船舶耐波性总结
第一章耐波性概述
一、海浪的描述、、。
船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动
船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。而这些运动中又有直线运动和往复运动
垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应
船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：
1）、对适居性的影响；
2）、对航行使用性的影响；
3）、对安全性的影响；
船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析
2-1 海浪概述
风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性
波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）
A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。 在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：
≈； 2
=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=
T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。但是水
质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。余弦波单位波表面积的波浪所具有
的能量2A 1E=g 2
ρξ
2-3不规则波理论基础
一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系
我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。
2、不规则波叠加原理
为了便于问题的讨论，我们假定不规则波是由许多不同波长、不同波幅和随机相位的单元波叠加而成的。考虑到不规则波的随机性，不规则波的波面升高方程为：
An n 0n n n=1=cos k x -t+ξξωε∞
∑（）
随机相位n ε可以取0到2π间的任意值。 二、随机过程
1、随机过程
每一个浪高仪的记录代表一个以时间为变量的随机过程t ξ（），它是许多记录中的一个“现实”。所有浪高仪记录的总体表征了整个海区波浪随时间的变化，称为 “样集”。 2平稳随机过程
1）考虑时间12t=t t=t 、等处的统计特性，称为横截样集的统计特性。 2）考虑随时间变化的统计特性，称为沿着样集的统计特性。 3、各态历经性
对于平稳随机过程，当样集中每一个现实求得的统计特性都是相等的，而且样集在任一瞬时的所有统计特性等于在足够长时间间隔内单一现实的所有统计特性，满足这样条件的平稳随机过程称为具有各态历经性。 三、随机过程中的概率分布 1、随机性的数字特征
1）数学期望 2）自相关函数 3）均方值
4）自协方差函数 5）方差
2、几种概率分布
1）正态分布
：2
x 2
x x-f x -2μσ??????
（）（）
2）瑞利分布： 2
x -R 2x f x =e R
（） 2
x R=2σ 瑞利分布的参数R 可由史册中的一个现实估算得到，如果12n x x x ，，…，是由实测量得到的一组幅值，当数目n 很大时，则存在关系n
2i i=11R=x n
∑
3）泊松分布： {}k k
-T
-T p x=k =e =e
k k νλνλ（）！！
四、瑞利分布的统计特性
如果我们把测量的m 个波幅A ξ按大小排列，超过
1
n
最大波幅A/n ξ的概率为1
n
， 则有：
2A/n
2
1
=exp -n 2ξ
ξσ????????
A/n ξξ
1
n 最大波幅的期望值为 1
n
最大波幅的期望值仅是均方差的函数，具体计算值如下： 平均波幅（n=1） A =1.25ξξσ ； 三一平均波幅（n=3）A/3=2.00ξξσ； 十一平均波幅（n=10） A/10=2.55ξξσ； 百一平均波幅（n=100）A/100=2.99ξξσ
2-4谱分析的理论分析
一、频域分析和时域分析
一般估计风浪和船舶运动这样的平稳随机过程的统计特性主要有两种不同
的途径：一是在时间域对随机取样进行分析，称为时域分析法；另一种是通过对随机取样在频域范围内的谱分析，结合瑞利分布的特性，对风浪、船体运动和船体应力等的统计特性进行预报，称为频域分析法。 二、谱密度函数
在海浪理论中谱分析的主要功能是：确定波浪运动、确定波浪对物体的响应、模拟波浪的运动。 1、谱密度函数的定义
方值等于方差，所以有:
2
x
x1
-=S d σωω∞
∞
?（） 谱密度函数是从频率域角度描写随机过程，相关函数则从时间域角度描写随
机过程，两者之间存在傅里叶变换关系。j x x1-R =S e d ωττωω∞
∞
?（）
（） 根据单边谱密度的定义，维纳——辛钦公式成为： x x 02S =R cos d ωτωττπ
∞
?（）（） x x 0R =S cos d τωωτω∞?（）（） 从能量角度来定义谱密度x S ω（），则谱密度x S ω（）可以写成：2
Ai
x
1
2S =
ω
ξωω
??∑（） 谱密度曲线下的面积是单位波面积内波浪总能量的量度，当然是衡量海况严重程度的主要因素。
2、谱密度函数的数字特征
1）n 阶谱距：
n 阶谱距定义为 n n x 0
m =S d ωωω∞
?（） n=012，
，，… 当n=0时，有20x x 0m =S d =ωωσ∞
?（）
当n=2时，有2x 0
m =S d ωω∞
?（）
当n=4时，有24x x
0m =S d =ωωσ∞
?&&（）
2）谱宽参数ε，它表征谱密度的分布范围ε一般情况下，ε介于0和1之间。如果ξσ代表符合瑞利分布的风浪标准差，
则考虑谱宽影响的风浪标准差为1
ξσ
A/3ξ当0.4ε<时，可以不考虑谱宽的影响，而直接应用瑞利分布的理论结果。
2-5风浪的谱密度公式
1、P-M 谱 54A B S =exp -)ξωωω
（）
（ 2、ITTC 谱
单参数谱：524W/30.78 3.12S =exp -ξωω
ξω（）（） 双参数谱2
W/34544
11173691S =exp -T T ξξωωω
（）（） 3、JONSWAP 谱
由风速和风程表示的谱公式:
2
()
4
2
exp[]
2()5()=exp{ 1.25}p p
p g S ωωσω
ξωαωγωω--
??- ?
