船舶操纵教案

教案-船舶操纵

第一章船舶操纵性能

•第一节船舶旋回性能

•第二节船舶航向稳定性及船舶操纵性指数

•第三节船舶变速运动性能

•第四节船舶操纵性能试验

•第五节IM0船舶操纵性衡准的基本内容

青岛海运职业学校教案

课第一章船舶操纵性能

船舶操纵

第一节船舶旋回性能

程

授课方

授课时数3课堂讲授

法

授课班

授课时间

级

教学目的使学生了解船舶旋回性能要素。

教学重点

熟悉掌握旋回圈要素。

和难点

复习提问与

布置课后复习作业

作业布置

教学思路、方法、手段

1.复习提问上一节内容；

2.引入新课，以讲授为主，结合船上实践充分展开；

3.采用多媒体教学，将图示和文字概念相结合，增强学生对船舶旋回性能

要素的了解和记忆；

4.增加课堂上教师与学生的互动，及时了解学生对各种概念和知识的理解

情况。

5..课后小结，布置思考题；

第一节船舶旋回性能

•旋回性:船舶匀速直航时，转舵使船舶作圆弧运动的性能，称为船舶回转性。

•主要内容

＞船舶旋回运动过程分析

＞旋回圈(turningcircle)及旋回圈要素

＞旋回运动的运动要素

＞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

•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：

-转舵阶段

-过渡阶段

-定常阶段

第一阶段（转舵阶段）

•转舵阶段：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：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，还来不及产生明显的横向速度和回转角速度；

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）；

第二阶段（过渡阶段）

•过渡阶段：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：随船舶横移、漂角增大，作用于船体的流体力和力矩增大;

•运动特点：

斜航运动；

旋回加速；

纵向速度下降；

内倾渐渐向外倾变化O

第三阶段(定常阶段)

,定常阶段(steadyturning):

•受力与运动处于稳定状态

,受力情况：

•作用于船体的力和力矩将最后达到平衡。

•运动特点：

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。

船舶的横向运动为外倾

二、旋回圈及旋回圈要素

,旋回圈

（turningcircle）：

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。

­旋回圈要素：

表征旋回圈大小的几何要素.

,包括：

反移量、进距、

横距、旋回初径、

旋回直径、滞距等

1.反移量（Kick）

・定义：

-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。

,大小：

-通常，反移量值较小，其最大量在满载旋回时仅为船长的1/2〜1B左

-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。

,影响因素：

-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）

•定义：

-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90时船舶纵中剖面的距离。

,大小：

-约为3〜4L,约为旋回初径DT的0.6〜1.2倍，Ad表示船舶对操舵

反映得快慢，即应舵速度。

3.横距（Transfer）

,定义：

-横空为船舶从操舵开始转首90°时，重心G距原航线的距离，以Tr

表示。

•大小：

-Tr大约为旋回初径DT的一半。Tr值越小，则回转性就越好。

4.旋回初径

•旋回初径定义：

Tacticaldiameter

从船舶原来航线至船首转向180。时，船纵中剖面所在位置之间的距离。

,大小：

----般约为3〜6L,回转性较差船舶可达7〜8L。DT值越小，则回转

性越好。

,应用：

在航海实践中，旋回圈的大小常常用其旋回初径DT表示。采用其旋回初径与

其船长L（一般为两柱间长）的比值DT/L来表示，称为相对旋回初径。

船舶种类DT/L

大型货船5-6.5

中小型货船4~5

油轮2.5~7.5

大型远洋客船7.5-8.0

中小型海上客船4〜5

大型客货船5〜7

中小型客货船4〜5

拖轮1.5-3

巡洋舰3~5

驱逐舰5〜10

潜艇3〜5

5.旋回直径

•定义：

-Finaldiameter

旋回直径是指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径，亦称旋回终径或定常旋

回直径。

,大小：

-DO大约为旋回初径DT的0.9〜1.2倍。

•定义：

-Finaldiameter

旋回直径是指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径，亦称旋回终径或定常旋

回直径。

,大小：

-DO大约为旋回初径DT的0.9〜1.2倍。

6.滞距(Reach)

