船舶值班操纵与避碰课件

船舶值班操纵与避碰

绪论何为船舶操纵？何为船舶操纵系统？船舶操纵系统的组成部分？何为船舶操纵性？一、船舶操纵操纵：为了保障达到确定的目的而控制某种过程的组织方法。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、实施等。船舶操纵的一般任务：需要将船舶沿给定的航迹从水面上的一点开往另一点。操纵任务分解：一般都将总任务分解成若干子任务，为了完成某一子任务，有目的地操纵船舶。一般来看，操纵船舶的目的总是为了保持或改变某一决定船舶的运动量。作为操纵目的而必须保持或改变的的那个量称为被控坐标。操纵目的第一，船舶必须在横向上移动直线A-A’到B-B’之间的距离；第二，要求最终保持船舶纵中剖面的初始方向；第三，船舶要停在B点

这三个目的的被控坐标：横向位移y1，航向角和纵向位移x1船舶操纵的被控坐标船舶运动的船首方向船舶运动的转首角速度船舶运动的纵向距离船舶运动的纵向速度船舶运动的横向距离船舶运动的横向速度二、船舶操纵系统操纵对象（即要操纵的是什么）操纵设备（即用什么来进行操纵）操纵装置（即由什么来实现操纵）操纵对象和操纵设备的性质与操纵装置的必要完善程度之间存在着联系。几个例子：例1：自行车被控系统，可见自行车为被控对象：

三轮自行车，二轮自行车，一轮自行车第一种自行车在纵向平面和横向平面里都是稳定的第二种自行车在纵向平面里是稳定的第三种自行车在纵向平面和横向平面里都是不稳定的

被控对象的性质不同

操纵装置或操纵的人是无法使其完善例2：具有良好操纵性的船舶，航行在狭水道中，并且进入浓雾地带。船上没有雷达，当完全失去能见度时，船长作出决定：主机停车并抛锚。

操纵装置不完善所致，即船舶的方向量测设备失去了作用。例3:小舢舨船，小吨位船,万吨级船，VLCC

响应时间，船舶运动的范围为了能够完成操纵任务了解船舶的操纵特性

----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学习船舶在港内、狭水道中操纵的方式方法了解船舶在不同外界环境中的操纵特性外界环境:风、流、浪特殊环境下的操船

----完善操纵装置提高操纵人员的水平三、船舶操纵性船舶操纵性能（maneuverability）是指船舶对驾引人员实施操纵的响应能力总称船舶操纵性能内容:船舶的旋回性船舶运动稳定性船舶的机动性船舶的惯性性能，包括改向性及保向性以及船舶的变速运动性能等。

第一章船舶操纵性能

第一节船舶旋回性能

在实际操船中，对舵的使用大致可分为小舵角的保向操纵、一般舵角的转向操纵及大舵角的旋回操纵三种。匀速直航时，转舵使船舶作圆弧运动的性能,称为船舶回转性。它是船舶操纵性当中极为重要的一种性能。因为回转性与船舶避让、靠离泊、灵活调头等操纵密切相关。主要内容船舶旋回运动过程分析旋回圈（turningcircle）的大小及其要素描述船舶旋回运动状态的运动要素影响旋回圈大小的因素旋回圈要素在实际操船中的应用一、船舶旋回运动过程分析

船舶以一定航速直进当中操某一舵角并保持之，船舶将进入旋回过程。根据船舶在旋回运动过程中所受外力特点之变化，以及运动状态之不同，可将船舶旋回过程划分为三个阶段，如图1－1所示。

图1－1船舶旋回的运动过程

1．第一阶段（转舵阶段）

转舵阶段:指从转舵开始到舵转至规定角度为止，时间很短(约15s)受力情况：随着舵的转动，由舵角引起横向力和力矩，使船产生横向加速度和回转角加速度。运动特点：由于船体本身的惯性很大，由于转舵阶段的时间很短，还来不及产生明显的横向速度和回转角速度。v’0,r’0,v=r=0船舶运动分析：船舶重心G操舵相反一舷的小量横移船舶横向向操舵一舷倾斜（内倾）转舵阶段过度阶段定常阶段2．第二阶段（过渡阶段）过渡阶段：指从转舵结束起到船舶进入定常回转运动为止的动态过程受力情况：操舵后，随着船舶横移速度增加，漂角增大，流体产生作用于船体的力和力矩，将使船舶的旋回运动进入加速旋回运动特点：v<0,r>0,v’0,r’0船舶运动分析：船舶的运动速度矢量将逐渐偏离首尾面而向外转动，越来越明显的斜航运动将使船舶的旋回运动进入加速旋回阶段船舶的横向运动由内倾渐渐向外倾变化3．第三阶段(定常阶段（steadyturning）)受力情况：经过过渡过程的发展变化，作用于船体的力和力矩将最后达到平衡，船舶以一定的横向速度和回转速度绕固定点作定常回转运动。运动特点：v’=0,r’=0,v=const.,r=const.船舶运动分析：