??
由波高和波浪周期表示的谱公式:
2
2
(0.159Tp 1)2exp[]W/32454
p p 1948()=319.34{-}3.3T T S ωσξξωωω--（）
4、方向谱: S =S D ωθωωθ（，）（）（，）
2-6线性系统的响应关系
一、线性系统与线性变换
二、频率响应法与脉冲响应法 三、频率响应函数与频率转换
横摇的频率响应函数: ()A A
Y =φξφωξ
船上的遭遇周期:e T =C-V cos λ
β
2-7 风级和浪级
风速的大小从0到12分成13级的蒲福风级；
风级与风速的关系一般习惯把海况从0到9分为10级。
第三章 船舶横摇
目前，要当运动的研究大致从以下两个方面着手
3-1由现行理论确定横摇频率响应函数
一、船舶在波浪上的运动特点 1、 表观重力
质点A 所受的合力R 其方向垂直于波面，合力沿着波面的法线方向，此合力R 称为表观重力。波面上任何位置的质点的表观重力沿着波面的法向方向。
2、 有效波倾
0m 0m =K sin t=sin t φααωαω 3、 相对横摇角和绝对横摇角
r =+φφα
二、横摇的受力分析
1、基于单纯横摇方程的受力假定 1）、遭遇浪向角β=90°，即波峰线平行于船体中线面； 2）、船宽远小于波长； 3）、 横摇角较小，等体积倾斜，初稳性公式仍适用； 4）、入射波流场不受船体存在的影响
2、横摇中所受力矩
1）、复原力矩: M()=-Dh φφ
2）、阻尼力矩有如下形式：
摩擦阻尼：由水的粘性摩擦产生，与角速度的 平方成比例。所占比重较小，可以忽略。
兴波阻尼：船体运动形成水平面波浪，消耗本身能量而产生，与角速度的一次方成比例。
旋涡阻尼：船体弯曲部分附近形成旋涡，损失部分能量而产生，与角速度
平方成比例。横摇阻尼是角速度的函数，一般表示为M =-2N -W φφφφ&&&（）
大角度横摇 M =-W φφφ&&（）； 小角度横摇 M =-2N φφ&（）
3）、惯性力矩 xx xx xx M =-I +J =-I φφφ'&&&&&&（）（）
4）、波浪扰动力矩
三、横摇微分方程解及频率响应函数
横摇最终方程：
积分求解可得：横摇角为
定义放大因数：横摇幅值与有效波倾之比。即：
对放大因素的讨论：
四、横摇的谐摇状态及临界状态
谐摇：波浪周期TB等于船横摇固有周期Tθ 称为谐摇.
谐摇区：从放大因数曲线知，不仅在谐摇(∧θ=1 )，放大因数很大，而且在∧θ=1 附近的一定范围内也是相当大的，通常称0.7＜∧θ＜1.3的范围为谐摇区.
