1、船舶操纵2009船员培训班,2009年5月29日 高峰,绪论,所谓船舶操纵（Ship handling)是指船舶的驾引人员利用船舶的操纵设备即车、舵、锚、缆以及拖船等来抵御外界环境条件包括风、流、浪、浅窄水、岸壁等的影响，以保持或改变船舶的运动状态所进行的操纵，包括分析、判断、指挥和实施等。,学习目的：,1、全面掌握船舶的操纵性能、船舶操纵性指数的含义及其在操船中的应用2、全面了解船舶所配备的操纵设备的基本性能，熟悉他们在操船中的具体作用3、掌握外界环境条件对操船的影响，在实际操船中趋利避害加以运用或控制4、掌握在各种环境条件下的操船方法,第一章 船舶操纵性能,概念：船舶操纵性能是指船舶对驾引
2、人员实施操纵的响应能力 分类：船舶操纵性能可分为固有操纵性和控制操纵性 1.固有操纵性：包括追随性、定长旋回性、航向稳定性 2.控制操纵性：包括改向性、旋回性、保向性,第一节 船舶的旋回性,概述：旋回性是指定速直航的船舶操某一大的舵角后进入定常旋回的运动性能。旋回性是船舶操纵性当中极其重要的一种性能！,一、船舶旋回的运动过程,*1、第一阶段（转舵阶段）船舶向一舷操舵后，保持或近乎保持其直进速度，同时开始进入基本沿原航向前进而船尾外移同时少量的向操舵一舷横倾的初始旋回阶段反移内倾。,* 2、第二阶段 （过渡阶段）操舵后随着船舶横移速度的和漂角的增大，船舶的运动逐渐偏离首尾面而向外转动，进入内倾消
3、失，外倾出现并逐渐增大的加速旋回阶段正移外倾。,* 3、第三阶段 （定常旋回）随着旋回阻尼力矩的增大，当船舶所受的舵力转船力矩N(a)、漂角水动力转船力矩N(B)和阻尼力矩N(r)相平衡时，船舶的旋回角加速度变为零，船舶的旋回角速度达到最大值并稳定于该值，船舶将进入稳定旋回阶段。 定常旋回 。,二、旋回圈的大小及其要素,概念：* 定速直航(一般为全速)的船舶操一定舵角(一般为满舵)后，其重心所描绘的轨迹叫做旋回圈(turning circle)。 1表征旋回圈大小的几何要素 1) 进距(advance)* 进距也称纵距，是指从操舵开始到船舶的航向转过任一角度时重心所移动的纵向距离。通常，旋回资
4、料中所说的纵距，特指当航向转过90时的进距，并以Ad表示之，它大约为旋回初径的0612倍。,2) 横距(transfer)横距是指从操舵开始到船舶的航向转过任一角度时船舶重心所移动的横向距离。通常，旋回资料中所说的横距，特指当航向转过90时的横距，并以Tr表示之，它大约为旋回初径的一半。*3) 旋回初径(tactical diameter)旋回初径是指从操舵开始到船舶的航向转过180时重心所移动的横向距离，并以DT表示之。它大约为36倍的船长。,4) 旋回直径(final diameter)旋回直径是指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径，亦称旋回终径，并以D表示之，它大约为旋回初径的0912倍。
5、5) 滞距(reach)亦称心距。正常旋回时，船舶旋回直径的中心O总较操舵时船舶重心位置更偏于前方。滞距是该中心O的纵距，并以Re代表之，大约为12倍船长，它表示操舵后到船舶进入旋回的“滞后距离”，也是衡量船舶舵效的标准之一。,6) 反移量(kick)反移量亦称偏距，是指船舶重心在旋回初始阶段向操舵相反一舷横移的距离。通常，该值极小，其最大量在满载旋回时仅为船长的1左右。但操船中应注意的是，船尾的反移量却不容忽视，其最大量约为船长的15110，约出现在操舵后船舶的转头角达一个罗经点左右的时刻。反移量的大小与船速、舵角、操舵速度、排水状态及船型等因素有关，船速、舵角越大，反移量越大。,2、描述船
6、舶旋回运动状态的运动要素,1) 漂角(drift angle)船舶首尾线上某一点的线速度与船舶首尾面的交角叫做漂角，如左图所示。船舶在首尾线上不同点的漂角是不同的，在船尾处，由于其横移速度最大，因此漂角也最大。但通常所说的漂角是指船舶重心处的线速度Vt与船舶首尾面的交角，也就是船首向与重心G点处旋回圈切线方向的夹角，用B表示之。一般船舶的漂角大约在315之间。,2) 转心(pivoting point)及其位置 旋回中的船舶可视为一方面船舶以一定的速度前进，同时绕通过某一点的竖轴而旋转的运动的叠加，这一点就是转心，通常以P代表之。船舶操舵旋回时，在旋回的初始阶段，转心约在重心稍前处，以后随船舶
