船舶操纵第一-二章.pptx

第一章 船舶操纵性能第一节 船舶的旋回性能 第一章 船舶操纵性能操纵性能主要包括船舶的旋回性、船舶的航向稳定性、改向性及保向性以及船舶的变速运动性能等。第一节 船舶的旋回性能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。一、船舶旋回的运动过程1第一阶段(初始、内倾阶段）G：原航向；尾：外移；r=0；(max)；=0；阻力=0；内倾;V不变2第二阶段(过渡）；r；外倾;V；N（r)3第三阶段（定常旋回阶段）=0;r定常；(线性）N（）+N（）+N（r）=0二、旋回圈的大小及其要素 定速直航(一般为全速)的船舶操一定舵角(一般为满舵)后，其重心所描绘的轨迹叫做旋回圈(turningcircle)。1表征旋回圈大小的几何要素 1)进距 进距也称纵距，是指从操舵开始到船舶的航向转过任一角度时重心所移动的纵向距离。通常，旋回资料中所说的纵距，特指当航向转过900时的进距，并以Ad表示之，它大约为旋回初径的0612倍。2)横距(transfer)横距是指从操舵开始到船舶的航向转过任一角度时船舶重心所移动的横向距离。通常，旋回资料中所说的横距，特指当航向转过900时的横距，并以了，表示之，它大约为旋回初径的一半。3)旋回初径(tacticaldiameter)旋回初径是指从操舵开始到船舶的航向转过1800时重心所移动的横向距离，并以Dr表示之。它大约为36倍的船长。4)旋回直径(finaldiameter)旋回直径是指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径，亦称旋回终径，并以D表示之，它大约为旋回初径的0.91.2倍。5）滞距亦称心距。正常旋回时，船舶旋回直径的中心O总较操舵时船舶重心位置更偏于前方。滞 距是该中心O的纵距，并以R代表之，大约为12倍船长，它表示操舵后到船舶进入旋回的“滞后距离”，也是衡量船舶舵效的标准之一。6)反移量(kick)反移量亦称偏距，是指船舶重心在旋回初始阶段向操舵相反一舷横移的距离。通常，该值 极小，其最大量在满载旋回时仅为船长的1左右。但操船中应注意的是，船尾的反移量却不容忽视，其最大量约为船长的15110，约出现在操舵后船舶的转头角达一个罗经点左右的时刻。反移量的大小与船速、舵角、操舵速度、排水状态及船型等因素有关，船速、舵角越大，反 移量越大。2描述船舶旋回运动状态的运动要素主要有漂角、转心及其位置、旋回中的降速和旋回中的横倾等。1)漂角船舶首尾线上某一点的线速度与船舶首尾面的交角叫做漂角。通常所说 的漂角是指船舶重心处的线速度u(与船舶首尾面的交角，也就是船首向与重心C点处旋回圈切线方向的夹角，用夕表示之。一般船舶的漂角大约在30150之间。漂角越大的船舶，其旋回性越好，旋回直径也越小。超大型船舶较一般货船的方形系数值较高，长宽比较低，有着较好的旋回性，它在定常旋回中的漂角也较大，最大可达到200左右。2)转心及其位置转心P的位置是旋回圈的曲率中心O作船舶首尾面的垂线的垂足。在转心处，横移速度及漂角均为零。在旋回的初始阶段，转心约在重心稍前处，以后随船舶旋回不断加快，转心随着旋回中的漂角的增大而逐渐向船首方向移动；当船舶进入定常旋回阶段即船舶旋回中的漂角保持不变时，转心P逐渐稳定于某一点，对于不同船舶，该点的位置 大约在离船首柱后1315船长处；船处于后退中，转心位置则在船尾附近。对于不同船舶而言，旋回性能越好、旋回中漂角越大的船舶，其旋回时的转心越靠近船首。3)旋回中的降速 首转过900左右船舶进入定常旋回后，速度不再下降。减速的幅度与旋回初径Dr与船长L的比值有密切的关系，DrL值越小，旋回性越好，减速越显著。一般船舶降速幅度大约为2550，超大型油船降速幅度最大可达到原航速的65。4)旋回中船舶出现的横倾(1ist)内倾将变为外倾，并且因横向摇摆惯性的存在将产生最大的外倾角max。，最大外倾角一般为定常外倾角的1215倍，max的大小与操舵时间有关，操舵时间越短，max越大。