船舶的操纵性能（旋回性、冲程、保向性、改向性以及船舶变速运动性能）
船舶驾驶人员必须较好地掌握船舶操纵知识，了解本船的操纵性能以及各种外界条件对本船操纵性能的影响，才能正确操纵船舶；准确控制船舶的运动。往往一艘操纵性能良好的船舶，具有稳定地保持运动状态和迅速准确地改变运动状态的性能。
一、旋回性能是船舶操纵中的重要部分，它包括的因素有偏移或反移量、进距、横距、旋回初径、漂角、转
心、旋回时间、旋回中的降速和横倾等。这些数值是在船舶满载，半载以及空载等不同的状态下实测所得，掌握这些要素，对避让船舶、狭窄区域旋回或掉头等情况下安全操纵船舶有着重要的作用，也是判定船舶是否处于安全操纵范围内的重要参数。偏移或反移量（KICK）是船舶重心向转舵相反一舷横移的距离，满载时其最大值约为船长的1%左右，但船尾的反移量较大，其最大值约为船长的1/10—1/5，可趁利避害的加以运用，如来船已过船首，且可能与船尾有碰撞危险，紧急情况下可向来船一侧满舵利用
反移量避免碰撞（有人落水时向人落水一舷操满舵也是利用该反移量）；进距（ADVCNCE）是开始转舵到航向转过任一角度时中心所移动的纵向距离，旋回资料中提供的纵距通常特指转过90度的进距，即最大进距，其值约为旋回初径的0.85—1.0倍，熟练掌握可常帮助我们正确判断船首来船或危险的最晚避让距离；横距（TRANSPER）是开始转舵到航向90度时船舶中心所一定的横向距离，其值约为旋回初径的0.55倍；旋回初径（TACTICAL DIAMETER）是船舶开始转舵到航向180度时重心所移动的横向距离，其值约为3-6倍船长；旋回直径（PINAL IAMETER）是船舶做定常旋回运动时的直径，约为旋回初径的0.9-1.2倍。漂角（DRIPT AUGTE）是船舶旋回中船首与重心G点处旋回圈切线的方向夹角，其值约在3度—15度之间，漂角约大，其旋回性能越好；转心P是旋回圈的曲率中心O到船舶首尾线所做垂线的垂点，该点处的漂角和横移速度为零，转心P约在船首柱后1/3-1/5船长处，因此，旋回中尾部偏外较船首里为大，操船是应特别注意；旋回时间是旋回360度所需要的时间，它与排水量有密切关系，排水
量大，旋回时间增加，比如万吨船快速满舵旋回一周约为6MIN，而超大型船舶旋回时间几乎增加一倍；
旋回中的降速系由船体斜航阻力增加，舵阻力以及推进效率降低而造成的，所降部分为航速的1/4-2/4不等；旋回产生的横倾，它是一个应注意的不安全因素，旋回初出现向用舵方向一侧的内倾，倾角较小，时间也较短，不久随着转头角度速度增加，将出现向用舵反侧的外倾，对于GM值较小的集装箱船等，在操纵中应特别注意。
二、冲程是停车后船速的降低和冲程的变化情况，他的大小与船舶的吨位、吃水、风流情况以及船舶的速度
有关，掌握本船在不同状态下的冲程，对船舶抵达锚地、港口、靠离码头及避让船舶有重要的参考价值，并由此而能准确地操纵船舶。当主机刚停下时，由于船速较高，受阻力大，速度下降率也很高，速度下降率逐渐变缓，甚至一时很难停止下来，冲程在开始阶段增加很快，而后急剧变慢，最后将以极慢的速度向某值趋近，该值的极限即为最后的停车冲程，紧急停船时，单靠停车措施很难在短时间停住，因为
需要倒车，为不至造成主机转动部分出现过大应力或损伤，在关闭油门后，通常要等船速降至全速时的60-70%再进行倒车启动，驾驶人员应当了解所在船舶的主机换向性能，以便合理的使用主机，从前进三到后退三所需时间的长短随主机的区别而不同，倒车冲程也称为最短停船距离，这是为紧急避让他船和前方碍航物时操船的一个估算标准，驾驶人员均需牢记本船的这一技术数据，以策安全，一般货船的倒车冲程可达6-8倍船长，载重量5万吨左右的船舶达8-10倍船长，10万吨的船可达10-13倍船长，15-20万吨的船可达13-16倍船长，排水量越大，冲程越大；航速越大，冲程越大（排水量一定时）；主机倒车功率越小，换向时间越长，冲程越大。浅水中冲程减小，船体污底严重，冲程减小，顺风顺流时冲程增大，反之则减小。
三、船舶的保向性即航向稳定性，其分为：1静航向稳定性，是指当船舶因外力作用稍微偏离原来航向而重
心仍在原来航线运动时，船舶斜航漂角将如何变化的性能。2动航向稳定性，是指当干扰过后，在不用
舵纠正的情况下，能尽快的稳定新航向的性质。当操纵性指数T为正时，则具有航向稳定性，而且T越小的正值时航向稳定性能越好，如T大于0，则船舶不具有航向稳定性，方形系数C B较低，长宽比较高的船，一般来说，具有较高的航向稳定性，一艘航向稳定性好的船，直进航行中即使很少用舵也可以较好的保向，而当操舵改向时，有能较快的应舵，转向中正舵，又能较快的响应把航向稳定下来。
四、船舶的改向性即舵效，舵效的好坏也是影响船舶操纵的一个重要因素，并且舵效与船舶的航向稳定性有
直接的相互关系，舵效通常用追随性指数和旋回性指数来衡量，追随性指数越小，船应舵快，舵效则好。
反之，应舵慢而舵效差；旋回性指数越大，船的旋回性越好，舵效也就越好。当然影响舵效的因素较多，如船舶的舵角的大小、排水量、船速、船舶的纵倾、横倾情况，舵机的性能、风流等因素。舵角的大小直接影响转船能力矩和转头角的大小，大舵角是提高舵效的有效措施。船舶在低速航行中，当需要大角度转向时，则可家大螺旋桨转速，提高滑失比，增大排出流以提高舵效。船舶转动惯性也是影响舵效的
因素之一，排水量，满载大船，舵效较差，一般情况下，操纵此类船舶应早用舵，早回舵。船舶首倾时舵效较差，适量尾倾舵效好，横倾时，转向低舷侧水阻力较大，舵效差，反之，则舵效好。舵机性能、风，流，浅水等外界因素也影响舵效，电动液压舵机性能较好，船首来风，迎风转向较顺风转向效果差，空船时尤其明显，顺流时舵效比顶流时差，浅水中舵效比深水中差。
五、船舶变速运动性能，主机发出动力，驱动推进器产生推力，克服船体本身所受到的各种阻力而航行于水
面，当推力与阻力平衡时，船舶才能定速航行，否则将做变速运动。船舶速度有海上速度和港内速度之分，港内速度是为了变速操纵的速度，一般为海上速度的70~80%。了解本船的速度情况，可以在任何时候适当地控速。特别是在一些特殊环境和情况下，控制好船速，既保证了舵效，又能使船舶保持在计划航线上。在避让船舶和雾中航行时，控制好船速显得更为重要，也是避免碰撞的一个重要手段。启动时船舶有静止状态开进车，不可以一味求快，否则会使主机转矩突然增加，是主机超负荷，从静止状态