7、旋回不断加快，转心随着旋回中的漂角的增大而逐渐向船首方向移动；当船舶进入定常旋回阶段即船舶旋回中的漂角保持不变时，转心P逐渐稳定于某一点，对于不同船舶，该点的位置大约在离船首柱后1315船长处；船处于后退中，转心位置则在船尾附近。对于不同船舶而言，旋回性能越好、旋回中漂角B越大的船舶，其旋回时的转心越靠近船首。,3) 旋回中的降速 船舶在旋回中，主要由于船体斜航(存在漂角)时阻力增加，以及舵阻力增加和推进效率降低等原因，将会出现降速现象。一般船舶旋回中的降速幅度大约为旋回操舵前船舶速度的2550，而旋回性能很好的超大型油船在旋回中的降速幅度最大可达到原航速的65。4) 旋回中船舶出现的横倾(L
8、ist) 旋回中船舶出现的横倾是一个应予注意的不安全因素。船舶在大风浪中大角度转向或掉头时，如船舶在波浪中横摇的相位与旋回中外倾角的相位一致，则船舶将有倾覆的危险，这是操船中应予避免的一个重要问题。另外值得注意的是，由于舵力所产生的内倾力矩有利于抑制船舶的外倾角，因此当船舶在旋回中一旦产生较大的外倾角时，切忌急速回舵或操相反舷舵，否则会进一步增大外倾角，威胁船舶的安全。,三、影响旋回圈大小的因素,1方形系数Cb(block coefficient) 2船体水线下侧面积形状及分布4操舵时间 5舵面积比 6船速 7吃水8吃水差9横倾10. 浅水影响11螺旋桨的转动方向,四、旋回圈要素在实际操船中的
9、应用,由旋回试验测定的旋回圈资料是船舶操纵性能的重要内容之一，它不仅用来评价船舶的旋回性能，同时还可以直接用于实际操船。1旋回初径、进距、横距、滞距和在实际操船 中的应用在水深足够的宽敞水域，旋回初径可以用来估算船舶用舵旋回掉头所需的水域；横距可以用来估算操舵转首后，船舶与岸或其他船舶是否有足够的间距；滞距可以用来推算两船对遇时无法旋回避让的距离，即两船对遇时的距离小于两船的滞距之和，则用舵无法避让；而两船的进距之和则可以用来推算对遇时的最晚施舵点。,2反移量在实际操船中的应用 反移量在实际操船中的应用很多 例如，本船航行中发现有人落水时，应立即向落水者一舷操舵，使船尾迅速摆离落水者，以免使之
10、卷进船尾螺旋桨流之内。又如，在船首较近的前方发现障碍物时，为紧急避开，应立即操满舵尽量使船首让开；当估计船首已可避开时，再操相反一舷满舵以便让开船尾。再如，当船舶前部已离出码头拟进车离泊时，如操大舵角急欲转出，则由于尾外摆而将触碰码头。为避免发生事故应适当减速，待驶出一段距离后再使用小舵角慢慢转出。,第三节 船舶的航向稳定性与保向性,正舵直航中的船舶，当受到风、浪或其他因素的瞬时性干扰后，船舶将不可避免地偏离原来的直航运动状态。但当干扰过去后，偏离原来直航运动的船舶能否自行恢复到原来航线上去 (位置稳定)，能否自行恢复到原来的航向上去(方向稳定)，能否较快地稳定在新的航向上，具有新的直线运动(
11、直线稳定)，这就是船舶运动稳定性所讨论的问题。它是船舶操纵性研究的一个重要方面。,一、航向稳定性,*所谓航向稳定性，指的是船舶在受外界干扰取得转头速度r0后，当干扰结束之后在船舶保持正舵的条件下，船舶受的转头阻矩对船体转头运动有何影响，因而船舶转头运动将如何变化的性质。一艘航向稳定性较好的船舶，直航中即使很少操舵也能较好地保向；而当操舵改向时，又能较快地应舵；转向中回正舵，又能较快地把航向稳定下来。其特点是对舵的响应运动来得快，耗时短，因而舵效比较好。,1静航向稳定性静航向稳定性(statical course stability)，指的是船舶受外力作用而稍微偏离原航向，但重心仍在原航向上斜航
12、前进，有关该斜航漂角将如何变化的性能。通常的船舶在斜航中，因为漂角的出现将产生使漂角继续增大的转头力矩，所以常常是静航向不稳定的。船舶越是首倾，船体侧面积在船首分布越多，其静航向稳定性就越差。,2动航向稳定性当外界干扰过去之后，船舶的转头运动在不用舵纠正的情况下，能尽快稳定于新航向的性质谓之船舶动航向稳定性(dynamical course stability)。,三、船舶保向性,1船舶保向性的概念保向性是指船舶在外力作用下(如风、流、浪等)，由舵工(或自动舵)通过，罗经识别船舶首摇情况，通过操舵抑制或纠正首摇并使船舶驶于预定航向上的能力。船舶保向性的好坏不但与船舶航向稳定性的好坏有关，而且还
