第四节 船舶回转性 船舶回转运动：直航船舶操舵后，船舶作纵移、横 移和偏转的复合运动 一、船舶回转运动的过程 (一)船舶回转运动方程 1、船舶所受的非惯性力和力矩 Mp 1)螺旋桨产生的推力T 2)舵压力PN和转船力矩Mp Py Px=-PNsinδ Py =-PNcOS 8 Mp =L/2 PNcOs 8 2023/7116
2023/7/16 1 第四节 船舶回转性 船舶回转运动：直航船舶操舵后，船舶作纵移、横 移和偏转的复合运动。 一、船舶回转运动的过程 （一）船舶回转运动方程 1、船舶所受的非惯性力和力矩 1)螺旋桨产生的推力T 2)舵压力PN 和转船力矩Mp Mp X Y PN PN’ PN’’ G Py Px Px = -PNsin Py = -PNcos Mp = L/2 PNcos
3)船体所受的水动力及其转船力矩 Rx =-Racos B+Rbsin B Ry Rasin B+Rbcos B MR Ry =(Rasin B+Rbcos B) Rb 4)船体回转运动后产生的阻 a 尼力及阻尼力矩 Mf=Rf*f Ma=Rc*a Fx=T+Px+Rx Fy Py+Ry-Rf+Rc Mz =(Mp+MR)-(Mf+Ma) Rc 2023/7/16
2023/7/16 2 3)船体所受的水动力及其转船力矩 Rx = -Racos +Rbsin Ry = Rasin +Rbcos MR = Ryl = (Rasin +Rbcos ) l MR R Ra X Y G Rb l V Mf Rf X Y G f a Ma Rc Fx = T+Px+Rx Fy = Py+Ry-Rf+Rc Mz = (Mp+MR) – (Mf+Ma) 4)船体回转运动后产生的阻 尼力及阻尼力矩 Mf = Rf*f Ma = Rc*a
2、船舶产生的惯性力和惯性力矩 Fjx=pwV(1+K1)cosB dV/dt -pwV(1+K1)VsinBdB/dt -pwV(1+K2)V2/Rsinβ PwV(1+KI)dV/dt x Fjy=-[pwV(1+K1)sinB dV/dt +pwV(1+K1)VcosBdB/dt +pwV(1+K2)VP/Rcosβ] PwV(1+K2)V/R Mjz=J(1+K3)d@/dt 2023/7/16
2023/7/16 3 2、船舶产生的惯性力和惯性力矩 w(1+K2)V²/R w(1+K1)dV/dt R X Y G Fjx = w(1+K1) cos dV/dt - w(1+K1) Vsind/dt -w(1+K2)V²/Rsin Fjy = -[w(1+K1) sin dV/dt + w(1+K1) Vcosd/dt +w(1+K2)V²/Rcos ] Mjz = J(1+K3)d/dt
3、船舶非定常回转运动时的运动方程 Fx+Fjx=0;Fy+Fjy=0 T-Px-Racos B+Rbsin B =-pwV(1+K1)coss dv/dt pwV(1+K1)VsinBdB/dt +pwV(1+K2)V2/RsinB -Py+Rasin B+Rbcos B+Rc-Rf =pwV(1+K1)sing dV/dt +pwV(1+K1)VcosBd3/dt +pwN(1+K2)V2/Rcosβ (Mp+MR)-(Mf+Ma)=J(1+K3)do/dt 2023/7116
2023/7/16 4 3、船舶非定常回转运动时的运动方程 Fx + Fjx = 0; Fy + Fjy = 0 T – Px -Racos +Rbsin = - w(1+K1) cos dV/dt + w(1+K1) Vsind/dt +w(1+K2)V²/Rsin -Py+Rasin +Rbcos +Rc-Rf = w(1+K1) sin dV/dt + w(1+K1) Vcosd/dt +w(1+K2)V²/Rcos (Mp+MR) – (Mf+Ma) = J(1+K3)d/dt
(二)船舶回转运动的三个阶段 1、机动阶段（转舵阶段） 船舶自转舵时起至船首开始转动时止。 运动方程： T-Px-Ro =-pwV(1+K1)dV/dt -Py =pwV(1+K2)V2/R Mp J(1+K3)do/dt 特征： 船速下降 船舶重心反向横移 船首朝操舵一侧偏转 >船舶内倾 2023/7/16
2023/7/16 5 （二）船舶回转运动的三个阶段 1、机动阶段（转舵阶段） 船舶自转舵时起至船首开始转动时止。 运动方程： T – Px -Ro = - w(1+K1)dV/dt -Py =w(1+K2)V²/R Mp = J(1+K3)d/dt 特征： ➢船速下降 ➢船舶重心反向横移 ➢船首朝操舵一侧偏转 ➢船舶内倾 O R