船舶的横向运动为外倾二、旋回圈（turningcircle）的大小及其要素

定速直航（一般为全速）时，操一定的舵角（一般为满舵）后，其重心G的运动轨迹叫做旋回圈。表征旋回圈大小的几何要素：反移量、进距、横距、旋回初径、旋回直径、滞距等，如图1－2所示。

图1－2旋回圈的尺度与名称

1.反移量（Kick）反移量亦称偏距是指船舶重心在旋回初始阶段向操舵相反一舷横移的最大距离。通常，该值较小，其最大量在满载旋回时仅为船长的1/2~1B左右。但操船中应注意的是，船尾的反移量却不容忽视，其最大量约为船长的1／10～1／5，约出现在操舵后船舶的转头角达一个罗经点左右的时刻。反移量的大小与船速、舵角、操舵速度、排水状态及船型等因素有关；船速、舵角越大，反移量越大。2.进距（Advance）进距也称纵距，是指从从转舵开始时刻船舶重心Ｇ点所在的位置，至船首转向900时船舶纵中剖面的距离Ad。它约为3~4L，约为旋回初径DT的0.6～1.2倍其数值越大，表示船舶对操舵反映越迟钝，即应舵较慢。3.横距（Transfer）船舶从操舵开始转首900时，重心Ｇ距原航线的距离，该值越小，则回转性就越好。并以Tr表示之，它大约为旋回初径DT的一半。4.旋回初径（Tacticaldiameter）

从船舶原来航线至船首转向1800时，船纵中剖面所在位置之间的距离DT，其值越小，则回转性越好。对一般船舶DT约为3~6L，回转性较差者可达7~8L。5.旋回直径（Finaldiameter）

定常旋回直径旋回直径是指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径，亦称旋回终径，并以D表示之。它大约为旋回初径DT的0.9～1.2倍。6.滞距（Reach）亦称心距。从发令位置起，船舶重心至定常旋回曲率中心的纵向距离。正常旋回时，船舶旋回直径的中心O总较操舵时船舶重心位置更偏于前方。滞距是该中心O的纵距，并以Re代表之，大约为1～2L，它表示操舵后到船舶进入旋回的“滞后距离”，也是衡量船舶舵效的标准之一。上述六个尺度，各从不同的角度在实际上规定着旋回圈的形状及大小。在航海实践中，旋回圈的大小常常用其旋回初径D表示。有的也采用其旋回初径与其船长L（一般为两柱间长）的比值D／L来表示，称为相对旋回初径。

三、描述船舶旋回运动状态的运动要素

表征船舶旋回运动状态的运动要素主要有漂角、转心及其位置、旋回中的降速和旋回中的横倾等，它们与船舶的旋回性能有着密切的关系。1.漂角（Driftangle）船舶首尾线上某一点的线速度与船舶首尾面的交角叫做漂角，如图1－3所示。用β表示之。一般船舶重心漂角大约在30～250之间。漂角越大的船舶，其旋回性越好，旋回直径也越小。超大型船舶较一般货船的方形系数值较高，长宽比较低，有着较好的旋回性，它在定常旋回中的漂角也较大，最大可达到250左右。图1－3船舶首尾面上各点的漂角

2.转心（pivotingpoint）及其位置旋回中的船舶可视为一方面船舶以一定的速度前进，同时绕通过某一点的竖轴而旋转的运动的叠加，这一点就是转心，通常以P代表之。从几何学上讲，转心P的位置是旋回圈的曲率中心O作船舶首尾面的垂线的垂足。对于不同船舶而言，该点的位置大约在离船首柱后1/3～1/5船长处。船处于后退中，转心位置则在船尾附近。旋回性能越好、旋回中漂角β越大的船舶，其旋回时的转心越靠近船首。3.旋回中的降速