,定义：

-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。

,大小：

-Re大约为1〜2L,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。

三、船舶旋回运动要素

•表征船舶旋回运动状态的运动要素：

漂角；

转心；

旋回中的降速；

旋回中的横倾等，

•运动要素与船舶的旋回性能有着密切的关系。

1.漂角(Driftangle)

•定义：

-船用首尾线上某一点的线速度与船舶首尾面的交角叫作漂角，用£

表示之。

,大小：

-一般船舶重心漂角大约在6-15°之间，超大型船舶最大可达到25°

左右。漂角越大的船舶，其旋回性越好，旋回直径也越小。

2.转心、(pivotingpoint)

,定义：

-旋回运动可视为以一定的速度前进的同时绕通过某一点的竖轴而，

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0作船舶首尾面

的垂线的垂足。

­位置：

-转心的位置大约在离船首柱后1/3〜1/5船长处，也可能出于船首前

某一点。旋回性能越好、旋回中漂角£越大的船舶，旋回时转心越

靠近船首。

3.旋回中的降速

•降速原因：

-舵阻力增加；

-船体的斜航阻力增加与旋回初径DT有密切的关系，DT/L值越小，

旋回性越好，降速越显著。

-主机特性，推进效率降低

•降速幅度：

-与旋回初径DT有密切的关系，DT/L值越小，旋回性越好，降速越

显著。

-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最大可达到原航速的65%o

4.横倾(list)

・横倾化

-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；

-因横向摇摆惯性的存在将产生最大的外倾角。max,最大外倾角一般

为定常外倾角的1.2〜1.5倍，Omax的大小与操舵时间有关，操舵

时间越短，Omax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。上。

•影响因素：

-船舶旋回横倾大小与船速、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。

•注意事项：

-操船过程中应特别注意回转突倾，避免用急舵特别是急回舵。

-1999年10月17日盛鲁轮在避让渔船时因操舵造成横倾过大，引起

汽车碰撞起火，最后沉没。

5.旋回时间

•旋回时间是指船舶旋回360°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。

­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。

1.方形系数Cb

•规律：

方形系数越大，船舶的旋回性越好，

旋回圈越小。

实验结果：

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

2.长宽比（L/B）

•规律：

•L/B系数较大的瘦形高速船较L/B系数较小的肥形船的旋回性能差

得多。

•主要原因：

•是L/B系数较大的船舶旋回阻尼较大。

3.船体水线下侧面形状

•规律：

•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；

•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。

4.舵面积比

•定义

-(rudderarearatio)舵面积比是指舵面积与船体浸水侧面积的比AR/

(LPPXd)o

•规律：

-增加舵面积将会使舵的转船力矩增大，因而旋回性变好。

-增加舵面积的同时又增加了旋回阻尼力矩，当舵面积超过一定值后，

旋回性就不能提高。

-就一定船型的船舶而言，舵面积比的大小在降低旋回初径方面存在

一个最佳值。

・大小：

-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1/45-1/60o

5.推进器及舵类型

•装配双车双舵的船舶能够获得更大的舵力及舵里转船力矩，旋回性能优于

单车舵船舶；

•某些船舶可能装备特殊的推进器及舵装置，性能各异，如装备ZP的拖轮

可原地掉头。

6.舵角

•规律：

-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。

-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。

7.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；

・操舵时间对横距和旋回初径的影响不大，旋回直径则不受其影响。

8.船速

•船速对船舶旋回时间影响显著；

•船速对旋回初径大小的影响呈现较为复杂的情况：

急低速状态旋回性明显变差；停车进行旋回即减速旋回时，旋回圈将大大扩大；

从船速极低状态开始，进行加速旋回时，旋回圈将因而受到压缩，旋回圈中心

也将落在旋回前的船舶正横之后。

9.吃水与纵倾

•吃水影响：

-舵面积比随吃水增加而降低；

-随着吃水的增加，船舶通过重心G点竖轴的转动惯量增加；

-随着吃水的增加，初始旋回大大减慢。

-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。

・吃水差影响：

-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。

10.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，推力一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。