船舶旋回中定常外倾角的大小与船速、所操的舵角、船舶的旋回性能和船舶的初稳性高度GM等有关，船速越高，船舶的旋回直径越小，船舶的初稳性高度越低，定常外倾角越大。船速大于30kn的高速船，定常外倾角可达120140。当船舶在旋回中一旦产生较大的外倾角时，切忌急速回舵或操相反舷舵.5)旋回时间它与船舶的排水量有密切关系，排水量大，旋回时间增加。万吨级船舶快速满舵旋回一周约需6min，而超大型船舶的旋回时间则几乎要增加一倍。三、影响旋回圈大小的因素旋回圈的大小与船型、舵面积、所操舵角、操舵时间、载态、水深、船速、船舶的纵倾和横倾、螺旋桨转速等密切相关。另外，受风、流的影响，旋回圈的大小也有很大变化。1 方形系数Cb 船舶的方形系数越大，船舶的旋回性越好，旋回圈越小。2船体水线下侧面积形状及分布船首部分分布面积较大者或船尾比较瘦削的船舶，旋回性较好，旋回圈较小，但航向稳定性较差；而船尾部分分布面积较大者，旋回性较差，旋回圈较大，但航向稳定性较好。3舵角 对于不同的船舶，随着舵角的减小，旋回初径的增加率是不一样的，其中舵的高宽比小的船舶，其旋回初径的增力n率较大。4操舵时间操舵时间主要对船舶的进距影响较大，进距随操舵时间的增加而增加，而对横距和旋回初径的影响不大，旋回直径则不受其影响。5舵面积比 拖船为l20125，渔船为130140，高速货船为135140；大型油船一般仅为165175，一般货船为l45160。6船速船舶在旋回中所受到的舵力转船力矩、旋回阻矩等，均略与船速的平方成正比，所以船速对旋回初径表现不出什么影响。然而，当船速低至某一程度，船舶旋回初径将有逐渐增大的趋势。7吃水 纵倾状态相同，吃水增加时，旋回进距增大，横距和旋回初径也将有增加。8吃水差 尾倾增大，旋回圈也将增大。对于Cb二08的船舶，若尾倾增大量为船长的1，旋回初径将可增加10左右，对于Cb=o6的船舶，若尾倾增大量为船长的1，旋回初径将可增加3左右。这也说明方形系数越大的船舶，当尾倾增加时，旋回初径增加得越多。总的看来，空载与满载时的旋回初径及横距相差无几，只是满载时旋回的进距较轻载时大一些。9横倾 1）低速时，推力一阻力转矩首波峰压力转矩，推首向低舷侧偏转。2）高速时，首波峰压力转矩推力一阻力转矩，推船首向高舷侧偏转。10 浅水影响 横向阻力明显增大，漂角明显下降，在浅水中的旋回圈明显增大。当水深吃水比小于2时，旋回圈有所增大(特别是对高速船而盲)；当水深吃水比小于15时，旋回圈明显增大；当水深吃水比小于12时，旋回圈急剧增大。11螺旋桨的转动方向 向左旋回时的旋回初径要比向右旋回时的旋回初径要小一些。但对于超大型船舶而言，这一差别很小。四、旋回圈要素在实际操船中的应用 1旋回初径、进距、横距、滞距和在实际操船中的应用。旋回初径可以用来估算船舶用舵旋回掉头所需的水域；横距可以用来估算操舵转首后，船舶与岸或其他船舶是否有足够的间距；滞距可以用来推算两船对遇时无法旋回避让的距离，即两船对遇时的距离小于两船的滞距之和，则用舵无法避让；而两船的进距之和则可以用来推算对遇时的最晚施舵点。2反移量在实际操船中的应用 第二节 船舶操纵运动方程及船舶操纵性指数一、船舶操纵运动方程I=N（）-N(r)I=a*-b*rIb+r=ab Ib=T;ab=K二、船舶操纵性指数及其意义r=K 0(1-e-tT)=KT 0 e-tT=K 0(t-T+t*e-tT)1K表示船舶旋回性的优劣 K又称旋回性指数(增益常数）。K值实质上是定常旋回中的船舶每单位舵角所能给出的转头角速度值，又称增益常数。该增益越大，则船舶的旋回性能越好。2T表示船舶追随性的优劣T又称追随性指数。T表示转向角加速度向零衰减、转向角速度向定常角速度趋近的周期，而且每经过了的时间均趋近037倍，所以了又称时间常数。该时间越短，则追随性越好。三、K、r指数无因次化数值范围及影响K、T指数的因素 1K、T指数的无因次化数值范围K=K*L/Vs T=T*Vs/L可直接用来比较不同船舶或同一船舶在不同条件下的操纵性优劣及其变化趋势；反过来说，当两船的K、了指数相等时，要使其操纵性能也相同，其 船 长 和 船 速 也 应 相 同。