13、与操，舵人员的技能及熟练程度、自动舵、舵机的性能有关。,2影响船舶保向性的主要因素,船型水下船型是决定船舶转头阻矩和惯性的重要因素，水上船型是决定船舶所受风力及风力转船力矩大小的重要因素。它们对保向性均有很大影响。 (1) 方形系数较低、长宽比较高的瘦削型船舶，其保向性较优；浅吃水的宽体船保向性较差。 (2) 船体侧面积在尾部分布较多者，如船尾有钝材，其保向性较好；船首水下侧面积分布较多者，如船首有球鼻首将降低保向性。 (3) 较高的干舷将降低船舶在风中航行时的保向性。,2)载态载态的改变将导致水下和水上船型的改变，因而也影响到船舶保向性。对于同一艘船 : (1) 轻载较满载时保向性好(受风时
14、另当别论)； (2) 尾倾较首倾时的保向性好。3)舵角增大所操的舵角，能明显地改善船舶的保向性。超大型油船小舵角状态下有航向不稳定趋势，需用较大舵角才能保向。 4)船速对于同一艘船而言，由于船速的提高，船舶保向性将变好。 5)其他因素保向性将因水深变浅而提高；船舶顺风浪或顺流航行中保向性反而降低。,第四节 船舶变速运动性能,驱动静止中的船舶运动，或运动中的船舶停止下来，或改变船舶的运动速度，它们均有维持其原运动状态的趋势，经过一定时间的过渡，才能达到所要求的状态。这种趋势就是船舶惯性(inertia effect)。标志惯性过程长短的数据可有两种表示方式：一种是衡量完成变速运动所需路程的叫冲程
15、(惯性冲程)；另一种是衡量完成变速运动所需时间的叫冲时(惯性冲时)。,一、船舶的启动性能,定义：船舶在静止状态中开进车，使船舶达到与主机功率相应的稳定船速所需的时间和航进的距离，称为船舶的启动性能 船舶从静止状态开进车，主机的转速需视船速的逐步提高而逐渐增加，因而存在一个逐步加速过程。一味求快，甚至立即把主机的转速增加很多，则会使主机转矩突然增大，使主机超负荷工作，在实际操船中应予以防止。,根据经验，从静止状态逐级动车，直至达到定常速度，满载船舶约需航经20倍船长左右的距离，轻载时约为满载时的1223。,二、停车性能,定义： 船舶在全速或半速前进中停止主机，至船对水停止移动时所需的时间和滑行的
16、距离，称为停车冲时和停车冲程。主机停车后，推力急剧下降到零；开始船速下降迅速；但随着船速的下降，船舶阻力减小，船速下降逐渐缓慢；当船速很低时，阻力很小，船速的下降极为缓慢，船舶很难完全停止下来。因此，通常以船速降低至能维持船舶舵效的速度(对于万吨级船舶为2kn左右)为界限来计算船舶的停车冲程和冲时。,根据经验，船舶在常速航进中停车，降速到能维持其舵效的速度时，一般货船的停车冲程为船长的820倍，超大型船舶则超过20倍的船长，船越大，停车惯性越大。.高速前进中的船舶，突然下令停车，主机转速下降至完全停止要有一个过程。除特殊情况外，从有利保护主机的角度出发，一般仍应采取逐级降速至停车。,*三、倒车
17、停船性能及影响紧急停船距离的因素,1倒车停船性能船舶在前进三中开后退三，从发令开始到船对水停止移动所需的时间及航进的距离，称为倒车冲时和倒车冲程，其距离又称紧急停船距离(crash stopping distance)或最短停船距离 (shortest stopping distance)。 前进中的船舶由进车改为倒车，通称主机换向。 一般情况下: 蒸汽机船约需 6090 s。 内燃机船约需 90120s； 汽轮机船约需 120180s；,倒车冲时和倒车冲程可用下列公式估算： t = 0.0089 V0 / R0 S = 0.0121 V0/ R0, 船舶排水量，单位为t； R0船速为V0时的
