波浪中船舶操纵性预报

波浪理论及其计算原理

第七章波浪理论及其计算原理 在自然界中，常可以观察到水面上各式各样的波动，这就是常讲的波浪运动。波浪是海洋中最常见的现象之一，是岸滩演变、海港和海岸工程最重要的动力因素和作用力。引起海洋波动的原因很多，诸如风、大气压力变化、天体的引力、海洋中不同水层的密度差和海底的地震等。大多数波浪是海面受风吹动引起的，习惯上把这种波浪称为“风浪”或“海浪”。风浪的大小取决于风速、风时和风区的太小。迄今海面上观测到的最大风浪高达34m。海浪造成海洋结构的疲劳破坏，也影响船舶的航行和停泊的安全。波浪的动力作用也常引起近岸浅水地带的水底泥沙运动，致使岸滩崩塌，建筑物前水底发生淘刷，港口和航道发生淤积，水深减小，影响船舶的通航和停泊。为了海洋结构物、驾驶船舶和船舶停靠码头的安全，必须对波浪理论有所了解。 当风平息后或风浪移动到风区以外时，受惯性力和重力的作用，水面继续保持波动，这时的波动属于自由波，这种波浪称为“涌浪”或“余波”。涌浪在深水传播过程中，由于水体内部的摩擦作用和波面与空气的摩擦等会损失掉一部分能量，主要能量则是在进人浅水区后受底部摩阻作用以及破碎时紊动作用所消耗掉。 为了研究波浪的特性，对所生成的波浪或传播中的波浪加以分类是十分必要的。 一般讲，平衡水面因受外力干扰而变成不平衡状态，但表面张力、重力等作用力则使不平衡状态又趋于平衡，但由于惯性的作用，这种平衡始终难以达到，于是，水体的自由表面出现周期性的有规律的起伏波动，而波动部位的水质点则作周期性的往复振荡运动，这就是波浪的特性。 波浪可按所受外界的干扰不同进行分类。 由风力引起的波浪叫风成波。 由太阳、月亮以及其它天体引力引起的波浪叫潮汐波。 由水底地震引起的波浪叫地震水波 由船舶航行引起的波浪叫船行波。 其中对海洋结构安全影响最大的是风成波。 风成波是在水表面上的波动，也称表面波。风是产生波动的外界因素，而波动的内在因素是重力。因此，从受力来看，风成波称为重力波。 视波浪的形式及运动的情况，波浪有各种类型。它们可高可低，可长可短。波可以是静止的一一驻波（即两个同样波的相向运动所产生的波），也可以是移动的——推进波（以一定的速度将波形不变地向一个方向传播的波），可以是单独的波，也可以是一个接一个的一系列波所组成的波群。§7-1 流体运动的基本方程

船舶操纵知识点196

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

第二章 船舶操纵基本知识

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

波浪理论及工程应用的研究进展

波浪理论及工程应用的研究进展 近岸的波浪要素往往是多种波浪变形过程的综合结果，因而是十分复杂的。目前对波浪传播的研究方法主要有以下四种：理论分析方法、物理模型实验和现场观测、数学模型。 1、理论分析方法 应用流体力学的基础理论（运动方程、连续方程等）去解决海岸地区各种动力现象的内在联系及其对海岸泥沙的作用（海岸动力学课本，25页）。由于涉及因素的复杂性，许多问题没有从理论上圆满解决，需要今后进一步去探索研究。 由于波浪的频散性、非线性、随机性和三维性等特性，经典波动理论沿Stokes波型（具有完全频散特性的线性及非线性波）与Boussinesq型非线性长波（具有弱频散性的非线性波）这两种基本途径发展。 对于规则波的研究主要基于无粘性无旋重力表面波控制方程，对具体问题进行假定和简化，建立波浪运动的控制方程和定解条件（如微幅波理论、斯托克斯波理论以及浅水非线性波理论等），推导所研究问题的解析解，也为建立波浪数学模型提供依据。 对于不规则波（随机波）的研究方法主要有两种，分别是特征波法和谱方法。特征波法只能反映海浪的外在特征，不能说明其内部结构，海浪谱可以用来描述海浪的内部结构，说明海浪内部的构成及内在关系，谱方法在研究海浪方面的应用越来越广泛。 现阶段对波浪传播的理论研究大致集中在以下几个方面： （1）原有的波浪理论和波浪方程的描述方法多为欧拉法，着重于对整个波浪场形态的研究，现在越来越多的学者趋向于综合考虑拉格朗日法和欧拉法进行考虑，如波浪边界水质点的追踪以确定波浪传播的波形[1]，使用拉格朗日法描述波浪形态[2]，拉格朗日坐标下的波浪方程的解法研究等[3]。在这个方面台湾学者陈阳益的建树颇多。 （2）对已有波浪理论或者波浪传播控制方程进行数学方法上改进，如改善方程的边界条件，加入各种参数等[4] [5]。使原有的理论或方程的适用范围增大，模拟的结果更加精确等。 2、物理模型 物理模型和现场观测多利用统计学的方法来处理观测到的数据，以进行分析或者是拟合经验公式。实验室的研究与现场的调研在海岸动力学研究中有着特别重要的地位，许多现象本身就要通过实验室或现场的研究来解释，各物理因素间的关系需要通过这些研究来揭示，尤其是海岸泥沙运动方面，关于泥沙运动的关系式大多是经验或半经验的（海岸动力学课本25页：海岸泥沙运动涉及到流体和固体颗粒的两相运动，靠理论分析研究还不能彻底解决