(K,T相 等,比 较K,T;K,T相等,比较K,T)2影响K，T值的因素 船舶的操纵性指数K、T，值是同时减小或同时增大的，即提高船舶旋回性的结果将使其追随性受到某种程度的降低，而追随性的改善又将导致船舶旋回性的某些降低。值得注意的是，当舵角增加时，K、T，值同时减小，但T值减小的幅度要比K值减小的幅度大，因此船舶的舵效反而变好。四、船舶操纵性指数K、T的具体运用 1按K、T指数区分船舶操纵性 2 推定新航向距离DNc 滞距应按下式计算 Re=Vs(T+t1/2)船舶的新航向距离为 3改向中转头惯性角的估算=r0*T1)满载船舶适当地早用舵、早回舵，所操舵角也比较大。2)为提高在浅窄水域中操船的安全度，降低船速是完全必要的。3)尺度较大的船舶，一般说来也具有转头惯性角较大的特点.4)为提高压舵有效性或较为明显地降低转头惯性角，操纵人员应随时注意观察转头趋势，并要牢记，只有采用较大的压舵角，才能有效地降低T.5)压舵角一般可取转向时所操舵角的12。4船舶定常旋回直径D的估算 D=2Vt/K*0第三节 船舶的航向稳定性与保向性 当干扰过去后，偏离原来直航运动的船舶能否自行恢复到原来航线上去(位置稳定)，能否自行恢复到原来的航向上去(方向稳定)，能否较快地稳定在新的航向上，具有新的直线运动(直线稳定)一、航向稳定性 所谓航向稳定性，指的是船舶在受外界干扰取得转头速度r。后，当干扰结束之后在船舶保持正舵的条件下，船舶受的转头阻矩对船体转头运动有何影响，因而船舶转头运动将如何变化的性质。1静航向稳定性 静航向稳定性，指的是船舶受外力作用而稍微偏离原航向，但重心仍在原航向上斜航前进，有关该斜航漂角将如何变化的性能。常常是静航向不稳定的。船舶越是首倾，船体侧面积在船首分布越多，其静航向稳定性就越差。2动航向稳定性当外界干扰过去之后，船舶的转头运动在不用舵纠正的情况下，能尽快稳定于新航向的性质谓之船舶动航向稳定性.稳定得较慢、惯性转头角较大的船舶,其动航向稳定性较差；稳定得较快、惯性转头角较小的船，其动航向稳定性较好；一直转头不停而偏转下去的船，则不具备动航向稳定性。一般所说的船舶航向稳定性指的就是动航向稳定性，即船舶直线运动稳定性。3干扰过去后的船舶惯性转头角 T+r=0r=r0 e-tT具有航向稳定性的船舶，在外界干扰过去后，要使而后的转头角速度因受转头阻矩作用而越来越低并最终衰减为零，从而稳定在一个新航向上，则必须满足其航向稳定性指数T0即了为正值的条件。=r0*T船舶因干扰而造成的偏航角应由干扰的大小(这可由干扰造成的初始转头角速度来确定)和航向稳定性指数了值的大小来决定.二、船舶航向稳定性的判别1根据航向稳定性指数判别 1根据航向稳定性指数判别 船舶航向稳定性指数T0，说明船舶具有航向稳定性，且T值为越小的正数，船舶的航向稳定性越好。航向稳定性指数T0，则说明船舶不具有航向稳定性。船舶追随性好的船舶可以同时判断为航向稳定性好的船舶。2根据船舶的线型系数判别方形系数较低、长宽比较高的船舶具有较好的航向稳定性。三、船舶保向性1船舶保向性的概念 保向性是指船舶在外力作用下(如风、流、浪等)，由舵工(或自动舵)通过罗经识别船舶首摇情况，通过操舵抑制或纠正首摇并使船舶驶于预定航向上的能力。船舶保向性与操舵人员的技能及熟练程度、自动舵、舵机的性能有关。2影响船舶保向性的主要因素 1)船型(1)方形系数较低(2)船体侧面积在尾部分布较多者(3)较高的干舷将降低船舶在风中航行时的保向性。2)载态 (1)轻载较满载时保向性好(受风时另当别论)；(2)尾倾较首倾时的保向性好。3)舵角4)船速5)其他因素第四节 船舶变速运动性能一、船舶的启动性能t=0.004*V0/R0S=0.101*V20/R0满载船舶约需航经20倍船长左右白距离，轻载时约为满载时的1223。二、停车性能 通常以船速降低至能维持船舶舵效的速度(对于万吨级船为2kn左右)为界限来计算船舶的停车冲程和冲时。t=0.00105*V20/R0(1/v-1/V0)S=0.075*V20/R0 log(V0/v)一般停车冲时程820倍船长，超大型超过20倍船长。