原因：1）舵阻力；2）船体的斜航阻力；3）主机特性船舶在旋回中，主要由于船体斜航（存在漂角）时阻力增加，以及舵阻力增加和推进效率降低等原因，将会出现降速现象。一般从操舵开始到船首转过900左右船舶进入定常旋回后，速度不再下降。减速的幅度与旋回初径DT与船长L的比值有密切的关系，DT/L值越小，旋回性越好，减速越显著。图1－4是定常旋回时的船速（turningspeed）与操舵前的船速(approachspeed)的比值随相对旋回初径而变化的情况。一般船舶旋回中的降速幅度大约为旋回操舵前船舶速度的25%～50%，而旋回性能很好的超大型油轮在旋回中的降速幅度最大可达到原航速的65%。图1－4船舶旋回中的降速情况

4.旋回中船舶出现的横倾（list）

船舶操舵不久，将因舵力横倾力矩而出现少量内倾；接着由于船舶旋回惯性离心力矩的作用，内倾将变为外倾，并且因横向摇摆惯性的存在将产生最大的外倾角θmax，最大外倾角一般为定常外倾角的1.2～1.5倍，θmax的大小与操舵时间有关，操舵时间越短，θmax越大。达到最大外倾角后，船舶经过1～2次摇摆，最后稳定于某一定常外倾角θ上。图1一3是旋回中船舶发生横倾的模式。船舶旋回中定常外倾角θ的大小与船速、所操的舵角、船舶的旋回性能和船舶的初稳性高度GM等有关，船速越高、船舶的旋回直径越小、船舶的初稳性高度越低，定常外倾角θ越大。一般货船满舵旋回时的外倾在静水中可达30～50左右。然而，恢复力矩较小的船舶高速航进中操大舵角时，将会产生较大横倾，船速大于30节的高速船，定常外倾角可达120～140。Zenobia号集装箱船，初始航速V=10.8m/s.5.旋回时间旋回时间是指船舶旋回3600所需的时间。它与船舶的排水量有密切关系，排水量大，旋回时间增加。万吨级船舶快速满舵旋回一周约需6min，而超大型船舶的旋回时间则几乎要增加一倍。四、影响旋回圈大小的因素旋回圈的大小与船型、舵面积、所操舵角、操舵时间、载态、水深、船速、船舶的纵倾和横倾、螺旋桨转速等密切相关。另外，受风、流的影响，旋回圈的大小也有很大变化。这里将仅仅讨论无风流等外力作用的情况下影响旋回初径、进距、横距的主要因素。1．方形系数Cb（blockcoefficient）

如图1一6所示，方形系数较低的瘦形高速船（Cb≈0.6）较方形系数较高的肥形船（Cb≈0.8）的旋回性能差得多。即船舶的方形系数越大，船舶的旋回性越好，旋回圈越小。图1－6方形系数对旋回初径的影响2．船体水线下侧面积形状及分布就整体而言，船首部分分布面积较大如有球鼻首者，或船尾比较瘦削的船舶，旋回中的阻尼力矩小，旋回性较好，旋回圈较小，但航向稳定性较差；而船尾部分分布面积较大者如船尾有钝材，或船首比较削进（cutup）的船舶，旋回中的阻尼力矩比较大，旋回性较差，旋回圈较大，但航向稳定性较好。3．舵角在极限舵角的范围之内，操不同舵角时的旋回初径变化情况，总的趋势是，随着舵角的减小，旋回初径将会急剧增加，当然旋回时间也将增加。并且对于不同的船舶，随着舵角的减小，旋回初径的增加率是不一样的，其中舵的高宽比小的船舶，其旋回初径的增加率较大。4．操舵时间操舵时间主要对船舶的进距影响较大，进距随操舵时间的增加而增加，而对横距和旋回初径的影响不大，旋回直径则不受其影响。5.舵面积比（rudderarearatio）舵面积比是指舵面积与船体浸水侧面积的比值（AR/LPP×d）。拖轮为1/20～1/25，渔船为1/30～1/40；高速货船为1/35～1/40；大型油轮一般仅为1/65～1/75；一般货船为1/45～1/60。6．船速一般说来，船速对船舶旋回所需时间的长短具有明显的影响，但对旋回初径大小的影响却呈现较为复杂的情况。当船速低至某一程度，船舶旋回初径将有逐渐增大的趋势；这是由于低速状态下舵力转船力矩明显减小、旋回性明显变差而造成的。另外主机的使用方式对船舶旋回初径的大小有着明显的影响，如图1—7所示。图1－7减速旋回与加速旋回该图中，通常情况下的正常旋回圈，即前进三右满舵时是位于中间的旋回圈；如在用右满舵同时停车进行旋回即减速旋回时，由于螺旋桨排出流消失，舵力大大降低，旋回圈将大大扩大，如图中较上面的旋回圈所示，进距和横距将同时增大；相反，旋回之前尽量减低船速，使船舶从船速极低状态开始，在操右满舵同时开出高的主机转速进行旋回即加速旋回时，因船舶尚未来得及具备前进速度之前，由于螺旋桨排出流对舵的有力冲击，舵力已得到很大增强，旋回圈将因而受到压缩，同时旋回圈中心也将落在旋回前的船舶正横之后。7．吃水