•总的来讲，横倾对旋回圈的影响并不大。

11.浅水影响

•规律：

•由于浅水中横向阻力明显增大，漂角B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

模型试验实船试验

h/d=00

1.5

1.2

3=35°

12.旋回方向

•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。

13.其他因素

・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。

•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。

五、旋回圈要素应用

•旋回初径：

用来估算船舶用舵旋回掉头所需的水域；

・横距

用来估算转首后，船舶与岸或其它船舶是否有足够的间距；

•滞距

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；

•进距

两船的进距之和可用来推算对遇时的最晚施舵点。

•反移量(Kick)的应用

•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。

•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。

•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。

本节要点

•旋回运动过程。

-旋回运动阶段：转舵阶段、过渡阶段、定常旋回阶段。

-各阶段旋回加速度、旋回角加速度、旋回速度、旋回角速度、旋回角速度等量的变化情况。

•旋回圈要素，影响旋回圈大小的因素

-旋回圈的要素：旋回进距、旋回横距、旋回初径、旋回直径、旋回反移量、旋回漂角、旋

回转心、旋回时间、旋回速降、旋回横倾等。

-影响旋回圈大小的因素：

•船型因素：方形系数、长宽比、水下侧面积、舵面积、车舵类型

•操船因素：舵角、船速、吃水、纵倾、横倾以及外界因素

本节作业：

•简述影响船舶旋回直径大小的因素，其中与船型有关的因素是什么，与船型无关的因素是什么？

•预习船舶运动方程

上节要点回顾

旋回运动过程。

-过程：转舵阶段、过渡阶段、定常旋回阶段。

-各阶段加速度、速度、旋回角加速度、旋回角速度以及横倾角等量的变化情况。

,旋回要素

-几何要素：旋回进距、旋回横距、旋回初径、旋回直径、旋回反移量、旋回漂角、旋回转

心、旋回时间、旋回速降、旋回横倾等。

-运动要素：漂角、转心、横倾、旋回降速

本节主要内容

•第一节旋回性

-影响旋回性的因素

-旋回要素的应用

•第二节航向稳定性

-航向稳定性

-操纵性指数

-舵效

-保向性

青岛海运职业学校教案

课第一章船舶操纵性能

船舶操纵

第二节影响旋回性的因素

程

授课方

授课时数3课堂讲授

法

授课班

授课时间

级

教学目的使学生了解影响旋回性的因素。

教学重点

熟悉掌握影响旋回性的因素。

和难点

复习提问与

布置课后复习作业

作业布置

教学思路、方法、手段

1.复习提问上一节内容；

2.引入新课，以讲授为主，结合船上实践充分展开；

3.采用多媒体教学，将图示和文字概念相结合，增强学生对影响船舶旋回

性能要素的了解和记忆；

4.增加课堂上教师与学生的互动，及时了解学生对各种概念和知识的理解

情况。

5.•课后小结，布置思考题；

•第二节旋回性

-影响旋回性的因素

-旋回要素的应用

四、影响旋回性的因素

­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。

1.方形系数Cb

•规律：

-方形系数越大，船舶的旋回性越好，旋回圈越小。

-实验结果：方形系数较低的瘦形高速船（Cb^O.6）较方形系数较高

的肥形船（Cb=0.8）的旋回性能差得多。

2.长宽比（L/B）

•规律：

-L/B系数较大的瘦形高速船较L/B系数较小的肥形船的旋回性能差

得多。

•主要原因：

-是L/B系数较大的船舶旋回阻尼较大。

3.船体水线下侧面形状

•规律：

•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；

•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。

4.舵面积比

•定义

-（rudderarearatio）舵面积比是指舵面积与船体浸水侧面积的比AR/

（LPPXd）o

•规律：

-增加舵面积将会使舵的转船力矩增大，因而旋回性变好。

-增加舵面积的同时又增加了旋回阻尼力矩，当舵面积超过一定值后，

旋回性就不能提高。

-就一定船型的船舶而言，舵面积比的大小在降低旋回初径方面存在

一个最佳值。

・大小：

-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1/45-1/60o

5.推进器及舵类型

•装配双车双舵的船舶能够获得更大的舵力及舵里转船力矩，旋回性能优于

单车舵船舶；

•某些船舶可能装备特殊的推进器及舵装置，性能各异，如装备ZP的拖轮