船舶操纵与摇荡

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

第1章 船舶操纵基础理论解读

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

飞机的稳定性和操纵性

第三章飞机的稳定性和操纵性 飞机的稳定性 在飞行中，飞机会经常受到各种各样的扰动，如气流的波动、发动机工作不稳定、飞行员偶然触动驾驶杆等。这些扰动会使飞机偏离原来的平衡状态，而在偏离以后，飞机能否自动恢复原状，这就是有关飞机的稳定或不稳定的问题。 飞机的稳定性是飞机本身的一种特性，与飞机的操纵性有密切的关系。例如，飞行员操纵杆、舵，需要用力的大小，飞机对杆、舵操纵的反应等，都与飞机的稳定性有关。因此，研究飞机的稳定性是研究飞机操纵性的基础。 所谓飞机的稳定性，就是在飞行中，当飞机受微小扰动而偏离原来的平衡状态，并在扰动消失以后，不经驾驶员操纵，飞机能自动恢复原来平衡状态的特性。 纵向稳定性 飞机的纵向稳定性是指飞机绕横轴的稳定性。 当飞机处于平衡飞行状态时，如果有一个小的外力干扰，使它的攻角变大或变小，飞机抬头或低头，绕横轴上下摇摆(也称为俯仰运动)。当外力消除后，驾驶员如果不操纵飞机，而靠飞机本身产生一个力矩，使它恢复到原来的平衡飞行状态，我们就说这架飞机是纵向稳定的。如果飞机不能靠自身恢复到原来的状态，就称为纵向不稳定的。如果它既不恢复，也不远离，总是上下摇摆，就称为纵向中立稳定的。飞机的纵向稳定性也称为俯仰稳定性。 飞机的纵向稳定性由飞机重心在焦点之前来保证。影响飞机纵向稳定性的主要因素有飞机的水平尾翼和飞机的重心位置。下面，我们首先来看一下水平尾翼是如何影响飞机的纵向稳定性的。

当飞机以一定的攻角作稳定的飞行时，如果一阵风从下吹向机头，使飞机机翼的攻角增大，飞机抬头。阵风消失后，由于惯性的作用，飞机仍要沿原来的方向向前冲一段路程。这时由于水平尾翼的攻角也跟着增大，从而产生了一个低头力矩。飞机在这个低头力矩作用下，使机头下沉。经过短时间的上下摇摆，飞机就可恢复到原来的飞行状态。 同样，如果阵风从上吹向机头，使机头下沉，飞机攻角减小，水平尾翼的攻角也跟着减小。这时水平尾翼上产生一个抬头力矩，使飞机抬头，经过短时间的上下摇摆，也可使飞机恢复到原来的飞行状态。 除水平尾翼外，飞机的重心位置对纵向稳定性也有较大的影响。重心靠后的飞机，其纵向稳定性要比重心靠前的差。其原因是：重心与焦点距离小攻角改变时产生的附加力矩减小。对于重心靠后的飞机，当飞机受扰动而增大攻角时，机翼产生的附加升力是使机头上仰，攻角进一步增大，形成不稳定力矩。这时主要靠水平尾翼的附加升力，使机头下俯，攻角减小，保证飞机的纵向稳定性。 方向稳定性 飞机的方向稳定性是指飞机绕立轴的稳定性。 飞机的方向稳定力矩是在侧滑中产生的。所谓侧滑是指飞机的对称面与相对气流方向不一致的飞行。它是一种既向前、又向侧方的运动。 飞机带有侧滑时，空气则从飞机侧方吹来。这时，相对气流方向与飞机对称面之间的夹角称为“侧滑角”，也称“偏航角”。 对飞机方向稳定性影响最大的是垂直尾翼。另外，飞机机身的侧面迎风面积也起相当大的作用。其它如机翼的后掠角、发动机短舱等也有一定的影响。 当飞机稳定飞行时，不存在偏航角，处于平衡状态。如果有一阵风突然吹来，使机头向右偏(此时，相对气流从左前方吹来，称为左侧滑)，便有了偏航角。阵风消除后，由于惯性作用，飞机仍然保持原来的方向，向前冲一段路程。这时相对风吹到偏斜的垂

