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1、操纵手段的作用及其运用第1页，本讲稿共72页第一节第一节 螺旋桨的作用螺旋桨的作用一、船舶阻力与推力一、船舶阻力与推力二、滑失和船速二、滑失和船速三、螺旋桨的致偏效应及其运用三、螺旋桨的致偏效应及其运用四、双车船的螺旋桨横向力四、双车船的螺旋桨横向力五、侧推器的使用五、侧推器的使用第2页，本讲稿共72页 根据运动方程，其作用于根据运动方程，其作用于X轴方向的力为：轴方向的力为：其中其中X（TR），），T为推力，为推力，R为阻力。为阻力。船舶作直航运动时，船舶作直航运动时，vr=0，则：，则：船舶作直航运动时，加速度船舶作直航运动时，加速度0，则：，则：一、船舶阻力与推力一、船舶阻力与推力第3页
2、，本讲稿共72页1.船舶阻力船舶阻力R 船舶阻力由两部分组成：船舶阻力由两部分组成：RR0R其中：其中：R0为基本阻力，为基本阻力，R为附加阻力。为附加阻力。（1）基本阻力）基本阻力R0 基本阻力由下列几部分组成：基本阻力由下列几部分组成：R0RfReRw其中：其中：Rf为摩擦阻力：由船体与水之间的摩擦引起的阻力。为摩擦阻力：由船体与水之间的摩擦引起的阻力。Re为粘性阻力：由船体前后压力差引起的阻力。为粘性阻力：由船体前后压力差引起的阻力。Rw为兴波阻力：由船兴波引起的阻力。为兴波阻力：由船兴波引起的阻力。一、船舶阻力与推力一、船舶阻力与推力第4页，本讲稿共72页 基本阻力与船速之间的关系基本
3、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：对于给定的船型，基本阻力的大小与吃水、船速有关，即：R R(d,v)(d,v)由图可见：由图可见：当当d d一定时，船速一定时，船速V V增加，增加，R R0也增大；也增大；当当V V一定时，吃水一定时，吃水d d增加，增加，R R0也增大；也增大；由图还可以看出：低速时，由图还可以看出：低速时，R R0随船速随船速V V呈线性变化；高速时，呈线性变化；高速时，R R0随船速随船速V V呈非线呈非线性变化，且需要的推力越大。性变化，且需要的推力越大。一、船舶阻力与推力一、船舶阻力与推力第5页，本讲稿共72页（2 2）附加
4、阻力）附加阻力 R RR R1R R2R R3R4其中：其中：R R1为污底阻力：由船体湿水部分上的海生物引起的阻力。为污底阻力：由船体湿水部分上的海生物引起的阻力。R R2为为附体阻力：由螺旋桨、舵等船体上的附体引起的阻力。附体阻力：由螺旋桨、舵等船体上的附体引起的阻力。R R3为空气阻力：船体水上部分受到的空气作用引起的阻力。为空气阻力：船体水上部分受到的空气作用引起的阻力。R R4为波浪阻力：船体水下部分受到波浪作用引起的阻力。为波浪阻力：船体水下部分受到波浪作用引起的阻力。一、船舶阻力与推力一、船舶阻力与推力第6页，本讲稿共72页2 2、船舶推力、船舶推力 船舶推力是指螺旋桨通过主机驱
5、动，推水向后，水对螺旋桨的反作用力在船舶首尾方向的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。分量。倒车时，船舶首尾方向的分量称为拉力。(1)(1)推力的大小推力的大小 对于给定的螺旋桨，其推力的大小为：对于给定的螺旋桨，其推力的大小为：T T(n,v)(n,v)一、船舶阻力与推力一、船舶阻力与推力第7页，本讲稿共72页其中其中:tp tp为推力减额系数为推力减额系数,wp,wp 为桨处伴流系数为桨处伴流系数,Dp,Dp为螺旋桨的直径为螺旋桨的直径,n,n为主机转速为主机转速,为为桨的进程角桨的进程角,CT,CT、CQ
6、CQ为试验系数为试验系数,以下式给出以下式给出:式中：式中：A(k)A(k)、B(k)B(k)、C(k)C(k)、D(k)D(k)分别为桨叶数、螺距比、盘面比的函数。分别为桨叶数、螺距比、盘面比的函数。一、船舶阻力与推力一、船舶阻力与推力第8页，本讲稿共72页1 1、吸入流与排出流、吸入流与排出流（1 1）吸入流）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。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 2）排出流）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 3）
7、排出流在操纵中的应用）排出流在操纵中的应用可利用排出流的特点增加舵效。可利用排出流的特点增加舵效。二、滑失和船速二、滑失和船速第9页，本讲稿共72页2 2、滑失的概念、滑失的概念 （1 1）滑失）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 P，旋转，旋转n n周，前进的距离为周，前进的距离为nPnP。但是，螺旋桨在水中运动时，由于船速和。但是，螺旋桨在水中运动时，由于船速和nPnP不等，因此，就产生一个差值。不等，因此，就产生一个差值。定义：定义：螺旋桨的理论进速螺旋桨的理论进速nPnP与实际进速与实际进速VpVp之差称为滑
8、失之差称为滑失S S，既：，既：S SnPnPVpVp其中其中VpVpVs-pVs-p二、滑失和船速二、滑失和船速第10页，本讲稿共72页（2 2）滑失比）滑失比 定义：螺旋桨的滑失定义：螺旋桨的滑失S S与理论进速与理论进速nPnP之比称为滑失比之比称为滑失比SrSr，既：，既：滑失与滑失比中的螺旋桨进速滑失与滑失比中的螺旋桨进速VpVp若用船速若用船速VsVs代替，得出的结果分别称为虚滑代替，得出的结果分别称为虚滑失或虚滑失比。失或虚滑失比。二、滑失和船速二、滑失和船速第11页，本讲稿共72页(3)(3)滑失在操纵中的应用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