逐级减速船舶由速度V0降到V1时船舶所航进的距离的估算公式。三、倒车停船性能及影响紧急停船距离的因素1倒车停船性能 船舶在前进三中开后退三，从发令开始到船对水停止移动所需的时间及航进的距离，称为倒车冲时和倒车冲程，其距离又称紧急停船距离或最短停船距离.在关闭油门后，通常要等到船速降至全速的6070、主机转速降至额定转速的2535时，将压缩空气通人气缸，迫使主机停转后，再进行倒车启动。一般情况下，内燃机船约需90120 s；汽轮机船约需120180 s；而蒸汽机船约需6090s。t=0.00089*V0/R0S=0.0121*V20/R0一般中型至万吨级货船的紧急停船距离可达68倍船长；载重量50 000t左右的船舶达810倍船长；载重量10万t的船舶可达1013倍船长；载重量1520万t的船舶可达1316倍船长。船舶在倒车停船过程中船舶重心在原航向上所移动的距离称为制动纵距(headreach)；而在原航向垂直方向上所移动的距离称为制动横距.船首向右偏转的角度较大，制动横距也较大，而制动纵距较短。排水量越大，船首右偏的角度越大。2影响紧急停船距离的因素 1)船舶排水量。2)船速。3)主机倒车功率、转速和换向时间。4)推进器种类。5)船体的污底程度。6)外界条件。四、几种制动方法的比较和运用 1倒车制动法 2大舵角旋回制动法 能使全速倒车的制动纵距恰好等于满舵旋回时的最大纵距的船速，称界限船速，船舶越大，界限船速越低。船速低于界限船速，倒车停船；船速高于界限船速，旋回制动。3蛇航制动法直航中的船舶通过自身操舵、换车、利用强大的船舶斜航阻力和倒车拉力将船制动的方法。适 用于VLCC和ULCC紧急停船的情况。对于方形系数较大的超大型船舶在深水域中航行速度较高时最为有效。优点是：缺点是：4拖锚制动法仅用于万吨级及其以下的船舶，而且抛锚时船舶对地的速度仅限于23kn以下。5拖船制动法 6辅助装置制动 第四节 船舶操纵性试验一、旋回试验包括旋回试验(turningtest)、Z形试验(zigzagmanoeuvretest)、螺旋试验(spiral test)、停船试验(stoppingtest)等。选择无风、流影响，水深不低于3Bd的水域进行(不低于4倍的船舶吃水)；船舶的状态应尽可能取满载状态，无条件者应按适当的压载状态来要求，并应使螺旋桨没水深度符合规定要求，以防空气吸人现象发生。桨轴没入水中的深度不小于螺旋桨直径D的045倍。一、旋回试验目的是求取船舶的旋回要素，其中包括进距、横距、旋回初径、旋回直径、滞距、旋回时间等，以便评价船舶旋回的迅速程度和所需水域的大小，从而判定船舶的旋回性能。进行旋回试验的要领是：1)测试人员就位后 2)在开始旋回前约一个船长的航程范围内 3)下令开始试验时 4)以后，船舶的航向每变化50均应同时记录船舶的运动参数 5)待船舶的航向变化5400时，即可结束试验；在大比例尺海图上连续标绘各个船位点，并把它们圆滑地连接为曲线 测定船舶旋回轨迹的方法有：1 用位于船首尾的经纬仪 2 用雷达定位测定船舶的旋回圈 3使用GPS定位测定旋回圈 二、Z形试验(又称标准操纵性试验)Z形试验的目的是利用Z形试验所测定的数据，求取船舶的操纵性指数K，了，从而评判船舶的旋回性、追随性和航向稳定性等性能。连续进行三次蛇航运动即可结束Z形试验。试验中应准确记录各舵角到位的时间、特征转头角的时间及转头超越角的大小，并据以计算操纵 性指数K、T。通过试验 数据求取K、T，指数的方法如下：这样通过Z形试验就可求得船舶的操纵性指数K、T。将K、T进行无因次化即可得到K、了，从而对船舶的操纵性能作出评价和比较。三、螺旋试验 螺旋试验包括正螺旋试验和逆螺旋试验两种，螺旋试验的目的是判定船舶航向稳定性的好坏。正螺旋试验是指求取船舶操某一舵角时船舶所能够达到的定常旋回角速度的试验方法。r一在环形范围内具有多值对应关系，则说明该类船舶在环形范围内不具备航向稳定性。大型船舶的环形的舵角范围宽度大于200时，操纵就感到困难。逆螺旋试验是指求取为使船舶达到某一旋回角速度而需操的平均舵角的试验方法。其试验方法与正螺旋试验正好相反。