼分为2部分：一是由正背面压力差形成的

4、龙骨板部分：一是由正背面压力差形成的龙骨板阻尼，二是由它的存在产生了增压区和减压区，改阻尼，二是由它的存在产生了增压区和减压区，改变了船体表面的压力分布。变了船体表面的压力分布。横摇减摇装置横摇减摇装置二、舭龙骨二、舭龙骨3。定性分析舭龙骨的减摇效果。定性分析舭龙骨的减摇效果a.舭龙骨尺度对减摇效果的影响舭龙骨尺度对减摇效果的影响宽度与消灭系数的关系宽度与消灭系数的关系长度与消灭系数的关系长度与消灭系数的关系横摇减摇装置横摇减摇装置二、舭龙骨二、舭龙骨3。定性分析舭龙骨的减摇效果。定性分析舭龙骨的减摇效果b.舭龙骨位置对减摇效果的影响舭龙骨位置对减摇效果的影响 设置在舭部距离横摇设置在舭部距离

5、横摇中心最远的部位，尽量产中心最远的部位，尽量产生最大的稳定力矩。为了生最大的稳定力矩。为了防止靠码头和搁浅时舭龙防止靠码头和搁浅时舭龙骨部损坏，不能超出中站骨部损坏，不能超出中站面的方框线之外。面的方框线之外。横摇减摇装置横摇减摇装置二、舭龙骨二、舭龙骨3。定性分析舭龙骨的减摇效果。定性分析舭龙骨的减摇效果c.船速对减摇效果的影响船速对减摇效果的影响 试验表明：随着船速的试验表明：随着船速的增加船体本身的阻尼随之增增加船体本身的阻尼随之增加，但是与没用舭龙骨的阻加，但是与没用舭龙骨的阻尼之差是常数，即舭龙骨的尼之差是常数，即舭龙骨的绝对效果与船速无关。绝对效果与船速无关。横摇减摇装置横摇减摇

6、装置三、被动式减摇水舱三、被动式减摇水舱1。减摇水舱的分类。减摇水舱的分类U型减摇水舱型减摇水舱开式减摇水舱开式减摇水舱自由液面减摇水舱自由液面减摇水舱横摇减摇装置横摇减摇装置三、被动式减摇水舱三、被动式减摇水舱2。水舱设计的基本思想。水舱设计的基本思想双共振的设计原则：双共振的设计原则：波浪周期波浪周期船舶固有横摇周期船舶固有横摇周期水振荡周期水振荡周期水舱内水产生的力矩刚好与波浪的扰动力矩相抵消水舱内水产生的力矩刚好与波浪的扰动力矩相抵消横摇减摇装置横摇减摇装置三、被动式减摇水舱三、被动式减摇水舱3。水舱的周期。水舱的周期U型水舱，周期近似表达式如下：型水舱，周期近似表达式如下：边水舱断面

7、积边水舱断面积联通水道断面积联通水道断面积横摇减摇装置横摇减摇装置三、被动式减摇水舱三、被动式减摇水舱4。水舱阻尼。水舱阻尼 如下图：水舱阻尼如下图：水舱阻尼的大小直接影响放大因的大小直接影响放大因数曲线的形状。阻尼小数曲线的形状。阻尼小虽然共振时有较高的的虽然共振时有较高的的减摇效果，但在共振区减摇效果，但在共振区外的横摇值增加较多。外的横摇值增加较多。阻尼增加放大因数曲线阻尼增加放大因数曲线趋于平坦，峰值下降。趋于平坦，峰值下降。被动式水舱被动式水舱横摇减摇装置横摇减摇装置三、被动式减摇水舱三、被动式减摇水舱5。减摇水舱的相当波倾量。减摇水舱的相当波倾量减摇水舱的作用相当于减小波倾角。计算