一般船舶均有舵面积比随吃水增加而降低的趋势，这将导致相应于舵力的旋回阻矩增大，而舵力转船力矩减少。而且，随着吃水的增加，船舶通过重心G点竖轴的转动惯量增加，所以初始旋回大大减慢。因此，若纵倾状态相同，吃水增加时，旋回进距增大，横距和旋回初径也将有所增加。8．吃水差有吃水差和平吃水相比较，相当于较大程度地改变了船舶水线下船体侧面积的分布状态，因而对船舶旋回性能带来明显的影影响。尾倾增大，旋向圈也将增大；对于Cb=0.8的船舶，若尾倾增大量为船长的1%，旋回初径将可增加10%左右；对于Cb=0.6的船舶，若尾倾增大量为船长的1%，旋回初径将可增加3%左右。9．横倾船体存在横倾时，左右浸水面积不同，两侧所受的水动压力也不相同，改变了左右舷各种作用力的对称性。低速时，推力－阻力转矩起主要作用，推首向低舷侧偏转。高速时，首波峰压力转矩起主要作用，推船首向高舷侧偏转。但总的来讲，横倾对旋回圈的影响并不大。10.浅水影响由于浅水中横向阻力明显增大，漂角β明显下降，同时浅水中的舵力有所下降，舵力转船力矩下降，再加上浅水中的阻尼力矩明显增大，船舶的旋回性下降，因此，在浅水中的旋回圈明显增大。当水深吃水比小于2时，旋回圈有所增大（特别是对高速船而言）；当水深吃水比小于1.5时，旋回圈明显增大；当水深吃水比小于1.2时，旋回圈急剧增大11．螺旋桨的转动方向由于受螺旋桨横向力的影响，船舶向左或向右旋回时的旋回圈的大小将有所不同。对于右旋固定螺距螺旋桨单车船而言，在其它条件相同的情况下，向左旋回时的旋回初径要比向右旋回时的旋回初径要小一些。但对于超大型船舶而言，这一差别很小。另外，船体的污底、风、流的作用都将对船舶旋回圈的大小产生影响。例如顶风、顶流使旋回圈进距减小，顺风、顺流使旋回圈进距增大等等。五、旋回圈要素在实际操船中的应用

旋回初径、进距、横距、滞距在实际操船中的应用反移量在实际操船中的应用旋回初径可以用来估算船舶用舵旋回掉头所需的水域；横距可以用来估算操舵转首后，船舶与岸或其它船舶是否有足够的间距；滞距可以用来推算两船对遇时无法旋回避让的距离，即两船对遇时的距离小于两船的滞距之和，则用舵无法避让；而两船的进距之和则可以用来推算对遇时的最晚施舵点。反移量(Kick)的应用例如，本船航行中发现有人落水时，应立即向落水者一舷操舵，使船尾迅速摆离落水者，以免使之卷进船尾螺旋桨流之内。又如，在船首较近的前方发现障碍物时，为紧急避开，应立即操满舵尽量使船首让开，当估计船首已可避开时，再操相反一舷满舵以便让开船尾。再如，当船舶前部已离出码头，拟进车离泊时，如操大舵角急欲转出，则由于尾外摆而将触碰码头。为避免发生事故应适当减速，待驶出一段距离后再使用小舵角慢慢转出。第二节船舶航向稳定性及船舶操纵性指数主要内容