启动主机前进直至达到常速，满载船的航进距离约为船长的20倍左右，轻载时约为满载的1/2-2/3；高
速航进中的船舶，如需减速，从保护主机出发，仍应采取逐级降速的办法；需要停车时，一般情况下仍
以逐级降速至停车，对主机维护较为有利；在高速航进中，由前进三或前进二突然改为倒车，甚至高速
倒车的话，尽管情况紧急，但对于主机却是办不到的，为不造成主机转动部分出现过大应力或损伤，在
关闭油门后，转速降至额定转速的25-35%时，迫使主机停转后，再进行倒车启动，启动后倒车转速的加
快也应逐步增大，以防止损害主机
在实际操船过程中，时刻都使用船舶的操纵性能，如靠离码头、抵离锚地、锚地转向、海上船舶之间的避让，紧急情况下停船（特别是在雾中航行）。狭水道内航行等情况下的船舶操纵，都与船舶操纵性能有直接关系。因此，掌握船舶的操纵性能，对正确操纵船舶、保证船舶的航行安全有着极其重要的作用和意义。
旋回圈：全速，满舵，重心； 90°降速25%~50%、65%； 旋回圈：进距、横距：纵/横向、90°；进距小航向稳定性好； 旋回初径：横向、180°、3~6备船长； 旋回直径：定长旋回、重心圆直径、0.9~1.2倍旋回初径； 滞距：操舵到进入旋回的滞后距离； 反移量：重心在旋回初始反向横移距离、一个罗经点最大；船尾甩开； 漂角：船首尾线上重心点的线速度与船首尾面的交角；船宽、速度大、漂角大、旋回直径小、旋回性能好； 转心：船舶自转中心；无横移速度、无漂角；首柱后1/3~1/5船长；旋回性能越好，漂角越大，转心偏前；后退时靠近船尾； 旋回橫倾：先内后外、先同侧后异侧、急舵大角、斜航阻力 90°； 旋回时间：360°、与排水量相关、6min，超大型船大一倍； 超大型船：漂角大、回旋性好，降速快，进距大、时间长，航向不稳定； 旋回圈大小：肥大旋回圈小、船首部水下面积大（船型、吃水差：首倾减小，尾倾增加，越肥大，影响越大0.8~10%，0.6~3%）、舵角大、操舵时间短、舵面积大（舵面积、吃水）、旋回圈小； 橫倾：一般船速范围内低舷侧阻力大，高舷侧旋回圈小； 螺旋桨转动方向：右旋单车，左旋回初径小； 浅水：阻力大，漂角小，舵力小，旋回圈大； 顶风，顶流，污底：旋回圈小；顺风，顺流：增大旋回圈； 舵效：K/T K/T大舵效好，K/T小舵效不好； 减小伴流（降低船速），加大排出流（提高车速），提高滑失比（降低桨的进速，增加桨的转速和螺距）；舵角大，舵效好；舵速大，舵效好；排水大，吃水深，舵效差；尾倾，舵效好，首倾，舵效差； 橫倾，一般船速范围内低舷侧阻力大 舵机，越快越好； 迎风、顶流偏转舵效好，顺风、顺流偏转舵效差； 满载，高速首迎风；空船，低速尾迎风；浅水，舵效差； 舵力转船力矩：舵中心到船舶重心的距离*作用在舵上的垂直压力 静航向稳定性：重心仍在原航向。 不稳定：斜航。首倾 动航向稳定性： 稳定：正舵，外力偏转，稳定于新航向；
2010年度操纵性总结 1.船舶操纵性含义 船舶操纵性是指船舶借助其控制装置来改变或保持其运动速率、姿态和方向的性能。 2.良好的操纵性应具备哪些特性 具有良好操纵性的船舶，能够根据驾驶者的要求，既能方便、稳定地保持航向、航速，又能迅速地改变航向、航速，准确地执行各种机动任务。 3. 4.分析操舵后船舶在水平面运动特点。 船的重心G做变速曲线运动，同时船又绕重心G做变角速度转动，船的纵中剖面与航速之间有漂角。 5.漂角β的特性（随时间和沿船长的变化）。 船长：船尾处的速度和漂角为最大，向船首逐渐减小，至枢心P点处速度为最小且漂角减小至零，再向首则漂角和速度又逐渐增大，但漂角变为负值。 6. 7.作用在在船上的水动力是如何划分的。 船在实际流体中作非定常运动时所受的水动力，分为由于惯性引起的惯性类水动力和由于粘性引起的非惯性类水动力两类来考虑，并
忽略其相互影响。 8. 9.线性水动力导数的物理意义和几何意义。 物理意义：各线性水动力导数表示船舶在以u=u0运动的情况下，保持其它运动参数都不变，只改变某一个运动参数所引起船体所受水动力的改变与此运动参数的比值。 几何意义：各线性水动力导数表示相应于某一变化参数的受力（矩）曲线在原点处的斜率。 10.常见线性水动力导数的特点。 位置导数：(Yv，Nv）船以u和v做直线运动，有一漂角-β，船首部和尾部所受横向力方向相同，都是负的，所以合力Yv是较大的负值。而首尾部产生的横向力对z轴的力矩方向相反，由于粘性的影响，使尾部的横向力减小，所以Nv为不大的负值。所以，Yv<0, Nv<0。 控制导数：（Yδ，Nδ）舵角δ左正右负。当δ>0时，Y（δ）>0，N（δ）<0。（Z轴向下为正）所以Yδ>0，Nδ<0。 旋转导数：(Yr，Nr) 总横向力Yr数值很小，方向不定。Nr数值较大，方向为阻止船舶转动。所以，Nr<0。 11. 12. 13. 14.一阶K、T方程及K、T含义，可应用什么操纵性试验测得。 在操舵不是很频繁的情况下，船舶的首摇响应线性方程式可近似
船舶操纵知识点196
船舶操纵 1.满载船舶满舵旋回时的最大反移量约为船长的1%左右，船尾约为船长的1/5至1/10 2. 船舶满舵旋回过程中，当转向角达到约1个罗经点左右时，反移量最大 3. 一般商船满舵旋回中，重心G处的漂角一般约在3°～15° 4. 船舶前进旋回过程中，转心位置约位于首柱后1/3~1/5船长处 5. 万吨船全速满舵旋回一周所用时间约需6分钟 6. 船舶全速满舵旋回一周所用时间与排水量有关，超大型船需时约比万吨船几乎增加1倍 7. 船舶尾倾，且尾倾每增加1%时，Dt/L将增加10%左右 8. 船舶从静止状态起动主机前进直至达到常速，满载船的航进距离约为船长的 20倍，轻载时约为满载时的1/2~2/3 9. 排水量为1万吨的船舶，其减速常数为4分钟
大时，多的背流面容易出现空泡现象 32. 舵的背面吸入空气会产生涡流，降低舵效 33. 一般舵角为32~35度时的舵效最好 34. 当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为水中锚重的1.6倍 35. 当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为锚重的1.4倍 36. 一般情况下，万吨以下重载船拖锚制动时，出链长度应控制在2.5倍水深左右 37. 霍尔锚的抓力系数和链的抓力系数一般分别取为：3-5， 0.75-1.5 38. 满载万吨轮2kn余速拖单锚，淌航距离约为1.0倍船长 39. 满载万吨轮2kn余速拖双锚，淌航距离约为0.5倍船长 40. 满载万吨轮1.5kn余速拖单锚，淌航距离约为0.5倍船长 41. 满载万吨轮3kn余速拖双单锚，淌航距离约为1.0倍船长 42. 拖锚淌航距离计算：S=0.0135（△vk2/Pa） 43. 均匀底质中锚抓底后，若出链长度足够，则抓力随拖动距离将发生变化：一般拖动约5-6倍