四、停船试验第六节 IMO船舶操纵性衡准的基本内容第二章 车、舵、锚、缆、拖船在操船中的运用第一节 螺旋桨的作用一、船舶阻力与螺旋桨的推力1船舶阻力基本阻力R。与附加阻力 R两个部分 R=R0+R基本阻力由摩擦阻力、涡流阻力和兴波阻力构成。R0=Rf+Rr=Rf+Re+Rw基本阻力的大小与船舶吃水、船速密切相关。附加阻力由污底阻力、附体阻力、空气阻力和汹涛阻力组成；R=RF+RA+RX+RR空气阻力仅占总阻力的24。二、螺旋桨的推力和转矩滑失 S；滑失比 Sr;虚滑失S和虚滑失比Sr。对于给定的船舶在给定的状态下，螺旋桨的推力和转矩的大小主要取决于螺旋桨的转速和螺旋桨的滑失比。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；当螺旋桨的转速一定时，船速越低，螺旋桨的滑失比越大，螺旋桨的推力和转矩也越大；当船速为零时，螺旋桨的推力和转矩达到船舶前进中的最大值。船舶在大风浪中或浅窄水域航行时，螺旋桨的滑失比增大，也容易使船舶主机超负荷工作。同转速、船速下的倒车给出的拉力较进车给出的推力为低，仅为进车推力的6070左右，大型船舶就更小，只有30一40左右。螺旋桨没入水中的深度对螺旋桨的推力和转矩也有较大的影响。当螺旋桨处的伴流增加时，螺旋桨的滑失比增加，提高螺旋桨的推力，从而提高了螺旋桨的推进效率。但伴流降低了舵处的来流速度，因而降低了舵效。二、主机功率和船速1主机功率主机功率主要有以下几种：1)机器功率(MachineryHorsePower)MHP(1)指示功率(1ndicatedHorsePower)IHP(2)制动功率(BrakeHorsePower)BHP(3)轴功率(ShaftHorsePower)SHP2)(螺旋桨)收到功率(DeliveredHorsePower)DHP3)推力功率(ThrustHorsePower)THPTHP=T*Vp4)有效功率(EffectiveHorsePower)EHPEHP=R*Vs2各功率之间的关系螺旋桨收到功率DHP与机器功率MHP的比值称为传递效率，其值通常为095098。有效功率EHP与收到功率DHP之比称为推进器效率，该值约为060075。有效功率EHP与主机机器功率MHP之比称为推进系数，该值约为0507。这就是说，主机发出功率变为船舶推进有效功率后已损失了将近一半。3船速分类 1)额定船速可供海上长期使用的最大功率，就是该主机的额定功率主机稳定的转速称为主机的额定转速nH船舶在平静的深水域中取得的船速称为额定船速2)海上船速通常为额定功率的90；相应的海上常用主机转速，nH则为额定转速的9697。主机按海上常用输出功率、常用转速运转时，在平静深水域中取得的船速即为海上船速。3)港内船速一般港内的最高主机转速约为海上常用转速的7080左右。微进时的主机输出功率和转速，是主机可以输出的最低功率和最低转速。通常港内“后退三”时的主机转速约为海上常用转速的6070。4船速与主机燃油消耗的关系R2/3 vs2MHP 2/3 Vs3单位时间内主机燃油的消耗C。=K。2/3 Vs3单位时间内的主机燃油消耗与船速的立方成正比CD=C0*Dvs=K。2/3 Vs2D当船舶排水量不变时，则航行一定航程D所消耗的燃油的总量与船速的平方和航行的航程D成正比。(1)当所要求航行的航程一定时，整个航程中主机燃油消耗的总量与船速的平方成正比，船速越高，所消耗的燃油越多；(2)若消耗的燃油相同，则这些燃油所能航行的航程与船速的平方成反比，船速越高，所能航行的航程越短。所谓的经济航速是指能使船舶费用和燃料费用之和即运输成本达到最低的航速，其中船舶费用包括船舶折旧费、保险费、船员费用、修理费、港口使费、润滑油费用等。Gb=b*Cvs整个航程D中的燃料费用Ga为Ga=a*CD=a*K。2/3 Vs2D=a K Vs2D 船舶总的运输成本G为：G二Ga+Gb=a K Vs2D+b*Cvs船舶运输成本最小的经济航速dGdvs=0vE=3b(2ak)柴油机经济航速时转速=80901螺旋桨横向力1)螺旋桨沉深横向力（上小，下大）该力推尾向右，船首左偏；倒车时相反，推尾向左，船首右偏。