重庆交通大学操纵性与耐波性总结

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。

第七章 波浪理论及其计算原理

第七章 波浪理论及其计算原理 在自然界中；常可以观察到水面上各式各样的波动，这就是常讲的波浪运动，它造成海洋结构的疲劳破坏，也影响船的航行和停泊的安全。波浪的动力作用也常引起近岸浅水地带的水底泥沙运动，致使岸滩崩塌，建筑物前水底发生淘刷，港口和航道发生淤积，水深减小，影响船舶的通航和停泊。为了海洋结构物、驾驶船舶和船舶停靠码头的安全，必须对波浪理论有所了解。 一般讲，平衡水面因受外力干扰而变成不平衡状态，但表面张力、重力等作用力则使不平衡状态又趋于平衡，但由于惯性的作用。这种平衡始终难以达到，于是，水体的自由表面出现周期性的有规律的起伏波动，而波动部位的水质点则作周期性的往复振荡运动。这就是波浪现象的特性。 波浪可按所受外界的干扰不同进行分类。 由风力引起的波浪叫风成波。 由太阳、月亮以及其它天体引起的波浪叫潮汐波。 由水底地震引起的波浪叫地震水波 由船舶航行引起的波浪叫船行波。 其中对海洋结构安全影响最大的是风成波。 风成波是在水表面上的波动，也称表面波。风是产生波动的外界因素，而波动的内在因素是重力。因此，从受力的来看；称为重力波。 视波浪的形式及运动的情况，波浪有各种类型。它们可高可低，可长司短。波可是静止的一一驻波（即两个同样波的相向运动所产生的波，也可以是移动的——推进波以一定的速度将波形不变地向一个方向传播的波），可以是单独的波，也可以是一个接一个的一系列波所组成的波群。 §7-1 液体波动理论 一、流体力学基础 1、速度场 描述海水质点的速度随空间位置和时间的变化规律的一个矢量。 ),,,(t z y x V V = 它的三个分量为： x 方向的量：),,,(t z y x u u = y 方向的量：),,,(t z y x v v = z 方向的量：),,,(t z y x w w = 2、速度势 对于作无旋运动的液体，存在一个函数，它能反映出速度的变化，但仅仅是反映速度大

船舶操纵性与耐波性总结

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

船舶操纵性总结

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 ? 1-1-3表示籍舶操纵运动的参数GS中各运勒参数都为it値） 4. 分析操舵后船舶在水平面运动特点。 5. 漂角B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3 =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

毕业答辩——船舶操纵性与耐波性

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？

船舶操纵与摇荡

船舶操纵与摇荡

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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

船舶操纵性与耐波性复习

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。

武汉理工大学期末考试操纵与耐波试卷

A 卷 一、名字解释 1.首向角 2.直线稳定性 3.舵平衡比 4.有效波倾 5.最大有义波长 二、填空题 1.航速V 与定坐标0X 之间的夹角叫做_____________。 2.具有方向稳定性的船一定同时具有___________稳定性。 3.某船无因次 1.5K =, 2.0T =，P 指数为____________。 4.从T 指数的物理解释看，T 越大，其跟从性____________。 5.回舵试验曲线为r ——t 曲线，具有直线稳定性的船，当舵角回零时，___________。 6.海浪是各态历经的__________，其瞬时值符合____________分布。 7.横摇放大因数与频率响应函数关系是2 0()A m Y K g φξφ φωωα=。 8.船模缩尺比为λ，若实船的波浪周期为Ts ，则试验波浪周期应为_________。 9.若船舶吃水d=1.0m ，粗估纵摇固有周期值为________。 10.船在规则迎浪中航行的垂荡和纵摇运动，发生共振的条件为___________。 三.选择题 1.水动力导数的量级及符号为：（1）＞0大量；（2）＜0大量；（3）＜0小量 2.船舶做水平面运动，定坐标0X 与动坐标X 之间的夹角叫做：（1）航速角；（2）首向角；（3）漂角 3.船舶航行如果不操舵，最多只能具备的稳定性是：（1）位置；（2）方向；（3）直线 4.船舶在回转初期，在舵力作用下产生：（1）内倾；（2）外倾；（3）不倾 5.相当惯性系数与相当阻尼系数之比为：（1）应舵指数T ；（2）回转性指数K ；（3）转首性指数P

