船舶操纵课件--第2章 操纵手段的作用及其运用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,船舶操纵课件,*,第二章 操纵设备的作用及其运用,操纵设备包括车、舵、锚、缆、拖轮等。,熟悉车、舵、锚、缆、拖船的作用及其运用的知识。,4/9/2026,船舶操纵课件,第一节 螺旋桨的作用,一、船舶阻力与推力,二、滑失和船速,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,四、双车船的螺旋桨横向力,五、侧推器的使用,4/9/2026,船舶操纵课件,根据运动方程，其作用于,X,轴方向的力为：,其中,X,（,T,R,），,T,为推力，,R,为阻力。,船舶作直航运动时，,vr,=0,，则：,船舶作直航运动时，加速度,0,，则：,一、船舶阻力与推力,4/9/2026,船舶操纵课件,1.,船舶阻力,R,船舶阻力由两部分组成：,R,R,0,R,其中：,R,0,为基本阻力，,R,为附加阻力。,（,1,）基本阻力,R,0,基本阻力由下列几部分组成：,R,0,R,f,R,e,R,w,其中：,R,f,为摩擦阻力：由船体与水之间的摩擦引起的阻力。,R,e,为粘性阻力：由船体前后压力差引起的阻力。,R,w,为兴波阻力：由船兴波引起的阻力。,一、船舶阻力与推力,4/9/2026,船舶操纵课件,基本阻力与船速之间的关系,对于给定的船型，基本阻力的大小与吃水、船速有关，即：,R,(d,v,),由图可见：,当,d,一定时，船速,V,增加，,R0,也增大；,当,V,一定时，吃水,d,增加，,R,0,也增大；,由图还可以看出：低速时，,R,0,随船速,V,呈线性变化；高速时，,R,0,随船速,V,呈非线性变化，且需要的推力越大。,一、船舶阻力与推力,4/9/2026,船舶操纵课件,（,2,）附加阻力,R,R,1,R,2,R,3,R4,其中：,R,1,为污底阻力：由船体湿水部分上的海生物引起的阻力。,R,2,为,附体阻力：由螺旋桨、舵等船体上的附体引起的阻力。,R,3,为空气阻力：船体水上部分受到的空气作用引起的阻力。,R,4,为波浪阻力：船体水下部分受到波浪作用引起的阻力。,一、船舶阻力与推力,4/9/2026,船舶操纵课件,2,、船舶推力,船舶推力是指螺旋桨通过主机驱动，推水向后，水对螺旋桨的反作用力在船舶首尾方向的分量。倒车时，船舶首尾方向的分量称为拉力。,(1),推力的大小,对于给定的螺旋桨，其推力的大小为：,T,(n,v,),一、船舶阻力与推力,4/9/2026,船舶操纵课件,其中,:,tp,为推力减额系数,wp,为桨处伴流系数,Dp,为螺旋桨的直径,n,为主机转速,为桨的进程角,CT,、,CQ,为试验系数,以下式给出,:,式中：,A(k,),、,B(k,),、,C(k,),、,D(k,),分别为桨叶数、螺距比、盘面比的函数。,一、船舶阻力与推力,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、吸入流与排出流,（,1,）吸入流,流向螺旋桨的流称为吸入流。其特点是：范围大；流速慢；流线平行。,（,2,）排出流,离开螺旋桨的流称为排出流。其特点是：范围小；流速快；流线旋转,（,3,）排出流在操纵中的应用,可利用排出流的特点增加舵效。,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,2,、滑失的概念,（,1,）滑失,螺旋桨在固体中旋转时，旋转一周，前进的距离为一个螺距,P,，旋转,n,周，前进的距离为,nP,。但是，螺旋桨在水中运动时，由于船速和,nP,不等，因此，就产生一个差值。,定义：,螺旋桨的理论进速,nP,与实际进速,Vp,之差称为滑失,S,，既：,S,nP,Vp,其中,Vp,Vs-,p,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,（,2,）滑失比,定义：螺旋桨的滑失,S,与理论进速,nP,之比称为滑失比,Sr,，既：,滑失与滑失比中的螺旋桨进速,Vp,若用船速,Vs,代替，得出的结果分别称为虚滑失或虚滑失比。