三、船舶操纵性能之船速.ppt
,项目三：船舶操纵性能,任务一：船 速,一、船舶的阻力与推力（一）船舶阻力（Resistance）船舶阻力可分为基本阻力和附加阻力。1、摩擦阻力Rf 大小与船体湿水面积成正比，与航速的1.825次方成正比2、兴波阻力Rw 大小约与航速的46次方成正比3、涡流阻力Re 大小与航速的平方成正比,附加阻力,附加阻力 由污底阻力、附体阻力、空气阻力和汹涛阻力组成。附加阻力的大小取决于风浪大小、船体污底轻重、船型、载况以及航道窄浅情况。（二）推力 1、推进器种类 固定螺距螺旋桨FPP、可变螺距螺旋桨CPP，还有明轮、平旋式推进器、喷水推进器和Z形推进器等。,2、推力,2、推力 对于给定的船舶，其螺旋桨推力 T 的大小与转速 n、船速 Vs 以及螺旋桨桨轴在水中的沉深 h 有关。当船速一定时，转速越高，推力越大，且推力与转速的平方成正比；当转速一定时，船速越低推力越大，随着船速的提高，推力逐渐下降；系泊状态时推力最大。,吸入流与排出流（1）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。（2）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（3）排出流在操纵中的应用可利用排出流的特点增加舵效。,吸入流与排出流,螺旋桨旋转时，产生螺旋桨流，由吸入流和排出流组成。,流离螺旋桨盘面的水流,流向螺旋桨盘面的水流,特点：范围窄，流速快，流线具有较强的螺旋性,特点：范围宽，流速慢，流线几乎相互平行,尾,首,吸入流与排出流图,3、滑失与滑失比,3、滑失与滑失比,S,wp,Vp,Vs,nP,dQ,dT,dP,r,2r n,O,A,B,C,滑失与滑失比,3、滑失与滑失比 螺旋桨所能给出的推力大小取决于螺旋桨的滑失（比）。当转速一定时，滑失越大，滑失比越高，则冲角便越大，所得到的推力就越大。当转速一定时，船速越低，滑失比越大，推力越大。当船速不变时，提高转速，滑失比增大，推力也将增大。船舶在受限水域内操船，为提高舵效，往往采取先降速（即），然后再加大转速n的方法，尽可能地提高滑失比。,基本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：R(d,v)由图可见：当d一定时，船速V增加，R0也增大；当V一定时，吃水d增加，R0也增大；由图还可以看出：低速时，R0随船速V呈线性变化；高速时，R0随船速V呈非线性变化，且需要的推力越大。,基本阻力与船速之间的关系,50%左右,100%,二.主机功率,1、主机功率1）推进器功率的名称(1)机器功率（Machinery horse power）MHP指示功率(Indicated horse power)IHP(往复式蒸汽机)制动功率(Brake hose power)BHP(柴油机)轴功率(Shaft horse power)SHP(气轮机)(2)收到功率(Delivered horse power)DHP,(3)推力功率(Thrust horse power)THP 推进器收到功率后,产生推船前进的功率称为推力功率.它等于推进器发出的推力T和推进器与水相对速度VP的乘积。即:THP=TVP/1000(kW)式中:推力T的单位为 N;VP 单位为 m/s;THP单位为 kW。,从主机,主轴尾端,轴管,螺旋桨的功率,(4)有效功率(Effective horse power)EHP 是指克服R(阻力),以船速VS 行进所必需的功率.它等于船舶阻力R与船速VS的乘积 EHP=R VS/1000(kW)2、各功率之间的关系 传送效率c，收到功率DHP与机器功率MHP之比 一般为 称为传送效率 DHP/MHP 中机 尾机 推进系数P,有效功率EHP与收到功率DHP之比 EHP/DHP 称为推进系数,其大小与推进器种类、数量、性能、船型、船舶大小因数不同而变化.推进系数（推进器效率）EHP/DHP 0.600.75(3)推进效率=有效功率 EHP/主机功率 通常R与VS平方成正比,主机功率MHP与VS 3次方约成正比。由此可见主机发出的功率变为船舶推进有效功率后损失将近一半。,船速的分类 在一定范围内，螺旋桨转速n越高，船速V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，最终可能损坏主机，因此不得不对船速作出一定的限制。