船舶在不规则波中的横摇，根据叠加原理，相当于遭受一系列波长的单元规则波的作用，因此与单一规则波的作用有很大区别，规则波中的谐摇和谐摇区的概念在这里就不再适了
谱密度曲线的划分
3—2 由模型试验确定横摇频率响应函数
一、横摇模型试验的相似关系
1、几何相似
2、运动相似
3、动力相似
3—3 横摇水动力系数的确定
一、横摇惯性矩
1、惯性半径法
2、加藤公式
3、杜爱尔公式
4、附加惯性矩
二、横摇固有周期计算
1、船舶在静水中的有阻尼横摇
固有周期:
代入杜爱尔公式可得：
结论：
1）、提高初稳性高可提高固有周期，从而提高舒适性
2）、两艘相近的船舶，横摇角近似与固有周期的平方成反比：
三、横摇阻尼系数
阻尼是影响横摇的重要因素，准确的计算阻尼力矩系数是估算横摇的重要前提，但是由于横摇时候船体附近流场的复杂性及水粘性的影响，阻尼的理论计算是相当困难的。目前可靠的方法是模型试验，工程上常采用经验公式计算。
3—4 非线性横摇
横摇角的确定：
C1：波浪对横摇的影响
C2：船型和舭龙骨相对尺度对阻尼的影响
C3：B/d对阻尼的影响
规范查下图得C1：
3—5 横摇减摇装置
1、舭龙骨
2、 减摇鳍
3、减摇水舱
第四章 船舶纵摇和垂荡
4—1船舶在波浪中的一般运动方程式
基本假定
1、假定船舶是一刚体，忽略弹性变形
2、不考虑水的粘性和可压缩性
3、假定作用在船体上的是微幅规则波
4、假定船舶摇荡的幅值是微小的，可做线性问题处理，即可叠加。
4—2纵摇和垂荡的耦合运动计算
受力分析 1、流体静力 2、兴波阻力 3、附加惯性力
4—3纵摇和垂荡运动的工程分析
一、固有周期计算
2T θπ
=
纵摇固有周期：T θ=
垂荡固有周期：T θ=结论：纵摇与垂荡的固有周期是相近的 二、不规则波顶浪航行时纵向区域划分： 1、亚临界区域 2、临界区域 3、超临界区域
4—4斜浪中船舶摇荡
遭遇周期0T C VC S θλ
β
=-
第五章 船舶的耐波性设计和实船试验
5—1 主尺度对耐波性的影响
船长：影响纵摇和垂荡 船宽：影响稳性和横摇
吃水：影响横摇、纵摇、垂荡
与此同时，初稳性高、船型系数、干舷和舷弧也有一定的影响
5—2 船舶形状对耐波性的影响
船舶型线
静稳性曲线形状 球鼻艏
5—3耐波性指标
1、单项指标：
船体的运动幅值、横摇运动周期、绝对加速度、相对波面运动波浪中的失速 2、综合指标：
作业时间百分比、期望航速百分比
5—4耐波性实船试验的组织和实施
1、选择适当测试海域和时间
2、编写试验大纲
3、测量仪表的准备和调试
4、试验
5、分析
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
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
论船舶适航的条件(一) 【内容提要】船舶的适航性是一个古老的概念，也是承运人“最低法定义务”之一。适航就如同一条线，以各种形式贯穿整个海商和海事法。《国际安全管理规则》、《1974年国际人命安全公约修正案》和《国际船舶和港口设施保安规则》等对船舶和港口都制定了非常详细的保安规定，这同时也为船舶的适航提出了新的标准。因此，了解和研究适航的内容和要求，不仅是承运人履行“最低法定义务”的基本要求，也是保证海上安全，提高航运能力的需要。本文以此出发，探讨了船舶适航的条件，并且结合公约的规定，说明了船舶在适航方面的新趋势。 【关键词】适航责任期间 Abstract]SeaworthyisthebasicprincipleofMaritimeLaw.AccordingtoChineseMaritimeLawandHague -VisbyRules,tomaketheshipseaworthyisthegeneraldutyofthecarrier’s.NowSOLAS74,ISPSRulesandI SMrulesdefinenewstandsfortheship’sseaworthy.Learningtheconditionsofseaworth yisnotonlyimpo rtantintheory,buthasgreatvalueinpractice.Thisarticleintroducesthedifferentconditionsofship’sseaw orthy,andindicatesthenewdevelopmentaccordingtotheinternationaltreaties. Keywords]Seaworthythetimeofliability 一、引言 船舶的适航性是一个古老的概念，也是承运人“最低法定义务”之一。适航就如同一条线，以各种形式贯穿整个海商和海事法。比如，在《海牙规则》和《维斯比规则》的规定以及在航次租船合同中，谨慎处理使船舶适航就是一项承运人应尽的义务。在光船租赁和定期租船合同中，使船舶适航是一项绝对的义务。在拖航合同中，适航为一项保证。而在雇佣船员、买卖船舶、海上保险等合同中，适航是一项默示的保证。另外，在船舶所有人要求货主分摊共同海损时，其前提是他必须已经尽到了适航的义务。【1】近几年来，出于对海上安全的考虑，在美国的积极倡议下，国际海事组织（IMO）于2002年12月31日在“海上保安外交大会”上通过了涉及海上保安内容的《1974年国际人命安全公约修正案》（SOLAS公约修正案）和《国际船舶和港口设施保安规则》（ISPS规则），该修正案和规则针对船舶和港口制定了非常详细的保安规定，同时也为船舶的适航提出了新的标准。