,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,(3),滑失在操纵中的应用,由此可见，滑失是衡量螺旋桨推进效率的重要指标。滑失越大，螺旋桨的推进效率越低。它在船舶操纵中有着重要意义：,由滑失的定义可见，对于给定的螺旋桨，滑失与船速有关，而船速与船舶的阻力有关，阻力越大，船速越低，滑失越大。因此船舶污底越严重、遭受的风浪越大，滑失也越大。,反之，可利用螺旋桨的滑失提高船舶的舵效（在较小的距离内转过较大的角度）。,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,3,、船速的分类,在一定范围内，螺旋桨转速,n,越高，船速,V,越大。但是，对于给定的船舶主机，其转数的提高不是无限的一旦超出这个范围，主机将超负荷运转，最终可能损坏主机，因此不得不对船速作出一定的限制。,（,1,）额定船速,（,2,）海上船速（,Sea Speed,）,（,3,）港内船速（,Harbour,Speed,）,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,（,1,）额定船速,新船验收后的主机，可供海上长期使用的最大功率称为额定功率,NH,，与其相对应的转数称为额定转数,n,H,，该条件下主机发出的转矩称为额定转矩,QH,，相应的船速称为额定船速,V,MAX,。,定义：在深水中，在额定转速下船舶所能达到的最大静水船速称为额定船速,V,MAX,额定船速随着船舶老化和主机的使用年限逐步降低。,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,（,2,）海上船速（,Sea Speed,）,由于海上的情况多变，船舶的阻力也随之变化，为了保证长期安全航行，需要留有一定的功率主机功率储备，以便在应急时使用。因此，海上长期使用的功率不是额定功率，而是海上功率。,海上功率一般为额定功率的,90,，相应的海上转数为额定转数的,96,97,。,定义：在深水中，主机在海上转数下船舶所能达到的静水船速称为海上船速。,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,（,3,）港内船速（,Harbour,Speed,）,近岸航行，尤其是近港航行，常需备车；港内船舶密集，水深较浅，弯道较多，用舵频繁。为便于操纵与避让和不使主机超负荷，港内航行最高船速也应较海上船速为低，该船速通常由船长和轮机长商定并共同遵守执行。,一般港内的最高主机转速约为海上常用转速的,70,80%,左右。,港内船速与海上船速一样，常按主机输出功率的比例不同而划分为,“,前进三,”,、,“,前进二,”,、,“,前进一,”,之外，尚有,“,微速前进,”,一档；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。,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,（,3,）港内船速（,Harbour,Speed,）,如同前进时港内船速分级一样，在倒车档次中也分为,“,后退三,”,、,“,后退二,”,、,“,后退一,”,等几档。通常港内,“,后退三,”,时的主机转速约为海上常用转速的,60,70%,。,应当指出，在港内或某些内海航区或狭水道，为保证航行安全，根据经验与统计，特别规定了最高限速。如本船所用的港内船速高于该限速时，则应遵照各港内或航区的有关规定执行。,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,4,、船速的测定,二、滑失和船速,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、沉深横向力,2,、伴流横向力,3,、排出流横向力,4,、船舶不同运动状态下螺旋桨致偏作用的综合分析,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、沉深横向力,（,1,）沉深的概念,h,为沉深,h/D,为沉深比,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、沉深横向力,（,2,）沉深横向力的产生机理,螺旋桨上下叶水动力差异,由于上下叶所处的深度不同，当螺旋桨转动时，上下叶所受的转力不同，,Q1Q2,因此产生横向力。