（1）额定船速（2）海上船速（Sea Speed）（3）港内船速（Harbour Speed）（4）经济船速（Harbour Speed）,三、船速的分类,（1）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NH，与其相对应的转数称为额定转数nH，该条件下主机发出的转矩称为额定转矩QH，相应的船速称为额定船速VMAX。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VMAX 额定船速随着船舶老化和主机的使用年限逐步降低。,（1）额定船速,（2）海上船速（Sea 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。海上功率一般为额定功率的90，相应的海上转数为额定转数的9697。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。,（2）海上船速,（3）港内船速（Harbour 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7080%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“前进三”、“前进二”、“前进一”之外，尚有“微速前进”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。,（3）港内船速,（3）港内船速（Harbour Speed）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”、“后退二”、“后退一”等几档。通常港内“后退三”时的主机转速约为海上常用转速的6070%。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。,（3）港内船速,4、船速的测定,4、船速的测定,船舶操纵性能受水深、水域宽度、气象条件、水文条件等诸多因素的影响，所以为了使实船试验结果具有普遍意义，需要对试验条件做出规定。IMO安全委员会在MSC/Circ.644中作出了详细规定。1.水深、水域宽度 应在深水、宽度不受限制、但遮蔽条件较好的水域进行标准操纵性试验，其水深应大于4倍的船舶平均吃水。2.船舶载况和吃水差 船舶应在满载(达到夏季吃水)、平吃水(吃水差为0)的条件下进行试验。即确保螺旋桨有足够的沉深。,船速的测定条件,3.气象与海浪 应尽可能在比较平静的水域进行试验，具体规定如下(1)风力不超过蒲氏5级(2)海浪不超过4级(3)流场比较均匀 4.试验船速 标准对实船试验中的最小船速的规定为：应达到船舶海上速度的85%，主机功率达到最大输出功率的90%。,船速的测定条件,1.试验观测手段 随着测量技术的发展，传统方法基本上被淘汰了。目前的观测位置的手段主要采用差分GPS(DGPS)，观测方向的手段采用罗经或姿态测量仪等。随着计算机的发展，实船试验测量获得的数据可以进行自动处理。2.记录内容 每次船舶操纵性试验，都要求对有关的实验条件、试验观测数据进行记录，这些条件和数据包括：,二、观测与记录,(1)船舶数据 试验之前，要记录船舶首、尾吃水，以便计算船舶平均吃水、排水量和船舶纵向重心位置等。此外，还要记录试验的地理位置、试验水域情况等。还要记录船舶的螺旋桨、舵以及侧推器的特性及运行情况(2)环境数据 环境条件记录的内容包括：水深、波浪(浪级，涌浪的周期及方向)、海流、能见度以及其他气象、水文情况,二、观测与记录,(3)试验数据 应对有关试验的数据进行观测，并以每次不超过20秒的间隔进行记录，这些数据包括：位置、航向、船速、舵角及转舵速率、螺旋桨转速、螺旋桨螺距以及风速等。试验中还要对每次记录发出的时间信号进行记录,二、观测与记录,停船试验是指船舶在试验速度时，进行全速倒车，直至船舶对水完全停止的试验。其目的是评价船舶的停止惯性。1.试验方法(1)保持船舶直线定常航速；发令之前记录初始船速、航向角、及推进器转速等；(2)发令，将主机由全速进车转为全速倒车；(3)船舶开始减速，当船舶对水速度为0时，可结束一次试验。,停船试验(Stopping test),2.特征参数 停船试验结果可以下图的形式表示。其纵坐标为距离，横坐标也为距离。从图中可直接给出下列特征参数。,停船试验(Stopping test),