而《国际安全管理规则》的生效，也对适航提出了新的条件。因此，了解和研究适航的内容和要求，不仅是承运人履行“最低法定义务”的基本要求，也是保证海上安全，提高航运能力的需要。 二、船舶适航的内容 我国《海商法》第47条对船舶的适航做了规定：“承运人在船舶开航前和开航当时，应当谨慎处理，使船舶处于适航状态，妥善配备船员、装备船舶和配备供应品，并使货舱、冷藏舱、冷气舱和其他载货处所适于并能安全收受、载运和保管货物。”这一规定与《海牙规则》第三条第1款的规定基本相同。第四十七条对船舶适航的规定，主要包含以下四点涵义：1．船舶处于良好的工作状态，即能够抵御航次中通常出现的或能够合理预见的风险。要求船舶在船体、构造、性能和设备等方面具备在特定航次中安全航行并且抵御通常出现的海上危险。船舶备有适航证书，在法律上并不能必然地证明船舶适航。但是船舶如果未备有相应的有效适航证书，则可以断定船舶是不适航的。1983年，美国纽约南区地方法院在“塔奇”（Tachi）一案判决中就明确指出：“不管怎样，外国政府的船级社或按照海上生命安全公约所颁发的有关证书本身并不能证明船舶适航。”【2】仅凭借适航证书并不能证明船舶适航，其原因有二：一是验船师验船以及颁布适航证书可能有疏忽或者过失；二是在适航证书的有效期间之内，可能由于发生新的情况而导致船舶实际不适航。 船舶适合于航行的一项基本要求就是船舶能够抵御通常发生的海上危险。怎么样确定航程中的通常危险，又往往是决定承运人能否免责的一个关键问题。《海牙规则》第4条第2款（3）所规定的免责原因是“海上或者其他可航水域的灾难、危险或意外事故。”这就是我们通常所
船舶耐波性总结 第一章耐波性概述 一、海浪的描述、、。 船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。 二、6个自由度的摇荡运动 船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。而这些运动中又有直线运动和往复运动 垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。 三、动力响应 船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。 剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面： 1）、对适居性的影响； 2）、对航行使用性的影响； 3）、对安全性的影响； 船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。 第二章海浪与统计分析 2-1 海浪概述 风浪的三要素：风速、风时、风区长度。 风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。 充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。 海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。 风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性 波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。 A 0=cos kx -t ξξω（） A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。 在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ： ≈ 2 =1.56T λ； c==1.25T λλ； 2= T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。但是水 质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。余弦波单位波表面积的波浪所具有 的能量2A 1E=g 2 ρξ 2-3不规则波理论基础 一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系 我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。 2、不规则波叠加原理 为了便于问题的讨论，我们假定不规则波是由许多不同波长、不同波幅和随机相位的单元波叠加而成的。考虑到不规则波的随机性，不规则波的波面升高方程为： An n 0n n n=1=cos k x -t+ξξωε∞ ∑（） 随机相位n ε可以取0到2π间的任意值。 二、随机过程 1、随机过程 每一个浪高仪的记录代表一个以时间为变量的随机过程t ξ（），它是许多记录中的一个“现实”。所有浪高仪记录的总体表征了整个海区波浪随时间的变化，称为 “样集”。 2平稳随机过程 1）考虑时间12t=t t=t 、等处的统计特性，称为横截样集的统计特性。 2）考虑随时间变化的统计特性，称为沿着样集的统计特性。 3、各态历经性 对于平稳随机过程，当样集中每一个现实求得的统计特性都是相等的，而且样集在任一瞬时的所有统计特性等于在足够长时间间隔内单一现实的所有统计特性，满足这样条件的平稳随机过程称为具有各态历经性。 三、随机过程中的概率分布 1、随机性的数字特征
