[工学]船舶操纵01.ppt

船舶值班、操纵与避碰 主讲：赵月林 课程简介 课程包括： 《船舶操纵》 《船舶值班与避碰》 《雷达标绘》 适任考试 《船舶值班与避碰》972： 避碰：75% 值班：15% 操纵：7-8% 定线：2-3% 船舶操纵绪论 本部分主要内容 概述 船舶操纵运动学参数 船舶操纵动力学参数 船舶阻力与推进 船舶操纵概述 船舶操纵的含义 常规船舶操纵(ship handling)包括三种： 保持航向 (Course keeping or steering)：力求使船舶保持直线运动。 改变航向(Maneuvering or course changing)：为改向、避让而需要对航向做出的改变。 改变船速 (Speed changing)：当船舶进出港口、靠离泊或锚泊时，需要对船速进行控制。 船舶操纵概述 操纵：对于水面船舶，船舶操纵实质上就是操船人员对船速和航向所进行的控制。 船舶操纵的概念：在人、船、环境系统中，操船者利用船舶本身或其他手段如车、舵、锚、缆、拖轮等，以保持或改变船舶运动状态为目的而进行的必要观察、判断、指挥、实施等，以达到所设定的操纵目标。 船舶操纵设备 船舶操纵设备 船舶操纵任务 常规航行：小舵角保向或中舵角转向； 进出港操纵：锚泊、系浮筒、靠离码头、掉头等； 应急操纵：紧急旋回或停船、搁浅或碰撞时的操纵、落水人员救助等； 恶劣条件：大风浪中、避离台风操纵等。 课程任务要求 了解船舶（船体）的操纵特性 了解船舶操纵设备的性能和特性 了解船舶在不同外界环境中的操纵特性 船舶在港内、狭水道、大风浪中的操纵方法 特殊环境下的操船和应急操船 船舶操纵研究 研究任务 通过考察船舶受控运动的规律，找到不同类型的船舶在不同外界环境下的控制规律及方法，以满足安全操纵的要求。 建立评价船舶操纵安全标准的评价方法，以便对不同类型的船舶在不同外界环境下的安全性进行评价。 在安全评价基础之上，为港口设计、航道工程以及其它水工设施(如水上桥梁等)的通航安全提供理论依据和技术数据。 船舶操纵运动学参数 船舶固定坐标系和运动坐标系 船舶操纵运动学参数 船舶运动可用刚体平面运动原理加以描述，用数学方法来定量研究船舶运动问题。 船舶在静水中的运动可分解为在水平面的平移运动和绕垂直轴的旋转运动。 船舶运动学参数包括位置、船速、漂角、转心、航向角、速度、角速度等。 运动坐标系中的运动 船舶6个自由度的运动 三个平动 x轴：u, surging （纵荡） y轴：v, swaying （横荡） z轴：w, heaving（垂荡） 三个转动： x轴：p, rolling （横摇） y轴：q, swaying （纵摇） z轴：r, yawing （首摇） 船舶操纵运动学参数 船舶运动学参数包括位置、船速、漂角、转心、航向角、速度、角速度等。 位移和航速 考察船舶运动轨迹时，涉及船舶的运动历史航迹，采用固定坐标系进行描述。 航速是指船舶在固定坐标系的运动速度(包括流的影响)， 一般用V表示。 船舶操纵运动学参数 航向角与转动角速度 航向角是指在水平面内船舶的首尾线与固定坐标系xe 轴的交角； 船舶绕垂直轴的转动角速度是指航向角随时间的变化速率，即转动角速度是航向角对时间的导数； 角加速度是角速度对时间的导数。 船舶操纵运动学参数 船速 在运动坐标系中，坐标原点(船舶重心或船中)的速度是运动轨迹的切线方向，显然船速是矢量。 船速是指船舶相对于水的运动速度，一般用符号U 表示。 船舶操纵运动学参数 漂角 漂角是指船体上一点的船速矢量与船舶首尾线之间的交角； 漂角一般指船舶重心处的漂角，用符号β 表示，左舷为负，右舷为负，是衡量船舶运动状态的重要参数。 船舶操纵运动学参数 转心( pivot point) 船舶的操纵运动可以看作是平动与转动的叠加； 船舶转动时，如果船上的每一点都绕某一垂线作圆周运动，这一垂线称为转轴，转轴与船舶首尾线的交点称为转心。 从瞬时轨迹曲率中心O 点作船舶首尾线的垂线可得瞬时转动中心P 点，简称“转心”。 船舶操纵运动学参数 转心( pivot point) 一般以转心距船首或船尾的距离占船长的比例表示其位置。 转心位置取决于船体水下形状以及船舶运动速度的大小和方向等因素。 船舶定常旋回时，一般转心位于船首之后约1/3 船长处。 当船舶存在纵倾时，船体水下侧面积在船中前后的分布将不是对称的，尾倾时，转心后，首倾时，转心前移。 船舶操纵运动学参数 船舶平面运动的特征 船舶转心点只有平动，没有转动； 船长方向各点的漂角方向和大小各不相同，转心处的漂角为0，距离转心越远漂角越大，在旋回中船尾处的漂角最大； 船上各点在同一时间内转过的圆弧长度不同； 船舶各点在同一时间