18、船舶阻力，单位为9.81kN； V0船舶的定常速度，单位为kn；t 时间，单位为min； S启动惯性距离，单位为m。,根据统计: 一般中型至万吨级货船的紧急停船距离可达68倍船长； 载重量50000 t左右的船舶达810倍船长； 载重量10万t的船舶可达1013倍船长； 载重量1520万t的船舶可达1316倍船长。,*2影响紧急停船距离的因素(1) 船舶排水量:(2) 船速: (3) 主机倒车功率、转速和换向时间:(4) 推进器种类:(5) 船体的污底程度:(6) 外界条件:,第五节 船舶操纵性试验,掌握船舶的操纵性是驾引人员安全操船的必备条件。为掌握实船的操纵性，必须进行实船的操纵性试验(m
19、anoeuvring test)，主要包括:一、旋回试验船舶旋回试验是迄今为止仍普遍进行的试验。其目的是求取船舶的旋回要素，其中包括进距、横距、旋回初径、旋回直径、滞距、旋回时间等，以便评价船舶旋回的迅速程度和所需水域的大小，从而判定船舶的旋回性能。二、Z形试验Z形试验最早是Kempf提出的一种判定船舶操纵性能的方法，又称标准操纵性试验。1957年日本学者野本又发展了对Z形试验结果进行理论分析的新方法K，T指数分析方法。,三、螺旋试验螺旋试验包括正螺旋试验(direct spiral test)和逆螺旋试验(reverse spiral test)两种，前者由法国的Dieudonne提出，后者
20、由Beck提出。螺旋试验的目的是判定船舶航向稳定性的好坏。 四、停船试验停船性能是船舶操纵性能中极为重要的性能之一，在实船试验中应分别测定船舶在满载和空载时，主机转速为前进一、二、三时，采用停车、倒车措施的冲程和冲时。 测定方法，通常采用抛板法（或称投木法）:,用抛扳法测定冲程时，其冲程大小表示船舶对水的移动距离,第二章 车、舵、锚、缆、拖船在操船中的运用,第一节 螺旋桨的作用把主机发出的功率转换成推动船舶前进的功率的装置或机构，统称推进器（车）。 推进器的种类主要有螺旋桨、平旋推进器、明轮、喷水推进器等等。目前机动船上普遍使用的是螺旋桨。螺旋桨的种类主要可分为固定螺距螺旋桨(FPP)和可变螺
21、距螺旋桨(CPP),一、船舶阻力 R 与螺旋桨的推力 T,船舶以一定航速行驶于水面，必须克服船舶本身所受的各种阻力。船舶依靠主机发出的功率，驱动推进器产生推力；当推力与阻力平衡时，船舶将作匀速运动，否则将作变速运动。1船舶阻力航行中的船舶所受的阻力(resistance)包括基本阻力R0与附加阻力R两个部分： RR0十R 基本阻力R0是指新出坞的裸体船(不包括附属体，如舵、螺旋桨等)在平静水面行驶时水对船体产生的阻力。基本阻力由摩擦阻力(frictional resistance)、涡流阻力(eddymaking resistance)和兴波阻力(waveresistance)构成；后二者统称
22、压差阻力，通常也称为剩余阻力(residUal resistance)。,基本阻力与船速的关系近似于线性变化，但当船速较高时，则基本阻力随船速的增加急剧增加，且船速越高增加的幅度越大。当船速一定时，吃水越大，基本阻力越大。附加阻力由污底阻力(fouling resistance)、附体阻力(appendage resistance)、空气阻力(air resistance)和汹涛阻力(rough water resistance)组成： R0=RF十RA十Rx十RR 显然，船舶的附加阻力与船体的污底程度、附体的多少及结构、风浪的大小、航道的浅窄等因素有关。对于商船而言，因其速度不高，空气阻力仅
23、占总阻力的24。,2螺旋桨的推力和转矩 在主机驱动下，转动的螺旋桨推水向后运动，水对螺旋桨的反作用力在船首方向的分量就是推船前进的推力(thrust)；倒车时则产生指向船尾的拉力。流向螺旋桨盘面的流称为吸入流(suction current current)；离开螺旋桨盘面的流称为排出流(discharge current)。吸入流的特点是流速较侵，范围较宽，流线几乎相互平行；排出流的特点是流速较快，范围较小，水流旋转激烈，如图,二、主机功率和船速 1主机功率1) 机器功率(Machinery Horse Power)MHP(1) 指示功率(Indicated Horse Power)IHP
