船舶操纵性总结.doc

操纵性
绪论
操纵性定义：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。
操纵性内容：
1.航向稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。
2．回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。
3．转首性和跟从性：表示船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。
4.停船性能：船舶对惯性停船和盗车停船的相应性能。
附加质量和附加惯性矩：
作不定常运动（操纵和耐波运动）的船舶，除了船体本身受到愈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。根据作用力和反作用力，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。
附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为附加质量。
船舶操纵
一、操纵运动方程
1.1坐标系
一、固定坐标系：
固定坐标系是固结在地球表面，不随时间而变化的，如图所示。
首向角ψ：X0与X的夹角（由X0转向X，顺时针为正）。
二、运动坐标系：
运动坐标系是固结在船体上的，随船一起运动的，如图所示。
重心坐标：XOG、YOG；
船速：V重心G瞬时速度；
航速角ψ0：X0轴与船速V夹角(顺时针为正)；
漂角：β船速与X轴夹角(顺时针为正)；
回转角速度：γ=dψdt；
回转曲率：R右舷为正；
舵角：δ左舷为正。
三、枢心：
回转时漂角为零点、横向速度为零的点。
1.2线性运动方程
一、坐标转换
二、简化方程
当重心在原点处：XG=0运动坐标系一般方程：
三、对于给定船型、给定流体中的运动情况
船型参数和流体特性为已知条件；
操纵运动为缓变过程，忽略高阶小量；
忽略推进器转速影响；
操舵过程短暂，忽略转舵加速度。
则可将给定船型流体中受力情况表示如下：
由泰勒展开式，用水动力导数表示如下：
四、简化后的操纵运动线性方程式：1.3水动力导数
一、定义：
匀速直线运动时，只改变一个运动参数，其他不变引起的作用于船舶水动力对运动参数的变化率。
二、表示方式：
三、水动力导数分析：
位置导数Yv,Nv：Yv是一个较大的负值；Nv是一个不很大的负值。
加速度导数，：代表惯性力，是一个大负值；代表惯性力矩，由于首尾抵消，是一不大的数值。
旋转导数Yr,Nr：由r引起的阻尼力,首尾方向相反，Yr为一小值；是由r引起的阻尼力矩，Nr为一个很大的负值。
旋转加速度导数，：由引起的惯性横向力，由于首尾抵消；是引起的惯性力矩，与的方向相反，是一个大负值。
舵角的控制导数，：舵以右舵角为正，正的舵角产生负的舵力，则；而舵力矩使船向右转，是正的，故>0。
二、航向稳定性
2.1基本概念
一、稳定性概念:对处于定常运动状态的物体(或系统),若受到极小的外界干扰作用,而偏离原定常运动状态,当干扰去除之后,经过一定的过渡,若物体(或系统)能回复到原定常运动状态,则称原运动状态是稳定的。物体的运动状态是否稳定既取决于物体本身的性质,而且也取决于所考察的运动状态和运动参数。
二、水面船舶的运动稳定性:
（1）直线运动稳定性：船舶受瞬时扰动后，其重心轨迹终将恢复为一直线，但航向发生了变化。
（2）方向稳定性：船舶受扰并在扰动消除后，其重心轨迹最终将恢复为与原来航线相平行的另一直线。
（3）位置稳定性：船舶受扰后，其重心运动轨迹将恢复为原航线的延长线。
三、关系与分类
具有位置稳定性的船舶一定具有直线稳定性和方向稳定性,具有方向稳定性的船舶一定具有直线稳定性。
按是否操舵,稳定性可分为固定稳定性和控制稳定性.固前者取决于船体几何形状,后者取决于整个闭合回路的特性。
固定稳定性越好的船,控制稳定性也越好。
对于通常的水面船舶,只有通过操舵控制才可能使之具备方向稳定性和位置稳定性.如果不操舵,最多具备直线稳定性。
2.2小挠动方程
水平面内的航向稳定性的小扰度方程：
由以上解式可知,特征根若具有负实部,则扰动后的扰运动量v,r都回复到原来的状态称之为具有稳定性.但,即使v,r都回复到初始状态参数,却与初始首向仍存在着一个角度偏差。
可见,对水面船舶不操舵,就不可能实现“方向稳定性”,最多只能是“直线运动稳定性”,习惯上称之为“航向稳定性”。
2.3航向稳定性分析
分析知,对水面船舶,A，B必为正,航向稳定性条件减少到只需满足一个条件:C>0。

系数C为稳定性衡准数；上式即为稳定性衡准式。
将上式进行变换得：
＜
；
2.4航向稳定性改善措施
水动力导数是与船体几何形状密切相关的：
1.增加船长可使Nr负值增加；
2.增加船舶中纵剖面的侧面积可使Nr,Yv的负值增加；
3.增加Nv的有效方法是:
1）增加纵中剖面的尾部侧面积，
2）可采用增大呆木,安装尾鳍，
3）使船产生尾倾，
4）削去前踵等。
三、船舶回转性
3.1基本概念
回转性：转舵使