9、失越大，螺旋桨的由此可见，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：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。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）。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
10、过较大的角度）。二、滑失和船速二、滑失和船速第12页，本讲稿共72页3 3、船速的分类、船速的分类 在一定范围内，螺旋桨转速在一定范围内，螺旋桨转速n n越高，船速越高，船速V V越大。但是，对于给定的船舶主机，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。机，因此不得不对船速作出一定的限制。（1 1）额定船速）额定船速（2 2）海上船速（）海上船速（Sea SpeedSea Speed）（3 3）港内船速（）港内船速（Harbo
11、ur SpeedHarbour Speed）二、滑失和船速二、滑失和船速第13页，本讲稿共72页（1 1）额定船速）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NHNH，与其相对，与其相对应的转数称为额定转数应的转数称为额定转数n nH H，该条件下主机发出的转矩称为额定转矩，该条件下主机发出的转矩称为额定转矩QHQH，相应的船速称为额，相应的船速称为额定船速定船速V VMAXMAX。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速V
12、 VMAXMAX 额定船速随着船舶老化和主机的使用年限逐步降低。额定船速随着船舶老化和主机的使用年限逐步降低。二、滑失和船速二、滑失和船速第14页，本讲稿共72页（2 2）海上船速（）海上船速（Sea SpeedSea 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。率，而是海上功率。海上功率一般为额定功率的海上功率一般
13、为额定功率的9090，相应的海上转数为额定转数的，相应的海上转数为额定转数的96969797。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。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、滑失和船速二、滑失和船速第15页，本讲稿共72页（3 3）港内船速（）港内船速（Harbour SpeedHarbour 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，该船速频
14、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。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一般港内的最高主机转速约为海上常用转速的707080%80%左右。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“前进三前进三”、“前进二前进二”、“前进一前进一”之外，尚有之外，尚有“微速前进微速前进”一档；微进时的一档；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。主机输出功率和转速，是主机可以输出的最低
15、功率和最低转速。二、滑失和船速二、滑失和船速第16页，本讲稿共72页（3 3）港内船速（）港内船速（Harbour SpeedHarbour Speed）如同前进时港内船速分级一样，在倒车档次中也分为如同前进时港内船速分级一样，在倒车档次中也分为“后退三后退三”、“后退后退二二”、“后退一后退一”等几档。通常港内等几档。通常港内“后退三后退三”时的主机转速约为海上常用转时的主机转速约为海上常用转速的速的606070%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
16、港内船速高于该限速时，则应遵照各港内计，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。或航区的有关规定执行。二、滑失和船速二、滑失和船速第17页，本讲稿共72页4 4、船速的测定、船速的测定二、滑失和船速二、滑失和船速第18页，本讲稿共72页1、沉深横向力、沉深横向力2、伴流横向力、伴流横向力3、排出流横向力、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、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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第19页，本讲稿共72页1 1、沉深横向力、沉深横向力（1 1）沉深的概念）沉深的概念
17、 h h为沉深为沉深 h/Dh/D为沉深比为沉深比三、螺旋桨的致偏效应及其运用三、螺旋桨的致偏效应及其运用第20页，本讲稿共72页1 1、沉深横向力、沉深横向力（2 2）沉深横向力的产生机理）沉深横向力的产生机理螺旋桨上下叶水动力差异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，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,Q1Q2,因此产生横向力。因此产生横向力。空气吸入空气吸入 当沉深比当沉深比0.50.5时，上叶有空气吸入，则其所受的转力小，而下叶大，因而，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
