教案-船舶操縱

第一章船舶操縱性能

?第一節船舶旋回性能

?第二節船舶航向穩定性及船舶操縱性指數

?第三節船舶變速運動性能

?第四節船舶操縱性能試驗

?第五節IM0船舶操縱性衡準的基本內容

青島海運職業學校教案

課第一章船舶操縱性能

船舶操縱

第一節船舶旋回性能

程

授課方

授課時數3課堂講授

法

授課班

授課時間

級

教學目的使學生了解船舶旋回性能要素。

教學重點

熟悉掌握旋回圈要素。

和難點

復習提問與

布置課后復習作業

作業布置

教學思路、方法、手段

1.復習提問上一節內容；

2.引入新課，以講授為主，結合船上實踐充分展開；

3.采用多媒體教學，將圖示和文字概念相結合，增強學生對船舶旋回性能

要素的了解和記憶；

4.增加課堂上教師與學生的互動，及時了解學生對各種概念和知識的理解

情況。

5..課后小結，布置思考題；

第一節船舶旋回性能

?旋回性:船舶勻速直航時，轉舵使船舶作圓弧運動的性能，稱為船舶回轉性。

?主要內容

＞船舶旋回運動過程分析

＞旋回圈(turningcircle)及旋回圈要素

＞旋回運動的運動要素

＞影響旋回圈大小的因素

＞旋回圈要素在實際操船中的應用

一、船舶旋回運動過程

?船舶以一定航速直進當中操某一舵角并保持之，船舶將進入旋回過程。根

據船舶在旋回運動過程中所受外力特點之變化，以及運動狀態之不同，可

將船舶旋回過程劃分為三個階段：

-轉舵階段

-過渡階段

-定常階段

第一階段（轉舵階段）

?轉舵階段：從轉舵開始到舵轉至規定角度為止，時間很短（約15s）

?受力情況：由舵角引起橫向力和力矩，使船產生橫向加速度和回轉角加速

度。

?運動特點：

由于船體本身的慣性很大，還來不及產生明顯的橫向速度和回轉角速度；

船舶重心G操舵相反一舷的小量橫移；

船舶橫向向操舵一舷傾斜（內傾）；

第二階段（過渡階段）

?過渡階段：轉舵結束起到船舶進入定常回轉運動為止的動態過程

?受力情況：隨船舶橫移、漂角增大，作用于船體的流體力和力矩增大;

?運動特點：

斜航運動；

旋回加速；

縱向速度下降；

內傾漸漸向外傾變化O

第三階段(定常階段)

,定常階段(steadyturning):

?受力與運動處于穩定狀態

,受力情況：

?作用于船體的力和力矩將最后達到平衡。

?運動特點：

船舶以一定的橫向速度和

回轉速度繞固定點作定常回轉運動。

船舶的橫向運動為外傾

二、旋回圈及旋回圈要素

,旋回圈

（turningcircle）：

定速直航（一般為全速）時，

操一定的舵角（一般為滿舵）后，

其重心G的運動軌跡叫做旋回圈。

-旋回圈要素：

表征旋回圈大小的幾何要素.

,包括：

反移量、進距、

橫距、旋回初徑、

旋回直徑、滯距等

1.反移量（Kick）

?定義：

-亦稱偏距，是指船舶重心在旋回初始階段向操舵相反一舷橫移的最

大距離。

,大小：

-通常，反移量值較小，其最大量在滿載旋回時僅為船長的1/2?1B左

-但操船中應注意的是，船尾的反移量卻不容忽視，其最大量約為船

長的1/10?1/5,約出現在操舵后船舶的轉頭角達一個羅經點左右

的時刻。

,影響因素：

-反移量的大小與船速、舵角、操舵速度、排水狀態及船型等因素有

關；船速、舵角越大，反移量越大。

2.進距（Advance）

?定義：

-進距也稱縱距，是指從從轉舵開始時刻船舶重心G點所在的位置，

至船首轉向90時船舶縱中剖面的距離。

,大小：

-約為3?4L,約為旋回初徑DT的0.6?1.2倍，Ad表示船舶對操舵

反映得快慢，即應舵速度。

3.橫距（Transfer）

,定義：

-橫空為船舶從操舵開始轉首90°時，重心G距原航線的距離，以Tr

表示。

?大小：

-Tr大約為旋回初徑DT的一半。Tr值越小，則回轉性就越好。

4.旋回初徑

?旋回初徑定義：

Tacticaldiameter

從船舶原來航線至船首轉向180。時，船縱中剖面所在位置之間的距離。

,大小：

----般約為3?6L,回轉性較差船舶可達7?8L。DT值越小，則回轉

性越好。

,應用：

在航海實踐中，旋回圈的大小常常用其旋回初徑DT表示。采用其旋回初徑與

其船長L（一般為兩柱間長）的比值DT/L來表示，稱為相對旋回初徑。

船舶種類DT/L

大型貨船5-6.5

中小型貨船4~5

油輪2.5~7.5

大型遠洋客船7.5-8.0

中小型海上客船4?5

大型客貨船5?7

中小型客貨船4?5

拖輪1.5-3

巡洋艦3~5

驅逐艦5?10

潛艇3?5

5.旋回直徑

?定義：

-Finaldiameter

旋回直徑是指船舶作定常旋回時重心軌跡圓的直徑，亦稱旋回終徑或定常旋

回直徑。

,大小：

-DO大約為旋回初徑DT的0.9?1.2倍。

?定義：

-Finaldiameter

旋回直徑是指船舶作定常旋回時重心軌跡圓的直徑，亦稱旋回終徑或定常旋

回直徑。

,大小：

-DO大約為旋回初徑DT的0.9?1.2倍。

6.滯距(Reach)