,空气吸入,当沉深比,0.5,时，上叶有空气吸入，则其所受的转力小，而下叶大，因而，产生横向力。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、沉深横向力,（,3,）沉深横向力的产生条件,当,h/D0.65,时，螺旋桨沉深横向力明显增大。,（,4,）沉深横向力的方向,对于右旋螺旋桨，进车时，首向左；倒车时，首向右。,对于左旋螺旋桨，进车时，首向右；倒车时，首向左。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,2,、伴流横向力,（,1,）伴流的概念,定义：运动中的船体附近的水受到船体运动的影响产生一种追随运动的水流称为伴流。,伴流的分类,摩擦伴流：由于水和船体之间的摩擦而产生的伴流；,势伴流：由于船体运动，船体周围压力场的变化产生的伴流；,伴流的分布特点,沿,X,轴方向：船首小，船尾大。即螺旋桨附近伴流大；,沿,Y,轴方向：左右对称，离船越远越小；,沿,Z,轴方向：上大下小。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,2,、伴流横向力,（,2,）伴流横向力的产生机理,由图可见：,Vp,Vs,p,则，叶因素的攻角,为：,为螺距角（常量），攻角越大，转力也越大。由于伴流沿,Z,轴方向的分布是上大下小，上下叶的攻角不同，其转力也不相同。,p,越大，,V,越小，则，,越大，因此，螺旋桨伴流造成的转力是上叶大，下叶小。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,（,3,）伴流横向力的产生条件,由上述分析可见，如果伴流为,0,，则，螺旋桨上下叶的攻角相同，则，不产生横向力，则，伴流横向力的产生条件为有伴流存在。,（,4,）伴流横向力的方向,对于右旋螺旋桨，进车时，首向右；倒车时，首向左。,对于左旋螺旋桨，进车时，首向左；倒车时，首向右。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,3,、排出流横向力,螺旋桨进车时，排出流作用在舵上；,螺旋桨倒车时，排出流作用在船体上；,（,1,）排出流横向力的产生机理,进车时,舵的,X,方向进速为,VRX,在舵叶处由于螺旋桨旋转引起的轴向增速。,倒车时,倒车时，旋转的排出流打在船体尾部。由于船尾形状上大下小，致使上部的攻角大于下部的攻角，则产生横向力。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,3,、排出流横向力,（,2排出流横向力的产生条件,进车时，有伴流存在，就要进车排出流横向力；,倒车时，只要螺旋桨转动就存在倒车排出流横向力。,（,3,）排出流横向力的方向,对于右旋螺旋桨，进车时，首向右；倒车时，首向右。,对于左旋螺旋桨，进车时，首向左；倒车时，首向左。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,螺旋桨产生的船舶偏转总结,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,右旋式,左旋式,进车,倒车,进车,倒车,沉深横向力,首向左,首向右,首向右,首向左,伴流横向力,首向右,首向左,首向左,首向右,排出流横向力,首向右,首向右,首向左,首向左,4/9/2026,船舶操纵课件,4,、船舶不同运动状态下螺旋桨致偏作用的综合分析,以下讨论仅限于右旋单车船,（,1,）静止中进车,空载,低速时，由于,h/D,较小，沉深横向力使首左偏；开始是静止，伴流不存在或较小，则伴流横向力和排出流横向力可忽略。则，综合作用是沉深横向力使船首左偏。