船舶操纵与避碰 9101：3000总吨及以上船舶船长9102：500～3000总吨船舶船长9103：3000总吨及以上船舶大副9104：500～3000总吨船舶大副9105：3000总吨及以上船舶二/三副9106：500～3000总吨船舶二/三副9107：未满500总吨船舶船长9108：未满500总吨船舶大副9109：未满500总吨船舶二/三副 考试大纲 适用对象 9101 9102 9103 9104 9105 9106 9107 9108 9109 1 船舶操纵基础 1.1 船舶操纵性能 1.1.1 船舶变速性能 1.1.1.1 船舶启动性能√√√√√√ 1.1.1.2 船舶停车性能√√√√√√ 1.1.1.3 倒车停船性能及影响倒车冲程的因素√√√√√√ 1.1.1.4 船舶制动方法及其适用√√√√√√ 1.1.2 旋回性能 1.1. 2.1 船舶旋回运动三个阶段及其特征√√√√√√ 1.1. 2.2 旋回圈，旋回要素的概念（旋回反移量、滞距、 纵距、横距、旋回初径、旋回直径、转心、旋回 时间、旋回降速、横倾等） √√√√√√ 1.1. 2.3 影响旋回性的因素√√√√√√ 1.1. 2.4 旋回圈要素在实际操船中的应用（反移量、旋回 初径、进距、横距、旋回速率在实际操船中的应 用；舵让与车让的比较） √√√√√√√√√ 1.1.3 航向稳定性和保向性 1.1.3.1 航向稳定性的定义及直线与动航向稳定性√√√√√√
1.1.3.2 航向稳定性的判别方法√√√√√√ 1.1.3.3 影响航向稳定性的因素√√√√√√ 1.1.3.4 保向性与航向稳定性的关系；影响保向性的因素√√√√√√ 1.1.4 船舶操纵性指数（K、T指数）的物理意义及其与操纵性 √√ 能的关系 1.1.5 船舶操纵性试验 1.1.5.1 旋回试验的目的、测定条件、测定方法√√√√√√ 1.1.5.2 冲程试验的目的、测定条件、测定方法√√√√√√ 1.1.5.3 Z形试验的目的和试验方法√ 1.1.6 IMO船舶操纵性衡准的基本内容√√√ 1.2 船舶操纵设备及其运用 1.2.1 螺旋桨的运用 1.2.1.1 船舶阻力的组成：基本阻力和附加阻力√√√√√√ 1.2.1.2 吸入流与排出流的概念及其特点√√√√√√ 1.2.1.3 推力与船速之间的关系，推力与转数之间的关系√√√√√√ 1.2.1.4 滑失和滑失比的基本概念，滑失在操船中的应用√√√√√√ 1.2.1.5 功率的分类及其之间的关系√√√√√√ 1.2.1.6 船速的分类及与主机转速之间的关系√√√√√√ 1.2.1.7 沉深横向力产生的条件、机理及偏转效果√√√√√√ 1.2.1.8 伴流的概念，螺旋桨盘面处伴流的分布规律√√√√√√ 1.2.1.9 伴流横向力产生条件、机理及偏转效果√√√√√√ 1.2.1.10 排出流横向力产生条件、机理及偏转效果√√√√√√ 1.2.1.11 螺旋桨致偏效应的运用√√√√√√ 1.2.1.12 单、双螺旋桨船的综合作用√√√√√√ 1.2.1.13 侧推器的使用及注意事项√√√ 1.2.2 舵设备及其运用
文献综述 电气工程及其自动化 船舶舵机控制系统改进设计 引 言 设计船舶自动操舵系统首先要确定船舶舵机的数学模型和船舶航行动态模型。船舶舵机的传动机构主要有两类,机械传动和液压传动。随着船舶排水量和航速的增加,舵机上的转矩迅速增大。采用机械传动机构的舵机其重量和体积将变得很大,同时它的效率较低,电动机的容量势必很大。因而目前大型船舶均采用液压传动舵机,甚至中小型船舶也不例外。 船舶舵机 船舶舵机是能够转舵并保持舵位的装置。舵机的大小由外舾装按照船级社的规范决定，选型时主要考虑扭矩大小。船用舵机目前多用电液式，即液压设备由电动设备进行遥控操作。有两种类型：一种是往复柱塞式舵机，其原理是通过高低压油的转换而作工产生直线运动，并通过舵柄转换成旋转运动。另一种是转叶式舵机，其原理是高低压油直接作用于转子，体积小而高效，但成本较高。 船舶操舵系统是实现船舶操纵功能的一个自动控制系统。它把电罗经，舵角传感器等送来的船舶实际航向信号，预定航向信号，及给定的各种限束条件自动地按照一定的调节规律进行信号处理，从而控制舵机，使船舶沿着给定的航向航行。由此可见，该系统的性能直接影响着船舶航行的操纵性，经济性和安全性。因此，船舶操纵系统的性能，一直被当作是一个具有较高经济价值和社会效益的重要问题，引起人们的关注。并吸引着世界各国一代又一代的工程技术人员围绕着进一步改善该系统的性能这一课题而不断地进行研究和探索。
自动舵 自动舵是根据电罗经送来的船舶实际航向与给定航向信号的偏差进行控制的。在舵机投入自动工作时，如果船舶偏离了航向，不用人的干预，自动舵就能自动投入运行，转动舵叶，使船舶回到给定航向上来。 电动—液压式自动舵 国产“HD—5L型自动舵应用半导体无触点控制的比例-微分-积分控制系统。驾驶室具有自动、随动及应急操作三种操舵方式。两套参数相同的放大器互为备用，通过转换开关选择其中一套为自动、随动操舵时使用。应急操舵为随动控制方式，单独使用一套放大器。该型自动舵有A、B、C、D四种型式。A型为电液伺服阀变量泵系统；B型为电磁换向阀、伺服油缸、变量泵系统；C型为伺服马达变量系统；D型为地磁功率阀定量泵系统，它们的电气系统基本上是一致的。 液压伺服系统 液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。 电液伺服系统 电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。最常见的有电液位置伺服系统﹑电液速度控制系统和电液力(或力矩)控制系统 发展现状 众所周知，自动控制系统是自动控制理论在工业生产中应用的产物。船舶操舵系统也不例外。在自动控制理论发展的不同历史阶段，取得了不同的研究成果，开发出一代又一代新型的自动舵产品，为航运业的发展作出了巨大的贡献。
