船舶操纵知识点

船舶操纵知识点整理

目录

第一章船舶操纵结论2

L船舶操纵定义2

2.研究内容3

3.船舶分类3

4.船舶数据3

5.船舶运动学参数3

6.船舶操纵运动方程4

7.附加质量和附加惯性矩4

8.船体水动力及其表达式5

9.船舶阻力5

10.船舶推进5

第二章船舶操纵性基础5

1.操纵性指标5

2.船舶操纵性的判别6

3.船舶必备操纵性资料6

4.船舶操纵性指数7

5.航向稳定性和保向性的概念7

6.航向稳定性的判别7

7.船舶变向性能7

8.旋回运动过程8

9.旋回性的直接判断8

10.船舶变速性能9

11.船舶操纵性实验10

第三章操纵设备及其效应14

1.螺旋桨的几何参数14

2.螺旋桨类型和工作原理14

3.螺旋桨推力和转矩15

(1)单独螺旋桨的推力和转矩15

(2)船体对螺旋桨推力的影响(伴流)15

(3)螺旋桨对船体的影响(推力减额)15

4.滑湿比及其对推力的影响16

5.功率和船速16

6.螺旋桨横向力16

7.螺旋桨效应17

8,舵的种类和几何要素18

9.特种推进器及其效应18

(1)双螺旋桨推进器18

(2)z型推进器19

10拖船19

第四章航行环境又携纵的影响19

一、风场19

二、流场20

三、受限水域21

第五章系泊操作23

1.港内水域概述23

2.码头及其种类23

3节苗地几港湾停泊方式24

(1)单浮筒系泊24

(2)双浮筒系泊25

(3)锚泊25

(4)组合停泊方式25

4.锚25

5.系缆25

尾倒缆以及横缆等，各系和船缆名称作用如下。25

6.船舶进出港27

7,锚泊27

第六章大风浪中的船舶操纵28

一、波浪及其要素28

二、波浪要素的简单估算29

三、波浪的分类及其特点30

四、船舶在波浪中的摇荡31

五、大风浪中的操船方法31

六、避离热带气旋船舶操纵32

第七章特殊水域及应急船舶操纵32

一、冰区32

二、搁浅或触礁应急措施33

三、船舶碰撞的应急措施33

1.碰撞不可避免时的应急操纵33

2.碰撞后的应急操船措施33

3,抢滩34

四、海上搜救34

(1)单旋回(singleturn)34

(2)Williamson旋回(Williamsonturn)35

(3)Scharnow旋回(Scharnowturn)35

第一章船舶操纵绪论

1.船舶操纵定义

船舶操纵分为常规操纵和应急操纵两大类。常规操纵包括用小舵角保持

航向、中等舵角改变航向以及加速减速操纵；应急操纵包括用大舵角进

行旋回的用全速倒车进行进行紧急停船。还包括侧推设备和拖船协助。

2.研究内容

船舶受控运动规律、船舶操纵安全标准、港口设计航道工程以及其他水

工设施。

3.船舶分类

小型船舶：一万吨以下；中型船舶：3-5万吨；大型船舶：载重吨8万

吨以上、船长250米以上的船舶。20万吨VLCC30万吨ULCC。

4.船舶数据

杂货船船速一般为13-18节方形系数为0.65-0.7

散货船船速一般为12-17节方形系数为0.8-0.85

油船船速T殳为12-16节方形系数为0.8-0.85

集装箱船船速14-25节方形系数0.5-0.7

5.船舶运动学参数

船舶运动学参数包括位置、船速、漂角、转向角、角速度等。

漂角是指船舶重心处的船速矢量与船舶首位线之间的交角，漂角等于横

向速度比纵向速度的反正切。

1.漂角(Driftangle)

•定义：

-饕的首星税上某•点的线速

度与船帕苜尾面的交角叫作

潦角.用。我示之.

•大小：

-般船船重心港角大约在6-

15之间.图大型航帕最大

可达到25左右，津向越大

的船舶.儿旋回性越好.旋

时旦学也州小•

航向角是指水平面内船舶首尾线与固定坐标系X轴的交角。

船舶转动时，如果船上的每一点都绕某一垂线做圆周运动，这一垂线称

为转轴，转轴与船舶首尾线的交点叫做转心。定常旋回时，一般转心在

船首之后约三分之TG长处。船舶存在尾倾时转心向后移动。在转心处

只有平动没有转动。转心处的漂角为0.只有纵向速度。

6.船舶操纵运动方程

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一分■为伟mI/U的4件力黑小"的〃卧；

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式（IJi）A送的黑式风•./r.彳ait414s船的通，