hD065075时 2)伴流横向力（上大，下小）伴流横向力推尾向左，首右偏；船舶在前进中倒车时，则相反，伴流横向力推尾右，船首左偏。船速越高时，上下伴流的速度差就越寸大。（伴流横向力均是一个较小的量）3)排出流横向力推尾向左，船首向右偏转。排出流横向力当船速较低时在螺旋桨横向力中是一个比较大的量，尤其是船舶在轻载 状态下。4)推力中心偏位（吸入流）船首左偏。（较小）对于可变螺距螺旋桨(CPP)单桨船而言，为了使其在：操纵中与右旋固定螺距单桨船的致偏作用一致，常常采用左旋式。对于双车船而言，为了充分发挥螺旋桨致偏作用在操纵中的有效性，固定螺距螺旋桨双车船多采用外旋式，而可变螺距螺旋桨双车船则多采用内旋式。螺旋桨的各致偏作用也与上述转船力矩的方向相一致，有利于船舶掉头。2右旋固定螺距螺旋桨(FPP)单桨船的偏转趋势1)静止中的船舶正舵进车时的偏转低速偏左，高速不定，服从舵效。2)前进中倒车时的偏转趋势高速不定，有舵效，低速偏右。3)静止中正舵倒车时的偏转特性低速偏右，高速才有舵效。（后退中的舵力，一般仍不能制止船首向右偏转。）4)左、右满舵全速旋回的比较无风流条件下，一般说来右旋定距桨单桨船，其左旋回直径较右旋回直径为小，原因是：(1)吸人流造成的推力中心偏位有利于船舶左转。(2)向左旋回时，左侧车叶由下而上旋转，因伴流、吸人流的影响，不易失速，空气吸人空泡现象不易发生，因而较右转时有较强的舵力。3 致偏作用的运用实例(右旋固定螺距螺旋桨单桨船)1)向右就地掉头2)自力靠码头操纵中的应用3)系靠单浮或单点系泊中的应用 四、侧推器的使用首推器发挥作用的航速应 控制在4Kn以下。第二节 舵的作用一、舵力及舵力转矩1舵的正压力和舵力转船力矩 当占450时，舵力转船力矩为最大值。在转头初期，若取方：450，则系数屡值常会减小，且阻力增加机功率也需增所以一般船舶多取350为极限舵角；而超大型船舶则往往取400作为极限舵角。漂角而产生的船体水动力力矩也是促使船舶颠回的原因。尾靠2使舵力减小的流体现象1)失速现象升力系数骤然下降的舵角称之为临界舵角。临界舵角的数值大小，它与舵的高宽比即纵横比密切相关（成反比）。一般船舶配舵的高宽比多在1419之间，厚宽比多在012018之间其失速时的临界舵角约与船后舵满舵旋回中的有效舵角相当。2)空泡现象（汽化压力）3)空气吸人现象二、船尾舵的性能 1舵与船体之间的相互干扰 产生了左右的压力差，这相当于增加了船尾舵的舵力。另外，船体和舵之间是相互干扰的。船体和舵之间的相互干扰的结果将使船尾舵的舵力比单独舵的舵力提高约2030，而且船尾的钝材越大，舵与船尾的间隙越小，这种效果越显著。2伴流与排出流的影响1)伴流及其影响 正伴流负伴流 摩擦伴流、势伴流和兴波伴流。船舶在前进中，伴流的大小与厚度自船首至船尾逐渐扩大，船首处为零，而最大值位于船尾附近；船舶在后退中，则船尾的伴流为零。由于船尾处伴流的方向与船舶的前进方向一致，因此伴流降低了舵叶对水的相对速度，从而导致舵力的下降。舵处的来流速度VR为：VR=（1-）Vs为伴流系数，其值大约在025040左右 考虑伴流影响后的舵的正压力为 PN=5762AR(1-)2Vs2sin (228)对于方形系数CA较高的肥大型船舶而言，其伴流系数可达到040。这样，由于伴流的影响，舵的正压力要下降60左右，即受伴流影响后的舵的正压力只有敞水中舵的正压力的40左右。对于双车船，舵的正压力也将减小50左右。2)排出流的影响 对于单车船，流速平均增加船速的50左右，使得舵的正压力为单独舵的25倍左右；对于双车单舵船，因为舵不在螺旋桨排出流的正后方，受不到它的影响，所以不能指望增加舵的正压力。螺旋桨的滑失比越大，排出流增速也越大。舵的正压力的增加与螺旋桨滑失比的15次方成正比。3)伴流、排出流的综合影响 对于单车单舵船，由于伴流影响，其舵力将降至单独舵舵力的一半以下，但排出流的有和影响则几乎可以抵消伴流的不利影响，因此船尾舵的正压力大致相当于单独舵的正压力。