船舶操纵 1.满载船舶满舵旋回时的最大反移量约为船长的1%左右，船尾约为船长的1/5至1/10 2.船舶满舵旋回过程中，当转向角达到约1个罗经点左右时，反移量最大 3.一般商船满舵旋回中，重心G处的漂角一般约在3°～15° 4.船舶前进旋回过程中，转心位置约位于首柱后1/3~1/5船长处 5.万吨船全速满舵旋回一周所用时间约需6分钟 6.船舶全速满舵旋回一周所用时间与排水量有关，超大型船需时约比万吨船几乎增加1倍 7.船舶尾倾，且尾倾每增加1%时，Dt/L将增加10%左右 8.船舶从静止状态起动主机前进直至达到常速，满载船的航进距离约为船长的 20倍，轻载时约为满 载时的1/2~2/3 9.排水量为1万吨的船舶，其减速常数为4分钟 10.从前进三至后退三的主机换向所需时间不同，一般：燃机约需90~120s；汽轮机约需120~180s；而 蒸汽机约需60~90s 11.船舶航行中，进行突然倒车，通常在关闭油门后，要等船速降至全速的60%~70%，转速降至额定转 速的25%~35%时，降压缩空气通入汽缸，迫使主机停转后，再进行倒车启动 12.一般万吨级、5万吨级、10万吨级和15~20万吨级船舶的全速倒车冲程分别为：6~8L、8~10L、10~13L、 13~16L 13.CPP船比FPP船换向时间短，一般紧急停船距离将减为60%~80% 14.螺旋试验的滞后环宽度达到20度以上时，操纵时由显著的困难 15.IMO船舶操纵性衡准中要求旋回性能指标中的进距基准值为＜4.5L 16.IMO船舶操纵性衡准中要求旋回性能指标中的旋回初径基准值为＜5.0L 17.IMO船舶操纵性衡准中要求初始回转性能（操10度舵角，航向变化10度时船舶的前进距离）指标 的基准值为＜2.5L 18.IMO船舶操纵性衡准中要求全速倒车冲程指标的基准值为＜15L 19.为了留有一定的储备，主机的海上功率通常为额定功率的90% 20.船舶主机的传送效率的通常值为：0.95~0.98 21.船舶的推进器效率的通常值为：0.60~0.75 22.船舶的推进效率的通常值为：0.50~0.70 23.为了保护主机，一般港最高主机转速为海上常用住宿的70%~80% 24.为了留有一定的储备，主机的海上转速通常定为额定转速的96%~97% 25.为了保护主机，一般港倒车最高主机转速为海上常用转速的60%~70% 26.沉深比h/D在小于0.65~0.75的围，螺旋桨沉深横向力明显增大 27.侧推器的功率一般为主机额定功率的10% 28.当船速大于8kn时，侧推器的效率不明显 29.当船速小于4kn时，能有效发挥侧推器的效率 30.船舶操35度舵角旋回运动中，有效舵角通常会减小10—13度 31.使用大舵角、船舶高速前进、舵的前端曲率大时，多的背流面容易出现空泡现象 32.舵的背面吸入空气会产生涡流，降低舵效 33.一般舵角为32~35度时的舵效最好 34.当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为水中锚重的1.6倍 35.当出链长度与水深之比为2.5时，拖锚制动时锚的抓力约为锚重的1.4倍 36.一般情况下，万吨以下重载船拖锚制动时，出链长度应控制在2.5倍水深左右 37.霍尔锚的抓力系数和链的抓力系数一般分别取为：3-5， 0.75-1.5
第二章船舶操作基本知识 船舶操纵是指船舶驾驶人员根据船舶操纵性能和客观环境因素，正确地控制船舶以保持或改变船舶的运动状态，以达到船舶运行安全的目的。 船舶操纵是通过车、舵并借助锚、缆和拖船来实现的。要完成操纵任务，除保证所有操纵设备处于正常良好的技术状态外，操纵人员必须掌握船舶操纵性能(惯性和旋回性等)及对客观环境（风、流、水域的范围等）的正确估计。 第一节车的作用 推动船舶向前运动的工具叫船舶推进器，推进器的种类很多，目前常见的有明轮、喷水器推进器螺旋桨、平旋推进器、侧推器等。因为螺旋桨结构简单、性能可靠且推进效率高，所以被广泛应用于海上运输船舶。 一、螺旋桨的构造
1、螺旋桨的材料和组成 螺旋桨常用铸锰黄铜、青铜和不锈钢制作。现在也有采用玻璃制作的。 螺旋桨有桨叶和浆毂两部分组成，连接尾轴上。 （1）桨叶，一般为三片和四片，个别也有五片甚至六片的，低速船采用宽叶，高速船采用窄叶。 （2）桨毂，多数浆毂与桨叶铸成一体。浆毂中心又圆锥形空，用以套在尾轴后部。 （3）整流帽 （4）尾轴 2、螺旋桨的配置 一般海船都采用单螺旋桨，叫单车船。也有部分船舶（客船和军舰）采用双螺旋桨，叫双车船。 单桨船的螺旋桨通常是右旋转式的。右旋是指船舶在前进时，从船尾向船首看，螺旋桨在顺车时沿顺时针方向转动的称为右旋，沿逆时针方向转动的称为左旋。目前，大多数商船均采用右旋式。 双桨船的螺旋桨按其旋转方向可分为外旋式和内旋式两，对于双桨船，往舷外方向转动的称为外旋，反之称内旋。通常采用外旋，以防止水上浮物卷入而卡住桨叶。进车时，左舷螺旋桨左转，右舷螺旋桨右转，则称为外旋式；反之，称为内旋式。 二、推力、阻力和功率 1、船舶推力
船舶操纵考试题库（满分100分60分及格） 一、单选题 1.旋回直径约为旋回初径的： A．0.5倍 B．0.6倍 C．0.9～1.2倍 D．0.6～1.2倍 答案：C 2.______属于船舶操纵性能。 A．旋回性能 B．抗沉性 C．摇摆性 D．稳性 答案：A 3．船舶旋回中，随着漂角的逐渐增大，______。 A.降速减轻 B.转心后移 C.横倾角增大 D.旋回半径增大 答案：B
4.下列哪项可以作为衡量操纵性的标准？ A.纵距和旋回初径 B.横距和漂角 C.纵距和反移量 D.进距和旋回半径 答案：A 5.航向稳定性好的船舶是指船舶在： A.航进中即使很少操舵也能较好的保向 B.操舵改向时，能较快地应舵 C.旋回中正舵，能较快地使航向稳定下来 D. A\B\C都正确 答案：D 6．船舶旋回中的漂角β： A.在首尾线的各点处具有相同的值 B.在重心G处的值最大 C.在转心P处的值最大 D.以重心G处首尾面迎流角衡量，约为3°～15° 答案：D 7.船舶试航时，变速运动所需时间及航程主要决定于：A．船舶排水量，变速范围，推力阻力的变化 B．船舶排水量，风流的影响