,定義：

-亦稱心距。從發令位置起，船舶重心至定常旋回曲率中心的縱向距

離。

,大小：

-Re大約為1?2L,表示操舵后到船舶進入旋回的“滯后距離”，也是

衡量船舶舵效的標準之一。

三、船舶旋回運動要素

?表征船舶旋回運動狀態的運動要素：

漂角；

轉心；

旋回中的降速；

旋回中的橫傾等，

?運動要素與船舶的旋回性能有著密切的關系。

1.漂角(Driftangle)

?定義：

-船用首尾線上某一點的線速度與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約在6-15°之間，超大型船舶最大可達到25°

左右。漂角越大的船舶，其旋回性越好，旋回直徑也越小。

2.轉心、(pivotingpoint)

,定義：

-旋回運動可視為以一定的速度前進的同時繞通過某一點的豎軸而，

這一點就是轉心，通常以P代表之。

-從幾何學上講，轉心P的位置是旋回圈的曲率中心0作船舶首尾面

的垂線的垂足。

-位置：

-轉心的位置大約在離船首柱后1/3?1/5船長處，也可能出于船首前

某一點。旋回性能越好、旋回中漂角￡越大的船舶，旋回時轉心越

靠近船首。

3.旋回中的降速

?降速原因：

-舵阻力增加；

-船體的斜航阻力增加與旋回初徑DT有密切的關系，DT/L值越小，

旋回性越好，降速越顯著。

-主機特性，推進效率降低

?降速幅度：

-與旋回初徑DT有密切的關系，DT/L值越小，旋回性越好，降速越

顯著。

-一般船舶旋回中的降速幅度大約為旋回操舵前船舶速度的25%?

50%,而旋回性能很好的超大型油輪最大可達到原航速的65%o

4.橫傾(list)

?橫傾化

-船舶操舵不久，將因舵力橫傾力矩而出現少量內傾；

-接著由于船舶旋回慣性離心力矩的作用，內傾將變為外傾；

-因橫向搖擺慣性的存在將產生最大的外傾角。max,最大外傾角一般

為定常外傾角的1.2?1.5倍，Omax的大小與操舵時間有關，操舵

時間越短，Omax越大；

-達到最大外傾角后，船舶經過1?2次搖擺，最后穩定于某一定常外

傾角。上。

?影響因素：

-船舶旋回橫傾大小與船速、所操的舵角、船舶的旋回性能和船舶的

初穩性高度GM等有關。

?注意事項：

-操船過程中應特別注意回轉突傾，避免用急舵特別是急回舵。

-1999年10月17日盛魯輪在避讓漁船時因操舵造成橫傾過大，引起

汽車碰撞起火，最后沉沒。

5.旋回時間

?旋回時間是指船舶旋回360°所需的時間。它與船舶的排水量有密切關系，

排水量大，旋回時間增加。萬噸級船舶快速滿舵旋回一周約需6min,而超

大型船舶的旋回時間則幾乎要增加一倍。

四、影響旋回圈的因素

-旋回圈的大小與船型、舵面積、所操舵角、操舵時間、載態、水深、船速、

船舶的縱傾和橫傾、螺旋槳轉速等密切相關。另外，受風、流的影響，旋

回圈的大小也有很大變化。

-旋回圈的大小與船型、舵面積、所操舵角、操舵時間、載態、水深、船速、

船舶的縱傾和橫傾、螺旋槳轉速等密切相關。另外，受風、流的影響，旋

回圈的大小也有很大變化。

1.方形系數Cb

?規律：

方形系數越大，船舶的旋回性越好，

旋回圈越小。

實驗結果：

方形系數較低的瘦形高速船（Cb^0.6）較方形系數較高的肥形船

2.長寬比（L/B）

?規律：

?L/B系數較大的瘦形高速船較L/B系數較小的肥形船的旋回性能差

得多。

?主要原因：

?是L/B系數較大的船舶旋回阻尼較大。

3.船體水線下側面形狀

?規律：

?就整體而言，船首部分分布面積較大如有球鼻首者，或船尾比較瘦

削的船舶，旋回中的阻尼力矩小，旋回性較好，旋回圈較小，但航

向穩定性較差；

?船尾部分分布面積較大者如船尾有鈍材，或船首比較削進(cutup)