24、(2) 制动功率(Brake Horse Power)BHP (3) 轴功率(Shaft Horse Power)SHP2) (螺旋桨)收到功率(Delivered Horse Power)DHP3) 推力功率(Thrust Horse Power)THP有效功率(Effective Horse Fower)EHP,3船速分类1)额定船速在额定功率、额定转速条件下，船舶在平静的深水域中取得的船速称为额定船速 2)海上船速海上由于气候多变，为确保长期安全航行，需留有适当的主机功串储备，因而主机的海上常用功率要较其额定功率为低，通常为额定功率的90；相应的海上常用主机转速n0则为额定转速的9697
25、。 3)港内船速近岸航行，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。一般港内的最高主机转速约为海上常用转速的7080左右。,三、螺旋桨的致偏作用,1螺旋桨横向力1) 螺旋桨沉深横向力螺旋桨盘面中心距水面的垂直距离称为螺旋桨的沉深h。它与螺旋桨直径D之比hD称为沉深比。螺旋桨转动时，除推水产生推力或拉力外，还推水旋转。从而产生即转力Q。当hD0.5时，螺旋桨桨叶部分露出水面，这就导致螺旋桨部分在空气中工作，因空气的密度要比水的密度小，导致螺旋桨上部的转力Q2小于下部的转力Q1，Q1和Q2的差值形成的
26、横向力，称为螺旋桨沉深横向力。,对于右旋固定螺距螺旋桨而言，进车时，该力推尾向右，船首左偏；倒车时相反，推尾向左、船首右偏。螺旋桨沉深横向力的大小与船舶浮态密切相关，当沉深比hD0.650.75时，螺旋桨桨叶距水面较深，空气就不易吸入，沉深横向力很小，随hD的逐步减小该力将明显增大。,2)伴流横向力伴流是伴随船体运动而产生的追随性水流，也称追迹流。它主要由摩擦伴流、势伴流和兴波伴流组成，其大小和在船舶周围各处并不相同，通常所说的伴流速度是指相应位置处伴流沿首尾方向的分量。伴流在螺旋桨处的分布是不均匀的，如右图所示，其分布特点是左右对称、上大下小。,对于右旋固定螺距螺旋桨单桨船而言，当船舶在前进
27、中进车时，伴流横向力推尾向左，船首右偏；船舶在前进中倒车时，伴流横向力推尾向右，船首左偏。上述的船首偏转方向正好与螺旋桨的沉深横向力相反。船舶在后退中，因为舵叶形成的伴流极小，所以不论是进车或倒车其影响均可忽略不计。,3) 排出流横向力船舶在前进中操正舵时，如图右所示，舵叶左上部与右下部将分别受到排出流的有力冲击。相比较而言，因为右下部排出流的冲角明显大于左上部，使右侧的水动力高于左侧，造成推尾向左，船首向右偏转。当船舶在轻吃水状态下舵叶部分露出水面时，这种偏转趋势将更加明显。,对于右旋固定螺距螺旋桨单桨船而言，排出流均使船首向右偏转。总体而言，排出流横向力当船速较低时在螺旋桨横向力中是一个比
28、较大的量，尤其是船舶在轻载状态下。,4) 推力中心偏位推力中心偏位是由于吸入流造成的。船舶前进中，吸入流沿水下船尾型线由船底向上呈斜上方向汇集于螺旋桨的盘面内。进车时右半圆的桨叶呈顶流、左半圆的桨叶呈顺流状态，使右侧桨叶的推力大于左侧桨叶的推力，整个螺旋桨的推力中心偏向于螺旋桨中心的右侧，使船首左偏；船舶前进中倒车时，左侧的桨叶呈顶流、右侧的桨叶呈顺流状态，使左侧桨叶的拉力大于右侧桨叶的拉力，整个螺旋桨的拉力中心偏向于螺旋桨中心的左侧，使船首左偏。总而言之，螺旋桨推力中心偏位的方向与螺旋桨旋转的方向一致，且船速越高、螺旋桨转速越高，则推力中心偏位越明显。船舶在后退中，如操正舵，则吸入流并无致偏
29、作用；如操某舷舵角，则吸入流冲在舵叶的背面，使船首向操舵另一舷偏转，即操左舵时船首向右偏转，操右舵时船首向左偏转。,螺旋桨横向力的致偏作用(右旋FPP单桨船),第三节 受限水域对操船的影响,一 浅水对船舶操纵的影响 二 岸壁效应 三 浅水域航行时的富余水深,一 浅水对船舶操纵的影响,1.浅水对船速的影响由于三维流场变为二维流场，导致流速增加的缘故。除此之外，船舶在浅水中会发生下列现象：船体下沉、纵倾增大、兴波增强、流速加快（相对流速）等现象。-浅水导致船速下降,一 浅水对船舶操纵的影响,2. 浅水对船体下沉和纵倾变化的影响船舶在海上航行，船体周围由静水压变为动水压，则会导致船体浮态的变化。对于