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7.附加质量和附加惯性矩

物体在流体中变速运动，推动物体的力不仅要为增加物体的动能做功，

还要为增加周围流体的动能做功。因此质量为m的物体要获得加速度a,

施加在它上面的力F将大于物体质量m与加速度a的乘积，增加的这

部分质量就是附加质量。若写为公式，则：

F=（而+»卜

称为该物体的附加质量。附加质量与物体本身的形状及运动方向有关。

当船舶作非定常转动时，会产生附加惯性矢邑

8.船体水动力及其表达式

根据伯努利定理，船舶以一定速度在流体中运动时，产生的动压强为

l/2pVA2

水动力表示为FH=P*L*D*CH,P为压强，L为船长，D为吃水,CH

为船体水动力系数。水动力角是水动力合力方向与船舶首尾线的之间

的交角，大小取决于横向水动力系数和纵向水动力系数的比值。水动力

系数系数可以通过循环水槽实验获得，也可以通过约束船模实验获得。

9.船舶阻力

船舶阻力由基本阻力和附加阻力构成。基本阻力是指船舶在静水状态下

的阻力，附加阻力是指船舶在有风浪状态下的阻力。基本阻力由摩擦阻

力、兴波阻力涡流阻力和空气阻力组成摩操阻力与船舶的湿水面积、表

面粗糙度和船速有关。与船速的二次方成正比。

剩余阻力包括兴波阻力和涡流阻力，浅水对剩余阻力影响较大

船速一般用傅汝德数表示为

v

迎

船舶附加阻力包括附体阻力和风浪流的影响。

10.船舶推进

有效功率与主机输出功率之比称为推进效率，通常转速低些、直径大些

的螺旋桨效率高些。

第二章船舶操纵性基础

船舶操纵性就是指保持或改变航向的能力，船舶运动性能分为船舶固有

运动性能和船舶操纵运动性能。

1.操纵性指标

IMO将六个显著操纵运动性能作为评价船舶操纵性的指标。

固有稳定性：也称航向稳定性，它是衡量船舶自动保持直线运动的能力

的指标。

保向性：衡量船舶受控（操舵）时抑制船舶转动惯性的指标。

初始回转性/改向性：衡量船舶改变航向的性能指标。

首摇抑制性：衡量船舶操舵时抑制船舶转动惯性的性能指标。

旋回性：也称回转性,衡量操最大舵角时船舶回转轨迹所占用的水域大

小的性能指标。

停船性：也称全速倒车停船，衡量船舶纵向运动惯性的性能指标。

航行环境下：风中、受限水域和浅水操纵性。

2.船舶操纵性的判别

实船实验测定参数：旋回实验、Z型实验、螺旋实验或逆螺旋实验、回

舵实验、停船实验等。

3.船舶必备操纵性资料

引航卡：船舶的主尺度、操纵装置性能、船在不同载况下主机不同转速

下的航速以及船舶特殊操纵装置等信息。

驾驶台操纵性图：详细描述船舶旋回性能和停船性能的图表资料，置于

驾驶台显著位置。其内容包括深水和浅水(H/D=1.2)、满载和压我情

况下船舶的旋回圈轨迹及制动性能。

船舶操纵手册：包括旋回实验、Z型实验和停船实验的实验条件、实验

记录和试验分析等。

4.船舶操纵性指数

利卜.式叮阶操纵力程(T+3=K5)对比.仃:

M船舶H的力切系数一用单位配用的打船力如

~~N=船龄问“阳如山数.每单位同W角逑他的心中Im如

船用I惯性矩船舶惯性如

N船舶MH机如系数"单位的H角速度的料r1见如

5.航向稳定性和保向性的概念

直线运动稳定性：改向后沿新航向行驶的特性。

方向稳定性航迹产生一个横向偏移，航向不变，船舶具有位置稳定性。

位置稳定性：收到扰动，但仍保持之前状态。

航向稳定性:不经操纵，受到扰动后能在新航向上自动恢复到直线运动。

保向性：操舵保持船舶直线运动的性能。

6.航向稳定性的判别

直接判断参数：螺旋实验，如果没有滞后环，则船舶具有航向稳定性；

回舵实验，不存在残余角速度，则具有航向稳定性。

间接判断参数：T指数为正值，具有航向稳定性，值越小，航向稳定性

越好。为负值则不具有航向稳定性。（根据KT方程舵角为0时判定）

7.船舶变向性能

包括旋回性、初始回转性和首摇抑制性。

初始回转性指船舶操中等舵角时航行单位距离内航向角变化大小的性

能，或是给定航向角变化量时船舶所航行的距离的远近。旋回性判断船

舶运动的最小水域，而初始回转性是评价船舶改向的效率，即船舶航向

对操舵的反应能力。

首摇抑制性：船舶进入旋回状态，角速度达到一定时向旋回方向相反的

方向操舵，船首向对舵的反应能力的性能，这是一个时间概念，船首向

如果能很快响应舵的转动，我们称其为首提抑制性好。

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8.旋回运动过程

其过程可以分为三个阶段：转舵阶段、过渡阶段和定常旋回阶段

转舵阶段：产生横向加速度和旋转角加速度，由于船舶质量和转动惯量

比较大，而转舵的时间短，此阶段船舶基本保持直线运动。

过渡阶段：过渡阶段开始时，船舶重心有向操舵相反一侧运动的趋势。

定常旋回阶段：加速度为0：各量为常值。

9.旋回性的直接判断

进距：航向角变化90度时船舶重心的纵向移动距离为进距，一般用Ad

表示，它是判断旋回过程中船舶纵向占用水域范围的依据。

横距航向角变化90度时船舶重心的横向移动距离为横距，一般用Tr.,

判断航向角变化90度时占用水域的依据。

旋回初径：航向角变化180度时船舶重心的横向移动，判断旋回过程中

占用水域依据。Dt表示。

旋回直径：船舶进入定常旋回时的旋回圈直径，用来表示定常旋回时占

用水域的范围。用D来表示。

反移量：操舵初期使船舶重心向转舵方向相反方向的横移量，用Lk表

ZJ\O

10.船舶变速性能

加速性能：船舶惯性较大，启动性能一般较差，即使提高螺旋桨转数,

船速增加的也很慢,反而会使主机负荷急剧增大,因此一般都以低转速

启动。

减速性能：停车冲程和停车冲时实际上值得是指船舶降速至能维持舵效

的船速时所航行的距离和时间。

S

——=/l-ln(l+8)+C

Lpp

停船性能；一种是全速前进全速后退直至船速为0,这种停船性能称为

紧急停船性能，相应的航行距离称为最短停船距离。另一种是缓慢降速。

IMO操纵性临时标准推荐用下式估算直线方向的最短停船距离

A船舶质量与船舶阻力之比的系数,完全取决于船型和船体水下形状

B船舶倒车操纵之前的船舶阻力与船舶停止时倒车拉力之比得到的系数,

取决于主机提供的倒车功率大小。

C船舶获得倒车拉力的时间与船舶开始倒车的初始速度的乘积，船舶越

小，初始速度越大，C越大。

11.船舶操纵性实睑

L实验条件

深水、宽度不受限制但遮蔽条件较好的水域进行，其水深应大于4倍的

船舶平均吃水。应达到满载，平吃水，风力不超过5级海浪不超过四级，

流场匕儆均匀的环境。最小船速应达到船舶海上速度的85%,主机功

率达到最大输出功率的90%。

观测位置主要通过差分GPS,观测方向主要通过罗经或姿态测量仪

2.记录内容

每次船船操纵性试验，都要求对有关的实验条件、试验观测■进行记录,

包括：

(1)船舶数据。实验前记录船舶首尾吃水，以便记录船舶平均吃水、排

水量和船舶纵向重心位置等。此外,还要记录试验的地理位置、试验水域

情况等。还要记录船舶的螺旋桨、舵以及侧推器的特性及运行情况，

(2)环境条件。水深、波浪(浪级，涌浪的周期及方向)、海流、能见度以

及其他气象、水文

情况。

(3)试验数据。应对有关试验的数据进行观测，并以每次不超过20s的间

隔进彳亍记录，这些数据包括时间、位置、航向、船速、舵角及转舵速率、

螺旋菜转速、螺旋奖螺距以及风速等。

三、旋回试验

旋回试验(turningtests)是指在试验船速直航条件下，操左35。舵鱼和右

35。舵角或设计最大舵角并保持之，使船舶进行左、右旋回运动的试验。

1.试验方法

Q)保持船舶直线定常航速；

(2)旋回之前一个船长时，记录初始船速、航向角及推进器转速等；

⑶发令，迅速转舵到指定的舵角，并维持该舵角;

(4)随着船舶的转向，每隔不超过20秒的时间问隔，记录轨迹、航速、横

倾角及螺旋浆转数等数据。

(5)在整个船舶旋回中，保持舵角、转速不变,直至船舶航向角旋回360°

以上，可结束一次试验。

2.旋回圈及特征参数

在旋回试验中，船舶重心所描绘的轨迹称为旋回圈。旋回圈是表示船舶旋

回性能的重要指标。旋回圈越小，旋回性能越好。

四、Z形操纵试验

z形操纵试验(zig-zagtests)是一种评价船舶首摇抑制性的试验。同时,

可通过乙形操纵

试验结果求取操纵性指数K、To

1.试验方法

以10。/10。(分子表示舵角，分母表示进行反向操舵时的航向角)Z形操纵

试验为例，试验方法简述如下：

(1)保持船舶直线定常航速，发令之前记录初始船速、航向角及推进器转

速导

⑵发令，迅速转右舵到指定的舵角(10。),并维持该舵角;

⑶船舶开始右转，当船舶航向变化量与所操舵角相等时，迅速将舵转为左

能到指定的舵

角(10°),并维持该舵角；

(4)当船舶航向改变量与所操左舵角相等时,迅速将蛇转力右能到指定的

舵角(10〃),并为维持该舵角；

(5)如此反复进行才桑舵达五次时，可结束一次试验。

除上述10〃/10〃Z形操织试验之外，根据需要，还可进行20度/20度、

5度/5度Z形操舵试验，分

别表示强机动和弱机动情况，一般以10〃/10°Z型操舵试验结果求取的

K.T指数为准，

2.特征参数

图2・5JZ形操纵试验结果

Z形操舵试验结果可以图的形式表示。其纵坐标为航向角或舵角,横坐标

为时间，从图中可直接给出下列特征参数

(1)航向超越角(overshootangle)

航向超越角指每次进行反向操舵后，船首向向操舵相反一侧继续转动的

增加值，可见.航向超越角是从航向变化量方面对船舶转动惯性的一种度

量。超越角越大,船舶转动惯性越大。一般用第一超越角和第二超越角作

为衡量船舶惯性的参数。

⑵航向超越时间(overshoottime)

航向超越时间指每次进行反向操舵时刻起至船首向开始向操舵一侧转

动的时刻之间的时间间隔，可见，航向超越时间是从时间方面对船舶转动

惯性的一种度量。超越时间越长，船舶转动惯性越大。一般用第一超越时

间和第二超越时间作为衡量船舶惯性的参数。

五、停轴it验

停船试验(stoppingtests)是指船舶在试验速度时,进行全速倒车，直至

船舶对水完全停止的试验。其目的是评价船舶的停止惯性。

1.试验方法

Q)保持船舶直线定常航速;发令之前记录初始船速、航向角及推进器转

速等；

(2)发令,将主机由全速进车转为全速倒车；

(3)船舶开始减速，当船舶对水速度为0时，可结束一次试验。

2.特征参数

停船试验结果可以由图的形式表示，其纵坐标为距离，横坐标也为距离。

从图中可接给出下列特征参数。

(1)纵向进距(headreach)

纵间进距指船舶从发令倒车开始至船舶对水停止时在原航向上的纵向

位移量。纵向进距是由于船舶惯性作用而产生的位移。因此它是衡量船

舶惯性的参数。

(2)横向偏移量(lateraldeviation)

横向偏移量指船舶从发令倒车开始至船舶对水停止时在原航向上的横

向位移量。横向偏移是由于船舶倒车过程中螺旋桨的作用而产生的位移。

其偏移方向与螺旋桨的转动方向有关:对于左旋螺旋桨倒车时船舶向右

横向偏移;对于右旋螺旋桨,倒车时船舶向左横向偏移。偏移量的大小与

船舶的航向变化量有关。

(3)航迹进距(trackreach)

航迹进距指船舶从发令倒车开始至船舶对水停止时航迹所行进的距离。

航迹进距俗称为〃冲程〃，它也是一种衡量船舶惯性的参数。

(4)航向变化量(headingdeviation)