18、力。产生横向力。三、螺旋桨的致偏效应及其运用三、螺旋桨的致偏效应及其运用第21页，本讲稿共72页1 1、沉深横向力、沉深横向力（3 3）沉深横向力的产生条件）沉深横向力的产生条件当当h/D0.65h/D0.65时，螺旋桨沉深横向力明显增大。时，螺旋桨沉深横向力明显增大。（4 4）沉深横向力的方向）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。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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第22页，本讲稿共72页2 2、伴流横
19、向力、伴流横向力（1 1）伴流的概念）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。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；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；势伴流：由于船体运动，船体周围压力场的变化产生的伴流；伴流的分布特点伴流的分布特点沿沿X X轴方向：船首小，船尾大。即螺旋桨附近伴流大；轴方向：船首小，船尾大。即螺旋桨附近伴流大；沿沿Y Y轴方向：左右对称，离船越远越小；轴方向：左
20、右对称，离船越远越小；沿沿Z Z轴方向：上大下小。轴方向：上大下小。三、螺旋桨的致偏效应及其运用三、螺旋桨的致偏效应及其运用第23页，本讲稿共72页2 2、伴流横向力、伴流横向力（2 2）伴流横向力的产生机理）伴流横向力的产生机理由图可见：由图可见：VpVpVsVspp则，叶因素的攻角则，叶因素的攻角为：为：为螺距角（常量），攻角越大，转力也越大。由于伴流沿为螺距角（常量），攻角越大，转力也越大。由于伴流沿Z Z轴方向的分布是上大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。下小，上下叶的攻角不同，其转力也不相同。pp越大，越大，V V越小，则，越小，则，越大，因此，越大，因此，螺
21、旋桨伴流造成的转力是上叶大，下叶小。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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第24页，本讲稿共72页（3 3）伴流横向力的产生条件）伴流横向力的产生条件 由上述分析可见，如果伴流为由上述分析可见，如果伴流为0 0，则，螺旋桨上下叶的攻角相同，则，不产生，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。横向力，则，伴流横向力的产生条件为有伴流存在。（4 4）伴流横向力的方向）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
22、，首向左；倒车时，首向右。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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第25页，本讲稿共72页3 3、排出流横向力、排出流横向力 螺旋桨进车时，排出流作用在舵上；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；螺旋桨倒车时，排出流作用在船体上；（1 1）排出流横向力的产生机理）排出流横向力的产生机理 进车时进车时 舵的舵的X X方向进速为方向进速为VRXVRX在舵叶处由于螺旋桨旋转引起的轴向增速。在舵叶处由于螺旋桨旋转引起的轴向增速。倒车时倒车时 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，致使上部的攻倒
23、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。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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第26页，本讲稿共72页3 3、排出流横向力、排出流横向力（2 2）排出流横向力的产生条件）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；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。倒车时，只要螺旋桨转动就存在倒车排出流横向力。（3 3）排出流横向力的方向）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。对于右旋螺旋桨，进车时，首向
24、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。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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第27页，本讲稿共72页螺旋桨产生的船舶偏转总结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三、螺旋桨的致偏效应及其运用右旋式右旋式左旋式左旋式进车进车倒倒车车进车进车倒倒车车沉深横向力沉深横向力首向左首向左首向右首向右首向右首向右首向左首向左伴流横向力伴流横向力首向右首向右首向左首向左首向左首向左首向右首向右排出流横向力排出流横向力首向右首向右首向右首向右首向左首向左首向左首向左第28页，本讲稿共72页4 4、船舶
25、不同运动状态下螺旋桨致偏作用的综合分析、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以下讨论仅限于右旋单车船（1 1）静止中进车）静止中进车 空载空载 低速时，由于低速时，由于h/Dh/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，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。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
