重庆交通大学操纵性与耐波性总结

操纵性1.船舶操纵性定义及研究内容操纵性：船舶按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能。即船舶能保持或改变航速、航向和位置的性能。研究内容：航向稳定性、回转性、转首性及跟从性、停船性能。2.船舶附加质量的含义及与物理质量比例的大致范围附加质量：附加惯性力与船的加速度成比例，其比例系数称为附加质量。（作不定常运动的船舶，除了船体本身受到与加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度，根据作用与反作用原理，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。）附加质量：mx≈（0.05~0.15）mmy≈mz≈（0.9~1.2）m附加惯性矩Jxx≈（0.05~0.15）IzzJyy≈（1~2）IzzJzz≈IyyI是质量惯性矩3.漂角、航向角和水动力中心的含义漂角：船舶重心处的速度矢量与x轴正方向的交角称为漂角β。并规定速度矢量转向x轴顺时针方向为正。航向角：船首指向的方向和船舶在水面上的真实轨迹之间的夹角。4动坐标系统速度转换到大地坐标系统公式：5、线性水动力导数Yv,Nv,Yr,Nr的物理意义水动力的位置导数Yv是一个较大的负值。水动力力矩的位置导数Nv是一个不大的负值。指的是v引起的升力系数/力矩系数水动力的旋转导数Yr的绝对值不是很大，其符号由船型决定，可正可负。水动力矩的旋转导数Nr是一个很大的负值。指的是r引起的水动力系数/水动力矩系数6、线/角加速度水动力导数的物理意义及数值大小判断水动力的线加速度导数是一个相当大的负值。指的是附加质量水动力矩的线加速度导数是一个不大的数值，其符号取决于船型。指的是由引起的附加惯性力矩系数水动力的角加速度是一个较小的值，其符号取决于船型水动力矩的角加速度导数是一个很大的负值。指的是回转加速度引起的船舶附加惯性力系数/惯性力矩系数7、野本方程及物理意义野本方程：+r=Kδ物理意义δ：船舶的惯性力矩、阻尼力矩和舵力矩的作用下，进行的缓慢转，首运动，可以用下列式子近似表示：+Nr=MδN为船舶回转中的阻尼力矩系数，I为船舶回转中的惯性力矩系数，M为舵产生的转首力矩系数。T=I/N,K=M/N由此可知，T是惯性力矩系数与阻尼力矩系数之比，T值大，表示船舶运动过程中收到的惯性力矩大，阻尼力矩小。而K是舵转首力矩系数与阻尼力矩系数之比。K值大，表示舵产生的转首力矩大，而阻尼力矩小。8:稳定性衡准数,位置力臂和阻尼力臂表达式答:稳定性衡准数C>0表示船舶具有直线稳定性,C<0表示不具有直线稳定性.位置力臂阻尼力臂→直线稳定性9.直线,方向,位置稳定性的定义直线稳定性:船舶受瞬时扰动后,最终能恢复到直线航行状态,但航向发生变化.方向稳定性:船舶受扰后,新航线为与原航线平行的另一直线.位置稳定性:船舶受扰后,最终仍按原航线的延长线航行.10.船舶是否具有直线稳定性的判断方法（同8）11.船舶回转运动三个阶段的定义回转运动的三个阶段:转舵阶段:船舶从开始执行转舵命令起,到实现命令舵角止的阶段过渡阶段:从转舵终止到船舶进入定常回转的中间阶段定常阶段:在回转运动中,过渡阶段终了,船舶运动参数开始稳定,达到新的平衡阶段,称为定常阶段12.船舶回转圈的特征参数及其定义（画图）回转圈的特征参数:定常回转直径D:在回转运动中,船舶进入定常阶段后的回转圈的直径战术直径:船舶首向改变180゜时,其重心距初始直线的横向距离纵距:自转舵开始时的船舶重心沿初始直线航向至首向改变90゜时的船舶重心间的纵向距离④正横距:船舶转首90゜时,其重心至初始直线航线的横向距离⑤反横距K:船舶离开初始直线航线的回转中心的反侧横移的最大距离13.