航向变化量指船舶从发令倒车开始至船舶对水停止时航向的改变量。航

向变化是由于船

舶倒车过程中螺旋桨的作用而产生的转向。其转动方向与螺旋桨的转动

方向有关:对于右质

螺旋桨，倒车时船舶向右转向;对于左旋螺旋桨，倒车时船舶向左转向。

13.船型参数对操纵性的影响

排水量:随着排水量增加旋回性变化不大，但航向稳定性会越来越差。

长宽比：长宽比较大船舶，外形瘦长，钝度较小，纵向移动阻力较小,

快速性较好，但其首摇阻尼较大，故这类船舶旋回性较差。

舵面积与船长吃水比:数值越大，舵面积占船体水下侧面积的比例越大,

其旋回性较好。

方形系数：长宽比相同的情况下，方形系数越大，首摇阻尼越小，旋回

性越好，但航向稳定性较差。

14.超大型船舶的操纵性特点

惯性较大，船型肥大浅水效应岸壁效应明显失去舵效时的船速较高，主

机功率不足,风流彰卜界环境影响明显。

第三章操纵设备及其效应

1.螺旋桨的几何参数

直接影响螺旋桨性能的主要参数有：

Q)直径(D):连接于螺旋桨叶尖的圆的直径。通常，直径越大，效率越高，

但直径往往受

到吃水和输出转速等的限制。

(2)螺距(P):螺旋桨旋转一周所前进的距离，这里指理论螺距。螺距在桨

叶径向不同位

置是不相等的。一般以螺旋桨半径的0.7倍处的螺距作为整个螺旋桨的

螺距。

⑶螺距比(P/D):螺距与直径的比，一般在0.6~1.5之间，高速浅吃水

船选取的值比较

大，低速深吃水船选取的值比较小

(4)盘面比:各桨叶在前进方向的投影面积之和与直径为D的圆面积之比。

通常，高转速的螺旋桨所取的比值小，低速、大推力的螺旋桨所取的比

值大。例如，拖船的螺旋桨盘面比大于1,甚至更大的情况也不少见。

⑸桨叶数目运输船舶上的螺旋桨T殳有3~6片桨叶。一般桨叶数目越

多盘面比越大。

2.螺旋桨类型和工作原理

螺旋桨可分为固定螺距螺旋桨和可调螺距螺旋桨两大类。

工作原理：通过主机获得动力旋转，将水推向船后，利用水的反作用力

推船前进。盘面前面的水流称为吸入流,后面的水流称为排出流，根据

动量理论，排出流与吸入流的压力差就是螺旋桨产生的推力。

3.螺旋桨推力和转矩

螺旋桨推力的计算方法一般先用单独螺旋桨实验结果，再考虑船体对螺

旋桨的影响（伴流）和螺旋桨对船体的影响（推力减额）

（1）单独螺旋桨的推力和转矩

螺旋桨的推力和进距随进速的增大而减小，但螺旋桨的效率随进速的增

大而增大

(2)船体对螺旋桨推力的影响(伴流)

船舶前进时附近的受到船体运动的影响而产生的一种追随船体运动的

水流，该水流称为伴流，伴流主要包扩摩擦伴流、势伴流和兴波伴流，

摩擦伴流是主要成分。

船首最小，船尾最多；船尾沿螺旋桨径向，上大下小，左右对称。

伴流对提高螺旋桨推力是个有利因素。

(3)螺旋桨对船体的影响(推力减额)

船尾螺旋桨工作时，其产生的水流柱，引起船体尾部流速加快，压强降

低，从而使船舶阻力产生增值，这部分增加的阻力称为阻力增额。

4.滑湿比及其对推力的影响

理论速度与实际速度的差值称为滑失，滑失与实际速度比值称为滑失比。

用船速代替螺旋桨进速称为虚滑失。

在船速、转速一定的情况下，滑失比越大，螺旋桨的推力和转矩越大；

当船速一定时，螺旋桨的推力和转矩均与螺旋桨转速的平方成正比；当

螺旋桨转速一定时，船速一定时，船速越低，滑失比越大，螺旋桨的推

力和转矩也越大。

滑失比增大会降彳氐螺旋桨的推进效率并增加螺旋桨的负荷，但从船舶操

纵的角度来说，滑失比的增大有利于提高船舶的转向效率。在实际操船

的过程中，船舶操纵人员常常通过降低船速增加螺旋桨转速来增大螺旋

桨的滑失比，进而提高舵效。

船舶在高速前进中突然开高速倒车、高速后退中开高转速进车，或者船

舶静止中突然高速进车或倒车会造成主机超负荷工作，应该避免。

5.功率和船速

主机功率：主机可发出的最大功率，内燃机常用制动功率（BHP）表示,

汽轮机常用轴功率（SHP）表示。

收到功率：主机功率经传递装置传至螺旋桨处的功率。

推进功率：指螺旋桨所发出的功率。

有效功率：指克服船舶阻力所需要的功率。

效率：

传递效率：收到功率与主机功率的比值，一般为0.96-0.99.

推进效率：有效功率与收到功率的比值，一般为0.35-0.75.

船体效率：指有效功率与推进功率的比。

推进系数：有效功率与主机功率的系数，0.5-0.7.

6.螺旋桨横向力

由于螺旋桨本身的特性和船体的影响，会产生使船舶发生横移和偏转的

力，称为螺旋桨横向力,对船舶产生的效应称为螺旋桨效应。螺旋桨横

向力可分为沉深横向力、伴流横向力和排出流横向力。

螺旋桨盘面中心距水面的垂直距离称为螺旋桨的沉深h,沉深与螺旋桨

直径D的比h/D称为沉深比，当沉深比小于0.5时，螺旋桨会有一部

分露出水面。沉深横向力的方向与与螺旋桨的旋转方向有关，右旋固定

螺距螺旋桨进车时向右舷，倒车时向左舷。

3、散水・训桨推力及特矩

健力।

T«/＞.D*KT

Qatp•档D*-KQ

其中•XT为指力系故.

桨微水试验求用•Il为选速最故＜J＞的函数.

迸速系JnVp/(n-D)

K中./蝶辰桨迸速.柑时水的速度.