,高速时，随着伴流的增大，伴流横向力和排出流横向力逐渐加大，则，综合作用是伴流横向力和排出流横向力克服沉深横向力使船首右偏。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,4,、船舶不同运动状态下螺旋桨致偏作用的综合分析,以下讨论仅限于右旋单车船,（,1,）静止中进车,满载,低速时，由于,h/D,较大，沉深横向力较小；开始是静止，伴流不存在或较小，则伴流横向力和排出流横向力可忽略。则，综合作用是船舶几乎不偏转。,高速时，随着伴流的增大，伴流横向力和排出流横向力逐渐加大，则，综合作用是伴流横向力和排出流横向力使船首右偏。,由于是进车，舵效较好，则，无论怎样偏转，都可用舵克服。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,（,2,）静止中倒车,空载,由于,h/D,较小，沉深横向力使首右偏；开始是静止，伴流不存在或较小，则伴流横向力可忽略；排出流横向力使船首右偏。则，综合作用是沉深横向力和排出流横向力使船首右偏。,满载,由于,h/D,较大，沉深横向力可忽略；开始是静止，伴流不存在或较小，则伴流横向力可忽略；排出流横向力使船首右偏。则综合作用是排出流横向力使船首右偏。,由于是倒车，舵效较差，则，无论怎样偏转，都不可用舵克服。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,（,3,）前进中倒车,空载,高速时，由于,h/D,较小，沉深横向力使首右偏；伴流较大，伴流横向力使船首向左；倒车排出流横向力使首右偏，则，综合作用是沉深横向力和排出流横向力克服伴流横向力使船首右偏。,低速时，伴流逐渐减小，则伴流横向力可忽略；沉深横向力和排出流横向力使首右偏。则，综合作用是沉深横向力和排出流横向力使船首右偏。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,（,3,）前进中倒车,满载,由于,h/D,较大，沉深横向力可忽略。,高速时，伴流较大，伴流横向力使船首向左；倒车排出流横向力使首右偏，则，综合作用是伴流横向力和排出流横向力使船首偏转不定。,低速时，伴流逐渐减小，则伴流横向力可忽略；排出流横向力使首右偏。则，综合作用是排出流横向力使船首右偏。,由于是倒车，舵效较差，则，无论怎样偏转，都不可用舵克服。,三、螺旋桨的致偏效应及其运用,4/9/2026,船舶操纵课件,双车船可分为外旋式和内旋式两种：,当双车转向相反时，螺旋桨横向力合力为,0,；,当双车转向相同时，螺旋桨横向力合力不为,0,；,在双车船一进一退进行旋回时，螺旋桨横向力影响见下表,:,注：表中指船首的偏转方向。,对于外旋式：在伴流较小时，沉深横向力有助于旋回；,对于内旋式：在伴流较小时，沉深横向力阻碍旋回。,四、双车船的螺旋桨横向力,外旋式,内旋式,向右旋回,向左旋回,向右旋回,向左旋回,右车,左车,右车,左车,右车,左车,右车,左车,沉深横向力,向右,向右,向左,向左,向左,向左,向右,向右,伴流横向力,向左,向左,向右,向右,向右,向右,向左,向左,排出流横向力,向右,向左,向右,向左,向左,向右,向左,向右,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、侧推器的工作原理,侧推器安装在船首（首侧推）或船尾（尾侧推），由电动机带动螺旋桨产生横向力，进而产生转船力矩。其速度一般为,2,3,档，在驾驶台用手柄控制。,2,、侧推器在操纵中的应用,侧推器的作用与船舶速度有关，船速越小，其作用越大，随着船速的增加，其作用逐渐降低。,例如：,船速,3,节,8,节,转船力矩（与舵）,/,单独舵转船力矩,3.5 1.28,五、侧推器的使用,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、舵压力及舵压力转船力矩,2,、船、桨、舵之间的综合影响,3,、舵效及舵效指数的概念及其影响因素,第二节 舵的作用,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、舵力的概念,由机翼理论可知舵的水动力特征。