的船舶，旋回中的阻尼力矩比較大，旋回性較差，旋回圈較大，但

航向穩定性較好。

4.舵面積比

?定義

-(rudderarearatio)舵面積比是指舵面積與船體浸水側面積的比AR/

(LPPXd)o

?規律：

-增加舵面積將會使舵的轉船力矩增大，因而旋回性變好。

-增加舵面積的同時又增加了旋回阻尼力矩，當舵面積超過一定值后，

旋回性就不能提高。

-就一定船型的船舶而言，舵面積比的大小在降低旋回初徑方面存在

一個最佳值。

?大小：

-拖輪為1/20?1/25,漁船為1/30?1/40；高速貨船為1/35?1/40；大

型油輪一般僅為1/65?1/75；一般貨船為1/45-1/60o

5.推進器及舵類型

?裝配雙車雙舵的船舶能夠獲得更大的舵力及舵里轉船力矩，旋回性能優于

單車舵船舶；

?某些船舶可能裝備特殊的推進器及舵裝置，性能各異，如裝備ZP的拖輪

可原地掉頭。

6.舵角

?規律：

-在極限舵角的范圍之內，操不同舵角時的旋回初徑變化情況，總的

趨勢是，隨著舵角的減小，旋回初徑將會急劇增加，當然旋回時間

也將增加。

-對于不同的船舶，隨著舵角的減小，旋回初徑的增加率是不一樣的，

其中舵的高寬比小的船舶，其旋回初徑的增加率較大。

7.操舵時間

?操舵時間主要對船舶的進距影響較大，進距隨操舵時間的增加而增加；

?操舵時間對橫距和旋回初徑的影響不大，旋回直徑則不受其影響。

8.船速

?船速對船舶旋回時間影響顯著；

?船速對旋回初徑大小的影響呈現較為復雜的情況：

急低速狀態旋回性明顯變差；停車進行旋回即減速旋回時，旋回圈將大大擴大；

從船速極低狀態開始，進行加速旋回時，旋回圈將因而受到壓縮，旋回圈中心

也將落在旋回前的船舶正橫之后。

9.吃水與縱傾

?吃水影響：

-舵面積比隨吃水增加而降低；

-隨著吃水的增加，船舶通過重心G點豎軸的轉動慣量增加；

-隨著吃水的增加，初始旋回大大減慢。

-若縱傾狀態相同，吃水增加時，旋回進距增大，橫距和旋回初徑也

將有所增加。

?吃水差影響：

-較大程度地改變了船舶水線下船體側面積的分布狀態，因而對船舶

旋回性能帶來明顯的影影響。

-尾傾增大，旋向圈也將增大；對于Cb=0.8的船舶，若尾傾增大量為

船長的1%,旋回初徑將可增加10%左右；對于Cb=0.6的船舶，若

尾傾增大量為船長的1%,旋回初徑將可增加3%左右。

10.橫傾

?船體存在橫傾時，左右浸水面積不同，兩側所受的水動壓力也不相同，改

變了左右舷各種作用力的對稱性。

?低速時，推力一阻力轉矩起主要作用，推首向低舷側偏轉；

?高速時，首波峰壓力轉矩起主要作用，推船首向高舷側偏轉。

?總的來講，橫傾對旋回圈的影響并不大。

11.淺水影響

?規律：

?由于淺水中橫向阻力明顯增大，漂角B明顯下降，同時淺水中的舵

力有所下降，舵力轉船力矩下降，再加上淺水中的阻尼力矩明顯增

大，船舶的旋回性下降，因此，在淺水中的旋回圈明顯增大。

?當水深吃水比小于2時，旋回圈有所增大（特別是對高速船而言）；

當水深吃水比小于1.5時，旋回圈明顯增大；當水深吃水比小于1.2

時，旋回圈急劇增大

模型試驗實船試驗

h/d=00

1.5

1.2

3=35°

12.旋回方向

?由于受螺旋槳橫向力的影響，船舶向左或向右旋回時的旋回圈的大小將有

所不同。對于右旋固定螺距螺旋槳單車船而言，在其它條件相同的情況下,

向左旋回時的旋回初徑要比向右旋回時的旋回初徑要小一些。但對于超大

型船舶而言，這一差別很小。

13.其他因素

?例如頂風、頂流使旋回圈進距減小，順風、順流使旋回圈進距增大等等。

?船體的污底、風、流的作用都將對船舶旋回圈的大小產生影響。

五、旋回圈要素應用

?旋回初徑：

用來估算船舶用舵旋回掉頭所需的水域；

?橫距

用來估算轉首后，船舶與岸或其它船舶是否有足夠的間距；

?滯距

用來推算兩船對遇時無法旋回避讓的距離，即兩船對遇時的距離小于兩船的

滯距之和，則用舵無法避讓；

?進距

兩船的進距之和可用來推算對遇時的最晚施舵點。

?反移量(Kick)的應用

?本船航行中發現有人落水時，應立即向落水者一舷操舵，使船尾迅速擺離落水者，以免使

之卷進船尾螺旋槳流之內。

?在船首較近的前方發現障礙物時，為緊急避開，應立即操滿舵盡量使船首讓開，當估計船

首已可避開時，再操相反一舷滿舵以便讓開船尾。

?當船舶前部已離出碼頭，擬進車離泊時，如操大舵角急欲轉出，則由于尾外擺而將觸碰碼

頭。為避免發生事故應適當減速，待駛出一段距離后再使用小舵角慢慢轉出。

本節要點

?旋回運動過程。

-旋回運動階段：轉舵階段、過渡階段、定常旋回階段。

-各階段旋回加速度、旋回角加速度、旋回速度、旋回角速度、旋回角速度等量的變化情況。

?旋回圈要素，影響旋回圈大小的因素

-旋回圈的要素：旋回進距、旋回橫距、旋回初徑、旋回直徑、旋回反移量、旋回漂角、旋

回轉心、旋回時間、旋回速降、旋回橫傾等。

-影響旋回圈大小的因素：

?船型因素：方形系數、長寬比、水下側面積、舵面積、車舵類型