对于双车单舵船，由于舵设置于双车的居中位置，伴流影响虽与单车单舵船相差不多，使舵的正压力下降4060，但排出流对舵的正压力几乎没有影响，因此船尾舵的正压力只有单独舵的正压力的4060。对于双车双舵船，因其排出流的有利影响远超出伴流的不利影响，舵效较好，对操纵较为有利。船尾舵正压力的表达式：舵的正压力与舵角、船速、伴流以及螺旋桨滑失比等因素有关。在操船中，常常采用减小伴流、提高螺旋桨滑失比而提高排出流的速度等方法来增加舵力及舵力转船力矩，从而提高舵效。3船舶旋回中的舵力降低 一方面由于旋回中的降速，舵处的来流速度下降，导致舵力下降；另一方面由于船舶在旋回中舵处的有效冲角减小(即有效舵角减小)导致舵力下降。一般情况下，所操舵角为350时，有效舵角会减小100130，因此，为了确保350时应有的旋回力矩，获得足够的舵效，大型船舶常以400作为极限舵角。三、舵效及舵效指数的概念及其影响因素 1船舶舵效的概念以及舵效指数=KT0 e-tTKT=kT*L2Vs2直接用K/T，来比较不同船舶之间的舵效的好坏 2影响舵效的因素1)舵角2)舵速3)船舶的排水量4)船舶纵倾5)船舶横倾 6)舵机性能 7)风、流、浅水等外界因素 当风的影响使船首迎风偏转时，船舶迎风转向时的舵效比较好，顺风转向时则舵效较差；船舶在风中顺风偏转时则相反。第三节 锚的运用 一、锚的用途（锚泊用锚、港内操纵用锚和应急操纵用锚）1港内操纵用锚对锚作用力大于锚抓力 1)拖锚制动 2)拖锚靠泊 3)拖锚掉头 4)拖锚倒行 2应急操纵用锚1)搁浅后固定船体或协助脱浅 2)海上漂滞用锚 二、操纵用锚的抓力及拖锚淌航距离的计算 1操纵用锚的抓力锚既要有一定的抓力，又要保证锚在海底被拖动，一般来说，出链的长度应控制在水深的25倍左右，如水深为10m，可采用出链1节落水或1节甲板。2拖锚淌航距离的计算 12mV2=PaS S=0.0135V2kPa万吨左右的船舶，2kn余速拖单锚，3kn余速拖双锚，拖锚淌航距离在接近满载时将大致接近于船长；2kn余速拖双锚、15 kn余速拖单锚，前者较后者略短，两者均接近05倍船长。由此可见，在通常情况下进入泊位，余速约控制在1520kn之内，拖单锚制动是适当的；若余速稍快，则可考虑拖双锚制动，这比拖单锚增加出链长度要稳妥一些。3操纵用锚注意事项 三、单锚泊时的锚泊力及保证锚泊安全所必要的出链长度 1锚泊力 P=Pa+Pc=aWa+cWcl2锚的抓力系数（主要取决于锚型、海底底质、锚的抓底姿势和锚链的出链长度）Pa=aWa+bAa(1)对于AC一14型这类大抓力锚，底质优劣顺序应为：泥、砂底、砂砾、软泥(2)对于霍尔锚这一类锚，底质优劣顺序应为：砂底、泥、砂砾、软泥当锚在海底被拖动2倍锚长左右时，锚爪开始抓土，锚的抓力将达到最大值，而后将保持该值，约为35倍的锚重，这种姿势称之为稳定抓底姿势 当锚在海底被拖动56倍锚长时，自转角将达45左右，锚抓力急剧下降当锚在海底被拖动910倍锚长时，抓力顿失，仅剩下锚与海底的摩擦力 3)抓底姿势 锚在海底被拖动2倍锚长左右时，锚爪开始抓土，锚的抓力将达到最大值，而后将保持该值，约为35倍的锚重，这种姿势称之为稳定抓底姿势。锚在海底被拖动56倍锚长时，自转角将达450左右，锚抓力急剧下降；当自转角到达900左右时，自转加快，抓力继续下降；当锚在海底被拖动910倍锚长时，自转角将达1800，锚爪将上翻出土，抓力顿失，仅剩下锚与海底的摩擦力，船舶处于走锚状态。对于有杆锚抓力比较稳定。4)出链长度和水深锚杆仰角对抓力系数的影响锚杆仰角50，抓力系数减小1/4；150 时减小1/4。3锚链的抓力系数c4.悬链长度S=y(y+2Toc)5保证锚泊安全所必要的出链长度P=Pa+Pc=aWa+cwclTolc y(y+2Toc)+(To-aWa)cwc风速 20m Lc=3H+90(m)风速 30m Lc=4H+145(m)1.第四节 缆的运用（1）首缆或头缆(2)首横缆或前横缆(3)首倒缆或前倒缆(4)尾缆(5)尾横缆或后横缆(6)首倒缆或前倒缆 一、靠泊时带缆的先后顺序1一般情况下带缆的顺序 如果码头较短，头缆缆桩在岸上较远处，一时难以带上，可在内舷稍后处的带缆孔出一根领水缆，暂起同样作用。