C．船舶线型，螺旋桨的直径 D．船舶大小及主机类型 答案：A 8.从实际操纵出发，船舶应具备良好的： A.旋回性和改向性 B.航向稳定性和抑制偏摆性 C.制动性（停船冲程短，冲时少） D. A\B\C均正确 答案：D 9.船舶改变航行方向的快慢能力称为： A．快速性 B．旋回性 C．稳定性 D．航向机动性 答案：D 10．船在航行中受外力影响而偏离航向,当外力消失,在不用舵的情况下不能稳定在一个新航向上的性能称为: A.静航向稳定性 B.静航向不稳定 C.动航向稳定 D.动航向不稳定
哈尔滨工程大学船舶操纵性总结 1.船舶操纵性含义：P1 2.良好的操纵性应具备哪些特性 具有良好操纵性的船舶，能够根据驾驶者的要求，既能方便、稳定地保持航向、航速，又能迅速地改变航向、航速，准确地执行各种机动任务。 3.对于船舶的水平面运动，绘制固定坐标系和运动坐标系。 4.分析操舵后船舶在水平面运动特点。 5.漂角β的特性（随时间和沿船长的变化）。 6.坐标原点在船的重心处时，船舶的运动方程的推导。 7.作用在在船上的水动力是如何划分的。 8.粘性水动力方程线性展开式及无因次化。 9.线性水动力导数的物理意义和几何意义。
物理意义：各线性水动力导数表示船舶在以u=u0运动的情况下，保持其它参数都不变，只改变某一个运动参数所引起船体所受水动力的改变与此运动参数的比值。 几何意义：各线性水动力导数表示相应于某一变化参数的受力（矩）曲线在原点处的斜率。 10.常见线性水动力导数的特点。 11.船舶操纵水平面运动的线性方程组推导及无因次化。 12.写出MMG方程中非线性水动力的三种表达式。 13.首摇响应二阶线性K-T方程推导。 14.一阶K、T方程及K、T含义，可应用什么操纵性试验测得。 15.画图说明船舶在作直线航行时（舵角δ=0），若受到某种扰动后， 其重心运动轨迹的四种可能情况，并说明三种稳定性之间的关系。 16.影响稳定性的因素有哪些？ 17.船舶回转过程的三个阶段及船舶在各个过程运动特点（速度、加 速度信息） 18.船舶回转运动主要特征参数。 19.影响定常回转直径的5个因素是什么？ 20.推导船舶定常回转时横倾角的确定公式。 21.按照操舵规律由线性响应方程求解舶的回转角速度和艏向角。 22.如何获得船舶的水动力导数？ 可以通过理论数值计算、经验公式估算和拘束模型的水动力试验三种方法来获得船舶的水动力导数。
嵌入式系统在船舶方面的应用（温度、电站、变频） 唐涛 （学号：200810123062） 摘要：嵌入式系统具有体积小、功耗低、可靠性高等特点,非常适合船舶领 域的应用。本文总结了嵌入式系统的特点,介绍了嵌入式系统在船舶系统中电站、温度控制、变频控制的应用，并特别介绍了嵌入式系统在船舶变频技术中的应用。 关键词:自动监控；船舶；自动控制系统；计算机系统；变频技术；温度控制；船舶电站；船舶电力推动系统；嵌入式系统 1引言 在计算机技术高速发展的今天,利用先进的计算机与网络技术来实现船舶各系统监控的自动化已经成为可能。从上世纪80 年代起,船舶控制产品就开始由模拟式向数字式发展。1995 年9 月,由国内外150 多家生产控制设备的厂商组成了国际FF 协会,标志着船舶控制系统开始向全数字化方向发展。此后数年,以现场总线(fildbus) 及超大规模数字集成电路(VL SI) 嵌入式电子技术为基础的全数字式控制系统开始在世界范围内兴起,并迅速扩展到船舶工业领域,使船舶自动化控制技术获得了突破性的发展。 由于嵌入式技术在船舶应用领域尚处于发展阶段,在现有船舶数据监控系统中,主要仍以采用PLC(可程序设计逻辑控制器) 、工业控制计算机(以下简称工控机) ,甚至简单的单片机系统为主来实现船舶各系统的数据采集、监测及控制功能。然而,船舶空间狭小,航行环境多变,因此相对陆用设备而言,我们希望这类船用设备具有体积小、安装接线方便、便于维修、可靠性高,并能适应船上盐雾、油雾、霉菌、潮湿、高热、振动、冲击、电磁干扰大等恶劣条件的性能。对应用于船舶这一特殊控制环境,嵌入式系统比以往的各类控制系统具有明显的优点。可以预见,嵌入式系统将在船舶监控系统中得到广泛的应用。
一、引言 “船舶操纵与控制”是船舶与海洋工程专业重要的研究生专业课，是从事船舶控制研究工作的基础，涉及到理论力学、水动力学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、船舶静力学、船舶操纵性、船舶推进与船舶耐波性等多学科，具有理论性强、知识点多的特点。该课程主要开展船舶操纵性与控制方面知识的探讨与学习。介绍国内外船舶操纵与控制领域的发展现状，分析未来该领域的发展趋势。学习水面船舶的动力学、运动学建模，包括作用在船上的环境载荷的情况掌握建立环境载荷的数学模型；熟悉船舶控制设备与传感器的原理与数据处理，通过控制基本理论与方法的学习，结合船舶操纵与控制的特点，掌握船舶运动控制的基本方法。 《船舶操纵与控制》源于上世纪８０年代我校研究生培养初期，以往该课程注重教学内容和理论性的系统性，造成课程理论和实践脱节，教学相关内容受到教材的局限性跟不上相关专业知识理论的最新进展，教学内容侧重不突出，导致该课程教学内容单一、任课教师讲授费力、学生掌握吃力现象。从２０１３年开始孙玉山副教授负责该课程主讲与建设。经过梳理与相关教学专家研讨，该课程当年获得哈尔滨工程大学研究生精品课程建设立项。在该课程的实践教学与建设过程中，课程教师团队从顶层课程目标、教学大纲的重新修订，到具体教材的选定与更新、教学内容、教学方法的实施等多方面探索“船舶操纵与控制”精品课程的建设。 二、修订教学大纲，明确建设目标 “船舶操纵与控制”课程的主要内容讲授船舶操纵与控制方面相关理论与方法，不仅涉及船舶静力学、船舶操纵性、船舶推进与船舶耐波性等船舶类相关专业知识，还涵盖理论力学、水动力学、高等数学、 自动控制原理、现代控制理论等相关理论知识，因此， 该课程具有涉及多学科、知识点范围广等特点，相对教学内容而言，课程学时偏少。以往基于黑板的传统学方式无法传递更多的信息量，同时，课程的学习内容需紧跟科技进步与最新研究进展。因此，课程教师团队与相关专家经充分讨论与研讨，明确了课程建设目标（如图１所示），并对课程教学大纲进行了部分修正，更新了教学内容。 为此，我们在以下几个方面进行了探索： １．理论教学内容侧重点、广度和深度的把握，将船舶操纵的特点与自动控制原理相结合，参照国内外相关课程设计，使该课程紧跟该领域最新发展进展，体现教学内容的前沿性与先进性。