?操船因素：舵角、船速、吃水、縱傾、橫傾以及外界因素

本節作業：

?簡述影響船舶旋回直徑大小的因素，其中與船型有關的因素是什么，與船型無關的因素是什么？

?預習船舶運動方程

上節要點回顧

旋回運動過程。

-過程：轉舵階段、過渡階段、定常旋回階段。

-各階段加速度、速度、旋回角加速度、旋回角速度以及橫傾角等量的變化情況。

,旋回要素

-幾何要素：旋回進距、旋回橫距、旋回初徑、旋回直徑、旋回反移量、旋回漂角、旋回轉

心、旋回時間、旋回速降、旋回橫傾等。

-運動要素：漂角、轉心、橫傾、旋回降速

本節主要內容

?第一節旋回性

-影響旋回性的因素

-旋回要素的應用

?第二節航向穩定性

-航向穩定性

-操縱性指數

-舵效

-保向性

青島海運職業學校教案

課第一章船舶操縱性能

船舶操縱

第二節影響旋回性的因素

程

授課方

授課時數3課堂講授

法

授課班

授課時間

級

教學目的使學生了解影響旋回性的因素。

教學重點

熟悉掌握影響旋回性的因素。

和難點

復習提問與

布置課后復習作業

作業布置

教學思路、方法、手段

1.復習提問上一節內容；

2.引入新課，以講授為主，結合船上實踐充分展開；

3.采用多媒體教學，將圖示和文字概念相結合，增強學生對影響船舶旋回

性能要素的了解和記憶；

4.增加課堂上教師與學生的互動，及時了解學生對各種概念和知識的理解

情況。

5.?課后小結，布置思考題；

?第二節旋回性

-影響旋回性的因素

-旋回要素的應用

四、影響旋回性的因素

-旋回圈的大小與船型、舵面積、所操舵角、操舵時間、載態、水深、船速、

船舶的縱傾和橫傾、螺旋槳轉速等密切相關。另外，受風、流的影響，旋

回圈的大小也有很大變化。

1.方形系數Cb

?規律：

-方形系數越大，船舶的旋回性越好，旋回圈越小。

-實驗結果：方形系數較低的瘦形高速船（Cb^O.6）較方形系數較高

的肥形船（Cb=0.8）的旋回性能差得多。

2.長寬比（L/B）

?規律：

-L/B系數較大的瘦形高速船較L/B系數較小的肥形船的旋回性能差

得多。

?主要原因：

-是L/B系數較大的船舶旋回阻尼較大。

3.船體水線下側面形狀

?規律：

?就整體而言，船首部分分布面積較大如有球鼻首者，或船尾比較瘦

削的船舶，旋回中的阻尼力矩小，旋回性較好，旋回圈較小，但航

向穩定性較差；

?船尾部分分布面積較大者如船尾有鈍材，或船首比較削進（cutup）

的船舶，旋回中的阻尼力矩比較大，旋回性較差，旋回圈較大，但

航向穩定性較好。

4.舵面積比

?定義

-（rudderarearatio）舵面積比是指舵面積與船體浸水側面積的比AR/

（LPPXd）o

?規律：

-增加舵面積將會使舵的轉船力矩增大，因而旋回性變好。

-增加舵面積的同時又增加了旋回阻尼力矩，當舵面積超過一定值后，

旋回性就不能提高。

-就一定船型的船舶而言，舵面積比的大小在降低旋回初徑方面存在

一個最佳值。

?大小：

-拖輪為1/20?1/25,漁船為1/30?1/40；高速貨船為1/35?1/40；大

型油輪一般僅為1/65?1/75；一般貨船為1/45-1/60o

5.推進器及舵類型

?裝配雙車雙舵的船舶能夠獲得更大的舵力及舵里轉船力矩，旋回性能優于

單車舵船舶；

?某些船舶可能裝備特殊的推進器及舵裝置，性能各異，如裝備ZP的拖輪

可原地掉頭。

6.舵角

?規律：

-在極限舵角的范圍之內，操不同舵角時的旋回初徑變化情況，總的

趨勢是，隨著舵角的減小，旋回初徑將會急劇增加，當然旋回時間

也將增加。

-對于不同的船舶，隨著舵角的減小，旋回初徑的增加率是不一樣的,

其中舵的高寬比小的船舶，其旋回初徑的增加率較大。

7.操舵時間

?操舵時間主要對船舶的進距影響較大，進距隨操舵時間的增加而增加；

?操舵時間對橫距和旋回初徑的影響不大，旋回直徑則不受其影響。

8.船速

?船速對船舶旋回時間影響顯著；

?船速對旋回初徑大小的影響呈現較為復雜的情況：

-急低速狀態旋回性明顯變差；

-停車進行旋回即減速旋回時，旋回圈將大大擴大；

-從船速極低狀態開始，進行加速旋回時，旋回圈將因而受到壓縮，

旋回圈中心也將落在旋回前的船舶正橫之后。

9.吃水與縱傾

?吃水影響：

-舵面積比隨吃水增加而降低；

-隨著吃水的增加，船舶通過重心G點豎軸的轉動慣量增加；

-隨著吃水的增加，初始旋回大大減慢。

-若縱傾狀態相同，吃水增加時，旋回進距增大，橫距和旋回初徑也

將有所增加。

?吃水差影響：

-較大程度地改變了船舶水線下船體側面積的分布狀態，因而對船舶

旋回性能帶來明顯的影影響。

-尾傾增大，旋向圈也將增大；對于Cb=0.8的船舶，若尾傾增大量為

船長的1%,旋回初徑將可增加10%左右；對于Cb=0.6的船舶，若

尾傾增大量為船長的1%,旋回初徑將可增加3%左右。

10.橫傾

?船體存在橫傾時，左右浸水面積不同，兩側所受的水動壓力也不相同，改

變了左右舷各種作用力的對稱性。