,水流以,角冲向舵时，产生升力,L,和,阻力,D,，其合力,R,分为法向力,F,和切向力,A,。,我们称法向力,F,为舵力。舵力,F,的大小可用,下式求得：,其中：,AR,为舵面积；,VR,为舵速,C,为舵力系数，其大小可用经验公式计算：,其中，,为舵的展舷比,一、舵压力及舵压力转船力矩,R,F,D,L,A,4/9/2026,船舶操纵课件,2.,舵力转船力矩,其中,N,R,为舵力转船力矩，其大小,与舵力、舵角等因素有关。,一、舵压力及舵压力转船力矩,G,x,R,4/9/2026,船舶操纵课件,1.,船体舵力的影响,（,1,）有效进速,船后伴流降低了舵与水的相对速度。虽然伴流有三个分量，但一般只有,X,方向分量对舵影响较大。舵处的来流速度可表示为：,VR,VS,R,其中,R,为舵处的伴流速度，其大小比螺旋桨处伴流的还要大。,二、船、桨、舵之间的综合影响,4/9/2026,船舶操纵课件,1.,船体舵力的影响,（,2,）有效攻角,船舶曲线运动时，船尾舵处的几何漂角为：,则船舶作定常旋回时舵处的舵的攻角为：,为拉直效应系数。,由此可见，由于船体的影响，使舵的攻角减小，从而使舵力减小。,二、船、桨、舵之间的综合影响,4/9/2026,船舶操纵课件,2.,螺旋桨对舵力的影响,舵处于螺旋桨之后，桨后排出流的轴向部分增加了舵的进速，横向部分还增大了舵的攻角。,二、船、桨、舵之间的综合影响,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、舵效的概念,操单位舵角后，船舶航行一个船长距离时，取得转向角的大小的效能称为舵效。,2,、舵效指数,其物理意义：操单位舵角后，船舶航行一个船长距离时，按一阶模拟得到的转向角的变化值。,三、舵效及舵效指数的概念及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,3,、影响舵效的因素,（,1,）舵角的影响,一般舵力越大，舵效越好。舵力大小与舵角有关，舵角越大，舵效越好。,（,2,）舵速影响,一般舵力越大，舵效越好。舵力大小与舵速有关，舵速越大，舵效越好。,（,3,）排水量影响,舵效与船舶转动惯量有关，惯量大,(,排水量,),越大，其,T,值越大,(T=1/N),，,P,值越小，舵效越差。换言之，转动惯量越大，船舶不易控,制。,三、舵效及舵效指数的概念及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,3,、影响舵效的因素,（,4,）纵倾、横倾的影响首倾比尾倾舵效差；横倾时，向低舷转向比向高舷转向舵效差。,（,5,）转舵速率的影响,转舵越快，舵效越好，反之，越差。,（,6,）外界因素的影响（风、流、浅水等）,顺风、顺流舵效比顶风、顶流舵效差；浅水中，由于船舶旋回阻尼力矩比深水中大，因此，浅水中舵效比深水中差。,三、舵效及舵效指数的概念及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,一、锚的用途,二、锚抓力及其影响因素,第三节 锚的运用,4/9/2026,船舶操纵课件,1,、操纵中用锚,（,1,）制动用锚,（,2,）拖锚调头,（,3,）拖锚倒航,（,4,）抛开锚,（,5,）脱浅用锚,（,6,）应急用锚,2,锚泊用锚,一、锚的用途,4/9/2026,船舶操纵课件,锚的抓力实质上就是锚与海底的摩擦力。锚在海底运动时产生的摩擦力称为动摩擦力或动抓力；锚在海底静止时产生的摩擦力称为静摩擦力或静抓力。,1,、操纵用锚的抓力,操纵中用锚时，锚多数是运动的，因此，其抓力是动摩擦力或动抓力。动抓力的大小可通过拖锚试验获得。,（,1,）影响锚的抓力的因素,试验表明，锚的抓力,Pa,可表示为：,Pa,(AS,，,Wa,，,h,，,La,，,FB),其中：,AS,锚型,Wa,锚重,h,水深,La,出链长度,FB,底质,二、锚抓力及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,（,2,）操纵用锚的抓力系数,由试验获得的抓力可用动抓力系数来表示：,上式中的锚重,Wa,为水中锚重，,Wa,（水中）,0.87Wa,（空气中）,由于锚的抓力与很多因素有关，因此，很难给出通用的结果。