26、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。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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第29页，本讲稿共72页4 4、船舶不同运动状态下螺旋桨致偏作用的综合分析、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以下讨论仅限于右旋单车船（1 1）静止中进车）静止中进车 满载满载 低速时，由于低速时，由于h/Dh/D较大，沉深横向力较小；开始是静止，伴流不存在或较小，则较大，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。伴流横向力和排出流横向
27、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。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。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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第30页，本讲稿共72页（2 2）静止中倒车）静止中倒车 空载空载 由于由于h/Dh/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，则伴流横向力可较小，沉深横向力使首右
28、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。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。满载满载 由于由于h/Dh/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。偏。由于是倒车，舵效较差，则，无论怎样偏转，都不可用舵克服。由于是倒车，舵效较差，则，无论怎样
29、偏转，都不可用舵克服。三、螺旋桨的致偏效应及其运用三、螺旋桨的致偏效应及其运用第31页，本讲稿共72页（3 3）前进中倒车）前进中倒车 空载空载 高速时，由于高速时，由于h/Dh/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。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低速时，伴流逐渐减小，则伴流横向力可忽略；沉深横向力和
30、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。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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第32页，本讲稿共72页（3 3）前进中倒车）前进中倒车 满载满载 由于由于h/Dh/D较大，沉深横向力可忽略。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。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
31、略；排出流横向力使首右偏。则，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。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。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三、螺旋桨的致偏效应及其运用第33页，本讲稿共72页双车船可分为外旋式和内旋式两种：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当双车转向相反时，螺旋桨横向力合力为0 0；当双车转向相同时，螺旋桨横向力合力不为当双车转向相同时，螺旋桨横向力合力不为0 0；在双车船一进一
32、退进行旋回时，螺旋桨横向力影响见下表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。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。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四、双车船的螺旋桨横向力外旋式外旋式内旋式内旋式向右旋回向右旋回向左旋回向左旋回向右旋回向右旋回向左旋回向左旋回右右车车左左车车右右车车左左车车右右车车左左车车右右车车左左车车沉深横向力沉深横向力向右向右向右向右向左向左向左向左向左向左向左向左向右
33、向右向右向右伴流横向力伴流横向力向左向左向左向左向右向右向右向右向右向右向右向右向左向左向左向左排出流横向力排出流横向力向右向右向左向左向右向右向左向左向左向左向右向右向左向左向右向右第34页，本讲稿共72页1 1、侧推器的工作原理、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。其速度一般为产生转船力矩。其速度一般为2 23 3档，在驾驶台用手柄控制。档，在驾驶台用手柄控制。2 2、侧推器在操纵中的应用、侧推器在操纵中的应用 侧推器的作用与船舶速度有关，