30、中低速船舶（如一般商船），航行时将呈现首倾现象。对于高速船舶，V较大，船舶航行时，随着船速的提高，首下沉量达到最大值后，开始呈现上浮。而尾下沉量先是增大，达到最大值后逐渐减小，船体将呈现尾倾现象。在浅水中，低速时船体就开始下沉；在浅水中，低速时首倾比深水中大；水深越小，达到最大首倾的船速越低，,一 浅水对船舶操纵的影响,3.浅水对操纵性的影响 船舶在浅水中，附加转动惯量和水动力距都随着水深的变浅而增大。这说明船舶在浅水中阻尼力矩比深水中大，船舶不易转动，或转动之后不易控制。,二 岸壁效应,1.岸推的概念当船舶埃狭水道中航行时，如果一舷靠岸距离太近，该舷相对流速的加快，将受到岸壁一侧横向力的作用
31、，这个横向力称为“岸吸力”。简称为岸吸现象；同时，如果岸吸力不是作用在船舶的重心处，则船首还受到推离岸壁的力矩的作用，该力矩称为“岸推力矩”，简称岸推现象。岸吸现象和岸推现象合称为“岸壁效应”。,二 岸壁效应,2.影响岸壁效应的因素 （1）试验表明：岸壁效应与下列因素有关： （2）靠岸越近，效应越大，过于靠近，难以保向； （3）航道越窄，效应越大； （4）船速越高，效应越大； （5）水深越浅，效应越明显； （6）方形系数越大，效应越明显，超大型船舶较一般船舶保向舵角要大。,三、浅水域航行时的富余水深,浅水域操船，有时会出现舵效极度降低甚至无舵效，即不能自力操纵的局面；横移阻力因水浅而过分增大，
32、不得不依赖多艘拖轮支援；浅水域航行中船体进一步下沉会危及船体、舵和推进器的安全，甚至危及主机的正常工作。因此，在浅水域中为保证船舶安全航行，应使水深超过实际吃水， 并保有一定安全余量，这余量通常称之为富余水深富余水深可由下式求出：富余水深海图水深十当时当地潮高一船舶静止时的吃水,*三、浅水域航行时的富余水深,1确定富余水深应考虑的主要因素1）船体下沉 2）船舶摇荡 3）水密度变化 4）气压变化 5）图示水深、潮高的误差 6）其他如心理因素,三、浅水域航行时的富余水深,2富余水深的确定 在确定富余水深时，一方面必须保证船体底部不会触及海底，另一方面又必须保证船舶具备一定的操纵性能，以确保安全操船
33、。因此富余水深应根据当时的船舶状态（如航速、吃水、纵倾等）和环境条件（如海况、气象、水道形状及宽度、船舶通航密度等）加以确定。 例如：欧洲引水协会（EMPA），对进出鹿特丹、安特卫普港的船舶建议采用如下的富余水深：外海水道 港外水道 港内 船舶吃水的20% 船舶吃水的15% 船舶吃水的10%,三、浅水域航行时的富余水深,荷兰的Europoort港，对于VLCC采用较上述值低5%的富余水深标准。马六甲海峡、新加坡海峡对VLCC（DW15万吨）油轮及深吃水（d15m）船舶过境，规定了至少应确保3.5m富余水深的义务。日本獭户内海主要港口的富余水深标准为：吃水在9m以内的船舶，取吃水的5%吃水在91
34、2m的船舶，取吃水的8%吃水在12m以上的船舶，取吃水的10%,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,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,2. 舵力转船力矩其中NR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,1. 船体舵力的影响 （1）有
35、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：VRVSR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,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,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,1、舵效的概念操单位舵角后，
36、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,*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,*3、影响舵效的因素 （4）纵倾、