回转性指数(K)和应舵指数(T)无因次化方法K,T无因次:一般船舶K1.2~3.0。T值为0.8~6或1左右14.回转指数和应舵指数对船舶操纵性的影响回转性指数K大,表示回转性好,定常回转直径小;应舵指数T小,表示船舶的稳定性和跟从性好.15、一般船舶回转性指数和应舵指数的大致范围回转性指数K’的大致范围为1.2~3.0应舵指数T’的大致范围0.8~6或1左右16、什么是船舶的转舵指数？其数值与船舶的转首性的关系？转首指数p≈，P代表操舵后船舶移动一个船长时，用以判断操舵效应的每单位舵角引起的首向角改变值。P值越大，船的转首性越好，船越容易改变航向，P＞0.3可以保证船舶拥有合理的转首性。17、菲尔所夫船舶定常回转速降估算公式是回转初速，回转直径越小，回转时漂角就越大，则回转速降就越大。18、船舶回转过程中横倾变化的基本特征及近似计算公式基本特征：先内倾后外倾近似估算公式：19、船舶操纵性试验种类和实验目的回转试验：测量船舶回转圈，从而确定船舶回转时的各要素Z性操纵试验：测定回转性指数K和跟从性指数T螺线试验、逆螺线试验、回舵试验：评价船舶的直线稳定性20、《船舶操纵性暂行标准》规定的操纵性衡准（1）回转能力（2）初始回转能力（3）偏航修正和航向保持能力（4）停船能力21、舵设计时偏重回转性还是稳定性的设计依据可以采用系数作为初步考虑的依据≥9时，舵设计应偏重回转性要求≤7时，要侧重稳定性的要求。22:舵设计的主要内容。答：舵的数目和形式的选择。舵的尺度和形状的设计。舵力及多杆扭矩计算和舵机功率估算。23作用在舵上的无因次水动力系数物理含义。（画图）答：升力系数Cy，阻力系数Cx，法向力系数,切向力系数,水动力合力系数C，水动力矩系数。在机翼理论中，以升力系数、阻力系数和压力中心系数Cp与攻角α的关系曲线来全面表达其水动力性能。24；敞水舵水动力性能曲线的解读。在某一攻角范围内，升力系数Cy随攻角α的增大而增加。当α较小时，Cy与α呈线性关系：随着α的增大，舵上水流在弦向叶背上某点开始分离，Cy与α不再保持线性关系。随着攻角的继续增加，水流分离的范围扩大，系数Cy随增加更慢。当舵叶背上水流产生大面积分离时，Cy迅速下降，这种现象称为失速，对应的攻角为失速角，用表示。25：不同展弦比的升力特点。展弦比大，小攻角升力系数大，失速角小；展弦比小，小攻角升力系数小，失速角大。26.舵设计时通常采用的剖面形状、展弦比和叶厚比。舵设计展弦比为1.5~2,厚度比：典型桨是0.15~0.18，一般取0.12~0.18我国内河船是0.18~0.24剖面形状为NACA型和茹可夫斯基型。27：舵设计时需要船舶设计师做的主要工作？用于舵设计的Cy、Cp曲线展弦比换算，把曲线展弦比换算成实际λ对应的Cy、Cp曲线船桨后舵水动力计算④根据水动力计算结果进行舵机扭矩计算。28：改善船舶操纵性的有效措施提高直线稳定性，增加中纵剖面尾部面积，中纵剖面面积形心后移，最好使形心处于重心之后。例如：增加呆木，增加尾倾，切去前锺，前倾首柱实践表明中横剖面面积和船尾形状的微小变动都对船舶操纵性有明显的影响.耐波性船舶摇荡主要类型横摇、纵摇、垂荡风浪要素：风速，即在水面规定高度上风的前进速度；风时，即稳定状态的风在水面上吹过的持续时间；风区长度，即风接近于不变的方向和速度在开敞水面上吹过的距离风浪种类：风浪、涌浪、近岸浪3.规则波：波面可以用简单函数表达的波浪.。余弦波：波形轮廓是余弦曲线的规则波。波高为波幅的两倍，波幅波峰或波谷到静水面间的垂向距离圆频率ω:轨圆运动的周期为波浪周期，轨圆运动的角速度为波浪圆频率4.深水条件下波长、周期、波速之间的关系5.史密斯效应：在深水中，由波浪引起的压力变化与轨圆半径的变化具有相同的规律，即随着水深的增加，压力变化以指数规律衰减。6.波浪能量与波幅之间的关系7.三一平均波幅又叫有义波幅，他是把侧得的波幅按大小依次排列，取最大1/3的平均值。