6船舶旋回运动-6
(3)在两船相遇中,由于两船距离很近,若两船同 时操舵避让,两船可能突然靠拢而发生碰撞,这正是 两船同时产生反横距的结果。(另外还有船吸作用) (4)在横移驶靠码头(或他船)时,在靠离泊作业 及避碰时,应充分利用kick。 (5)内河船在狭窄航道中回转时,反横距也是一个 重要参数。
4.旋回初径(tactical diameter) DT
P 在重心之前,靠近船首,所以船首处
横向分速小,船尾处横向分速大,从而出现“首动一
尺,尾动一丈”的现象。
船舶后退中回转时,转心 P 在重心 G 之后;
内河中船舶上水(下水)时:船首顺流转向,转
心位置后移甚至于在重心之后;船首逆流转向,转心
位置前移甚至于在首柱之前。
绕 GZ 轴的惯性矩为:
M jz
d J m (1 k3 ) dt
3.船舶非定常回转运动时的运动方程
根据达朗贝尔定理,即:
Fx F jx 0
Fy F jy 0
将以上各式代入并整理得:
T PN sin R1 cos R2 sin dV d V2 w (1 k1 ) cos w (1 k1 )V sin w (1 k 2 ) sin dt dt R
(3)船首有朝操舵一侧偏转的趋势,
∵
(4)船舶朝操舵一侧横倾(内倾), ∵舵力位置较船舶重心位置低。
MP d ,即回转角加速度为正。 dt J m (1 k 3 )
2.变化阶段(过渡阶段、渐变阶段):
回转运动时起——定常旋回时止
运动参数:∵船舶初始漂角很小,所以 ∴ cos 1 , sin 0 。 运动方程简化为:
Fx T Px Rx T PN sin R1 cos R2 sin
Fy Py Ry R f Ra PN cos R1 sin R2 cos R f Ra
M z (M P M R ) (M f M a )
DT 3L ~ 6L
亦称战术直径,是军舰回转性的重要指标。是指从 操舵开始到船舶航向转过1800时重心所移动的横向距离。
5.(定常)旋回直径(final diameter)D :D 2R , 是指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径。
D (0.9 ~ 1.2) DT
判断回转性的好坏,可以依据:
2.横距Transfer — Tr:
Tr 0.5DT 指船舶自操舵起,至航向改变某一角度时止重心所移动的横
向距离。通常,旋回资料中的横距,特指当航向改变900时重心 横向移动距离。
最大横距: Tr max
3.反移量(偏距)kick— K(亦记作 Lk ):船舶重心在操舵 后向操舵相反方向横移的最大距离。 当满舵操纵后船首偏转一个罗经点左右的时刻: 重心处,K 1% L ;船尾处stern kick,K 1 L ~ 1 L 。
运动特征: (1)船舶以一定的漂角 作匀速圆周运动,即 const ; V const , (2)船舶处于相对稳定的外倾状态。
三.旋回圈(turning circle)及其要素
船舶旋回圈 —— 船舶全速、满舵作回转运动时,船 舶重心的运动轨迹。 旋回圈几何特征: ——最初重心除继续前移外,同时反向横移; ——随后变成瞬时曲率半径 R1 逐渐减小的螺旋线; 0 0 90 ~ 120 ——当航向改变量 之后,进入定常回转运 动,曲率半径 R 为定值。
3.2 船舶回转运动
一.船舶回转运动的方程
达朗贝尔定理: 作用于任意物体上的力与力矩与该物体的惯性力和惯性矩平衡。
假定条件:若船舶仅作平面(三维)回转运动,它所受的力分为非惯
性力和惯性力;所受力矩分为非惯性力矩和惯性力矩。 力和力矩的方向:与推力方向相同的纵向力为正(+),相反方向的为负
(—);与转舵方向相同的横向力和力矩为正(+),相反方向为负(—)。
dV d 运动参数: d 0 , , 0 0 ; dt dt dt cos nt , V const , const , R
const
运动方程简化为:
V2 T PN sin R1 cos R2 sin w (1 k 2 ) sin R V2 cos PN cos R1 sin R2 cos R f Ra w (1 k 2 ) R MP MR M f Ma
d (V sin ) V2 F jy w (1 k1 ) w (1 k 2 ) cos dt R dV d V2 w (1 k1 ) sin w (1 k1 )V cos w (1 k 2 ) cos dt dt R