,一般情况下，当地质为泥沙时，一般锚的动抓力系数如下：,二、锚抓力及其影响因素,L,a,/h,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,0.76,1.16,1.60,2.00,2.40,4/9/2026,船舶操纵课件,（,3,）操纵用锚的抓力计算,（,4,）拖锚淌航距离的估算,船舶在低速情况下，用锚的动抓力停船是操纵中常用的方法。拖锚停船距离通常是通过试验获得，在试验条件有限的情况下，也可以用近似公式进行估算。,船舶拖锚过程中，船舶由船速,V0,降为,V1,时，根据动能定理得拖锚淌航距离,ST,的计算公式：,二、锚抓力及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,静水中，在余速为,3,节以下时，假定拖锚过程中，假定锚的抓力为常量；忽略船舶阻力,R,和船舶的附加质量,mx,，将,m,用排水量代替，则，船舶由船速,V,降为,0,时，上式简化为：,式中，,为船舶质量（,t,）；,V0,为抛锚时船舶的余速（,kn,）；,Pa,为拖锚时锚的抓力（,t,）；,S,为拖锚淌航距离（,m,）。,二、锚抓力及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,例：某轮排水量,13500,吨，船长,135m,，锚重,5t,，静水中靠泊余速,3kn,，抛单锚拖锚淌航,45m,后，又抛出另一锚制速，若双锚均出链一节入水，两锚的抓力均以水中锚重的,2,倍计算，试求全部拖锚淌航距离。,解：,.,将质量,m,=13500,吨，船速,v,=3,0.514m/s,，拖锚时锚的抓力,Pa,=5,9.81,0.87kN,分别代入，可解得全部拖锚淌航距离,S,为,116.6m,。,二、锚抓力及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,（,5,）操纵用锚注意事项,拖锚制动仅仅适用于万吨级及以下的中小型船舶，且船舶对地的速度也仅限于,2,3kn,以下。大型船舶则很少采用，而多采用拖轮制动。,及时备锚，做到抛得出，刹得住。进入狭水道或进港前，要及早备锚，先用锚机将锚放至接近水面处，刹紧刹车，松掉离合器。备锚要双锚都做好抛出的准备，当接到船长的抛锚命令后，只要松开刹车就能立即将要抛的锚抛出。出短链拖锚制动时，所需的链长应一次抛出，立即刹牢。否则，边刹边松，不易刹住，并将影响整个操纵计划的实施。,二、锚抓力及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,锚链已经吃力时，松链要十分注意，一次不要松的太多，否则由于抓力突增较多，不容易刹住。,在港内或狭水道，应注意有关禁锚区的规定，以防损坏海底电缆、管道等设施。,当发现拖单锚不能有效地刹减船速时，切忌盲目加大出链长度，否则容易造成丢锚断链的事故。必要时可以抛下另一锚以刹减船速。,抛锚后，不应使用过大的车速。,二、锚抓力及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,2,、单锚泊用锚的抓力,（,1,）单锚泊用锚的抓力的组成,船舶在锚泊中，出链长度,S,分为两个部分：,S,s,L,其中,s,是悬链链长；,L,为卧底链长,外力,T0,作用于锚链上的力由锚和卧底链长部分与海底的摩擦力来抵抗。因此，单锚泊时，总的摩擦力为：,二、锚抓力及其影响因素,s,l,y,T,0,4/9/2026,船舶操纵课件,其中：,Pa,为锚抓力；,Pc,为锚链抓力；,a,为锚的抓力系数，它是锚抓力与锚在空气中重量的比值；,Wa,为空气中锚重；,c,为锚链的抓力系数，它是锚链的抓力与锚链在空气中重量的比值；,Wc,为空气中每米锚链的重量；,l,为卧底链长，它等于出链长度,Lc,减去悬链部分的长度,S,；,二、锚抓力及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,（,2,）单锚泊用锚的抓力的抓力系数,锚泊用锚的抓力为静抓力，因此，不能采用动抓力系数。