一、船舶运动稳定性二、船舶操纵运动方程三、船舶操纵性指数及其意义四、K、T指数无因次化数值范围及影响K、T指数的因素五、船舶操纵性指指K、T的具体运用六、舵效七、船舶保向性（coursekeepingability）稳定性，指物体在受外界干扰，使其偏离原定常运动状态，当干扰消失后，物体是否具有回复到原定常运动状态的能力。能回复，具有稳定性不能回复，不具有稳定性

根据不同的被控坐标，分为不同的稳定性一、船舶运动稳定性船舶运动稳定性的种类直线稳定方位稳定位置稳定直线运动稳定性：干扰消失后，其重心轨迹最终回复为一直线，航向发生变化

被控坐标：转首角速度

方向稳定性：干扰消失后，其重心轨迹最终回复为与原航线平行的另一直线被控坐标：航向角位置稳定性：干扰消失后，其重心轨迹最终回复为与原航线的延长线上被控坐标：横向位置船舶运动稳定性基本问题：一般船舶都不可能具有方向稳定性和位置稳定性为了使船舶沿着给定的航向航行时，必须由人或一种自动装置来保持航向

自动装置：航向自动舵为了使船舶沿着给定的航线航行时，必须由人或一种自动装置来保持船位自动装置：航迹自动舵将这两种稳定性，也称为控制稳定性直线运动稳定性,船舶航向稳定性将之称为船舶的固有稳定性但是，并非所有船舶具有该特性，

一般比较瘦长的船可能具有直线运动稳定性，如军舰，杂货船等若船型比较肥，即方型系数Cb在0.8以，可能不具有直线运动稳定性，如油轮，散货船等。船舶不具有直线运动稳定性的后果：1）在小舵情况下，可能出现反操现象；2）保向比较困难；3）在海上航行时，可能自动舵打不上；4）操舵者较难以掌握操舵技术；5）操舵者劳动强度增加，并且要求注意力要高度集中；6）可能出现失操。二、船舶操纵运动方程为了研究船舶的操纵运动，建立如下图所示坐标系，若取船舶的重心G为坐标系的原点，则船舶的平面运动方程可表达为：

在固定坐标系中，船舶运动方程：由牛顿关于质心运动的动量定理和动量矩定理(1)m

船舶的质量Iz船舶质量对重心的垂直轴的惯性矩，转动惯量X0Y0N0为外力在O0X0和O0Y0的分量，及力矩为速度分量和转首角速度可以将式（1）转换成动坐标系中船舶运动方程一阶操纵运动方程：假设一物体的转动惯性矩I为，当它以角速度r回转时，所遭受的粘性阻尼为Nr，N是阻尼系数。此外当其尾部转过一角度后，会产生一个作用在物体上的力矩M

，M表示单位角度产生的力矩，则该物体的运动方程为一阶KT方程，野本方程称为船舶的追随性指数（turninglagindex），单位为秒；称为船舶的旋回性指数（turningabilityindex），单位为1/秒。三、船舶操纵性指数及其意义

K表示船舶旋回性的优劣T表示船舶追随性的优劣相关图谱K称为旋回性指数K值大，则操舵后的转向角加速度初始值、定常转向角速度值均较高，易于有较大的转向角。船舶进入定常旋回后，因为K可用定常旋回角速度r0与所操舵角δ0之比来表示，所以K值实质上是定常旋回中的船舶每单位舵角所能给出的转头角速度值，又称增益常数。该增益越大，则船舶的旋回性能越好。T称为追随性指数T值小，则操舵后的转向角加速度初始值较高，向定常角速度趋近较快，易于有较大的转向角。船舶操舵后，因为T表示转向角加速度向零衰减、转向角速度向定常角速度趋近的周期，而且每经过T的时间均趋近0.37倍，所以T又称时间常数。该时间越短，则追随性越好。讨论阶跃响应时KT方程的解如下：通解：特解：在此采用常数变易法可得：船舶转首角速度角加速度船首所转过的角度

四、K、T指数无因次化数值范围及影响K、T指数的因素1．K、T指数的无因次化为了便于比较不同船舶之间的操纵性，常将操纵性指数K、T作无因次化处理，即消去其量纲的处理。即：2．影响K/、T/值的因素船舶操纵性能指数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，具有如表1－2所列的趋势。影响因素舵角增加吃水增加尾倾增加水深变浅船型越肥大K/、T/变化同时减小同时增大同时减小同时减小同时增大

五、船舶操纵性指数K、T的具体运用

1．按K、T指数区分船舶操纵性2．船舶定常旋回直径D的估算3．推定新航向距离DNC（distancetonewcourse）4．改向中转头惯性角的估算5.判断船舶航向稳定性