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
船舶操纵与摇荡期末总复习 考试题目类型： 1. 名词解释（5题） 2. 填空（10题左右，空不限） 3. 画图题（1~2题左右） 4. 简答题（5~6题左右） 5. 计算分析题（2题） 考试内容（操纵性）： 第一章绪论 1. 操纵性的定义？操纵性包括哪些方面的内容？ 答：所谓操纵性是指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。船舶操纵性包括以下四方面内容： A、航向稳定性：它是指船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡位置，当扰动完全消除后，保持原有航向运动的性能； B、回转性:它是指船舶应舵作圆弧运动的性能； C、转首性及跟从性：它是指船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。前者称为转首性，后者称为跟从性； D、停船性能：它是指船舶对惯性停船和倒车停船的响应性能。 第2章船舶操纵 1、描述船舶运动的坐标系？什么是首向角、漂角以及航速角（定义及正负号）？ 答：为了描述船舶的运动，我们常采用一下两种右手坐标系:a、固定坐标系Oxyz，它是固定在地球表面的右手坐标系，其原点O可以任意选择，通常与t=0时船舶重心G的位置相一致。Xy平面位于静水面内，z轴垂直向下为正。b、运动坐标系Gxyz，它是以船舶重心位置G为原点而固定于船体上的直角坐标系。x、y和z轴分别是经过G的水线面、横剖面和中纵剖面的郊县，x轴向首为正，z轴向下为正。 首向角：船舶的重心位置和船舶中纵剖面与x轴交角，称为首向角。由x轴转到中纵剖面顺时针为正。 漂角：船舶重心处的速度矢量V与x轴正方向的交角称为漂角，规定由速度矢量转到x 轴顺时针方向为正。 航速角：Xo轴到V的夹角，顺时针为正。 2、水动力导数（回答要全面）？水动力模型？ 水动力导数的物理意义（位置导数、旋转导数、角加速度导数以及舵导数，要求会分析其正负号） 答：水动力导数: 水动力模型: 3. 船舶运动稳定性包含哪三部分？（直线、方向、位置，其相互之间的关系） 答：直线稳定性：船舶受瞬时扰动后，最终能恢复直线航行状态，但航向发生变化；方向稳定性：船舶受扰后，新航线为与原航线平行的另一直线； 位置稳定性：船舶受扰后，最终仍按原航线的延长线航行。 显然，具有位置稳定性必同时具有方向和直线稳定性，具有方向稳定性必同时具有直线
船舶操纵性：是指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其航速、航向和位置的能力。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。 回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。转首性：表示船舶应舵转首并迅速进入新的稳定状态的性能. 运动稳定性与机动性制约：小舵角下的航向保持性 、中舵角下的航向机动性 、大舵角下的紧急规避性 固定与运动坐标系的关系： 漂角：速度V 与OX 轴正方向的夹角β。舵角：舵与OX 轴之间的夹角δ。舵速角：重心瞬时速度矢量与O 0X 0轴之间的夹角ψ0。 线性水动力导数意义：船舶作匀速直线运动，在其他参数不变时，改变某一运动参数所引起的作用于船舶的水动力或矩对该参数的变化率。水动力导数：Xu= Yu= 通常可称对线速度分量u 的导数为线性速度导数．如：Xu 等。对横向速度分量v 的导数为位置导数，如：Yv 、Nv 等。对回转角速度r 的导数为旋转导数，如：Nr 、Yr 等。对各加速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数Xu 。 ，对舵角δ的导数为控制导数，如：Y δ等。 稳定性：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；当干扰去除后，经过一定的过渡过程，看是否具有回复到原定常运动状态的能力。若能回复，则称原运动状态是稳定的。直线稳定性：船舶受到瞬时扰动以后，重心轨迹最终恢复成为一条直线,但航向发生了变化。方向稳定性：船舶受到的瞬时扰动消失以后，重心轨迹最终成为原航线平行的另一直线。位置稳定性：船舶受到瞬时扰动，当扰动消失以后，重心轨迹最终恢复成为与原来航线的延长线。 稳定衡准数:C=-Y V (mx G u 1-N r )+N V （mu 1-Y r ）；C>0 表示船舶在水平面的运动具有直线稳定性；C<0 则不具有直线稳定性。 影响航向稳定性的因素：(1)为改善其航向稳定性，应使Nr 、Yv 二者的负值增加，从C 的表达式可见，此二者之乘积的正值就越大，显然有利于改善稳定性。(2) Nv 对稳定性的影响较大。只要Nv 为正值，船舶就能保证航向稳定性 (3)若沿船纵向设置升力面(如鳍、舵等能产生升力的物体)，则将其加在首或尾部都能使Nr 的负值增加，但若加在首部会使Nv 增加负值，而加在尾部会使Nv 变正，故升力面设置在尾部可使Nr 负值增加的同时又使Nv 值变正，故对航向稳定性的贡献比设置在首部要大。