?低速時，推力一阻力轉矩起主要作用，推首向低舷側偏轉；

?高速時，首波峰壓力轉矩起主要作用，推船首向高舷側偏轉。

?總的來講，橫傾對旋回圈的影響并不大。

11.淺水影響

?規律：

?由于淺水中橫向阻力明顯增大，漂角B明顯下降，同時淺水中的舵

力有所下降，舵力轉船力矩下降，再加上淺水中的阻尼力矩明顯增

大，船舶的旋回性下降，因此，在淺水中的旋回圈明顯增大。

?當水深吃水比小于2時，旋回圈有所增大(特別是對高速船而言)；

當水深吃水比小于1.5時，旋回圈明顯增大；當水深吃水比小于1.2

時，旋回圈急劇增大

12.旋回方向

?由于受螺旋槳橫向力的影響，船舶向左或向右旋回時的旋回圈的大小將有

所不同。對于右旋固定螺距螺旋槳單車船而言，在其它條件相同的情況下,

向左旋回時的旋回初徑要比向右旋回時的旋回初徑要小一些。但對于超大

型船舶而言，這一差別很小。

13.其他因素

?船體的污底、風、流的作用都將對船舶旋回圈的大小產生影響。

?例如頂風、頂流使旋回圈進距減小，順風、順流使旋回圈進距增大等等。

五、旋回要素應用

?旋回初徑：

用來估算船舶用舵旋回掉頭所需的水域；

?橫距

用來估算轉首后，船舶與岸或其它船舶是否有足夠的間距；

?滯距

用來推算兩船對遇時無法旋回避讓的距離，即兩船對遇時的距離小于兩船的

滯距之和，則用舵無法避讓；

?進距

兩船的進距之和可用來推算對遇時的最晚施舵點。

?反移量(Kick)的應用

?本船航行中發現有人落水時，應立即向落水者一舷操舵，使船尾迅

速擺離落水者，以免使之卷進船尾螺旋槳流之內。

?在船首較近的前方發現障礙物時，為緊急避開，應立即操滿舵盡量

使船首讓開，當估計船首已可避開時，再操相反一舷滿舵以便讓開

船尾。

?當船舶前部已離出碼頭，擬進車離泊時，如操大舵角急欲轉出，則

由于尾外擺而將觸碰碼頭。為避免發生事故應適當減速，待駛出一

段距離后再使用小舵角慢慢轉出。

青島海運職業學校教案

課第二章船舶操縱性能

船舶操縱

程第三節航向穩定性

授課方

授課時數3課堂講授

法

授課班

授課時間

級

教學目的使學生了解航向穩定性、操縱性指數。

教學重點

熟悉掌握航向穩定性、操縱性指數。

和難點

復習提問與

布置課后復習作業

作業布置

教學思路、方法、手段

1.復習提問上一節內容；

2.引入新課，以講授為主，結合船上實踐充分展開；

3.采用多媒體教學，將圖示和文字概念相結合，增強學生對航向穩定性、

操縱性指數要素的了解和記憶；

4.增加課堂上教師與學生的互動，及時了解學生對各種概念和知識的理解

情況。

5..課后小結，布置思考題；

第三節航向穩定性

?主要內容

-航向穩定性

-操縱性指數

-舵效

-保向性

一、航向穩定性

?穩定性定義：

-指物體在受外界干擾，使其偏離原定常運動狀態，當干擾消失后，

物體是否具有回復到原定常運動狀態的能力

?判別：

-不能回復，不具有穩定性

-能回復，具有穩定性

-恢復較快，穩定性好

?穩定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動穩定性分類

?穩定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動穩定性分類

?穩定直航船舶受到瞬間干擾后，不用操舵，船舶運動穩定性分類

-直線運動穩定或動航向穩定：

?其重心軌跡最終回復為一直線，航向發生變化

-方向穩定或靜航向穩定：

?其重心軌跡最終回復為與原航線平行的另一直線

-位置穩定：

?其重心軌跡最終回復為與原航線的延長線上

?航向穩定性含義

-船舶固有的航向穩定性

-直線運動穩定或動航向穩定

-一般船舶都不可能具有方向穩定性和位置穩定性

-要達到方向穩定，需要操舵

-要達到位置穩定，需要操舵和定位

?影響航向穩定性的因素

-與旋回性相矛盾

-船型因素：方形系數、長寬比、水下側面積分布，毗龍骨

-操船因素：吃水、縱傾、水深以及風流條件

-舵面積因素比較特殊

?船舶不具有直線運動穩定性的后果：

-在小舵情況下，可能出現反操現象；

-保向比較困難；

-在海上航行時，可能自動舵打不上；

-操舵者較難以掌握操舵技術；

-操舵者勞動強度增加，并且要求注意力要高度集中；

-可能出現失誤。

二、船舶操縱運動方程

?為了研究船舶的操縱運動，建立如下圖所示坐標系，若取船舶的重心G為

坐標系的原點，則船舶的平面運動方程可表達為:

?坐標變換

?可以將固定坐標系的運動方程轉換成動坐標系中船舶運動方程

?假設一物體的轉動慣性矩/為，當它以角速度r回轉時，所遭受的粘性阻

尼為Nr,N是阻尼系數。此外當其尾部轉過一角度b后，會產生一個作

用在物體上的力矩Mb,M表示單位角度產生的力矩，則該物體的運動

方程為

,操縱性指數

?船舶的旋回性指數

-K(turningabilityindex),單位為1/秒；

-長=乂垓=單位舵角旋回力矩/單位角速度旋回阻尼;