可原地掉头。

6.舵角

•规律：

-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。

-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。

7.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；

・操舵时间对横距和旋回初径的影响不大，旋回直径则不受其影响。

8.船速

•船速对船舶旋回时间影响显著；

•船速对旋回初径大小的影响呈现较为复杂的情况：

-急低速状态旋回性明显变差；

-停车进行旋回即减速旋回时，旋回圈将大大扩大；

-从船速极低状态开始，进行加速旋回时，旋回圈将因而受到压缩，

旋回圈中心也将落在旋回前的船舶正横之后。

9.吃水与纵倾

・吃水影响：

-舵面积比随吃水增加而降低；

-随着吃水的增加，船舶通过重心G点竖轴的转动惯量增加；

-随着吃水的增加，初始旋回大大减慢。

-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。

・吃水差影响：

-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。

10.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，推力一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。

•总的来讲，横倾对旋回圈的影响并不大。

11.浅水影响

•规律：

•由于浅水中横向阻力明显增大，漂角B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

12.旋回方向

•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。

13.其他因素

•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、旋回要素应用

•旋回初径：

用来估算船舶用舵旋回掉头所需的水域；

・横距

用来估算转首后，船舶与岸或其它船舶是否有足够的间距；

•滞距

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；

•进距

两船的进距之和可用来推算对遇时的最晚施舵点。

・反移量(Kick)的应用

•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。

•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。

•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。

青岛海运职业学校教案

课第二章船舶操纵性能

船舶操纵

程第三节航向稳定性

授课方

授课时数3课堂讲授

法

授课班

授课时间

级

教学目的使学生了解航向稳定性、操纵性指数。

教学重点

熟悉掌握航向稳定性、操纵性指数。

和难点

复习提问与

布置课后复习作业

作业布置

教学思路、方法、手段

1.复习提问上一节内容；

2.引入新课，以讲授为主，结合船上实践充分展开；

3.采用多媒体教学，将图示和文字概念相结合，增强学生对航向稳定性、

操纵性指数要素的了解和记忆；

4.增加课堂上教师与学生的互动，及时了解学生对各种概念和知识的理解

情况。

5..课后小结，布置思考题；

第三节航向稳定性

•主要内容

-航向稳定性

-操纵性指数

-舵效

-保向性

一、航向稳定性

•稳定性定义：

-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

•判别：

-不能回复，不具有稳定性

-能回复，具有稳定性

-恢复较快，稳定性好

•稳定直航船舶受到瞬间干扰后，不用操舵，船舶运动稳定性分类

•稳定直航船舶受到瞬间干扰后，不用操舵，船舶运动稳定性分类

•稳定直航船舶受到瞬间干扰后，不用操舵，船舶运动稳定性分类

-直线运动稳定或动航向稳定：

•其重心轨迹最终回复为一直线，航向发生变化

-方向稳定或静航向稳定：

•其重心轨迹最终回复为与原航线平行的另一直线

-位置稳定：

•其重心轨迹最终回复为与原航线的延长线上

•航向稳定性含义

-船舶固有的航向稳定性

-直线运动稳定或动航向稳定

-一般船舶都不可能具有方向稳定性和位置稳定性

-要达到方向稳定，需要操舵

-要达到位置稳定，需要操舵和定位

•影响航向稳定性的因素

-与旋回性相矛盾

-船型因素：方形系数、长宽比、水下侧面积分布，毗龙骨

-操船因素：吃水、纵倾、水深以及风流条件

-舵面积因素比较特殊

•船舶不具有直线运动稳定性的后果：

-在小舵情况下，可能出现反操现象；

-保向比较困难；

-在海上航行时，可能自动舵打不上；

-操舵者较难以掌握操舵技术；

-操舵者劳动强度增加，并且要求注意力要高度集中；

-可能出现失误。

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:

•坐标变换

•可以将固定坐标系的运动方程转换成动坐标系中船舶运动方程

•假设一物体的转动惯性矩/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b后，会产生一个作

用在物体上的力矩Mb,M表示单位角度产生的力矩，则该物体的运动

方程为

,操纵性指数

•船舶的旋回性指数

-K(turningabilityindex),单位为1/秒；

-长=乂垓=单位舵角旋回力矩/单位角速度旋回阻尼;

-K表示旋回性优劣，K大，旋回性好。

•船舶的追随性指数

-T(turninglagindex),单位为秒；

-T=I/N=船舶转动惯量/单位角速度旋回阻尼;

-T表示追随性优劣，T小，追随性好，应舵较快；

-T如果为负值，船舶航向不稳定。

•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

­定常旋回直径D的估算

-根据定常旋回运动中旋回角速度K)=K6的结论，可以得到船舶定

常旋回直径的估算式：

-D=2R=2V/r=2V/(K5)

•推定新航向距离DNC

DNC=Re+Rtg(e/2)

•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rO到达某一定值后操

正舵，船首继续转头惯性角(P为：

(p=rOT

四、舵效

­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。

­舵效的判断

-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

角加速度将主要取决于K/T值的大小（舵角一定），K/T反映了单

位舵角所能产生的角加速度大小，通常称为舵效指数，即K大T小,

能效好

•影响舵效的因素

-舵角

-舵面积比

-舵速

,舵速Vr等于：Vs-Wr+AVrx

•（Vs—船速Wr—舵叶处的伴流速度AVrx-排出流流速的

轴向分量），在船速低时通过提高主机转速方法来提高舵速

度。

-吃水

-纵倾与横倾

-舵机特性

-其他因素

五、船舶保向性

•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。

,影响因素

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，具体因素主要有：

-船型

­方形系数、长宽比、水下侧面积、干舷及上层建筑、舵面积

-载况

•吃水、船舶纵倾与横倾

-舵角与船速

-外界因素

•水深、风流条件

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。

­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。

•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。

­较高的干舷将降低船舶在风中航行时的保向性。

•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。

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：

-轻载较满载时保向性好（受风时另当别论）；

-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

提（Wj;