倒至挑出酒微应力

船舶操正舵，桨后舵叶的左上部和右下部受到相反方向的排出流横向力

的影响，受纵向伴流的影响舵叶右下部排出流的冲角较大，则舵叶右下

部的横向力大于左上部的横向力，两者之差称为正车排出流横向力。倒

车时由于船尾线型的上肥下瘦，则船尾上部的冲角大于下部的冲角，造

成螺旋桨直径范围内尾部上部和下部的横向力不等，两者之差称为倒车

排出流横向力。一般进车排出流横向力较小，而且倒车排出流横向力在

螺旋桨横向力中所占比例最大，故T殳排出流横向力指的是倒车排出流

横向力。

右旋固定螺距螺旋桨船，进车和倒车时排出流横向力均指向左舷，左旋

固定螺距螺旋桨进车和侄蜂时排出流横向力均指向右舷。

伴流横向力的大小取决于船速的大小。伴流横向力的方向与取决于螺旋

桨的转动方向。右旋固定螺距螺旋桨船，前进中进车时，伴流横向力指

向左舷;前进中倒车时，伴流横向力指向右舷;左旋固定螺距螺旋桨船，

前进中进车时，伴流横向力指向右舷，前进中倒车时指向左舷。静止或

后退时，基本不存在伴流。

7.螺旋桨效应

高速时倒车，速度越高，排出流横向力越小，伴流横向力越大。在深水

中，沉深横向力可忽略，因此主要取决于伴流横向力。

低速时侄蜂且深水时主要取决于排出流横向力。

静止中倒车无伴流，只有沉深横向力和排出流横向力，其方向指向左舷。

8.舵的种类和几何要素

(1)普通舵，如(a)水动力作用点距离舵轴较远，所需舵机功率较大,

但舵轴上支撑点较多，故强度较大。

平衡舵，如(b),水动力作用点离舵轴较近，所需功率比普通舵小，但

支撑点较少，故强度较小。

半平衡舵，如(0,舵宽和舵高的一部分分布在舵轴之前，性能在普通舵

和平衡舵之间。

■>2•建的

按照舵抛面的类型可分为平衡舵、流线型舵和特种舵;按照舵的支撑结

构分为多支撑舵、双支撑舵、半悬挂舵和悬挂舵。

(2)舵的几何要素

商船一般采用矩形舵,舵面积指的是舵的夕死轮廓所包围的面积。一般

用舵面积占水下侧面积的比值来考察舵对船舶操纵性的影响。舵展弦比,

舵高在舵翼中称为翼展，舵宽称为翼弦，对于矩形舵，其展弦比为舵高

于舵宽之比。

舵平衡系数：表征舵面积在舵轴前后比例关系的系数称为舵平衡系数，

用舵轴前面的面积与整个舵面积的比值表示。

9.特种推进器及其效应

(1)双螺旋桨推进器

两螺旋桨同时进车时，右侧螺旋桨为右旋螺旋桨，左侧螺旋桨为左旋螺

旋桨，两螺旋桨旋转方向相反，螺旋桨横向力相互抵消，不产生螺旋桨

效应。

船舶低速时，船舶向右转时，可使左旋螺旋桨进车，右旋螺旋桨倒车；

船舶向左转时，可使，右旋螺旋桨进车，左旋螺旋桨倒车。

(2)z型推进器

Z型推进器主要由竖轴、上下两对锥形齿轮、导管螺旋桨及传动系统组

成，导管螺旋桨可以作360度旋转,也称全回转推进器。

10.拖船

建议HenkHenson船长的著作《港内拖船的应用》作为拖船的配布、

使用以及协助方法等方面的指南，要求有关港口管理和经营当局配备合

适的拖船。

绝大部分港作拖船为双推进拖船，港作拖船可分为固定螺距拖船、可变

螺距拖船、Z型推进器拖船(ZP)以及平旋推进器拖船(VSP)四种，

ZP和VSP不配备舵设备，而是利用推进器推力方向改变拖船的运动方

向。

拖船拉力大小一般以系柱推力(bollardpull),即船速为。时的推力来

表示拖船所能提供的最大推力，简记为BPO拖轮协助船舶操纵主要有

四个功能，即控制航向、减速、横移和提供动力。拖船协助的方式有三

种拖带、旁才窗口顶推。当船速在0-5节时使用直拖，3-10节时使用旁

拖。

第四章航行环境对操纵的影响

一、

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风向用度、罗经点或风舷角表示。

风压系数一般是用船模风洞实验方法求取的。

静止中的船舶，正横前来风，船首向下风方向偏转；右正横后来风，船

首向上风方向偏转。

船舶在前进中时，船速越高，水动力中心越向前移水动力矩大于风力矩，

则船首向上风方向偏；正横后来风时，船首向上风方向偏转。

船舶在后退时，正横前来风，船首向下风偏转；正横后来风，如果水动

力矩大于风力矩，船首向上风偏转。