针对该课程主体研究生主要由海洋与船舶工程专业方向的本科毕业生考入，均学习过船舶类相关专业，因此，将课程中船舶动力学与数学模型的建立等相关知识课时缩短，并且主要讲解拓展部分，这一部分内容着重从深度及最新进展上着手。同时，课程设计中增加船舶控制传感器、设备的原理及数据处理的介绍，并深入分析与讲解代表 “船舶操纵与控制”精品课程建设的探索与研究 孙玉山，姜大鹏，李岳明，张国成 （哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室，黑龙江 哈尔滨 １５０００１） 摘要：船舶操纵与控制是船舶与海洋工程专业一门重要的专业课，具有涉及多学科、知识点范围广等特点，其教学理论专业性强，晦涩难懂。根据“船舶操纵与控制”课程的教学现状，结合哈尔滨工程大学建设“三海一核”特色专业精品课程的目标，深入开展“船舶操纵与控制”精品课程建设。注重师资队伍的建设与培养，探索教学形式与教学方法创新与改革，综合运用传统教学与多媒体等现代教学手段，开展互动式、启发式和讨论式教学。通过课程建设，教学方法、教学手段、师资水平等均显著提高。 关键词：船舶的操纵与控制；课程建设；教学方法；教学改革中图分类号：Ｇ６４２．０ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－９３２４（２０１５）３０－０１０６－０２ 图１“船舶操纵与控制” 课程建设目标
第一章船舶操纵基础理论 通过本章的学习，要求学员概念理解正确，定义描述准确，对船舶操纵性能够正确评估，并具有测定船舶操纵性能的知识。 根据船舶操纵理论，操纵性能包括： 1）机动性（旋回性能和变速运动性能） 2）稳定性（航向稳定性） 第一节船舶操纵运动方程为了定量地描述船舶的操纵运动，我们引入船舶操纵运动方程，用数学方法来讨论船舶的运动问题。 一、船舶操纵运动坐标系 1．固定坐标系Ox0y0z0 其原点为O，坐标分别为x0，y0，z0，由于我们仅讨论水面上的船舶运动，因此，该坐标系固定于地球表面。 作用于船舶重心的合外力在x0，y0轴上的投影分别为X0和Y0 对z0轴的合外力矩为N
2． 运动坐标系Gxyz 其原点为点G （船舶重心），坐标分别为x ，y ，z ，该坐标系固定于船上。 这主要是为了研究船舶操纵性的方便而建立的坐标系。 x ，y ，两个坐标方向的运动速度分别为u 和v ，所受的外力分别为X 和Y ， 对z 轴的转动角速度为r ，z 轴的外力矩为N 。 二、 运动方程的建立 根据牛顿关于质心运动的动量定理和动量矩定理，船舶在水面的平面运动可由下列方程描述： y 0
??? ??===? Z og o og o I N y m Y x m X 该式一般很难直接解出。为了方便，将其转化为运动坐标系表示，这样可以使问题大为简化。经过转换，得： ?? ? ??=+=-=r I N ur v m Y vr u m X Z )()( 该方程看似复杂，但各函数和变量都与固定坐标系没有关系，因此，可以使问题大为简化。 三、 水动力和水动力矩的求解 对于上述方程中的水动力和水动力矩可表示为： ?? ? ??===),,,,,,(),,,,,,(),,,,,,(δδδr v u r v u f N r v u r v u f Y r v u r v u f X N Y X
船舶操纵简答题类型 1.前航中船舶受到扰动后，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？ 2.图示分析前进中的船舶斜顺风航行时受力和偏转规律。 3.船舶在选择锚地时应主要考虑哪些因素？ 4.简述船舶在北半球台风右半圆的避台操纵方法。 5.简述船舶在波浪中航行横摇的谐摇条件及避免谐揺的措施。 6.简述减轻单锚泊偏荡的措施。 7.简述给定船舶影响倒车停船冲程的因素。 8.试比较大风浪中航行时滞航与漂滞的区别及优缺点。 9.简述发现人员落水时的紧急措施。 10.何谓船舶的动航向稳定性，如何判别？ 11.常用锚泊方式有哪几种，各有什么优缺点？ 12.简述船舶纵向受浪时的危害和预防措施。 13.简述驶近落水者的“Williamson”旋回的操纵方法及适用情况。 14.试述伴流横向力产生的原因、条件及作用规律。 15.拖轮顶首协助前进中大船转首，为何存在大船前进速度的极限航速？ 16.前进中的船舶在斜顶风与斜顺风航行时，哪种情况易于保向?为什么？ 17.简述超大型船舶的操纵性特点。 18.何谓滑失？对螺旋桨推力、排出流、舵效有何影响？ 19.绘出倒车停船轨迹，并说明为何呈现这样的形状。 20.简述影响岸壁效应的因素。 21.简述驶近落水者的“Scharnow”旋回的操纵方法及适用情况。 22.简述影响锚抓力的因素。 23.简述影响给定船舶旋回直径大小的因素。 24.简述影响舵效的因素。 25.试述沉深横向力产生的条件，成因及其致偏作用。 26.图示说明后退中的船舶在正横后来风的受力和偏转规律。 27.简述驶近落水者的“单旋回”的操纵方法及适用情况。 28.决定富余水深应考虑哪些因素？ 29.绘草图说明右旋FPP单桨船利用车、舵减小掉头区的方法。 30.图示说明后退中的船舶在正横前来风的受力和偏转规律。 31.简述驶近落水者的“双半旋回”的操纵方法及适用情况。 32.试述影响船舶旋回直径大小的船型因素。 33.试述不同船速情况下船体下沉的特点。 34.简述空载船舶在大风浪中航行的弊端。 35.简述停车不对水移动的船舶在风中的偏转和运动规律。 36.简述浅水中船舶操纵运动特点。 37.什么是岸壁效应？船舶在接近岸壁航行时应如何操舵保向？ 38.简述影响船舶保向性的因素。