37、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,一、锚的用途二、锚抓力及其影响因素,第三节 锚的运用,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,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
38、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。,二、锚抓力及其影响因素,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23kn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。,二、锚抓力及其影响因素,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：SsL 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
39、因素,第四节 缆的运用,一、靠泊用缆 二、系泊用缆,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,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。,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,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
40、： （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。,港作拖轮在操纵中的作用,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。,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
41、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。,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0.220.31 （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
42、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。,一、拖船的种类及其特点,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。,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
43、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。,三、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,第四章 港内操船,第一节 进出港操船 第二节 港内掉头 第三节 靠、离泊操纵 第四节 锚泊操纵,第一节 进出港操船,一、进港时船速的控制 二、接送引水员时的操纵方法,一、 进港时船速的控制,1进港时的减速过程 一般现代化大型集装箱船舶在接近港口附近时，通常备车时机在至锚地前
44、剩余航程10海里或提前1小时； (2) 一般船舶在接近港口附近时，通常备车时机在至锚地前剩余航程5海里或提前0.5小时；,一、 进港时船速的控制,2. 减速过程中的舵效 进港操船中，随着船舶逐步减速，舵效将会变得越来越差。根据实践经验，需要注意的是不同的操舵手段，需要有相应的速度域，才能保持一定的舵效，达到有效地控制船舶航向的目的。 一般说来，操船者应当知道下列数据：（1）自动舵可有效控制航向的速度域为8kn以上；（2）手操舵有舵效的最低速度约为3kn；（3）侧推器起作用的速度域范围为4kn以下。 当然，具体船舶在减速过程中的航向控制问题，在实际操船中并不完全像上述三条那样单一。各种控向手段可