当船速和相对风速一定时，在浅水中由于水动力较大而漂移速度较小。

在水深和相对风速一定的情况下，船速越高，漂移速度越小。

如果操舵产生的力矩大于风压力矩和水动力矩的代数和，这时我们称船

舶在风中具有保向能力，船舶在风中是否有保向能力的界限称为保向界

限。

二、流场

L流向：度、罗经点或者流舷角。海流可分为风生流、潮流、密度流等，

大洋中以风生流为主，沿岸以潮流为主。

2.均匀流对旋回运动的影响

在均匀流场中，船舶对水的旋回运动与静水中相同，即对水的旋回圈大

小不发生变化；但对地的旋回圈将在流的方向上按流速发生偏移而变形。

顺流时操舵时机应适当提前，顶流时操舵应适当延后。

3.非均匀流对船舶运动的影响

顶流过弯道：船舶在驶入弯道前应调整船位，使船舶保持在河道轴线略

偏凹岸T则，把首对着流向，然后提前操舵转向，用慢速顺着凹岸的弯

势一点一点转向。

顺流过弯道：船舶应保持在河道轴线，把船尾对着流向，然后提前操舵

转向，用慢速沿着凹岸的弯势转向。

三、受限水域

1.浅水概念

用航道水深和船舶吃水的比来衡量，即水深吃水比(h/d)。

当水深吃水比大于3.0时，该水深称为深水。当水深吃水比大于1.2小

于1.5时，该水深称为浅水。

2.浅水效应

Q)船舶阻力增大，船速降低；

(2)船舶水动力和力矩增大，横移和转向困难；

(3)船体下沉和纵倾变化加剧；

(4)船体发生剧烈振动；

(5)船舶操纵性发生变化。

3.两船船长接近相等时的船间效应模式

当两船船长接近相等时，船间效应有以下特征：

(1)两船以一定速度对驶时

X轴方向:船舶阻力开始时为减小，之后随两船的距离的减小而增大，即

减小后增大：

Y轴方向:两船接近过程中是相互排斥的，通过时为相互吸引，通过之后

相互排序，即排斥

一吸引一排斥；

Z轴转动:两船接近过程中，开始时船首相互排后，随后出现相互吸引，

之后又出现相互排

斥，最后出现相互吸引，即排斥一吸引一排斥一吸引。

(2)本船以一定速度通过停泊船时

X轴方向:船舶阻力随距离的减小而增大；

y轴方向:接近过程中没有相互排斥，只有相互吸引。

(3)目标船追越本船时(被追越船效应)

x轴方向:船舶阻力开始时为增大，此后连续减小；

y轴方向:与对驶时的情形基本相同；

z轴车融相互吸弓I或相互排斥。

(4)本船追越他船时(追越船效应)

X轴方向:船舶阻力开始时稍有减小，随后是增大。

y轴方向发生连续的吸引和排斥。

z轴转动:连续发生吸引和排斥。

当目标船(被追越船)降低船速时，轴方向的阻力减小和绕轴的船首转动

现象消失。

3.两船船长差别较大时的船间效应模式

如果两船的船长相差较大，上述模式将发生一定的变化。

(1)对驶时

X轴和y轴方向:虽然船间效应的频率可能更高一些，但基本模式不会发

生变化。

Z轴方向:对于尺寸较大的船舶，上述模式基本不变，但对于尺寸较小的

船舶，船间效应明

增大。

(2)追越时

上述船长相等的船间效应模式在某种程度上基本适用于船长差别较大

的情况，知识船间效应的频率有所不同。

第五章系泊操作

据统计，80%以上的碰撞事故、几乎100%的搁浅事故都是发生在港口

水域。

1.港内水域概述

港口是指位于江河、湖泊、海岸等水域的沿岸、具有一定设施和条件，可

供船舶停泊、货物装卸、物料供应等作业的地方。它的范围包括水域

和陆域两部分。水域部分一般设有制动水域、码头前沿水域、回旋掉头

水域以及航道、港池、锚地等，如图5-1-1所示。港口的水域、气象、

水文条件不同，船舶操纵方法也存在很大差异。船舶操纵人员首先要了

解航行水域情况，针对其特点，制定相应的操纵方案。

其特征参数有航道宽度、航道水深、航道方向以及乘潮水位等。航道水

深通常是理论最低潮面至海底的深度，即海图水深。

2.码头及其种类

码头是指供船舶停靠、装卸货物和上下旅客的水工建筑物。码头的种类

繁多,分类方法卫

不尽相同。码头大致有列几种分类形式：

(1)按照码头的平面布置进行分类，可分为顺岸式、突提式、墩式等形式。

墩式码头又可分为与岸用引桥连接的孤立墩或用联桥连接的连续墩，墩

式码头也称为栈桥式码头；突堤码头又分窄突堤(突堤是一个整体结构)