-K表示旋回性優劣，K大，旋回性好。

?船舶的追隨性指數

-T(turninglagindex),單位為秒；

-T=I/N=船舶轉動慣量/單位角速度旋回阻尼;

-T表示追隨性優劣，T小，追隨性好，應舵較快；

-T如果為負值，船舶航向不穩定。

?區分船舶操縱性

-不同種類、結構和大小的船舶，其操縱性會有很大的不同。按照K、

T指數比較船舶的旋回軌跡，可將船舶操縱性概略地區分為四類

-定常旋回直徑D的估算

-根據定常旋回運動中旋回角速度K)=K6的結論，可以得到船舶定

常旋回直徑的估算式：

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

?推定新航向距離DNC

DNC=Re+Rtg(e/2)

?轉頭慣性角的估算

-船舶在航行中改向操舵后，船舶的轉頭角速度rO到達某一定值后操

正舵，船首繼續轉頭慣性角(P為：

(p=rOT

四、舵效

-舵效的概念

-操舵后，會引起船首回轉、橫向移動、船速下降、船體橫傾等現象,

廣義上，舵效即為船體對舵的響應。

-狹義上，舵效，操一舵角后船舶在一定時間、一定水域內船首轉過

的角度大小。

-舵效的判斷

-如能在較短的時間、較小的水域內轉過較大的角度，認為舵效好，

否為差。

-舵效的好壞與船舶旋回性、追隨性密切相關。當初始操舵時，回轉

角加速度將主要取決于K/T值的大小（舵角一定），K/T反映了單

位舵角所能產生的角加速度大小，通常稱為舵效指數，即K大T小,

能效好

?影響舵效的因素

-舵角

-舵面積比

-舵速

,舵速Vr等于：Vs-Wr+AVrx

?（Vs—船速Wr—舵葉處的伴流速度AVrx-排出流流速的

軸向分量），在船速低時通過提高主機轉速方法來提高舵速

度。

-吃水

-縱傾與橫傾

-舵機特性

-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（如風、流、浪等），由舵工（或自動

舵）通過羅經識別船舶首搖情況，通過操舵抑制或糾正首搖并使船

舶駛于預定航向上的能力。

,影響因素

船舶保向性的好壞不但與船舶航向穩定性的好壞有關，同時還與操舵人員的

技能及熟練程度、自動舵、舵機的性能有關，具體因素主要有：

-船型

-方形系數、長寬比、水下側面積、干舷及上層建筑、舵面積

-載況

?吃水、船舶縱傾與橫傾

-舵角與船速

-外界因素

?水深、風流條件

1.船型

?水下船型是決定船舶轉頭阻尼力矩和慣性的重要因素，水上船型是決定船

舶所受風力及風力轉船力矩大小的重要因素。

-方形系數較低、長寬比較高的瘦削型船舶，其保向性較優；淺吃水的寬體

船保向性較差。

?船體側面積在尾部分布較多者，如船尾有鈍材，其保向性較好；船首水下

側面積分布較多者，如船首有球鼻首將降低保向性。

-較高的干舷將降低船舶在風中航行時的保向性。

?舵面積比越大，船尾附近水線下側面積增加，航向穩定性和保向性提高。

2.載況

-載況的改變將導致水下和水上船型的改變，因而也影響到船舶保向性。對

于同一艘船一般的傾向是：

-輕載較滿載時保向性好（受風時另當別論）；

-首傾時首部水線下側面積增加，航向穩定性和保向性下降，尾傾時

提（Wj;