漂角：船舶重心处速度与动坐标系中ox轴之间的夹角，速度方向顺时针到ox轴方向为正。首向角：船舶纵剖面与固定坐标系OX轴之间的夹角，OX到x轴顺时针为正 舵角：舵与动坐标系ox轴之间的夹角，偏向右舷为正 航速角：重心瞬时速度与固定坐标系OX轴的夹角，OX顺时针到速度方向为正 浪向角：波速与船速之间的夹角。 作用于船体的水动力、力矩将与其本身几何形状有关（L、m、I），与船体运动特性有关(u、v、r、n)，也与流体本身特性有关（密度、粘性系数、g）。 对线速度分量u的导数为线性速度导数，对横向速度分量v的导数为位置导数，对回转角速度r的导数为旋转导数，对各角速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数，对舵角的导数为控制导数。 直线稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终能恢复指向航行状态，但是航向发生了变化； 方向稳定性：船舶受瞬时扰动后，新航线为与原航线平行的另一直线； 位置稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终仍按原航线的延长线航行； 具备位置稳定性的必须具备直线和方向稳定性，具备方向稳定性的必定具有直线运动稳定性。 1.定常回转直径 2.战术直径 3.纵距 4.正横距 5.反横距 回转的三个阶段 一、转舵阶段二、过度阶段三、定常回转阶段 耦合特性：船舶在水平面内作回转运动时会同时产生横摇、纵摇、升沉等运动,以及由于回转过程中阻力增加引起的速降。以上所述可理解为回转运动的耦合,其中以回转横倾与速降最为明显。 Tr r Kδ += 回转性指数K是舵的转首力矩与阻尼力矩系数之比，表征船舶转首性， 应舵指T 是惯性力矩数系数与阻尼力矩系数之比， 由T=I/N可见：参数T是惯性力矩与阻尼力矩之比，T值越大，表示船舶惯性大而阻尼力矩小；反之，T值越小，表示船舶惯性小而阻尼力矩大。 由K=M/N可见：参数K是舵产生的回转力矩与阻尼力矩之比，K值越大，表示舵产生的回转力矩大而阻尼力矩小；反之，K值越小，表示舵产生的回转力矩小而阻尼力矩大。 K值越大,相应回转直径越小,回转性越好.T为小正值时,船舶具有良好的航向稳定性. K表示了回转性,T表示了应舵性和航向稳定性。舵角增加：K、T同时减小；吃水增加：K、T 同时增大；尾倾增加：K、T同时减小；水深变浅：K、T同时减小；船型越肥大：K、T 同时增大。 船舶操纵性设计的基本原则是：给定船的主尺度(即船的惯性)，以提供必要和足够的流体动力阻尼及舵效，使之满足设计船舶所要求的回转性、航向稳定性和转首性。通常最常用的办法是改变舵面积，因为舵既有明显的航向稳定作用，又会产生回转力矩。
第一章 船体形状 三个基准面（1）中线面（xoz 面）横剖线图（2）中站面（yoz 面）总剖线图（3） 基平面 （xoy 面）半宽水线图 型线图：用来描述（绘）船体外表面的几何形状。 船体主尺度 船长 L 、船宽（型宽）B 、吃水d 、吃水差t 、 t = dF – dA 、首吃水dF 、尾吃水dA 、平均吃水dM 、dM = （dF + dA ）/ 2 } 、型深 D 、干舷 F 、（F = D – d ） 主尺度比 L / B 、B / d 、D / d 、B / D 、L / D 船体的三个主要剖面：设计水线面、中纵剖面、中横剖面 1.水线面系数Cw ：船舶的水线面积Aw 与船长L,型宽B 的乘积之比。 2.中横剖面系数Cm ：船舶的中横剖面积Am 与型宽B 、吃水d 二者的乘积之比值。 3.方型系数Cb ：船舶的排水体积V,与船长L,型宽B 、吃水d 三者的乘积之比值。 4. 棱形系数（纵向）Cp ：船舶排水体积V 与中横剖面积Am 、船长L 两者的乘积之比值。 5. 垂向棱形系数 Cvp ：船舶排水体积V 与水线面积Aw 、吃水d 两者的乘积之比值。 船型系数的变化区域为：∈（ 0 ，1 ] 第二章 船体计算的近似积分法 梯形法则约束条件（限制条件）：（1） 等间距 辛氏一法则通项公式 约束条件（限制条件）：（1）等间距 （2）等份数为偶数 (纵坐标数为奇数 )2m+1 辛氏二法则 约束条件（限制条件）（1）等间距 （2）等份数为3 3m+1 梯形法：（1）公式简明、直观、易记 ；（2）分割份数较少时和曲率变化较大时误差偏大。 辛氏法：（1）公式较复杂、计算过程多； （2）分割份数较少时和曲率变化较大时误差相对较小。 第三章 浮性 船舶（浮体）的漂浮状态：（1 ）正浮（2）横倾（3）纵倾（4）纵横倾 排水量：指船舶在水中所排开的同体积水的重量。 平行沉浮条件：少量装卸货物P ≤ 10 ℅D 每厘米吃水吨数： TPC = 0.01×ρ×Aw {指使船舶吃水垂向（水平）改变1厘米应在船上施加的力（或重量） }{或指使船舶吃水垂向（水平）改变1厘米时，所引起的排水量的改变量 } （1）船型系数曲线 （2）浮性曲线 （3）稳性曲线 （4）邦金曲线 静水力曲线图:表示船舶正浮状态时的浮性要素、初稳性要素和船型系数等与吃水的关系曲线的总称，它是由船舶设计部门绘制，供驾驶员使用的一种重要的船舶资料。 第四章 稳性 稳性：是指船受外力作用离开平衡位置而倾斜，当外力消失后，船能回复到原平衡位置的能力。 稳心：船舶正浮时浮力作用线与微倾后浮力作用线的交点。 稳性的分类：（1）初稳性；（2）大倾角稳性；（3）横稳性；（4）纵稳性；（5）静稳性；（6）动稳性；（7）完整稳性；（8）非完整稳性（破舱稳性） 判断浮体的平衡状态：（1）根据倾斜力矩与稳性力矩的方向来判断；（2）根据重心与稳心的 相对位置来判断 浮态、稳性、初稳心高度、倾角 B L A C w w ?=d B A C m m ?=d V C ??=B L b L A V C m p ?=d A V C w vp ?=b b p vp m w C C C C C C ==， 002n n i i y y A l y =+??=-????∑[]012142...43n n l A y y y y y -=+++++[]0123213332...338n n n l A y y y y y y y --=++++++P D ?= P f P f x = x y = y = 0 ()P P d= cm TPC q ?= m g b g b g GM = z z = z BM z = z r z -+-+-
船舶的操纵性能（旋回性、冲程、保向性、改向性以及船舶变速运动性能） 船舶驾驶人员必须较好地掌握船舶操纵知识，了解本船的操纵性能以及各种外界条件对本船操纵性能的影响，才能正确操纵船舶；准确控制船舶的运动。往往一艘操纵性能良好的船舶，具有稳定地保持运动状态和迅速准确地改变运动状态的性能。 一、旋回性能是船舶操纵中的重要部分，它包括的因素有偏移或反移量、进距、横距、旋回初径、漂角、转 心、旋回时间、旋回中的降速和横倾等。这些数值是在船舶满载，半载以及空载等不同的状态下实测所得，掌握这些要素，对避让船舶、狭窄区域旋回或掉头等情况下安全操纵船舶有着重要的作用，也是判定船舶是否处于安全操纵范围内的重要参数。偏移或反移量（KICK）是船舶重心向转舵相反一舷横移的距离，满载时其最大值约为船长的1%左右，但船尾的反移量较大，其最大值约为船长的1/10—1/5，可趁利避害的加以运用，如来船已过船首，且可能与船尾有碰撞危险，紧急情况下可向来船一侧满舵利用