有义波幅接近海上目测的波幅，通常用于衡准风浪大小。8.风浪谱密度的使用以及使用条件（366）已知风浪谱密度和频率响应函数，求船舶运动等的谱密度。已知风浪谱密度和由测量分析中得到运动的谱密度，从而可以求得频率响应函数。在某一海区用已知频率响应函数的船舶，测量其运动谱密度，从而可以得到该海区的风浪谱密度。12.船舶摇荡运动的频率响应函数的理解式中分子代表输出，是船舶摇荡值（横倾角、纵倾角、或升沉距离）；分母代表输入，是波浪的波幅，波幅可由中波倾角替换，则频率响应函数为，代表遭遇频率14.水质点m的合力沿着波面的法线方向，此合力称为表现重力。，是有效波倾角的幅值，称为有效波倾，它代表对船舶整个水下体积起作用的波倾；是有效波倾系数，应小于1，它是船体形状、船宽与波长比、吃水和重心位置等的函数，也是波浪频率的函数。15.影响横摇固有周期的因素及计算式横摇固有周期：D:船的排水量h:船的初稳性高船的固有周期：影响因素：排水量、初稳性高、以及船舶对纵轴ox的总惯性矩Ixx包含实际惯性矩和附加惯性矩。16.横摇阻尼力矩系数、衰减系数、横摇调谐因素、无因次衰减次数，放大因数横摇阻尼力矩系数：由横摇自由运动试验得到阻尼系数。称为衰减系数，它表征阻尼和惯性对横摇衰减影响的程度。称为横摇调谐因数，它等于波浪的频率与横摇固有频率之比。称为无因次衰减次数，他表征了阻尼，惯性和复原力矩对横摇的影响，是表征横摇性能的又一重要参数。表示横摇幅值与有效波倾之比，称为放大因数，它表征了船舶在规则波中横摇大小的程度。18.船舶的主要减摇装置及效果①舭龙骨②减摇鳍它是减摇效果最好的主动式减摇装置，设计的好的减摇鳍在任何情况下都可以使横摇幅值保持在3°之内。③减摇水舱，分为主动式和被动式两种，主动式水舱的效果很好，设计的好的被动式水舱可以使横摇幅值减小一半左右。减摇效果的比较：减摇鳍>主动式水舱>被动可控式水舱>被动式水舱19.用流体力学理论研究纵摇问题时做的基本假定。①假设船舶是一个刚体，忽略它的弹性变形。②不考虑水的粘性和可压缩性③假定作用在船体上的是微幅规则波④假定船舶摇荡的幅值是微小的。20.纵摇、横摇、垂荡周期和无因此衰减系数的比较。纵摇和垂荡的固有周期是接近的，这里指的固有周期实际上是在静水中的自由摇荡周期，对于一般船型大约在2～5s之间，约为横摇固有周期的1/2。纵摇无因次衰减系数在0.3～0.5之间，而横摇只是在0.05～0.07之间。垂荡与纵摇相类似，垂荡的无因此衰减系数在0.3～0.4之间。21.求顶浪航行时纵摇谐摇波长的方法。将船舶纵摇固有周期或垂荡固有周期代替Te带入上式求出的就是纵摇谐摇波长。22.最大能量波长和最大有义波长的定义和确定方法（1）对应谱密度曲线的峰点的单元波，在不规则波的组成中含有最大的能量，称为最大能量的单元波，其波长称为最大能量波长（2）波长超过一定范围的波，它在整个单元波中占有很小的比例，不具备使船产生很大横摇的能量，这个波长界线称为最大有义波长,≈6023.针对纵摇运动的主成分波和有义成分波的划分方法（1）主成分波：波长等于船长的单元波和最大能量单元波之间的单元波，称为主成分波，他们对纵向运动起着主要的作用。（2）有义成分波：波长等于3/4船长的单元波和最大有义波之间的单元波，称为有义成分波。在有义波区间之外的单元波，对船舶纵向运动不产生明显影响。24.纵摇运动临界状态的划分方法（1）亚临界区域：以某一航速航行的船舶，当谐摇波长小于3/4船长时，则定义该船处于亚临界区域。（2）临界区域：当船舶的谐摇波长位于主成分波区间时，这时波浪给予船舶较多的能量，因而产生激烈的运动，称为临界区域。（3）超临界区域：当谐摇波长大于时，称为超临界区域。介于亚临界区域与临界区域之间的称为亚临界过渡区域。介于临界区域与超临界区域之间的称为超临界过渡区域。25.船舶初稳性高对船舶横摇运动的