与几何形体的关系：增加船长可使Nr 负值增加，增加船舶纵中剖面的侧面积可使Nr 、Yv 的负值增加，增加Nv 的有效方法是，增加纵中剖面尾部侧面积，可采用增大呆木，安装尾鳍，使船产生尾倾等。 船舶回转性各参数：反横距：从船舶初始的直线航线至回转运动轨迹向反方向最大偏离处的距离为S1。正横距：从船舶初始直航线至船首转向90°时，船舶重心所在位置之间的距离为S2。该值越小，则回转性就越好。纵距：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，沿原航行方向计量的距离S3。其值越大，表示船舶对初始时刻的操舵反应越迟钝战术直径：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DT 。其值越小，则回转性越好。定常回转直径：定常回转阶段船舶重心点圆形轨迹的直径D 进程R ′：自执行操舵点起至回转圈中心的纵向距离；R′=S3-D/2；它表示船舶对舵作用的应答性，R′越小则应答性越好 回转过程的三个阶段： 转舵阶段：指从开始转舵到舵转至规定角度δ0为止。运动特点：V 。 ≠0 ，r 。≠0 ，v=r=0；过渡阶段：指从转舵结束起到船舶进入定长回转运动为止。运动特点：V 。 、r 。 、V 、r 都不为零且随时间发生变化。 定长回转阶段：当作用于船体的力和力矩相平衡时，船舶就以一定的侧向速度V 和回转角速 度r 绕固定点作定长圆周运动。特点：V 。=r 。 =0，v 、r 为常数。 枢心点P :船舶回转过程中，在船上还存在一个横向速度分量为零的点，称为枢心点p 。枢心点是船舶纵中线上唯一的漂角为零的点；枢心点仅仅是因为船舶转向而存在的；船舶加速时，枢心点会向船舶运动的方向移动 。反操现象：是船舶不具有直线稳定性的一种特征，回转性与稳定性相矛盾。回转衡倾的原因：船舶回转过程中，船体上承受的侧向力其作用点高度各不相同，于是形成对ox 轴的倾侧力矩，产生回转横倾。 野本模型：T r 。+r 。 =K δ 其中 K 、T 为操纵性指数。用参数K 评估回转能力。大K 意味着回转性能好。用参数T 评估直线运动稳定性、初始回转能力和航线改变能力。小T 意味着好的直线运动稳定性、初始回转能力和航线改变能力。K= T= 希望船舶有大K 、小T （但相互矛盾）。T 的单位是S ，K 的单位是S -1 转首性指数p ：表示操舵后，船舶行驶一倍船长时，由单位舵角引起的首相角改变量。 诺宾指数：若平>0.3则转首性满足要求。与船体惯性 回转阻尼 舵的回转力矩相关。 操纵性试验：分为模型试验和实船试验两种，模型试验又可分为自由自航模操纵性试验和约束模操纵性试验两种。船舶固有操纵性的试验方法:回转试验、回舵试验、零速启动回转试验、Z 试验、螺线与逆螺线试验、航向改变试验、制动试验和侧向推进装置试验。 回转试验: 1首先在预定的航线上保持船舶直航和稳定航速。 2在开始回转前约一个船长的航程范围内，测量船舶的初始参数，如:航速u 、初始航向角、初始舵角、螺旋桨的初始转速n 0等。 3以尽可能大的转舵速度将舵操至规定舵角δ0并把定舵轮。随后开始测量船舶运动参数随时间的变化，包括船舶的轨迹、航速、横倾角及螺旋桨的转速等。 4待首向角改变540°时，即可结束试验。 螺线试验：评价船舶的直线稳定性，在直航中给船舶以扰动，通过观察扰动去掉后船舶是否能够恢复直航来测定直线稳定性。 1.首先在预定航线上保持匀速直航，并在操舵前测出初始航速、舵角及螺旋桨转速。 2. 执行操舵，以尽可能快的速度将舵转至一舷规定的舵角(如右舷15°) 并保持舵角不变，使船进入回转运动，待回转角速度r 达到稳定值时，记录下r 和相应的舵角δ值。 3. 改变舵角值重复以上过程，测出定常r 值及相应δ值。舵角从右舷15°开始，并按下列次序改变:右15°→右10°→右5°→右3°→右1°→ 0°→左1°→左3°- 左5°→左10°→左15° Z 形操舵试验：测定船舶操舵响应的一种操纵性试验法。进行Z 形试验时，先使船以规定航速保持匀速直航，然后将舵转至右舷规定的舵角(如右舷10°) ，并保持之，则船即向右转向，当首向角达到某一规定的舵角值时(如右舷10°) 立即将舵向左转至与右舵角相等的左舵角(左舷10°) ，并保持之。当反向操舵后，船仍朝原方向继续转向，但向右转首角速度不断减小，直至消失。然后船舶应舵地再向左转向，当左转首向角与舵角值相同时，再向右操舵至前述之右舵角。该过程如此继续，到完成五次操舵为止。 航向改变试验是研究船舶在中等舵角时的转向性能的一种较简易而实用的试验方法。 回舵试验是船舶航向稳定性的定义试验。该试验方法实质为回转试验(或螺线试验)的延续 操纵性船模试验中必须满足的相似条件：1使自航船模与实船保持几何形状相似；2通常保持无因次速度、加速度参数相等，即u/V 、v/V 、rL/V 等相等；3在水动力相似方面，只满足傅汝德数Fn 相等，保证二者重力相似。 实际进行自航模试验时保持：船体几何形状相似；质量、重心位置及惯性矩相似；在决定模型尺度时要考虑临界雷诺数的要求；选择航速时满足傅汝德数相等；机动中保持舵角相等。 船舶固有操纵性指标：直接的判据：它是由自由自航试验直接测定的参数；间接的判据：如野本的K 、T 指数，诺宾的P 指数 操纵性衡准：1回转能力，由回转试验确定。船舶以左(右)350 舵角回转时，回转圈的纵距应
