船舶操纵性能.doc

船舶操纵性能第一节船舶变速运动性能船舶出于避碰、狭水道及港内航行或驶往泊地的需要而改变螺旋桨的转速和方向,进行启动、变速、停车、倒车操纵。转速和方向改变后直至达到新的定常运动状态之前,存在着一段加速或减速运动的过程,该段过程称为变速运动过程,也称船舶惯性。衡量船舶变速运动特性有两个重要指标,一是船舶完成变速运动所航进的路程,称为冲程;另一是完成变速运动所需的时间,称为冲时。船舶启动性能船舶在静止状态中开进车,直至达到与主机输出功率相应的稳定船速前的变速运动,称为船舶起动变速运动。在起动变速过程中,螺旋桨推力T与船舶阻力R之差,是船舶产生加速运动的动因。由于启动后推力增加较快,而船速增加则较为缓慢,因此要注意合理用车。即分段逐级加车,待达到相应转速的船速时,再提高用车的级别,以免主机超负荷工作。完成启动变速运动所需的时间t和航进的路径s可用下列关系式估算。W·V0t≈————R0W·V02s≈————R0式中,V0为最终定常速度,单位为kn;W为船舶实际排水量,单位为t;R0为达到最终定常速度V0时的船舶阻力;计算出的t单位为min;计算出的S单位为m。根据经验,从静止状态逐级动车,直至达到海上速度,满载船舶约需航进20L左右的距离,轻载时约为满载的1/2~2/3。船舶减速性能船舶以一定常速度(全速或半速)行驶中采取停车措施后,直至降到某一余速(2kn~4kn)前的变速运动称为船舶停车变速运动。主机停车后,推力急剧下降到零。开始时,船速较高,阻力也大,速降很快;但当速度减小后,阻力也随之减小,速降越来越慢,船很难完全停止下来,且在水中亦很难判断。所以,通常以船速降至维持舵效的最小速度作为计算所需时间和船舶航进路程的标准。主机停车后的时间、速度及航进路程存在如下关系。达到速度V时所需的时间:W·V0211t=—————(——-——)R0VV0达到速度V时所航进的路程:W·V02V0s=—————ℓn(——)R0V式中:R0为速度V0时船舶所受阻力,单位为t;W为船舶实际排水量,单位为t;t的单位为min;S为m;速度单位为kn。计算停车冲程还可采用Topley船长提出的经验估算式S=·V0式中:C为船速减半时间常数,单位为min;V0为船舶停车时初速,单位为kn。C值随船舶排水量不同而不同。一般船舶在以常速航进中,从主机停车到降至余速2kn时,其停车冲程约为8~20L;满载时,在以海上常速航进中停车至余速降至3kn,则停车冲程约为23L,冲时近30min。当然,正常的进出港或接近泊地仍以逐级降速为妥,以利于主机的养护。倒车制动性能船舶在全速前进中开后退三,从发令开始至船舶对水停止移动所需的时间和航进的路程,以及相应的偏航量和偏航角,统称为倒车制动性能。倒车冲程又称为紧急停船距离(crashstoppingdistance)或最短停船距离(shorteststoppingdistance)。全速前进的船舶在进行紧急制动时,为不致造成主机转动部件出现应力过大的情况,在关闭主机油门后,通常要等航速降至全速的60%~70%,转速降至额定转速的25%~35%时,方可将压缩空气持续充入汽缸使主机停转,然后进行反向起动。紧急停车距离(C、S、D)和停船时间的估算Lovett式估算法W·V0t≈—————R0W·V02s≈—————R0式中:s——最短停船距离(m);t——所需时间(min);W——船舶实际排水量(t);R0——船速为V0时的船舶阻力(t);V0——倒车前的船舶速度(kn)。紧急停船距离经验估算法从主机倒车后的船速随时间变化关系看,可近似认为是一个匀减速过程,如图1--14所示。紧急停船距离的大小就是速度曲线与时间轴围成的面积。即tsS=∫vdt=CVk·ts0式中:Vk——倒车时船速(kn);ts——倒车使用时间(s);C——紧急停船距离系数,~,~;S——紧急停船距离(m)。大型油轮如时间按分(min)计算,也可按下式求取紧急停船距离S=16Vk·tm使用上述两公式时,可不考虑船舶主机种类和吃水状态。图1--14低速航进时倒车冲程及冲时的估算1wkxS=————————V022gTpwkxts=——————V0gTp式中:S——倒车冲程(m);ts——所需时间(s);g——重力加速度();W——船舶排水量(t);kx——船舶前进方向虚质量系数,可经实验取得,。Tp——螺旋桨倒车拉力(t),估算时可用Tp=(后退倒车功率)来估算;V0——船舶倒车时船速(m/s)。当船舶驶向泊地并要求船舶能在一倍船长的距离内用倒车把船停住,则船舶所用余速为2g·L·