1．按K、T指数区分船舶操纵性不同种类、结构和大小的船舶，其操纵性会有很大的不同。按照K、T指数比较船舶的旋回轨迹，可将船舶操纵性概略地区分为四类，如图1－10所示。A型：K大T小，旋回性好，追随性好。特点，操舵后，应舵快，转首角速度增加快，定常旋回角速度大，旋回圈小，如拖轮，渔船等；B型：K小T小，旋回性差，追随性好。特点，操舵后，应舵快，但定常转头角速度小，旋回圈大，如浅吃水或空载船等C型：K大T大，旋回性好，追随性差。特点，操舵后，应舵慢，但定常转头角速度大，旋回圈小，如满载大型油轮；D型：K小T大，旋回性差，追随性好。特点，操舵后，应舵慢，但定常转头角速度小，旋回圈小，舵面积较小的船、船型瘦削的船等。

2．船舶定常旋回直径D的估算根据定常旋回运动中旋回角速度r0＝Kδ0的结论，可以得到船舶定常旋回直径的估算

式：式中，υt为船舶定常旋回时的线速度；

K为有量纲的船舶的旋回性指数；δ0为所操的舵角，应采用弧度作单位。在使用该式估算旋回直径D时，应适当地考虑到旋回中船舶降速问题，尤其是超大型船舶的降速问题更为明显。3.推定新航向距离DNC所谓新航向距离指的就是原航线上应提前操舵的施舵点至转向点的距离，如图1一11所示。船舶的新航向距离为：

式中，K为有量纲的船舶旋回性指数；

为转向角；δ0为所操的舵角,单位，度。

4．改向中转头惯性角的估算船舶在航行中改向操舵后，船舶的转头角速度r0到达某一定值后操正舵，船首继续转头惯性角为：根据实际经验，在舵效较好的一般货船上，压舵角一般可取转向时所操舵角的1／2；在舵效较慢的大型油轮上，尤其是超大型油轮在它们满载时应按照转头惯性的强弱，多取与转向时所操舵角等大的压舵角。5.船舶航向稳定性的判别船舶航向稳定性指数T＞0，说明船舶具有航向稳定性，且T值为越小的正数，船舶的航向稳定性越好。航向稳定性指数T＜0，则说明船舶不具有航向稳定性。船舶追随性好的船舶可以同时判断为航向稳定性好的船舶。据统计，船速和船舶长度均较接近的船舶，其航向稳定性指数T与该船的方形系数、长宽比有密切关系。一般说来，方形系数较低、长宽比较高的船舶具有较好的航向稳定性。类似超级油轮之类的肥大型船舶，方形系数一般在0.8左右，其航向稳定性在小舵角范围内总带有不稳定性，因此，这种船舶在小舵角保向航行中，船首的偏摆角度往往较大，并给人以稳不住的感觉六、舵效1.舵效的概念操舵后，会引起船首回转、横向移动、船速下降、船体横倾等现象，广义上，舵效即为船体对舵的响应。狭义上，舵效，操一舵角后船舶在一定时间、一定水域内船首转过的角度大小。如能在较短的时间、较小的水域内转过较大的角度，认为舵效好，否为差。舵效的好坏与船舶旋回性、追随性密切相关。当初始操舵时，，，回转角速度将主要取决于值的大小（舵角一定）。反映了单位舵角所能产生的角加速度大小。通常将称为舵效指数，大，即K大，旋回性好，T小，追随性好，即操纵性能好的船舶，其舵效好。2.影响舵效的因素舵角和舵面积比舵速提高舵速度，在船速低时通过提高主机转速方法来实现。吃水吃水大时，转动惯量大，舵效变差，满载船一般宜早用舵，早回舵，用大舵角；纵倾与横倾舵机特性其他因素1．船舶保向性的概念

保向性是指船舶在外力作用下（如风、流、浪等），由舵工（或自动舵）通过罗经识别船舶首摇情况，通过操舵抑制或纠正首摇并使船舶驶于预定航向上的能力。船舶保向性的好坏不但与船舶航向稳定性的好坏有关，同时还与操舵人员的技能及熟练程度、自动舵、舵机的性能有关。七、船舶保向性（coursekeepingability）

2．影响船舶保向性的主要因素1）船型2）载况3）舵角4）船速5)