《第三节 船舶适航性基本知识》 考试时间：120分钟 考试总分：100分 遵守考场纪律，维护知识尊严，杜绝违纪行为，确保考试结果公正。 1、我国船舶的吃水标志所采用的单位是 ______。（ ） A.英制 B.美制 C.国际单位制 D.标准单位制 2、在船舶设计中，各种船舶性能的计算均用 ______。（ ） A.型吃水 B.设计吃水 C.实际吃水 D.平均吃水 3、船体水下体积形状的中心称为 ______。（ ） A.漂心 B.浮心 C.重心 D.稳心 4、船舶在一定装载情况下的漂浮能力称为 ______。（ ） A.浮性 B.稳性 C.适航性 D.抗沉性 5、尾部吃水过浅 ______。 Ⅰ、不易发生空泡现象 Ⅱ、容易发生空泡现象 Ⅲ、推进效率增加 Ⅳ、推进效率下降 Ⅴ、舵效增加 Ⅵ、舵效下降（ ） 姓名：________________ 班级：________________ 学号：________________ --------------------密----------------------------------封 ----------------------------------------------线---------------------- ---
A.Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ B.Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ C.Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ D.Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ 6、某轮读取水尺时，水面与“9”米中间相切时，则表示吃水为 ______。（） A.8.9 m B.8.95 m C.9 m D.9.05 m 7、在船舷读取船舶水尺时，当水面刚好淹没“5.6 ”米的上边缘，则吃水为______。（） A.5.60 m B.5.65 m C.5.7 m D.5.75 m 8、船舶重量的作用中心称为 ______。（） A.形心 B.浮心 C.重心 D.稳心 9、商船水尺读数表示 ______。（） A.水面至水底深度 B.水面到船底深度 C.水底至船底深度 D.水线到甲板的高度 10、要使船舶能够漂浮于水面，必须 ______。（） A.船舶的重量大于排水量 B.船舶的重量小于排水量 C.船舶的重量等于排水量 D.船舶的重心高于浮心 11、水尺是刻画在船壳板上的 ______。（） A.载重线标志 B.吃水标志 C.吨位标志 D.干舷标志
操纵性 1.船舶操纵性定义及研究内容 操纵性：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。 研究内容：航向稳定性、回转性、转首性及跟从性、停船性能。 2.船舶附加质量的含义及与物理质量比例的大致范围 附加质量：附加惯性力与船的加速度成比例，其比例系数称为附加质量。（作不定常运动的船舶，除了船体本身受到与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，根据作用与反作用原理，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。） 附加质量：m x ≈（0.05~0.15）m m y ≈m z ≈（0.9~1.2）m 附加惯性矩Jxx ≈（0.05~0.15）Izz Jyy ≈（1~2）Izz Jzz ≈Iyy I 是质量惯性矩 3.漂角、航向角和水动力中心的含义 漂角：船舶重心处的速度矢量→ V 与x 轴正方向的交角称为漂角β。并规定速度矢量转向x 轴顺时针方向为正。 航向角：船首指向的方向和船舶在水面上的真实轨迹之间的夹角。 4动坐标系统速度转换到大地坐标系统公式：φφsin cos 00Y X X +=φφsin cos 00X Y Y -= 5、线性水动力导数Yv,Nv,Yr,Nr 的物理意义 水动力的位置导数Yv 是一个较大的负值。 水动力力矩的位置导数Nv 是一个不大的负值。 指的是v 引起的升力系数/力矩系数 水动力的旋转导数Yr 的绝对值不是很大，其符号由船型决定，可正可负。 水动力矩的旋转导数Nr 是一个很大的负值 。指的是r 引起的水动力系数/水动力矩系数 6、线/角加速度水动力导数的物理意义及数值大小判断 水动力的线加速度导数.V Y 是一个相当大的负值。指的是附加质量 水动力矩的线加速度导数.V N 是一个不大的数值，其符号取决于船型。指的是由V ? 引起的附加惯性力矩系数 水动力的角加速度.r Y 是一个较小的值，其符号取决于船型 水动力矩的角加速度导数.r N 是一个很大的负值。指的是回转加速度r ? 引起的船舶附加惯性力系数/惯性力矩系数 7、野本方程及物理意义 野本方程：. r T +r=K δ 物理意义δ：船舶的惯性力矩、阻尼力矩和舵力矩的作用下，进行的缓慢转，首运动，可以 用下列式子近似表示：.r I +Nr=M δ N 为船舶回转中的阻尼力矩系数，I 为船舶回转中的惯性力矩系数，M 为舵产生的转首力矩系数。T=I/N,K=M/N 由此可知，T 是惯性力矩系数与阻尼力矩系数之比，T 值大，表示船舶运动过程中收到的惯性力矩大，阻尼力矩小。而K 是舵转首力矩系数与阻尼力矩系数之比。K 值大，表示舵产生的转首力矩大，而阻尼力矩小。