(3)船舶重心由反向横移变为正向横移。
因为:
V2 PN cos R2 w (1 k 2 ) d R PN cos R2 (1 k 2 )V dt w (1 k1 )V w (1 k1 )V (1 k1 ) R
(4)船体由内倾变为外倾。
运动特征:
T PN sin R0 dV (1)船速继续下降,∵ dt (1 k ) ,仍为负加速度。 w 1
d M P M R (2)船舶加快向操舵一侧偏转。∵ dt J (1 k ) ,即回转角 m 3 加速度仍为一正值且比机动阶段要大。水动力转船力矩仍大于回 转阻矩。
四.描述船舶旋回运动状态的运动要素 1.漂角 (drift angle)
漂角与船舶旋回性能的关系:
漂角 旋回性 旋回直径
0 18 3 ~ 15 ;内河船舶 max 经验值:一般海船,
0
0
超大型船舶, max
0 20 20 ;商船最大舵角深水中 max
二.船舶旋回的运动过程
1.机动阶段(反向横移内倾阶段):开始转舵——
船首开始转动
运动参数:∵ 0 , ∴ R R0 , Rb 0 , R f 0 , Rc 0 , 0 运动方程简化为:
dV T PN sin R0 w (1 k1 ) dt V2 PN cos w (1 k 2 ) R d M P J m (1 k 3 ) dt
5 10
Vs , K
反移量在操纵中的应用:
( 1 )航行中有人落水,立即在落水处操同侧舵,船尾由于 kick作用,向外侧摆出,使螺旋桨不致伤害落水人员。 (2)在航行中发现前方近距离内有障碍物(如小船),先采 用小角度避航(或采用大舵角避航),当估计船首已能让过时 ,立即用大舵角取反舵,从而使船尾受kick影响,向外侧摆出, 即可安全避开障碍物。
0 ,
dV T PN sin R0 w (1 k1 ) dt d V2 w (1 k 2 ) PN cos R2 w (1 k1 )V dt R d M P M R J m (1 k 3 ) dt
1.船舶所受的非惯性力 F 和力矩 M
(1)螺旋桨所受的推力 T 。 (2)舵压力 PN和转船力矩 M。 P
Px PN sin
Py PN cos
(3)船体在某一漂角 下的水动力 R 和转船力矩 M R
R y R1 sin R2 cos
Rx R1 cos R2 sin
0
2.转心
P(Pivoting point)
随着船舶旋回进程 。因为 GP R sin ,所以:
GP ,即转心
向前移动;船舶回转性越好,则 P 越大, P点越靠近船首。 C ,转心 P 点逐渐稳定于 船舶进入定常旋回时,
因为转心
1 1 某一点,大约在船首柱后 ( ~ ) L (或重心前 ( 1 ~ 1 ) L )。 6 3 3 5
MR
M R R y l (R1 sin R2 cos ) l
(4)船体回转运动后出现的阻尼力、阻尼力矩
R f ,Ra 阻尼力: 阻尼力矩:
M f R f f
M a Ra a
综合(1)~(4),船舶平面回转运动受到的总 的非惯性力及总的非惯性力矩为:
由于船舶作回转运动,船体这个机翼体斜航时受到水动力R y 的作用;另外船舶回转时产生了惯性离心力和船体自身的惯性力, 其合力为 F jy ;这两个力都是有助于船舶外倾的,而且作用力 矩较大。舵压力的分量 Py 是阻碍船舶外倾的,但作用力矩较前 二者为小。各力的作用点不在同一平面上,综合作用使得船舶由 内倾变为外倾。
L
相对回转直径
D 。 10 L
D L
民用船较好, D 3 ~;驱逐舰较差, 7
6.滞距(reach):Re
亦称进程,是船舶重心至定常旋回中心 O 的纵向距离。
滞距 Re 表示操舵后到船舶进入旋回的滞后距离,是
衡量船舶舵效的标准之一。
操纵应用:两船对遇时的距离小于两船的滞距之和
,则用舵无法避让。
PN cos R1 sin R2 cos R f Ra dV d V2 w(1 k1 ) sin w(1 k1 )V cos w(1 k2 ) cos dt dt R
d (M P M R ) (M f M a ) J m (1 k3 ) dt
3.稳定阶段(圆航阶段):
船舶作圆周运动时起——
R f ,当 (M P M R ) (M f M a ) 船舶回转后,出现了水阻尼力 Ra 、 d 时, , ,船舶就做匀速定常回转运动,即进入
了下一阶段——稳定阶段(定常旋回steady turning阶段)。