和宽突堤(两侧为码头结构，当中用填土构成码头地面)。

(2)按结构形式进行分类，可分为重力式、板桩式、高桩式、斜坡式、墩

柱式和浮码头等

形式。

(3)按用途进行分类，可分为一般件杂货码头、专用码头(渔码头、泊码

头、煤码头、矿石码头、集装箱码头等)、客运码头、供港内工作船使

用的工作船码头以及为修船和造船工作面专设的修船码头、柄装码头等。

(4)按照码头周围水域是否有掩护进行分类，可分为有掩护码头和开敞

码头两种形式。

有掩护码头又分为具有天然掩护和人工掩护两种。例如，在挖入式或回

填式港池内所建码头

属于人工掩护码头。多数VLCC码头属于外海开敞式码头。

尽管码头形式有所差异，水域环境和自然环境有所不同，但进出港、靠

离泊操纵的方式并

没有本质上的差别。有掩护码头与开敞式码头比较，由于受风、流、浪

的影响不同，故船舶操纵差别比较大。

3.锚地几港湾停泊方式

(1)单浮筒系泊

单浮简系泊是船舶在锚地或港湾常用的停泊方式之一。一般从船首用缆

或锚链直接将胆

系在系船浮上。这种方式系泊操纵方便，船舶能随流向和风向改变方向,

缆绳或锚链受力较

小:所需水域面积较抛锚停泊要小。其缺点是占用水域面积较大。对于

VLCC,海上单点系泊

(singlepointmooring,SPM)就是典型的〃单浮筒系泊〃方式。

(2)双浮筒系泊

双浮简系泊是从船舶首尾分别用缆绳系于浮简上。这种系浮方式适用于

锚地或港湾较为

狭窄的水域，在河道中常用。双浮筒系泊的最大优点是占用的水域面积

较小，但其缆绳受力较大，故一般首尾都布置多根系缆。

锚泊和浮筒系泊两者的船舶操纵过程较为类似，最大的区别在于:浮筒

系泊基本没有选择

的余地。浮筒系泊具有操纵复杂、机动性差、稳定性较好等特点，故浮

筒系泊适合于停泊时间较长的情况，如海上装卸作业、船舶修理等。

⑶锚泊

锚泊是指船舶抛锚的停泊方式，是船舶最常用的停泊方式之一。在水域

较为宽阔、水深及

底质适宜抛锚、避风条件较好的情况下宜采用单锚泊停泊方式；反之，

在单锚泊抓力不足或水域宽度有限的情况下宜采用双锚泊停泊方式，双

锚泊又分为八字锚泊、一字锚泊和平行

(一点)锚泊三种方式，其占用水姗口操纵的复杂程度各不相同。

(4)组合停泊方式

为了节省建设码头的费用或在受限水域增加船舶的系泊稳定性，有些港

口采用组合停泊

方式。所谓组合停泊方式是指船首用单锚或双锚进行锚泊，船尾用系缆

将船舶系在浮筒或码

头上的停泊方式，其操纵过程较为复杂，既有锚泊操纵又有系泊操纵。

4.锚

锚的种类有很多，大致分为有杆锚、无杆锚、大抓力锚及特种锚四大类

型，十多种锚。锚链长度为27.5米。港内操纵用锚主要是托锚制动、

拖锚靠泊、拖锚倒行等。

5.系缆

船舶配有多条系船缆，按照其控制船舶的作用进行分类，可将其分为首

缆、首倒缆、尾缆

尾倒缆以及横缆等，各系和船缆名称作用如下。

⑴首缆或头缆(headline):其作用是防止船舶向后移动和船首向外舷偏

转。

⑵首倒缆或前倒缆(forespring):其作用是防止船舶向前移动和船首向

外偏转。

(3)首横缆或前横缆(forebreast):其作用是防止船首向外舷移动。

⑷尾缆(sternline):其作用是防止船舶向前移动和船尾向外舷偏转。

(5)尾倒缆或后倒缆(aftspring):其作用是防止船舶向后移动和船尾向外

舷偏转。

(6)尾横缆或后横缆(aftbreast):其作用是防止船尾向外舷移动。

船舶系浮筒时，缆绳根据其作用和系带方法又可分为头缆和回头缆等。

顶流靠泊带缆JII页序：先带头缆，再带首倒缆、首横缆；尾部先带尾倒缆，

再带尾缆和横缆。

(2)横风较强带缆顺序

有较强吹开风或吹拢风影响时,(一般先带首横缆，无横缆缆桩时可将头

缆和首倒缆同时带上，并迅速收紧。〃这样既可防止吹开风造成船首被

吹开而陷入困境，又可防止吹拢风造成船尾轧拢过快而触碰码头。尾部

先带尾横缆，并尽快绞拢。

离泊及移泊用缆

(1)单绑(Singleup))

单绑是指船舶离泊前解除操纵中不起作用的多余缆绳。小型船舶自力离

泊单绑时，保留

缆绳数量取决于流向，一般船首保留一根头览和一根首倒缆，顺流时保

留一根尾缆，顶流时保留一根尾倒缆。中、大型船舶一般在拖船就位并

发挥作用后再进行单绑。

(2)离泊倒缆的运用

小型船舶自力离泊时，一般采用尾离法，即借助首倒缆的约束力，短时

微速进车，操内舷满

舵，使船尾慢慢离开码头。这时，首倒缆可能受力过大而断缆，进而使船

舶失去控制而酉贼事故。因此，应选择强度大、质量好的缆绳作为尾离

前倒缆，并严格控制进车时间。

6.船舶进出港

(1)船舶进港过程中，一般采用主机转速逐级递减的方式进行减速操

作。

(2)引航员登船

在从海平面至船舶入口位置的距离超过9m的船舶，应将舷梯或机械式

引航员升降

机与引航员梯一起供引航员登船或离船。

舷梯的低位平台应保持水平，其上架设的引航员梯最少应保持2m的

垂直长度；舷梯

的倾斜角度向后最大不超过55。。

在传送人员时，应备有立即可供使用的两根扶手绳，直径不应小于28.

mm;带有自亮

灯的救生圈；撇缆。

根据引航员的要求，调整航向，将引航员梯或舷梯放在下风舷侧，以利

用船体的遮截

作用减小下风舷侧的风浪。

降低船速，以适应引航船或拖船的并靠，但有强横流影响时，船速不宜

过低，以免漂移

大而造成搁浅，一般以保持舵效的船速为准。

能见度不良时，本船位置不易被引航船识别，必要时开启雷达为引航船

导航并鸣放合格声号供引航船识别。

(3)借助单拖船掉头时，顶流可以用推尾或拖尾方式；顺流可采用推

首方式或拖首方式。

7.锚泊

(1)底质：软硬适度的沙底和黏土质海底抓力较好，泥沙混合底次之，

硬泥、软泥底质较差，石底、珊瑚礁底不宜抛锚。

(2)锚泊方式分为单锚泊和双锚泊，双锚泊又分为八字锚、一字锚和

平行锚三种方式。

一字锚用于往复流的狭水道或河道内的临时锚泊，一般仅适用于小船。

(3)偏荡

船舶位于平衡位置时风舷角最大,其最小值出现在极限位置附近。

锚链方位角最大出现在极限位置，船首位于平衡位置时锚链方位角为

0.

(4)预防走锚的方法

增加船舶吃水或调整为平吃水。加抛止荡锚，出链长度为1.5-2.5倍水

深。增加锚泊力。采用车舵等手段抑制偏荡。

第六章大风浪中的船舶操纵

一、波浪及其要素

振幅时用来表示波浪强弱的物理量，它是指从静止水平面至波峰或波谷

的距离。

波高指相邻波峰和波谷间的垂直距离，一般用符号H表示，显然波高

等于2倍的振幅.