8、公式：减摇水舱的作用相当于减小波倾角。计算公式：满足条件：满足条件：（1水舱高度不小于水深的水舱高度不小于水深的1.7倍。倍。（2自由液面的稳性损失要限制在使初稳自由液面的稳性损失要限制在使初稳 性高度减小性高度减小2.5%之内。之内。（3水舱重量占排水量水舱重量占排水量1%到到2%之间。之间。（4航行时水量留有余地来调整水舱周期。航行时水量留有余地来调整水舱周期。横摇减摇装置横摇减摇装置三、被动式减摇水舱三、被动式减摇水舱6。减摇水舱的设计步骤多次组合、反复修正）。减摇水舱的设计步骤多次组合、反复修正）（1首先估算设计工况的横摇固有周期。首先估算设计工况的横摇固有周期。（2选择水舱的相当波倾

9、量，一般选择水舱的相当波倾量，一般2到到3之间。之间。（3选择水舱尺度时，考虑水舱周期和相当波倾量。选择水舱尺度时，考虑水舱周期和相当波倾量。（4校核：水舱周期、相当波倾量、自由液面对稳校核：水舱周期、相当波倾量、自由液面对稳 性的影响以及水舱占排水量的比例。性的影响以及水舱占排水量的比例。横摇减摇装置横摇减摇装置四、减摇鳍主动式减摇装置）四、减摇鳍主动式减摇装置）1。减摇鳍的构造。减摇鳍的构造机翼型的鳍、转鳍传动机构、控制系统机翼型的鳍、转鳍传动机构、控制系统横摇减摇装置横摇减摇装置四、减摇鳍主动式减摇装置）四、减摇鳍主动式减摇装置）1。减摇鳍的工作原理。减摇鳍的工作原理 横摇运动时，鳍在自

10、动控制系统操纵下随船横摇运动时，鳍在自动控制系统操纵下随船横摇规律改变鳍角，产生周期性的稳定力矩来抵横摇规律改变鳍角，产生周期性的稳定力矩来抵抗海浪干扰力矩。抗海浪干扰力矩。横摇减摇装置横摇减摇装置四、减摇鳍主动式减摇装置）四、减摇鳍主动式减摇装置）2。减摇鳍的位置与干扰。减摇鳍的位置与干扰a.鳍最理想的位置在船中的舭部，产生最大的稳定鳍最理想的位置在船中的舭部，产生最大的稳定 力矩。可避免产生回转力矩偏航。力矩。可避免产生回转力矩偏航。b.大船有多个鳍，有干扰问题，前面的鳍会破坏流线大船有多个鳍，有干扰问题，前面的鳍会破坏流线 影响后面的，安装时控制影响后面的，安装时控制2个鳍中心线间的距离

11、。鳍个鳍中心线间的距离。鳍 与舭龙骨也有干扰问题，两者距离一定要大些，同与舭龙骨也有干扰问题，两者距离一定要大些，同一一 水平线的要将鳍的前端和后端的舭龙骨削去一段。水平线的要将鳍的前端和后端的舭龙骨削去一段。横摇减摇装置横摇减摇装置四、减摇鳍主动式减摇装置）四、减摇鳍主动式减摇装置）3。减摇鳍的相当波倾量。减摇鳍的相当波倾量 一般船舶相当波倾量在一般船舶相当波倾量在5左右可以抵消左右可以抵消波倾对船的扰动。同时由于控制系统敏感度波倾对船的扰动。同时由于控制系统敏感度和随机因素影响，总要保持一定的剩余横摇和随机因素影响，总要保持一定的剩余横摇幅值的。通常剩余横摇幅值在幅值的。通常剩余横摇幅值在

12、3之内。之内。第五章第五章 减摇装置和船型对耐波性的影响减摇装置和船型对耐波性的影响第二节第二节 船型对耐波性的影响船型对耐波性的影响船型对耐波性的影响船型对耐波性的影响 从耐波性角度来选择船型是一个非常复杂从耐波性角度来选择船型是一个非常复杂的问题。由于纵摇、垂荡、首垂向速度、甲板的问题。由于纵摇、垂荡、首垂向速度、甲板上浪、砰击、失速对主尺度和船型要素的要求上浪、砰击、失速对主尺度和船型要素的要求是不同的或者相互矛盾的。是不同的或者相互矛盾的。耐波性要求选型条件耐波性要求选型条件可靠的海浪资料和预可靠的海浪资料和预报耐波性能的方法报耐波性能的方法有统一的耐波有统一的耐波性衡准指标性衡准指标