靠泊时一般应先船首带缆，后船尾带缆，船首则应先带头缆，而后带倒缆和横缆。2吹开风或吹拢风较强时的带缆顺序 有吹开风或吹拢风较强时，一般先带首横缆，五条件时也可将头缆和前倒缆同时带上，并尽快收紧。这样带缆的目的在于，吹开风时可以防止船首被吹开而陷入被动；吹拢风时码头后，又可防止船尾被风压拢过快而触碰码头。3尾部出缆先后顺序1)船舶重载、顶流较强时，为防止船身后移，应先带尾倒缆，然后带尾缆和横缆。2)如流较弱而风从船尾来且风力较大时，则以先带尾缆为好，然后再带尾倒缆和横缆。3)如空载、吹开风较强时，则宜先带尾横缆，以便尽快将船尾绞拢。二、离泊用缆 、1做好离泊前的准备工作2备车完毕后的离泊单绑船首应留外（内）档头缆及前倒缆各一 3 离泊时倒缆的运用尾离前，前倒缆应选择强度大，质量好的缆绳，尽可能地将其带于贴靠码头边，而又接近船中部的缆桩上。尾离一般适用中小型船舶。4 溜缆 离泊时，船首或船尾的最后一根缆绳，有时用来阻滞船首、船尾的偏转，或控制船身的前冲后缩，需将其一时溜出、一时刹住的操作，这根缆的操作俗称溜缆。溜缆使用的缆绳一般只使用钢丝缆，尼龙缆易在溜出过疆中烧损。缆溜出速度不宜快而宜慢，一次溜出不宜长，甲板上应将溜出的缆绳理顺，以防纽结而溜不出或造成断缆。三、绞缆移泊 四、系泊用缆的注意事项 1、停泊中各缆绳应受力均匀。2操纵中防止产生缆绳突然受力现象。3尽量减小磨损。4、使用角度应适当。5缆绳挽桩要牢固。6系离浮筒时系解缆问题。7当风流影响大而波浪的影响较小时，船的移动量较小，应使用足够强度的钢丝缆把船系牢；但当波浪影响明显时，系得过牢反而不好，此时系缆应选用伸长率较大的纤维缆为好。8对于大型船舶而言，在使用缆绳时还应注意：各缆绳的弹性系数应相似(即缆绳的种类、粗细和材质应相同或相似)；带缆应该对称；当靠泊中某一条缆绳绷断时应及时补带上，并增加带缆的数量，以防其他缆绳绷断。9增加系缆时，应尽可能使用同材质同直径的缆绳，并尽量调整至同样受力状态。但由于实际上很难使之均等，增加带缆的系泊力，一般从第三根缆算起只能按一半的破断强度计算。钢丝缆与合成纤维缆应避免并用。第五节 拖船的运用一、拖船的种类及其特性1港作拖船的种类ZP拖船和VSP拖船的操纵性能比较好，ZP拖船每100马力所能给的拖力为最大，CPP拖船的耐波性能最差，有时拖力可下降一半，FPP拖船的性能最差。二、几种常见的使用拖船情况 1协助大船掉头 2吹开风较大时协助大船靠拢码头 3吹拢风时协助大船离泊 4吹拢风靠泊时用拖船提尾以阻滞过快地向码头轧拢。5拖无动力船三、拖船的使用方式及带缆 1 吊拖应使拖缆有最小的俯角，一般情况下应小于150即拖缆长度应大于被拖船拖缆出口至水面高度的4倍，即使被拖船拖缆出口至水面的高度很低，拖缆也不应少于45m。实用上一般为拖船长度的2倍左右。2、顶推顶推的带缆方式有单首缆、双首缆和紧绑三种。3傍拖一般用钢丝缆4、用作舵船采用ZP或VSP拖轮5、组合拖带四、使用拖船时被拖船的运动规律 1正横拖带静止中大船一端时大船的运动规律为使被拖船具有最大的转矩，拖力作用点远离船舶的重心，同时拖力的方向尽可能与被拖船的首 垂直。若欲使被拖船平稳横移，则拖力作用点应尽 可能在船舶的重心。GP=（0.35)2/GC=0.123L2/GC(1)转心P的位置与拖船所给出的推力或拖力的大小无关P和C点应位于船舶重心G的不同两端(3)GP与GC成反比，两者之积为0123L2 2单拖船斜拖船舶一端时的本船的斜航运动 N(T)=b X GMa X AMT(GMsina-Amcosa)斜航时的合速度方向要较拖力的方向更靠近本船的首尾面方向。3、双拖船以相同的拖力和角度同时拖船舶将沿较拖力方向更靠近本船的首尾面的某一方向斜航4拖船协助前进中的船舶掉转时拖首和顶尾的比较5顶流中单拖船推尾与拖首时本船运动的比较6.本船航行中拖船协助转头的极限速度五、港内操船中需要拖轮的功率和数量六、使用拖船的注意事项1、拖缆及其系带2、倒拖和横拖3、拖船就位良好4、解拖后第三章外界因素的影响第五章特殊水域的操纵