6.瑞利分布参数R 等于：（1）随机变量的均方值；（2）随机变量的方差；（3）幅值的均方值 7.横摇放大因数峰点对应波长小于2B ，则横摇角处于：（1）临界区；（2）超临界区；（3）亚临界区 8.若自然波长为λ，首斜浪对纵摇扰动相应波长为1λ，则：（1）1λλ＞；（2）1λλ＜；（3）1=λλ 四、简答题 1.试写出水动力Y 的线性表达式，并试分析水动力导数V Y 、V N 的正负以及量级。 2.稳定性衡准数为1)v r v r C Y N N Y mu =--（，C 值的大小表达什么含义？由式分析为什么 L/B 小的肥大船稳定性差。 3.试分析为什么应舵指数T 是表征船舶航向稳定性的指标。 4.设初始条件为0t =，0r r =，写出船在静水中线性阻尼力矩形式下的横摇运动微分方程，并写出其解的形式，从而分析运动特点。 5.右上图为某船顶浪纵摇试验结果，试分析船舶顶浪的运动特点。（图看不清） 五、计算题 1.某船在定常回转时由罗经上发现14s 首向角变化了28°，实测航速v=11kn ，求该种状态下的回转直径。 2.某直线航行船舶（0δ=），受到外界突然扰动，扰动去掉之后由船上角速度陀螺测量表明：9s 后回转角速度减小一半，试估算该船航向稳定性指数T 。 3.已知某船横摇固有周期014T =秒，无因次阻尼衰减系数0.12μ=，计算：（1）求使船发生共振之波长λ；（2）若波浪最大波倾角为00.52rad α=，有效波倾系数00.85K =，求共振时最大横摇幅值；（3）上述条件不变，且在斜浪中航行，浪向o 150β=，求共振时最大横摇幅值。 4.某船，船长L=100.0m ，B=16m ，横摇固有周期为T=11s ，以在三一平均波高/3=3.0A m ξ的风浪中横浪前行，试判断其横摇临界状态。 5.从波浪记录得到的波高特性如下表所示： （1）确定平均波高，有义波高，波浪个数n=120。 （2）假设幅值符合瑞利分布，写出分布参数R 的表达式。

波浪理论

波浪理论 思考题及练习题 1．减数微振幅波应满足的条件。 2．简述二元波的特点，二元波的压力分布规律。 3．简述实际的波浪运动与微振幅波运动的基本差别。 4．由无限深水二元行进波流体质点的运动轨迹可以得出波浪的影响区域，举例说明哪些情况可以不考虑波浪的影响。 5．简述波速与水深、波长的关系。 6.比较深水波和极浅水波浪运动的差别，即 L,T, σ,C及流体质点的运动轨迹有何种差别？。 7. 简述波浪运动总能量之间的关系，能量转移的原因、方向、速度。 8. 简述深水波，极浅水波情况下波群速与单独水波前进速度的关系。 9. 简述兴波阻力产生的原因。 10. 的关系。 11. 兴波阻力的大小与（）成正比。 a) 波长b) 波能c)波振幅d)波速 12．波群速是指（）。 a) 一系列波的平均速度b)两个波迭加后的平均移动速度 c) 合成波的传播速度，d) 振幅调制波的传播速度 13．对于二元微振幅行进波，在水下同一深度的水平面处，位于波峰下的压力（）静水压力，位于波谷下的压力（）静水压力。 14．次波面的波长随水深的增加（），而波高随水深的增加（）。15．深水波流体质点的轨圆半径随水深的增加（）。 16．简述船舶波系之间的干扰什么情况下有利。 17．水深度为多少时，有限深水的波可按无限深水波来处理。 18． 0E E λ ==（），是指（）。 19．相速度的物理意义是指（）。 20．在水深为100m的水域，测得波高H=3m，波长L=60m，求：波速，周期，频率，波数。

16. 已知波浪速度势sin()kz ae kx t ?σ=+，其中2 1/a m s = ，0.6/k m =， 1.61/m σ= 求：1）波高H ，波长L ，周期T ，波速C 2）当2,1z x ==处流体质点的轨迹方程。 17. 有一浮标在无限水深的波动中，升降一次所需的时间为4秒，振幅为2m 。 求：1）波速c 2）波面上流体质点运动速度的绝对值 18. 已知深水中微幅波的速度势函数为sin ()2kz g h e kx t ?σσ= -，式中：波高H=2m ， 0.8k =， 求：1） 波长，波速，周期 2）自由面方程 19. 无限深海洋中有一二元进行波，波长为60m 。求波速。 20. 证明在波浪自由表面上 1）动力学边界条件为： 01 ()z g t ζ? η==?=-? 2）运动学边界条件为： 22 01z t g t ? ? =??=?? 21. 已知深水中微幅波的波长为2m π，试求：次波面波高减小一半时的水深。 22. 已知无限水深二元行进波波幅2.6m ，波长60m, 求：1）深度1.5m 处的相对压力 2）当此波从深水向0.6m 的水域传播时，求波长、周期的变化。