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。
船舶耐波性能试验 —阻尼系数测量试验 学生姓名： 学号： 学院：船舶与建筑工程学院班级： 指导教师：
一、船模横摇试验的目的 上风浪中航行最易发生横摇，而且横摇的幅度较大，不仅影响船 员生活和工作的各个方面，严重的横摇还会危及船舶的安全乃至倾覆失事。因此，在有关耐波性的研究中，首先关注的是要求设计横摇性能优良的船舶。 由于船舶在波浪中横摇运动的复杂性，理论计算尚未达到可用于实际的程 度，因而模型试验是目前预报船舶横摇最可靠的方法。 本教学试验由下列两部分组成，即： 1．船模在静水中的横摇衰减试验，目的是确定船的固有周期以及作用在船 体上的水动力系数，如附连水惯性矩及阻尼系数等。据此可根据线性运动方程计算船舶在风浪中的横摇频率响应曲线。 2．船模在规则波中的横摇试验，目的是确定船的横摇频率响应函数，可用 于预报船舶在中等海况下的横摇统计特性，对于高海况的预报数值则偏高，这是由于非线性影响的缘故。 二．实验原理 通过《船舶原理》课程的学习，我们知道船舶的横摇运动方程可以表示为： 式中，表示横摇角、横摇角速度、横摇角加速度；Ixx’表示船 舶在水中的横摇惯性矩，等于船舶在空气中的横摇惯性矩Ixx 与船舶在水中的横摇附加惯性矩之和；N为阻尼力矩系数；D为排水重量；h为横稳性高度；αm0为有效波倾；ω为波浪圆频率。 引入横摇衰减系数γ和横摇固有（圆）频率ωФ ωФ2=Dh/Ixx’ 横摇运动方程可以写成: 静水中自由横摇 考虑船舶在初始时刻浮于静水面上，并伴有一个静横倾角φ0，但不受波浪的作用，该船舶随后将作自由横摇运动，其表达式可以写成 式中，无因次衰减系数μ和相位超前角β为
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/ 一副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
1.1.1.2 船舶停车性能V V1V V V V I 1.1.1.3倒车停船性能及影V V V V V V 响倒车冲程的因素1 1.1.1.4船舶制动方法及其V V V V V V 适用1 1.1.2 旋回性能1 1.121船舶旋回运动三个V V V V V V 阶段及其特征1 1.122旋回圈，旋回要素 V V V V V 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） 1.123 影响旋回性的因素 1.124 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V V 1 1V V V V V V V V V V V V V 1 1 V V V
1.132 航向稳定性的判别 方法 1.133 影响航向稳定性的 因素 1.1.3.4 保向性与航向稳定V V V V V V V V V V 1 1 I 1 1 V V V V V V V V V V V V V 1.1.4 1.1.5 1 性的关系；影响保 向性的因素 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 5 船舶操纵性试验 .1.5.1旋回试验的目的、 测定条件、测定方
1.什么是船舶耐波性？ 船舶耐波性是指船舶在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、抨击、甲板上浪、失速、螺旋桨出水以及波浪弯矩等，仍能维持一定航速在波浪中安全航行的性能。（P1） 2.什么是有效波面？ 船宽、吃水相对波长是很小时，可近似认为船是水中一质点，它所受的浮力近似垂直于波面。当船宽和吃水相对波长为有限尺度时，由于船宽范围内波形曲率的变化以及沿船体水下表面所受到的浮力方向与波面法向不一致，使船受到的总浮力有所减小，同时其浮力作用线是垂直于某一次波面，这一次波面称为有效波面。（P17） 3.船舶阻尼力（矩）按物理性质大致可分为哪三类？ 兴波阻尼、旋涡阻尼、摩擦阻尼（P8） 4.船在水中可能产生六个自由度的摇荡运动，分别是什么运动？ 横摇、纵摇、首摇、垂荡（升沉）、横荡和纵荡 5.研究船舶耐波性用到的三种坐标系是哪三种，可画图说明？ 空间固定坐标系：该坐标系用来描述海浪； 动坐标系Gxbybzb：随船做摇荡运动，坐标原点取在船的重心G上，坐标轴取作与船的中心惯性主轴相重合，Gxb在船中线面与龙骨线平行，向艏为正；Gzb在船中线面内垂直于Gxb，向上为正；Gyb垂直于船的中线面，向右舷为正。 随船移动的平衡坐标系Oxyz：当船在静水中以航速v航行时，该坐标系随船同速前进，Oxy位于静水面上，Ox正向与航速v同向。当船在波浪上做摇荡运动时，该坐标系不随船做摇荡，仍保持按船的平均速度和原航向前进。 6.船模实验需要满足的相似律有那几个？ 几何相似、运动相似、动力相似。（P136-P137） 7.什么是船舶摇荡运动的兴波阻尼？（P9） 由于船舶运动使水面产生波浪，消耗船本身的能力所造成的阻尼。傅汝德认为兴波阻尼与速度一次方成比例。 8.目前采用较广泛的减摇装置有哪些？ 舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍（P168） 9.什么是有效波面角？