2、变化阶段（过渡阶段或渐变阶段 船加从横移、回转运动时起至船舶作定常回转运动时止 运动方程： T-PX-Ro =-pwV(1+K1)dv/dt -Py+Rb=pwV(1+K1)VdB/dt+pwV(1+K2)V2/R Mp+Mg J(1+K3)d@/dt 特征： ·船速继续下降 ●船舶加快向朝舵一侧偏转 ●船舶重心开始正向横移 ●船体开始外倾 2023/7/16
2023/7/16 6 2、变化阶段（过渡阶段或渐变阶段） 船舶从横移、回转运动时起至船舶作定常回转运动时止。 运动方程： T – Px -Ro = - w(1+K1)dV/dt -Py+Rb = w(1+K1) Vd/dt+w(1+K2)V²/R Mp+MR = J(1+K3)d/dt 特征： •船速继续下降 •船舶加快向朝舵一侧偏转 •船舶重心开始正向横移 •船体开始外倾
3、稳定阶段（定常回转运动阶段） 当(Mp十MR)=(Mf+Ma)时，do/dt=0,o=constant,船舶 作匀速圆周运动时即进入定常回转运动阶段 运动方程： T-Px -Racos B+Rbsin B pwV(1+K2)V2/RsinB -Py+Rasin B+Rbcos B+RC-Rf =pwV(1+K2)V2/RcosB (Mp+MR)=(Mf+Ma) 特征： ●船舶以漂角B作匀速圆周运动 ·船舶处于相对稳定的外倾 2023/7/16
2023/7/16 7 3、稳定阶段（定常回转运动阶段） 当(Mp+MR) = (Mf+Ma)时，d/dt=0， =constant,船舶 作匀速圆周运动时即进入定常回转运动阶段。 运动方程： T – Px -Racos +Rbsin = w(1+K2)V²/Rsin -Py+Rasin +Rbcos +Rc-Rf = w(1+K2)V²/Rcos (Mp+MR) = (Mf+Ma) 特征： •船舶以漂角作匀速圆周运动 •船舶处于相对稳定的外倾
(三)船舶回转运动中船体状态 1、回转中的降速 原因：船体斜航阻力大于直航阻力、舵阻力Px和推进效 率降低 Vt/Vs 0.9 根据Davidson 08 DT/Lpp=3 0.7 可降速40%- 0.6 50%; 05 0.4 大型油船中 7 DT/Lpp≈3的船， Dr/LPp 可降速60%。 2023/7116
2023/7/16 8 （三）船舶回转运动中船体状态 1、回转中的降速 原因：船体斜航阻力大于直航阻力、舵阻力Px和推进效 率降低 根据Davidson 2 3 4 5 6 7 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 DT/Lpp Vt/Vs DT/Lpp=3 可降速40% - 50%； 大型油船中 DT/Lpp 3的船， 可降速60%
2、回转中的横倾 1)内倾 Mt1=PNcos 8GP/2 Ms pw Vg GM 01 内横倾角01为： 91=PNcosδGP/2DgGM 2)外倾 M Mt2=pwVV2/RcosβGP' PwVV-/RcosB PNcos 8 PP' G Ry Ms pw V g GM sin02 外横倾角02为： 02=arcSin(V2 cosB GP'/R g GM) 2023/7/16
2023/7/16 9 1）内倾 Mt1=PNcos GP/2 Ms = w g GM 1 内横倾角1为： 1= PNcos GP/ 2Dg GM P d G O Mt1 GP/2 PNcos d/2 惯心力 Mt2 PNcos G wV²/Rcos Ry P P’ 2）外倾 Mt2= wV²/Rcos GP’ - PNcos PP’ Ms = w g GM sin2 外横倾角2为： 2=arcSin(V²cos GP’/R g GM) 2、回转中的横倾
3)最大横倾与倾覆危险 由于内倾转为外倾时，具有动力性质的作用，会引起过渡性很大的外 顺。 动倾角可达静倾角2倍以上。 倾覆危险： ·大舵角回转时，突然回正舵或操反舵 。自由液面 ·货物和旅客移动 ·风动力和波浪的横倾力矩叠加 预防措施： ·合理的GM值，减少自由液面，防止货物移动； ·降低船速，缓缓操舵，用小舵角回转，增大回转半径； ·正确选择操舵时机，避免外力和舵产生的横倾力矩叠加 2023/7116 10
2023/7/16 10 3）最大横倾与倾覆危险 由于内倾转为外倾时，具有动力性质的作用，会引起过渡性很大的外 倾。 动倾角可达静倾角2倍以上。 倾覆危险： •大舵角回转时，突然回正舵或操反舵 •自由液面 •货物和旅客移动 •风动力和波浪的横倾力矩叠加 预防措施： •合理的GM值，减少自由液面，防止货物移动； •降低船速，缓缓操舵，用小舵角回转，增大回转半径； •正确选择操舵时机，避免外力和舵产生的横倾力矩叠加