反移量避免碰撞（有人落水时向人落水一舷操满舵也是利用该反移量）；进距（ADVCNCE）是开始转舵到航向转过任一角度时中心所移动的纵向距离，旋回资料中提供的纵距通常特指转过90度的进距，即最大进距，其值约为旋回初径的0.85—1.0倍，熟练掌握可常帮助我们正确判断船首来船或危险的最晚避让距离；横距（TRANSPER）是开始转舵到航向90度时船舶中心所一定的横向距离，其值约为旋回初径的0.55倍；旋回初径（TACTICAL DIAMETER）是船舶开始转舵到航向180度时重心所移动的横向距离，其值约为3-6倍船长；旋回直径（PINAL IAMETER）是船舶做定常旋回运动时的直径，约为旋回初径的0.9-1.2倍。漂角（DRIPT AUGTE）是船舶旋回中船首与重心G点处旋回圈切线的方向夹角，其值约在3度—15度之间，漂角约大，其旋回性能越好；转心P是旋回圈的曲率中心O到船舶首尾线所做垂线的垂点，该点处的漂角和横移速度为零，转心P约在船首柱后1/3-1/5船长处，因此，旋回中尾部偏外较船首里为大，操船是应特别注意；旋回时间是旋回360度所需要的时间，它与排水量有密切关系，排水
船舶运动控制概述 随着经济全球化的加剧，现代物流业飞速发展，市场对进出口的需求越发的加大，造成了与之相应的航运自动化的繁荣发展，各种新的控制算法不断地应用于传播控制以提高营运的经济效益。作为大连海事大学自动化专业的学生，我们有必要了解船舶相关的知识，包括船舶运动控制，船舶控制系统，船舶导航等的相关知识。并将储备的知识运用到以后的学习与工作中。 一、欠驱动船舶的控制器设计 首先我们先来聊聊船舶的驱动。由于船舶动力驱动结构具有非完整约束和典型的欠驱动特性,而且航行条件的变化、环境参数的严重干扰和测量的不精确性等又使船舶运动呈现出大惯性、长时滞、非线性等特点,采用传统的船舶控制方法已经不能满足控制要求,必须探索新的船舶控制方法。 欠驱动系统是指由控制输入向量空间的维数小于系统广义坐标向量空间维数的系统，即控制输入数小于系统自由度的系统[1]。欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，欠驱动船舶模型一般都具有非线性运动方程的形式，约束都是不可积的微分表达式,属于非完整系统。 研究欠驱动船舶的控制器设计也具有非常重要的现实意义。一个欠驱动船舶以较少数目的驱动器来完成航行任务,降低了系统的费用及重量,提高了营运效益,同时也会因控制设备的减少而降低船舶机械故障的发生率,使系统运行更加稳定而易于维护。更为重要的是,欠驱动控制同时对船舶完全驱动系统提供了一种备份控制技术。如果全驱动系统遇故障不能正常运行时,可采用欠驱动船舶控制策略,利用仍在工作的控制器对船舶进行有效控制,增大设备出现故障时系统的可靠性。 正是由于上述原因,对欠驱动船舶的控制研究得到了广泛重视并成为控制领域的研究热点之一[2]。作为一种特殊的非线性控制方法,欠驱动船舶控制技术的发展目前还存在着很多问题,有待于更多的科技工作者致力于深入的研究。为了促进欠驱动船舶控制技术的发展,本文在查阅有关资料的基础上,对欠驱动船舶数学模型、控制方法及其发展做了较为详细的综述,并对该领域存在的问题以及可能的发展方向进行了探讨。 如果把船舶作为一个刚体来研究,则船舶的运动有六个自由度,称之为横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡。考虑常规船舶水平面运动的控制,所关心的主要是船舶在水面上的位置和航向,而且就低重心的普通船舶而言,垂荡、纵摇和横摇对其水平面运动影响甚微,可以忽略。因此水面船舶的六自由度运动就可以简化为沿x方向前进、y方向横移及绕z轴旋转(艏摇)的三自由度运动。由于船舶的推进装置仅装备有螺旋桨推进器和船舵,也就是说系统只有2个控制输入(前向推力和旋转力矩),但需要同时控制船舶在水平面运动的3个自由度,因此对常规船舶平面运动的控制研究可归结为欠驱动控制问题。 上述的船舶的控制问题 ,船的质量和阻尼矩阵都假定为三角阵 ,船舶模型参数和环境干扰的不确定性也被忽略 ,都是在理想的条件下对船舶进行镇定Π跟踪控制。
第一章船舶操纵性能 说课笔记 知识与技能掌握要点： 通过学习，掌握船舶的旋回性能。重点对三副岗位值班与船舶操纵知识及能力要求相联系，做到技能在航运船舶工作中能实际运用； 对操纵运动方程与K、T指数能进行定性分析。对于船员职务晋升多项考试具有重要指导作用。并做到工学结合，使船舶操纵知识及能力要求与岗位紧密相联。 对航向稳定性与保向性、变速运动性能能准确理解。通过旋回试验等实训操作，对中、大型商船操纵有感性认识，为下一步深入学习打下基础。 掌握Z形试验与螺旋试验方法。使学生明确用途，以及在新船试航及修船试航中三副的操作要点。 工学结合： 三副值班时，船舶操纵知识及能力要求与本次课的关联； 岗位与船舶操纵知识及能力要求实际应用； 测试冲程选外高桥叠标场仿真场景，突出训练三副角色。
课程教学特色： 理论性较强，注意三校生与普高生的认知能力差别； 充分运用企业提供生产案例和影视资料，使内容贴近航运岗位； KT指数讲解插入本校教师几十年前的理论贡献，增强学生荣誉感； 在重点训练外高桥测速场冲程实验后，运用仿真模拟设备让学生领略世界主要狭水道场景。对学生职业兴趣的培养有意义。 第一节船舶旋回性能 在船舶操纵中，就舵的使用而言，大致可分为小舵角的保向操纵、一般舵角的转向操纵及大舵角的旋回操纵三种，船舶旋回性是船舶操纵中极为重要的一种性能。 一、船舶旋回运动的过程 船舶以一定航速直线航行中，操某一舵角并保持之，船舶将作旋回运动。根据船舶在旋回运动过程中的受力特点及运动状态的不同，可将船舶的旋回运动分为三个阶段，如图1—1所示。 1.第一阶段——转舵阶段 船舶从开始转舵起至转至规定舵角止（一般约8~15s），称为转舵阶段或初始旋回阶段。