-船舶横倾时比没有横倾时保向性。

3.舵角与船速

•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。

•对于同一艘船而言，由于船速的提高船舶保向性将变好。

4.外界因素

•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。

本节要点

•影响旋回性的因素。

-船型因素：方形系数、长宽比、水下侧面积、舵面积、车舵类型

-操船因素：舵角、船速、吃水、纵倾、横倾以及外界因素

•船舶航向稳定性

-船舶运动稳定性的分类

-船舶航向稳定性的含义

•舵效

-影响舵效的因素

•保向性

-影响保向性的因素

本节作业：

•简述影响船舶旋回直径大小的因素，其中与船型有关的因素是什么，与船

型无关的因素是什么？

•船舶运动的稳定性有哪几种，船舶的航向稳定性指的是什么？如何判别？

•何谓保向性？简述影响船舶保向性的因素。

•何谓舵效？简述影响舵效的因素。

上节要点回顾

•影响旋回性的因素

-船型因素：方形系数、长宽比、水下侧面积、舵面积、车舵类型

-操船因素：舵角、船速、吃水、纵倾、横倾以及外界因素

,旋回要素的应用

•船舶航向稳定性

-船舶运动稳定性的分类

-船舶航向稳定性的含义

•操纵性指数

•舵效

-影响舵效的因素

本节要点

•保向性

-影响保向性的因素

•船舶变速运动性能

-船速分类

-测速条件

-启动性能

-停船性能

•船舶操纵性试验

•五、船舶保向性

•IMO操纵性能衡准

•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。

,影响因素

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，具体因素主要有：

-船型

­方形系数、长宽比、水下侧面积、干舷及上层建筑、舵面积

-载况

•吃水、船舶纵倾与横倾

-舵角与船速

-外界因素

•水深、风流条件

青岛海运职业学校教案

课第一章船舶操纵性能

船舶操纵

程第四节船舶变速运动性能

授课方

授课时数3课堂讲授

法

授课班

授课时间

级

教学目的使学生了解船舶变速运动性能。

教学重点

熟悉掌握船舶变速运动性能。

和难点

复习提问与

布置课后复习作业

作业布置

教学思路、方法、手段

1.复习提问上一节内容；

2.引入新课，以讲授为主，结合船上实践充分展开；

3.采用多媒体教学，将图示和文字概念相结合，增强学生对船舶变速运动

性能要素的了解和记忆；

4.增加课堂上教师与学生的互动，及时了解学生对各种概念和知识的理解

情况。

5..课后小结，布置思考题；

第四节船舶变速运动性能

•主要内容

-船速

•船速分类；

•船舶测速

-启动、减速性能

-停船性能

-影响紧急停船距离的因素

-几种制动方法的比较和运用

一、船速分类

•额定船速

-主机以额定功率和转速在深水中航行的静水船速；

-是船舶在深水中可以使用的最高船速。

,海上船速

-主机以海上常用功率和转速在深水中航行的静水船速；

-为了留有一定的储备，主机的海上功率通常定为额定功率的90%,主机的海上转数通常定

为额定转数的96〜97%

•经济航速

-以节约燃油、降低成本为目的，根据航线条件等特点而采用的速度。

,港内船速

-主机以港内功率和转速在深水中航行的静水船速；

-也称为备车速度或操纵速度

-在港内航行，“微速前进”的功率与转速是主机能发出的最低功率，最低转速；

-一般港内船速要比海上船速低，其主要原因：

•港内航行阻力增大，为了减小主机扭矩而降低船速；

•港内机动航行时频繁用车，为了保护主机而降低转速；

•一般港内最高主机转速为海上常用转速的70〜80%,港内倒车最高主机转速为海

上常用转速的60〜70%

二、测速

,水域：

-专用测速水域

-深水域

•航法

-应沿与测速标方位垂直的航向行驶

•载态与车速

-通常需测定满载、合理压载等常用吃水条件状态的前进一、前进二、前进三时的船速

风流条件

-尽量选择风、浪、流的影响较小时进行测速

-无风、浪、流的影响时，船舶测速（对一种装载状态和一种主机转速，下同）通常需要进

行一个往返；

-船舶测速时如果有风流影响，为减小误差，应往返多次测速并求平均速度

•仅有均匀流影响时，通常需要进行3次；

•有不均匀流影响时，通常需要进行4次。

三、启动与停车惯性

,启动：

-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。

-从静止状态逐级动车，直至达到定常速度V所航行的距离与排水量成正比、航速V的平方

成正比、航速V时的阻力成反比；

-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。

•停车：

-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。

-停车后，船速开始下降较快，随船速降低，阻力减小，船速下降趋缓；

-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；

-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。

四、倒车惯性

•定义：

-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。

-倒车冲程又称紧急停船距离（crashstoppingdistance）或最短停船距离（shorteststopping

distance）。

换向时间：

-从前进三到后退三所需时间的长短因主机类型而异:

•内燃机船约需90〜120秒；

•汽轮机船约需120〜180秒;

•蒸汽机船约需60〜90秒。

倒车冲程统计数据：

-中型至万吨级货船6~8倍船长;

-5万吨左右8〜10船长；

-10万吨10〜13倍船长;