,对于一般情况，通常,a,取,3,5,；,c,取,0.75,1.5,。,锚的抓力系数,a,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等因素。,锚型不同，锚的抓力系数也不同。表,2,5,是,1987,年,6,月中国船舶工业总公司第,108,研究所在铁板细砂中拖曳试验的结果。,二、锚抓力及其影响因素,表,2,5,锚抓力系数试验结果,锚的种类,霍尔锚,斯贝克锚,波尔锚,ZY,5,型,AC,14,型,锚抓力系数,4,4,6,7,11,8,7,11,4/9/2026,船舶操纵课件,（,3,）单锚泊锚链悬链长度及其作用,根据数学分析中的悬链线计算公式，得悬链部分长度公式：,其作用为：缓冲由于偏荡引起作用于锚链和锚上的冲击力。,（,4,）单锚泊安全出链长度,所谓安全锚泊就是防止锚的移动。从力学角度分析，安全锚泊的条件为：,二、锚抓力及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,即抓力大于外力，则有：,总出链长度,S0,为：,二、锚抓力及其影响因素,4/9/2026,船舶操纵课件,（,5,）单锚泊用锚的安全出链长度的经验公式,当风速为,20m/s,时,当风速为,30m/s,时,正常情况下锚泊船的出链长度一般不应低于表2,7,所列的值。长江口急流地区（水深约,20,米），出链长度一般不低于表,2,8,所列的值。,二、锚抓力及其影响因素,水深,20,米以下,20,30,米,30,米以上,出链长度,/,水深,4,6,3,4,2,2.5,流速（,kn,）,3,4,5,出链长度（节）,4,5,6,4/9/2026,船舶操纵课件,第四节 缆的运用,一、靠泊用缆,二、系泊用缆,4/9/2026,船舶操纵课件,一、靠泊用缆,1,、倒缆的作用,顶流、顶风靠泊时先带前倒缆，,其作用避免船舶前冲,2,、头缆的作用,顺流、顺风靠泊时先带前倒缆，,其作用避免船舶后退,V,c,V,w,Y,L,X,L,T,L,X,C,V,c,V,wY,L,X,L,T,L,X,C,4/9/2026,船舶操纵课件,二、系泊用缆,1,、倒缆的作用,顺流，顺风离泊时，单绑后流,前倒缆和尾缆，其作用避免船舶,在风、流的作用下前冲。,2,、头缆的作用,顶流、顶风离泊时，单绑后留,头缆和尾倒缆，其作用避免船舶,在风、流的作用下后退。,V,c,V,w,Y,L,X,L,T,L,X,C,V,c,V,w,X,C,Y,L,X,L,T,L,T,L,4/9/2026,船舶操纵课件,第五节 拖船的运用,一、拖船的种类及其特点,二、拖船的使用方法,三、拖船作用下的船舶运动,四、协助操船所需拖船功率的估算,4/9/2026,船舶操纵课件,一、拖船的种类及其特点,一般在自力操纵发生困难时，运用拖轮来协助操纵。,拖轮的种类：,（,1,）远洋拖轮,远洋拖轮一般用于远洋拖带和海难救助，其特点是抗风、抗浪性能好，续航能力强。,（,2,）沿海拖轮,沿海拖轮一般用于沿海拖带和沿海海难救助，其特点是马力大，续航能力强。,（,3,）港作拖轮,港内拖轮一般用于港内拖带和港内作业，其特点是体积小，操纵性能好，但续航能力较差。,4/9/2026,船舶操纵课件,一、拖船的种类及其特点,港作拖轮在操纵中的作用：,（,1,）在水域受限时，协助大船转向；,（,2,）大船或恶劣天气情况下，协助大船系、离泊；,（,3,）航道中航行时，协助大船控制航向。,4/9/2026,船舶操纵课件,一、拖船的种类及其特点,1,港作拖轮的种类,（,1,）可变螺距推进器拖轮（,CPP,）,它是靠改变螺旋桨的螺距角的大小来改变螺旋桨推力（或拉力）的大小，船舶变向由舵来控制。,（,2,）平旋推进器拖轮（,VSP,）,它是靠改变直翼的角度来改变推力的大小和方向，船舶变向由推力的方向来控制。,（,3,）,Z,型传动推进器拖轮（,Z,型）,它是靠改变螺旋桨的转数来改变推力的大小，靠电机带动竖轴来改变推力的方向，船舶变向由推力的方向来控制。,（,4,）定距螺旋桨推进器拖轮（,FPP,）它与普通螺旋桨船基本相同。