1.波浪周期(waveperiod)

运动过程，一般用周期表示波动的快慢。当波浪完成一次波动所需要的

时间或两个波峰(或波谷)相继通过一固定点所经历的时间，称为〃波浪

周期〃，简称〃波周期〃，一般用符号T来表示。波浪的显著特点是周

期性，即位移、速度、加速度经过一定时间之后又重复地回到原来的数

值。

2.波速(wavepropagationspeed)

波速指波传播的速度，一般用符号C表示。波速取决于水的惯性和弹性,

而与波的频率无

关、波速有两种含义在物理意义上有明显的区别。

(1)相速度:等相位面或波峰(或波谷)在单位时间内的水平位移。我们平

时所说的〃波速〃指的就是〃相速度〃。

(2)群速度:即群波传播能量的速度。群波是由一系列波长和频率不同的

波叠加而成的合成波，则群波的波形将随时间变化。若各个分波在水中

传播的相速度各不相同，其振幅最大部分的运动速度称为群波的群速度。

其值约为相速度(波速)的一半。

3.波长(wavelength)

沿着波的传播方向，两相邻的同相位水质点或两相邻的波峰(或波谷)间

的水平距离叫做〃波长〃。波长是指波动的水中，任意两个相位差为2pai

的水质点之间的距离。由波速、波长的定义可知:在水质点振动的一个周

期内，振动状态传播的距离恰是一个波长，所以入二cT。式中表示波频

率。波长、波速和频率，称为波浪的三要素。

4.波陡（wavesteepness）

指波高与波长之比（H/人），它是用来描述波形的陡峭程度。

二、波浪要素的简单估算

波浪前进时，水面上每个水分子都沿直径和波高相等的圆形轨道运动。

波峰上水分子运动方向与波浪前进方向一致，则波峰比较陡峭；波谷中

水分子运动方向却与波浪前进方向相反，则波谷比较平坦，故称为坦谷

波。

1.规则波（regularwaves）

海浪可以被认为由很多简单、规则的谐波所组成，每个谐波有其自身的

振幅、波长（或周期或频率）以及传描力向，这种简单、规则的谐波称为

规则波。规则疲实际上是一种假定的波浪，尽管其与实际波浪有一定的

差异，但它使复杂的船舶在波浪中的运动问题大为简化，故在许多研究

领域具有广泛的应用价值。根据波浪余摆线理论，波浪可用正弦或余弦

波表示，则波浪要素之间有如下关系

AT

大中：A----液数（nwl/m）；

3波的就率

根据势流理论，对于深水中的波浪，有

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2.不规则波(irregularwaves)

实际上，海浪是极其不规则的。对于不规则波的描述采用实际观测统计

结果来表示。经过一定时间观测，将观测到的波高按从大到小依序排列

起来，形成一个波列，则该波列中最大。的波高称为最大波(maximum

wave),记为Hmax.对应的周期为Tmax。

取该波列中最高的一部分波的波高的算术平均值，称为〃部分大波的平

均波高〃。如取波列中波高较大的1/10个波高算术平均值，称为1/10

最大波高。所对应周期之平均值称为1/10最大周期；如取波列中波高

较大的1/3个波高算术平均值，也称为有义波高(significantwave

height),它是波浪预报的一个重要指标。

人们在海上目测的波高非常接近有义波高。所对应周期的平均值称为

最大波周期，称为有义波周期

1/3(significantwaveperiod)e

有义波高可用来确定最大有义波长和最大能量波长，最大有义波长等于

60倍的有义波长，最大能量波长等于40倍的有义波长。

根据这两个波长可以估计出某船在该不规则波中航行时的摇摆情况。

三、波浪的分类及其特点

按成因进行分类，波浪可分为风浪（风的作用）、海啸（地震或风暴）、潮波

（引潮力作用、气、

压波（气压突变）以及J船行波（船舶航行作用）等；按波长和水深的相对关

系进行分类，波浪还

可分为深水波（短波）和浅水波（长波）等。

1.风浪及涌浪

海洋中的波浪主要为风浪。风浪的振幅和波速与风的强度、风向和阵发

性情况等因素有关。风浪的周期约数秒至数十秒，波长由几米至数百米,

波高可达数米至十几米。该类波浪的回复力是重力，故称重力波。引起

重力波的外力是风，风区内的波称为波浪（wave）,其波周期小于10s;

离开风区的波称为涌浪（swell）,其波周期一般大于10s。涌浪较平滑但

周期、波长较长。

2.浅水区波浪

以上所述只是海水具有一定深度时的情况。一般用水深与波长之比（h/

入）表示水深对波浪的影响。当h/入W1/20时，称为浅水波。波浪进人

浅水区波底最终将和海底接触。这时水分于的垂直运动受到限制，轨

迹变为椭圆形。椭11度以在海底为最大，而由海底向上逐渐减小。越向

海岸水深越浅，波浪能最除了与海底摩擦而消耗的部分以外，都集中到

了更小的水体中，必然引起波长的缩短和波高的增大。浅水波的波速与

波长和波周期无关，但与水深的平方根成正比。

3.波浪破碎(breakers)

当波浪由深海传播至浅海时由于水深变浅波速变慢，而波长变短波高增

高因此波形锐度逐渐增大。在近岸附近波形达到稳定界限或波峰水分

子流速等于波速时，波型向前倾倒而成为碎波(breakerorbreaking

wave),深海中波浪也会由于波型锐度过大失去其对称性而发生碎波，

当波陡H/入=1/7时，开始发生碎波。波浪开始出现碎波之处称为碎波

点，该点之水深称为碎波水深，此时的波高称为碎波波高。碎波时约有

60%的波浪能量逸出，形成强大的激浪流，曾测到激浪流的压强达到

30/nf,它不但对沿岸地形、沿岸流等有影响，而且对船舶产生较大的冲

击力。

四.船舶在波浪中的摇荡

纵轴(x)轴纵荡和横摇

横轴(y)轴横荡和纵摇

垂直轴⑵轴垂荡和首摇

五、大风浪中的操船方法

1."Z"宇航法以船首一舷10度-30度的受浪角航行一段距离后再改

为船首另T玄10度-30度的受浪角的航行方法。适合于耐波性较好的

中、大型船舶。

2,滞航能以保持航向的最低船速将风浪放在船首2-3个罗经点的方位

顶浪前进的方法。对于下风海域不大宽裕，，船长较长、船舶干舷较高的

船舶适用此法较为有利。

3.顺浪

4.漂滞

六、避离热带气旋船舶操纵

北半球，沿着台风前进的方向，右半圆为危险半圆，左半圆为可航半圆。

南半球相反，右半圆为可航半圆，左半圆为危险半圆。

北半球风向右转右半圆，风向左