舵面积比6）船舶纵倾与横倾7）其它因素1.船型水下船型是决定船舶转头阻尼力矩和惯性的重要因素，水上船型是决定船舶所受风力及风力转船力矩大小的重要因素。它们对保向性均有很大影响。表现在：（1）方形系数较低、长宽比较高的瘦削型船舶，其保向性较优；浅吃水的宽体船保向性较差。（2）船体侧面积在尾部分布较多者，如船尾有钝材，其保向性较好；船首水下侧面积分布较多者，如船首有球鼻首将降低保向性。（3）较高的干舷将降低船舶在风中航行时的保向性。2.载况载况的改变将导致水下和水上船型的改变，因而也影响到船舶保向性。对于同一艘船一般的倾向是：（1）轻载较满载时保向性好（受风时另当别论）；（2）尾倾较首倾时的保向性好。3.舵角增大所操的舵角，能明显地改善船舶的保向性。超大型油轮小舵角状态下有航向不稳定趋势，需用较大舵角才能保向。4.船速对于同一艘船而言，由于船速的提高船舶保向性将变好。5.舵面积比舵面积比越大，船尾附近水线下侧面积增加，航向稳定性和保向性提高。6.纵倾与横倾船舶首倾时首部水线下侧面积增加，航向稳定性和保向性下降。尾倾时航向稳定性和保向性提高。船舶横倾时比没有横倾时保向性下降7.其它因素:保向性将因水深变浅而提高，船舶顺风浪或顺流航行中保向性反而降低。第三节船舶变速运动性能本节的主要内容一、船舶的启动性能

二、停车性能三、减速时的性能四、倒车停船性能五、影响紧急停船距离的因素六、几种制动方法的比较和运用一、启动惯性定义：船舶在静止状态中开进车，使船舶达到与主机功率相应的稳定船速所需的时间和航进的距离，称为船舶的启动性能。为了保护主机，由静止状态开进车时，转速应视船速成的逐步提高而逐步增加，用车时先开低转速，在船速达到与转速相应的船速时再逐级加大转速。设船舶阻力为R，螺旋桨的推力为T，启动时，T>R，船舶作加速运动。经过一定时间t0后，阻力R0与推力T0达到平衡，在此期间，船舶航进的距离也随船舶一起增加，其航进距离为S0，并以船速V0作匀速运动。船舶的启动运动方程为到过任一船速V所需的时间为到达任一船速V时航进的距离S为根据理论推导，船速达到定常速度V0时所需的时间t和航进的距离S的估算公式为：

式中，D为船舶排水量(t)；R0为V0时的船舶阻力(t)；V0为船舶的定常速度(kn)；t为时间(min)；S为启动惯性距离(m)。

根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到定常速度，满载船舶约需航经20倍船长左右的距离，轻载时约为满载时的1/2～2/3。二、停车惯性定义：以某一速度航行的船舶，从发出主机停止车令起到船舶对水停止移动时止所需的时间和滑行的距离，称为停车冲时和停车冲程。实船试验时，船舶对水停止移动一般以船舶维持舵效最小速度为标准计算，万吨级船取2kn，超大船取3kn左右。前进中船舶减速成以停车时，船舶纵向运动方程为T1为与减速后主机转速相对应的前进推力，停车时T1=0停车后航进的距离为k为船舶的阻力系数，R=kV2,初始船速为V0经推导，主机停车后至船速降低到能维持舵效的速度时所需的时间t和滑行距离S的估算公式为：式中:为船舶排水量，单位为t；V0为船舶发令停车时的初速度，单位为kn；V为船舶停止时刻的速度，一般以能维持其舵效的速度计算，单位为kn；R0为船速为V0时的船舶阻力，单位为t；t为停车冲时，单位为min；S为停车惯性距离，单位为m。根据经验，船舶在常速航行中停车，降速到能维持其舵效的速度时，一般货船的停车冲程为船长的8～20倍，超大型船舶则超过20倍的船长。船越大，停车惯性越大。三、减速时的性能减速时船舶运动方程为V1相当于降低转速后所对应的速度（要求的速度）后任一时间t的速度V及达到该速度航进的距离V为Topley船长给出一个简便式若设V1=0，则主机停车时的速度V和航进距离S为四、倒车惯性船舶在前进三中开后退三，从发令开始到船对水停止移动所需的时间及航进的距离，称为倒车冲时和倒车冲程。其距离又称紧急停船距离（crashstoppingdistance）或最短停船距离（shorteststoppingdistance）。从前进三到后退三所需时间的长短随主机种类不同而不同。一般情况下，内燃机船约需90～120秒；汽轮机船约需120～180秒；而蒸汽机船约需60～90秒。