-船舶橫傾時比沒有橫傾時保向性。

3.舵角與船速

?增大所操的舵角，能明顯地改善船舶的保向性。超大型油輪小舵角狀態下

有航向不穩定趨勢，需用較大舵角才能保向。

?對于同一艘船而言，由于船速的提高船舶保向性將變好。

4.外界因素

?保向性將因水深變淺而提高；

?船舶順風浪或順流航行中保向性反而降低。

本節要點

?影響旋回性的因素。

-船型因素：方形系數、長寬比、水下側面積、舵面積、車舵類型

-操船因素：舵角、船速、吃水、縱傾、橫傾以及外界因素

?船舶航向穩定性

-船舶運動穩定性的分類

-船舶航向穩定性的含義

?舵效

-影響舵效的因素

?保向性

-影響保向性的因素

本節作業：

?簡述影響船舶旋回直徑大小的因素，其中與船型有關的因素是什么，與船

型無關的因素是什么？

?船舶運動的穩定性有哪幾種，船舶的航向穩定性指的是什么？如何判別？

?何謂保向性？簡述影響船舶保向性的因素。

?何謂舵效？簡述影響舵效的因素。

上節要點回顧

?影響旋回性的因素

-船型因素：方形系數、長寬比、水下側面積、舵面積、車舵類型

-操船因素：舵角、船速、吃水、縱傾、橫傾以及外界因素

,旋回要素的應用

?船舶航向穩定性

-船舶運動穩定性的分類

-船舶航向穩定性的含義

?操縱性指數

?舵效

-影響舵效的因素

本節要點

?保向性

-影響保向性的因素

?船舶變速運動性能

-船速分類

-測速條件

-啟動性能

-停船性能

?船舶操縱性試驗

?五、船舶保向性

?IMO操縱性能衡準

?概念

;保向性是指船舶在外力作用下（如風、流、浪等），由舵工（或自動

舵）通過羅經識別船舶首搖情況，通過操舵抑制或糾正首搖并使船

舶駛于預定航向上的能力。

,影響因素

船舶保向性的好壞不但與船舶航向穩定性的好壞有關，同時還與操舵人員的

技能及熟練程度、自動舵、舵機的性能有關，具體因素主要有：

-船型

-方形系數、長寬比、水下側面積、干舷及上層建筑、舵面積

-載況

?吃水、船舶縱傾與橫傾

-舵角與船速

-外界因素

?水深、風流條件

青島海運職業學校教案

課第一章船舶操縱性能

船舶操縱

程第四節船舶變速運動性能

授課方

授課時數3課堂講授

法

授課班

授課時間

級

教學目的使學生了解船舶變速運動性能。

教學重點

熟悉掌握船舶變速運動性能。

和難點

復習提問與

布置課后復習作業

作業布置

教學思路、方法、手段

1.復習提問上一節內容；

2.引入新課，以講授為主，結合船上實踐充分展開；

3.采用多媒體教學，將圖示和文字概念相結合，增強學生對船舶變速運動

性能要素的了解和記憶；

4.增加課堂上教師與學生的互動，及時了解學生對各種概念和知識的理解

情況。

5..課后小結，布置思考題；

第四節船舶變速運動性能

?主要內容

-船速

?船速分類；

?船舶測速

-啟動、減速性能

-停船性能

-影響緊急停船距離的因素

-幾種制動方法的比較和運用

一、船速分類

?額定船速

-主機以額定功率和轉速在深水中航行的靜水船速；

-是船舶在深水中可以使用的最高船速。

,海上船速

-主機以海上常用功率和轉速在深水中航行的靜水船速；

-為了留有一定的儲備，主機的海上功率通常定為額定功率的90%,主機的海上轉數通常定

為額定轉數的96?97%

?經濟航速

-以節約燃油、降低成本為目的，根據航線條件等特點而采用的速度。

,港內船速

-主機以港內功率和轉速在深水中航行的靜水船速；

-也稱為備車速度或操縱速度

-在港內航行，“微速前進”的功率與轉速是主機能發出的最低功率，最低轉速；

-一般港內船速要比海上船速低，其主要原因：

?港內航行阻力增大，為了減小主機扭矩而降低船速；

?港內機動航行時頻繁用車，為了保護主機而降低轉速；

?一般港內最高主機轉速為海上常用轉速的70?80%,港內倒車最高主機轉速為海

上常用轉速的60?70%

二、測速

,水域：

-專用測速水域

-深水域

?航法

-應沿與測速標方位垂直的航向行駛

?載態與車速

-通常需測定滿載、合理壓載等常用吃水條件狀態的前進一、前進二、前進三時的船速

風流條件

-盡量選擇風、浪、流的影響較小時進行測速

-無風、浪、流的影響時，船舶測速（對一種裝載狀態和一種主機轉速，下同）通常需要進

行一個往返；

-船舶測速時如果有風流影響，為減小誤差，應往返多次測速并求平均速度

?僅有均勻流影響時，通常需要進行3次；

?有不均勻流影響時，通常需要進行4次。

三、啟動與停車慣性

,啟動：

-為了保護主機，由靜止狀態開進車時，轉速應視船速成的逐步提高而逐步增加，用車時先

開低轉速，在船速達到與轉速相應的船速時再逐級加大轉速。

-從靜止狀態逐級動車，直至達到定常速度V所航行的距離與排水量成正比、航速V的平方

成正比、航速V時的阻力成反比；

-根據經驗，從靜止狀態逐級動車，直至達到定常速度，滿載船舶約需航經20倍船長左右的

距離，輕載時約為滿載時的1/2?2/3。

?停車：

-以某一速度航行的船舶，從發出主機停止車令起到船舶對水停止移動時止所需的時間和滑

行的距離，稱為停車沖時和停車沖程。

-停車后，船速開始下降較快，隨船速降低，阻力減小，船速下降趨緩；

-實船試驗時，船舶對水停止移動一般以船舶維持舵效最小速度為標準計算，萬噸級船取

2kn,超大船取3kn左右；

-船舶在常速航行中停車，降速到能維持其舵效的速度時，一般貨船的停車沖程為船長的8?

20倍，超大型船舶則超過20倍的船長。船越大，停車慣性越大。

四、倒車慣性

?定義：

-船舶在前進三中開后退三，從發令開始到船對水停止移動所需的時間及航進的距離，稱為

倒車沖時和倒車沖程。

-倒車沖程又稱緊急停船距離（crashstoppingdistance）或最短停船距離（shorteststopping

distance）。

換向時間：

-從前進三到后退三所需時間的長短因主機類型而異:

?內燃機船約需90?120秒；

?汽輪機船約需120?180秒;

?蒸汽機船約需60?90秒。

倒車沖程統計數據：

-中型至萬噸級貨船6~8倍船長;

-5萬噸左右8?10船長；

-10萬噸10?13倍船長;