45、实施控制的有效速度域还常随船舶种类、线型、外界环境条件的不同而不同。因此，仍需时时注意具体船舶及其所处的具体环境情况予以修正才行。,二、 接送引水员时的操纵方法,1注意进港指南或有关资料介绍的该引航站的注意事项。 2到达前通过VHF与引航站联系，控制好ETA。 3引航站附近上下引航员较多，要备妥主机，加强了望，注意避让，并慢速驶近。如周围情况复杂还要备锚、加派了头。 4悬挂或显示有关的信号。 5根据引航站的要求，将引航梯或舷梯放在相应的一舷，通常引航梯应放在下风、风浪较小的一舷；必要时应操纵船舶，使引航梯处于下风。,二、 接送引水员时的操纵方法,6充分注意潮流大小和方向以及潮位的升降。 7准备
46、好接送引航员的工具（如绳索等），引航梯处应备好救生器具，晚间要备好照明灯。 8在能见度不良时，有时本船不易被引航船所识别，必要时本船应开启雷达为引航船导航并鸣放合适的声号供引航船识别。 9引航船附近往来船舶交通密集，应加强了望，注意及时用VHF与他船联络并及时避让。,港内掉头,一、掉头时所需水域的估算 二、常用掉头方法的操纵要领,*掉头时所需水域的估算,*根据一般船舶的操纵性能，根据用锚、利用风流等外力因素的有利影响，以及利用拖轮协助掉头等不同条件，船舶掉头范围可参考下列数据： 1）先使船舶降速，而后提高主机转速，满舵向右掉头需约直径3L（L为船长）的圆形水域； 2）如可使用一艘拖轮协助掉头，
47、则需约直径2L的圆形水域； 3若因地形等原因，利用顺流抛锚自力向右掉头需约直径2L的圆形水域； 4）完全使用拖轮掉头时（二艘或二艘以上），需约直径1.5L的圆形水域。,掉头方向选择的一般原则。,掉头方向 I顺流抛锚：抛右锚向右掉 II顶流拖首：拖右首向右掉 III弯曲水道：向凸岸边掉头 IV空船侧风：迎风掉头,第二节 靠、离泊操纵,一、靠泊操纵 （berthing alongside） 二、离泊（clearing from alongside；leaving a berth） 三、各种条件下的船舶靠离泊方法,一、靠泊操纵 （berthing alongside）,1准备工作 1）掌握港口与码头
48、信息 2）掌握本船情况 3）制定靠泊操纵计划,一、靠泊操纵 （berthing alongside）,2操纵要领 1）控制抵泊余速 2）合理选择横距 3）调整好靠拢角度,一、靠泊操纵 （berthing alongside）,（3）调整好靠拢角度所谓靠拢角度，就是船首向与码头线间之交角。船舶为了保持在选定的串视线上淌航前进，需要不断地调整该角度。减小靠拢角可减轻横向接近速度，顶流较强时尤为明显；增大靠拢角又可提高横向接近速度；首开风较强时还可采取顶风驶向B点的方法，使整个靠泊过程可免去对风致漂移，尤其是对横向漂移的耽心。在靠泊中调整靠拢角，主要的是在淌航向泊位接近中通过操舵、用车来实现的；进入
49、泊位后还可以在此基础上通过抛锚并适当松紧锚链、绞收系缆而加以实现；大型船则需更多的借助拖轮来协助操纵。,二、离泊（clearing from alongside；leaving a berth）,1.准备工作1）离泊前，应实地观察风、流及泊位前后情况，前后有无动车余量、锚链方向及长度，系缆的角度及受力状态，以及水域内来往船舶的动态。凡不适宜部分应做必要的调整。2）制定离泊方案。应根据气象、潮汐、泊位特点、船舶动态、装载情况，按照本船实际操纵性能，正确决定离泊时机、离泊方案，并于出航前的会议上向有关人员进行布置。3）如有拖轮协助，应交待协助操纵方案，以便使其主动配合。4）机舱活车前，驾驶员应到船尾察看系缆及推进器附近是否清爽，舷梯、吊杆及岸上装卸设备是否有碍，在确认无碍后方可试车。另外试舵、试声光信号，并按规定悬挂信号。,二、离泊（clearing from alongside；leaving a berth）,