倒车冲时和倒车冲程可用下列公式估算

式中，为船舶排水量，单位为t；R0为船速为V0时的船舶阻力，单位为t；V0为船舶倒车前的速度，单位为kn；t为倒车冲时，单位为min；S为倒车冲程，单位为m。根据统计：一般中型至万吨级货船距离可达6～8倍船长；载重量5万吨左右的船距离可达8～10船长；载重量10万吨的船距离可达10～13倍船长；载重量15～20万吨级的船距离可达13～16倍船长。影响紧急停船距离的因素主要有：1)

船舶排水量2)

船速3)

主机倒车功率、转速和换向时间4)

推进器种类5)

船体的污底程度6)

外界条件

1．倒车制动法

2．大舵角旋回制动法

3．蛇航制动法4．拖锚制动法5．拖轮制动法6．辅助装置制动法五、几种制动方法的比较和运用

倒车制动法优点：该方法不受水域、船速等条件的限制，即不论在港内或港外水域，也不论船速的高与低，该方法均可适用；同时在紧急避让中一旦发生碰撞，碰撞的损失也比较小。缺点：历时较长，对于FPP船需要进行主机换向操作，同时单桨船在倒车过程中总伴有一定的偏航量和偏航角，且倒车时间越长，偏航量越大。大舵角旋回制动法优点：操作方便，无需机舱操作，而且降速时间也相对较短，一般船舶进行大舵角旋回时可减速30%左右，而肥大型船舶可以降速达50％；缺点：所需的水域比较宽，而且大舵角旋回后仍残留部分余速，最后要把船完全停住，仍需进行倒车制动。

蛇航制动法是直航中的船舶通过自身操舵、换车，利用强大的船舶斜航阻力和倒车拉力将船制动的方法。优点：开始蛇航制动时最初的操舵不但赋予了船舶以明确的偏航方向（向右或向左），弥补了开出倒车时船舶偏转方向不定的不足，而且在倒车未开出之前的2～3min的时间之内已充分地利用斜航阻力使船舶相应减速，这对缩短紧急停船距离和时间无疑是很有帮助的。另一个优点是，主机由进车换为倒车的过程可以分阶段、逐级平稳进行，避免了主机超负荷工作等情况的出现。缺点：在较窄的水域或航道内不宜使用，操纵上略感复杂蛇航制动实例（19万吨油轮）其操作要领为：1）左满舵，并下令备车2）向左改向角达到200时，由海上速度改为港内操纵速度，即主机功率减到3/4；3）向左改向角达到400时，操右满舵；4）向左改向角达最大值时，下令前进二，主机功率减到3/4；5）航向复原时，再操左满舵；6）向右改向达最大值时，下令前进一，主机功率减到1/4；7）航向再次恢复到原航向时，操右满舵并全速倒车满舵旋回、全速倒车、蛇航三种制动方法的比较

拖锚制动法通过拖锚利用拖锚阻力，即拖锚时锚的抓力来刹减船舶余速的方法称为拖锚制动法。就目前所知，该法仅用于万吨级及其以下的船舶，而且抛锚时船舶对地的速度也仅限于2～3kn以下。拖轮制动法通过拖轮协助，或仅靠拖轮提供的推力使船制动的方法叫作拖轮制动法。该法多用于大型船舶在港内低速状态时的制动。辅助装置制动法在船舶上设置一些如阻力鳍等辅助装置而使船舶减速制动的方法称为辅助装置制动。该方法仅在船舶航速较高时使用，才会有明显的效果。第四节船舶操纵性能试验主要内容

一、旋回试验

二、Z形试验

三、螺旋试验与逆螺旋试验四、停船试验进行实船试验时的注意事项:选择海面平静、海流潮流较小的水域；试验水域要有足够的水深，水深至少应大于5倍吃水；一般应在满载状态进行试验，油轮和散货船还应进行压载状态的试验；试验前主机转速、航速应达到稳定的试验速度；校准有仪器设备。一、旋回试验船舶旋回试验的目的是求取船舶的旋回要素，以便评价船舶旋回的迅速程度和所需水域的大小，从而判定船舶的旋回性能。测定船舶旋回轨迹的方法有：