34、船速越小，其作用越大，随着船速的增加，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。其作用逐渐降低。例如：例如：船速船速 3 3节节 8 8节节转船力矩（与舵）转船力矩（与舵）/单独舵转船力矩单独舵转船力矩 3.5 1.283.5 1.28五、侧推器的使用五、侧推器的使用第35页，本讲稿共72页1、舵压力及舵压力转船力矩、舵压力及舵压力转船力矩2、船、桨、舵之间的综合影响、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、舵效及舵效指数的概念及其影响因素第二节第二节 舵的作用舵的作用第36页，本讲稿共72页1 1、舵力的概念、舵力的概念 由机翼理
35、论可知舵的水动力特征。由机翼理论可知舵的水动力特征。水流以水流以角冲向舵时，产生升力角冲向舵时，产生升力L L和和阻力阻力D D，其合力，其合力R R分为法向力分为法向力F F和切向力和切向力A A。我们称法向力我们称法向力F F为舵力。舵力为舵力。舵力F F的大小可用的大小可用下式求得：下式求得：其中：其中：ARAR为舵面积；为舵面积；VRVR为舵速为舵速C C为舵力系数，其大小可用经验公式计算：为舵力系数，其大小可用经验公式计算：其中，其中，为舵的展舷比为舵的展舷比 一、舵压力及舵压力转船力矩一、舵压力及舵压力转船力矩RFDLA第37页，本讲稿共72页2.2.舵力转船力矩舵力转船力矩 其中
36、其中N NR R为舵力转船力矩，其大小为舵力转船力矩，其大小与舵力、舵角等因素有关。与舵力、舵角等因素有关。一、舵压力及舵压力转船力矩一、舵压力及舵压力转船力矩GxR第38页，本讲稿共72页1.1.船体舵力的影响船体舵力的影响（1 1）有效进速）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 X方向分量对舵影响方向分量对舵影响较大。舵处的来流速度可表示为：较大。舵处的来流速度可表示为：VRVRVSVSRR 其中其中RR为舵处的伴流速度，其大小比螺旋桨处伴流的还要大。为舵处的伴流速度，其大小比螺旋桨处伴流的还
37、要大。二、船、桨、舵之间的综合影响二、船、桨、舵之间的综合影响第39页，本讲稿共72页1.船体舵力的影响船体舵力的影响（2 2）有效攻角）有效攻角船舶曲线运动时，船尾舵处的几何漂角为：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：则船舶作定常旋回时舵处的舵的攻角为：为拉直效应系数。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。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、舵之间的综合影响二、船、桨、舵之间的综合影响第40页，本讲稿共72页2.2.螺旋桨对舵力的影响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
38、部分增加了舵的进速，横向部分还增大舵处于螺旋桨之后，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。了舵的攻角。二、船、桨、舵之间的综合影响二、船、桨、舵之间的综合影响第41页，本讲稿共72页1 1、舵效的概念、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。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 2、舵效指数、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。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
39、因素三、舵效及舵效指数的概念及其影响因素第42页，本讲稿共72页3 3、影响舵效的因素、影响舵效的因素（1 1）舵角的影响）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。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 2）舵速影响）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。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 3）排水量影响）排水量影响 舵效与船舶转动惯量有关，惯量大舵效与船舶转动惯量有关，惯量大(排水量排水量)越大，其越大，其T T值越大值越大(T=1/N)(T=1/N)，P P值
40、越小，值越小，舵效越差。换言之，转动惯量越大，船舶不易控舵效越差。换言之，转动惯量越大，船舶不易控制。制。三、舵效及舵效指数的概念及其影响因素三、舵效及舵效指数的概念及其影响因素第43页，本讲稿共72页3 3、影响舵效的因素、影响舵效的因素（4 4）纵倾、横倾的影响）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。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 5）转舵速率的影响）转舵速率的影响 转舵越快，舵效越好，反之，越差。转舵越快，舵效越好，反之，越差。（6 6）外界因素的影响（风、流、浅水等）外界因素的影响（风、流、浅水等）顺风、顺流舵效比顶风、
41、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，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。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三、舵效及舵效指数的概念及其影响因素第44页，本讲稿共72页一、锚的用途一、锚的用途二、锚抓力及其影响因素二、锚抓力及其影响因素第三节第三节 锚的运用锚的运用第45页，本讲稿共72页1 1、操纵中用锚、操纵中用锚（1 1）制动用锚）制动用锚（2 2）拖锚调头）拖锚调头（3 3）拖锚倒航）拖锚倒航（4 4）抛开锚）抛开锚（5 5）脱浅用锚）脱浅用锚（6 6）应急用锚）应急用锚2 2