,4/9/2026,船舶操纵课件,一、拖船的种类及其特点,2,港作拖轮的特点：,（,1,）船型尺度,船长较小，一般在,30,米左右；,B/L,较大，一般为,0.22,0.31,（,2,）稳性,GM,较大，以抵抗缆的作用产生的横倾力矩。,（,3,）拖力 三种拖轮的系柱推力的比较，见表,（,4,）操纵性能,由于港内水域受限，操纵频繁，因此，要求具有良好的操纵性能。拖轮对航向稳定性要求较低，主要考虑其旋回性能，因此，其,K,值较大。,（,5,）港作拖轮的特性,各种港作拖轮的主要特性如拖轮的主机操作、启动停止性能、旋回性能、横移性能、耐波性能、标准拖力等比较如表,2-9,所示。,4/9/2026,船舶操纵课件,一、拖船的种类及其特点,表,2,9,各中拖轮特性的比较,性能,/,种类,FPP,拖轮,CPP,拖轮,VSP,拖轮,ZP,拖轮,主机种类,低速柴油机,低速柴油机,中速柴油机,中高速柴油机,主机操作,仅可控制推力的大小,仅可控制推力的大小,可控制推力的大小及其方向,可控制推力的大小及其方向,启动停止特性,差,良,优,优,旋回性能,差（旋回直径大，为,3,4,倍船长）,差（旋回直径较大，为,1.5,2.0,倍船长）,优（可原地掉头，旋回直径为,1,1.5,倍船长）,优（可原地掉头，旋回直径为,1,1.5,倍船长）,横移性能,不能横移,横移困难,可以横移,可以横移,耐波性能,差,差,优,优,前进拖力（每,100,马力）,1,9.8kN,1.35,9.8kN,0.95,9.8kN,1.50,9.8kN,后退拖力与前进拖力的比值,80%,60%,90%,90%,4/9/2026,船舶操纵课件,一、拖船的种类及其特点,从上表可以看出，,ZP,拖轮和,VSP,拖轮的操纵性能比较好，,ZP,拖轮每,100,马力所能给出的拖力为最大，,CPP,的耐波性能最差，有时拖力可下降一半。,FPP,拖轮的性能最差。,4/9/2026,船舶操纵课件,二、拖船的使用方法,1,、吊拖方式,或称直拖方式，适用于拖带方向变化较小的情况，单拖轮吊拖的特点是只是单方向牵引。例如，船舶靠泊多用顶推方式。,2,、顶推方式,适用于顶推方向变化较大的情况。例如，船舶靠泊多用顶推方式。,3,、傍拖方式,适用于顶推无动力船，斜侧靠拢大船，作动力用,4,、作舵使用,在一侧水域有限的情况下，为了防止船舶向该侧偏转，而且在舵效不足的情况下，往往在另一侧船尾加一艘横向拖轮，作舵使用。,4/9/2026,船舶操纵课件,二、拖船的使用方法,5,、组合拖曳,4/9/2026,船舶操纵课件,如图所示，船舶在拖轮的作用下，其运动方程如下：,三、拖船作用下的船舶运动,4/9/2026,船舶操纵课件,三、拖船作用下的船舶运动,1,、被拖船的旋转运动,从上式第三个方程可见，要想获得较大的转头角速度，必须使,角为,90,度（控制力分方向）和,Xa,最大（远离船舶中心，增大回转力臂）。,在上图中，这时，船舶转心约距离船尾,1/3,船长处。,2,、被拖船的平移运动,从上式第一、二个方程可见，要想使,船舶仅进行平移运动，而不发生转动角角速度，,必须使合外力距为,0,，即,角为,0,度（控制力的,方向）或,Xa,为,0,（在船舶中心，减小回转力臂）。,达到这一目的有两种方法：一种是使单拖轮,作用点在,G,处，另一种如图所示。,4/9/2026,船舶操纵课件,三、拖船作用下的船舶运动,3,、拖轮作用的本船速度极限,分析拖轮的运动状态可知：随着船速的提高，阻力也逐渐增大，推力不断下降。因此，随着船速的提高，拖轮的效率也不断下降。,当航速达到一定程度时，拖轮不起作用或起相反作用时，该航速称为拖轮作用的极限航速。,如图所示，前进中的船舶，在舵和拖轮的作用下其运动方程如下外力和外力距如下：,4/9/2026,船舶操纵课件,四、协助操船所需拖船功率的估算,1,、拖轮功率、推力的换算,2,、港内调头所需拖轮的数量,3,、吹开风靠码头所需拖轮的数量,4,、吹拢风离码头所需拖轮的数量,5,、拖无动力船,4/9/2026,船舶操纵课件,五、拖船协助操纵注意事项,1,、拖缆及其系带,2,、吊拖的拖缆长度,3,、拖力的大小和方向,4,、防止倒拖和横拖,4/9/2026,船舶操纵课件,