-15~20萬噸級13?16倍船長。

影響緊急停船距離的因素

-船舶排水量

-初始船速

-主機倒車功率、轉速和換向時間

-推進器種類

-船體的污底程度

-外界條件

?淺水、風、流等

五、幾種制動方法

?倒車制動

?大舵角旋回制動

,蛇航制動

?拖錨制動

?拖輪制動

?輔助裝置制動

1.倒車制動法

,優點：

-該方法不受水域、船速等條件的限制，即不論在港內或港外水域，也不論船速的高與低，

該方法均可適用；

-在緊急避讓中一旦發生碰撞，碰撞的損失也比較小；

,缺點：

-歷時較長，對于FPP船需要進行主機換向操作；

-單槳船在倒車過程中總伴有一定的偏航量和偏航角，且倒車時間越長，偏航量越大

2.大舵角旋回制動

?優點：操作方便，無需機艙操作，而且降速時間也相對較短，可以降速達25-50%；

,缺點：

-所需的水域比較寬

-仍殘留部分余速

3.蛇航制動

?優點：在倒車未開出之前的2?3min的時間之內已充分地利用斜航阻力使船舶相應減速；

主機由進車換為倒車的過程可以分階段、逐級平穩進行，避免了主機超負荷工作等情況的出現。

?缺點：在較窄的水域或航道內不宜使用；

操縱復雜。

4.拖錨制動

?通過拖錨利用拖錨阻力，即拖錨時錨的抓力來剎減船舶余速的方法稱為拖錨制動法。

?該法僅用于萬噸級及其以下的船舶；

?拋錨時船舶對地的速度也僅限于2?3kn以下。

5.拖輪制動法

?通過拖輪協助，或僅靠拖輪提供的推力使船制動的方法叫作拖輪制動法。

?多用于超大型船舶在港內低速狀態時的制動。

6.輔助裝置制動

在船舶上設置一些如阻力鰭等輔助裝置而使船舶減速制動的方法稱為輔助裝置制動。

該方法僅在船舶航速較高時使用，才會有明顯的效果。

青島海運職業學校教案

課第一章船舶操縱性能

船舶操縱

程第五節船舶操縱性試驗

授課方

授課時數3課堂講授

法

授課班

授課時間

級

教學目的使學生了解船舶操縱性試驗

教學重點

熟悉掌握旋回實驗與螺旋實驗等

和難點

復習提問與

布置課后復習作業

作業布置

教學思路、方法、手段

1.復習提問上一節內容；

2.引入新課，以講授為主，結合船上實踐充分展開；

3.采用多媒體教學，將圖示和文字概念相結合，增強學生對旋回實驗與螺

旋實驗等要素的了解和記憶；

4.增加課堂上教師與學生的互動，及時了解學生對各種概念和知識的理解

情況。

5..課后小結，布置思考題；

第五節船舶操縱性試驗

?主要試驗種類

-旋回試驗

-Z形試驗

-螺旋試驗與逆螺旋試驗

-停船試驗

?實船試驗時的注意事項：

-選擇海面平靜、海流潮流較小的水域；

-試驗水域要有足夠的水深，水深至少應大于5倍吃水；

-一般應在滿載狀態進行試驗，油輪和散貨船還應進行壓載狀態的試

驗；

-試驗前主機轉速、航速應達到穩定；

-校準有儀器設備。

一、旋回試驗

?目的：

-求取船舶的旋回要素，評價船舶旋回的迅速程度和所需水域的大小,

從而判定船舶的旋回性能。

?目的：

-利用測定的數據，求取船舶的操縱性指數K,T,全面評判船舶的

旋回性、追隨性和航向穩定性等性能；

-最早是Kempf提出，又稱標準操縱性試驗。

三、螺旋和逆螺旋試驗

,螺旋試驗(directspiraltest)

,逆螺旋試驗(reversespiraltest)

?二者目的均是判定船舶航向穩定性

1、螺旋試驗

?試驗方法：

-從右滿舵開始逐步減小舵角直至正舵、左舵、左滿舵，最后再從左

滿舵向右滿舵一步步過渡，依次求出各舵角所對應的定常角速度。

,缺點：

-費時

_結果.

?把定常旋回角速度作為舵角的函數，得到如下圖形：

圖1具有航向穩定性的船舶圖2航向不穩定的船舶

2、逆螺旋試驗

?試驗方法：

?從右滿舵開始逐步減小舵角直至正舵、左舵、左滿舵，最后再

從左滿舵向右滿舵一步步過渡，依次求出各角速度所對應的舵

角。

-優點：

?省時

?結果更準確

-缺點：

?需要角速度儀

?結果

-航向穩定：

?與螺旋試驗結果相似；

-航向不穩定：

?逆螺旋試驗結果舵角與角速度曲線出現多值對應S形曲線。

四、停船試驗

,(Stoppingtest)

?目的：“

-評價船舶停止慣性

?方法：

-通常采用拋板法

?結果

青島海運職業學校教案

課第一章船舶操縱性能

船舶操縱

程第六節船舶操縱性衡準

授課方

授課時數2課堂講授

法

授課班

授課時間

級

教學目的使學生了解船舶操縱性衡準

教學重點

熟悉掌握船舶操縱性衡準要求

和難點

復習提問與

布置課后復習作業

作業布置

教學思路、方法、手段

1.復習提問上一節內容；

2.引入新課，以講授為主，結合船上實踐充分展開；

3.采用多媒體教學，將圖示和文字概念相結合，增強學生對船舶操縱性衡

準要求等要素的了解和記憶；

4.增加課堂上教師與學生的互動，及時了解學生對各種概念和知識的理解

情況。

5..課后小結，布置思考題；

第六節船舶操縱性衡準

?1987年11月，IMO大會通過