-15~20万吨级13〜16倍船长。

影响紧急停船距离的因素

-船舶排水量

-初始船速

-主机倒车功率、转速和换向时间

-推进器种类

-船体的污底程度

-外界条件

•浅水、风、流等

五、几种制动方法

•倒车制动

•大舵角旋回制动

,蛇航制动

•拖锚制动

•拖轮制动

•辅助装置制动

1.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；

-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；

-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

2.大舵角旋回制动

•优点：操作方便，无需机舱操作，而且降速时间也相对较短，可以降速达25-50%；

,缺点：

-所需的水域比较宽

-仍残留部分余速

3.蛇航制动

•优点：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；

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；

操纵复杂。

4.拖锚制动

•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。

•该法仅用于万吨级及其以下的船舶；

•抛锚时船舶对地的速度也仅限于2〜3kn以下。

5.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。

•多用于超大型船舶在港内低速状态时的制动。

6.辅助装置制动

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。

青岛海运职业学校教案

课第一章船舶操纵性能

船舶操纵

程第五节船舶操纵性试验

授课方

授课时数3课堂讲授

法

授课班

授课时间

级

教学目的使学生了解船舶操纵性试验

教学重点

熟悉掌握旋回实验与螺旋实验等

和难点

复习提问与

布置课后复习作业

作业布置

教学思路、方法、手段

1.复习提问上一节内容；

2.引入新课，以讲授为主，结合船上实践充分展开；

3.采用多媒体教学，将图示和文字概念相结合，增强学生对旋回实验与螺

旋实验等要素的了解和记忆；

4.增加课堂上教师与学生的互动，及时了解学生对各种概念和知识的理解

情况。

5..课后小结，布置思考题；

第五节船舶操纵性试验

•主要试验种类

-旋回试验

-Z形试验

-螺旋试验与逆螺旋试验

-停船试验

•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；

-校准有仪器设备。

一、旋回试验

•目的：

-求取船舶的旋回要素，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。

•目的：

-利用测定的数据，求取船舶的操纵性指数K,T,全面评判船舶的

旋回性、追随性和航向稳定性等性能；

-最早是Kempf提出，又称标准操纵性试验。

三、螺旋和逆螺旋试验

,螺旋试验(directspiraltest)

,逆螺旋试验(reversespiraltest)

•二者目的均是判定船舶航向稳定性

1、螺旋试验

•试验方法：

-从右满舵开始逐步减小舵角直至正舵、左舵、左满舵，最后再从左

满舵向右满舵一步步过渡，依次求出各舵角所对应的定常角速度。

,缺点：

-费时

_结果.

•把定常旋回角速度作为舵角的函数，得到如下图形：

图1具有航向稳定性的船舶图2航向不稳定的船舶

2、逆螺旋试验

•试验方法：

•从右满舵开始逐步减小舵角直至正舵、左舵、左满舵，最后再

从左满舵向右满舵一步步过渡，依次求出各角速度所对应的舵

角。

-优点：

•省时

•结果更准确

-缺点：

•需要角速度仪

•结果

-航向稳定：

•与螺旋试验结果相似；

-航向不稳定：

•逆螺旋试验结果舵角与角速度曲线出现多值对应S形曲线。

四、停船试验

,(Stoppingtest)

•目的：“

-评价船舶停止惯性

•方法：

-通常采用抛板法

•结果

青岛海运职业学校教案

课第一章船舶操纵性能

船舶操纵

程第六节船舶操纵性衡准

授课方

授课时数2课堂讲授

法

授课班

授课时间

级

教学目的使学生了解船舶操纵性衡准

教学重点

熟悉掌握船舶操纵性衡准要求

和难点

复习提问与

布置课后复习作业

作业布置

教学思路、方法、手段

1.复习提问上一节内容；

2.引入新课，以讲授为主，结合船上实践充分展开；

3.采用多媒体教学，将图示和文字概念相结合，增强学生对船舶操纵性衡

准要求等要素的了解和记忆；

4.增加课堂上教师与学生的互动，及时了解学生对各种概念和知识的理解

情况。

5..课后小结，布置思考题；

第六节船舶操纵性衡准

・1987年11月，IMO大会通过