13、船型对耐波性的影响船型对耐波性的影响一、主尺度和系数对耐波性的影响一、主尺度和系数对耐波性的影响1。主尺度和有关要素对船在迎浪中纵摇垂荡影响。主尺度和有关要素对船在迎浪中纵摇垂荡影响 浪级不变，增大方形系数、吃水、纵向质量浪级不变，增大方形系数、吃水、纵向质量惯性半径，对于减小纵摇和垂荡不利。而增大长惯性半径，对于减小纵摇和垂荡不利。而增大长度、水线面系数、船宽却有利。度、水线面系数、船宽却有利。2。主尺度和要素对运动及波浪中马力增加的影响。主尺度和要素对运动及波浪中马力增加的影响 方形系数和纵向质量惯性半径的变化对运动方形系数和纵向质量惯性半径的变化对运动和失速有一致性影响，而其它因素的影响

14、是相矛和失速有一致性影响，而其它因素的影响是相矛盾的。增加船长对运动有利，使失速加大；而增盾的。增加船长对运动有利，使失速加大；而增加吃水使失速减少，对运动不利。加吃水使失速减少，对运动不利。船型对耐波性的影响船型对耐波性的影响二、船首部横剖面形状对运动和失速的影响二、船首部横剖面形状对运动和失速的影响 一般认为：一般认为：U型剖面在静水中阻力较低，型剖面在静水中阻力较低，V型型剖面在波浪中的运动性能较好。剖面在波浪中的运动性能较好。剖面形状对垂荡影响的试验结果剖面形状对垂荡影响的试验结果船型对耐波性的影响船型对耐波性的影响二、船首部横剖面形状对运动和失速的影响二、船首部横剖面形状对运动和失速

15、的影响 一般认为：一般认为：U型剖面在静水中阻力较低，型剖面在静水中阻力较低，V型型剖面在波浪中的运动性能较好。剖面在波浪中的运动性能较好。剖面形状对纵摇影响的试验结果剖面形状对纵摇影响的试验结果船型对耐波性的影响船型对耐波性的影响二、船首部横剖面形状对运动和失速的影响二、船首部横剖面形状对运动和失速的影响 一般认为：一般认为：U型剖面在静水中阻力较低，型剖面在静水中阻力较低，V型型剖面在波浪中的运动性能较好。剖面在波浪中的运动性能较好。剖面形状对推力影响的试验结果剖面形状对推力影响的试验结果总结：大型总结：大型货船和油船货船和油船采用采用U型剖型剖面，而小型面，而小型渔船多采用渔船多采用V型

16、剖面。型剖面。船型对耐波性的影响船型对耐波性的影响三、球鼻首对船舶耐波性的影响三、球鼻首对船舶耐波性的影响 静水中有球鼻首的船具有最佳阻力。但在静水中有球鼻首的船具有最佳阻力。但在波浪中它的运动性能试验如下：波浪中它的运动性能试验如下：有无球鼻首对纵摇的影响：有无球鼻首对纵摇的影响： 有球鼻首的船纵摇运动有球鼻首的船纵摇运动较小，比无球鼻首的船纵摇较小，比无球鼻首的船纵摇约小约小0.2到到0.4度。度。船型对耐波性的影响船型对耐波性的影响三、球鼻首对船舶耐波性的影响三、球鼻首对船舶耐波性的影响 静水中有球鼻首的船具有最佳阻力。但在静水中有球鼻首的船具有最佳阻力。但在波浪中它的运动性能试验如下：波浪中它的运动性能试验如下：有无球鼻首对垂荡的影响：有无球鼻首对垂荡的影响： 有球鼻首的船垂荡运动有球鼻首的船垂荡运动较大，比无