42、锚泊用锚锚泊用锚一、锚的用途一、锚的用途第46页，本讲稿共72页 锚锚的的抓抓力力实实质质上上就就是是锚锚与与海海底底的的摩摩擦擦力力。锚锚在在海海底底运运动动时时产产生生的的摩摩擦擦力力称称为为动动摩摩擦擦力或动抓力；锚在海底静止时产生的摩擦力称为静摩擦力或静抓力。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 1、操纵用锚的抓力、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。抓力的大小可通过拖锚试验获得。（1 1）影响锚的抓力的因素）影响锚的抓力的
43、因素试验表明，锚的抓力试验表明，锚的抓力PaPa可表示为：可表示为：PaPa(AS(AS，WaWa，h h，LaLa，FB)FB)其中：其中：ASAS锚型锚型 WaWa锚重锚重 h h水深水深 LaLa出链长度出链长度 FBFB底质底质二、锚抓力及其影响因素二、锚抓力及其影响因素第47页，本讲稿共72页（2 2）操纵用锚的抓力系数）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：由试验获得的抓力可用动抓力系数来表示：上式中的锚重上式中的锚重WaWa为水中锚重，为水中锚重，WaWa（水中）（水中）0.87Wa0.87Wa（空气中）（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
44、结果。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：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二、锚抓力及其影响因素L La a/h/h1.51.52.02.02.52.53.03.03.53.50.760.761.161.161.601.602.002.002.402.40第48页，本讲稿共72页（3 3）操纵用锚的抓力计算）操纵用锚的抓力计算（4 4）拖锚淌航距离的估算）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。拖锚停船距船舶在低速情况下，用锚的动抓力停船是操纵中常用
45、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。算。船舶拖锚过程中，船舶由船速船舶拖锚过程中，船舶由船速V0V0降为降为V1V1时，根据动能定理得拖锚淌航距离时，根据动能定理得拖锚淌航距离STST的计算公式：的计算公式：二、锚抓力及其影响因素二、锚抓力及其影响因素第49页，本讲稿共72页 静水中，在余速为静水中，在余速为3 3节以下时，假定拖锚过程中，假定锚的抓力为常量；忽节以下时，假定拖锚过程中，假定锚的抓力为常量；忽略船舶阻力略船舶阻力R R和船舶的附加质量和船舶的附加质量mxmx
46、，将，将m m用排水量用排水量代替，则，船舶由船速代替，则，船舶由船速V V降为降为0 0时，上式简化为：时，上式简化为：式中，式中，为船舶质量（为船舶质量（t t）；）；V0V0为抛锚时船舶的余速（为抛锚时船舶的余速（knkn）；）；PaPa为拖锚时锚的抓力（为拖锚时锚的抓力（t t）；）；S S为拖锚淌航距离（为拖锚淌航距离（m m）。）。二、锚抓力及其影响因素二、锚抓力及其影响因素第50页，本讲稿共72页例：某轮排水量例：某轮排水量1350013500吨，船长吨，船长135m135m，锚重，锚重5t5t，静水中靠泊余速，静水中靠泊余速3kn3kn，抛单锚拖锚淌，抛单锚拖锚淌航航45m45
47、m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的2 2倍计算，试求全部拖锚淌航距离。倍计算，试求全部拖锚淌航距离。解：解：.将质量将质量m m=13500=13500吨，船速吨，船速v v=30.514m/s=30.514m/s，拖锚时锚的抓力，拖锚时锚的抓力PaPa=59.810.87kN=59.810.87kN分别分别代入，可解得全部拖锚淌航距离代入，可解得全部拖锚淌航距离S S为为116.6m116.6m。二、锚抓力及其影响因素二、锚抓力及其影响因素第51页，本讲稿共72页（5 5）操纵用锚注意事项
48、）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 23kn3kn以下。以下。大型船舶则很少采用，而多采用拖轮制动。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。出准
49、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。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二、锚抓力及其影响因素第52页，本讲稿共72页 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，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。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、管道等设在港内或狭水道，应注意有关
50、禁锚区的规定，以防损坏海底电缆、管道等设施。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。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。抛锚后，不应使用过大的车速。二、锚抓力及其影响因素二、锚抓力及其影响因素第53页，本讲稿共72页2 2、单锚泊用锚的抓力、单锚泊用锚的抓力（1 1）单锚泊用锚的抓力的组成）单锚泊用锚的抓力的组成船舶在锚泊中，出链长度船舶在锚泊中，出链长度S S分为两个部分：分为两个部分：S Ss sL L其