第二章船舶航向稳定性与回转性 船舶运动学教学课件.ppt

§2－2 航向稳定性 内容概要 一. 基本概念 1. 稳定性概念: 对处于定常运动状态的物体(或系统),若受到极小的外界干扰作用,而偏离原定常运动状态,当干扰去除之后,经过一定的过渡,若物体(或系统)能回复到原定常运动状态,则称原运动状态是稳定的. 物体的运动状态是否稳定既取决于物体本身的性质,而且也取决于所考察的运动状态和运动参数. 2. 水面船舶的运动稳定性: 直线运动稳定性 (straight line stability, also called Inherent dynamic stability) 船舶受瞬时扰动后，其重心轨迹终将恢复为一直线，但航向发生了变化。 2). 方向稳定性----船舶受扰并在扰动消除后，其重心轨迹最终将恢复为与原来航线相平行的另一直线。 (directional stability, also called course-keeping ability) 具有位置稳定性的船舶一定具有直线稳定性和方向稳定性,具有方向稳定性的船舶一定具有直线稳定性. 按是否操舵,稳定性可分为固定稳定性和控制稳定性.固前者取决于船体几何形状,后者取决于整个闭合回路的特性. 固定稳定性越好的船,控制稳定性也越好. 对于通常的水面船舶,只有通过操舵控制才可能使之具备方向稳定性和位置稳定性. 如果不操舵,最多具备直线稳定性. 二. 研究方法--小挠动方程 运用”运动稳定性理论”分析方法对稳定性问题进行定量分析. 设船舶初始运动状态: u1=const,v1=r1=0 扰动后引起的扰动运动参数: 二. 小挠动方程 说明: 上式即为纵向速度小扰动方程的解: t→∞,要使扰动速度△u→0,应使 负值. m - 为船舶本身质量与纵向附连水质量之和,对一般排水量船舶为正值. 分子Xu为纵向速度u的增加所引起的纵向分力X的变化率. 如下图:在平衡速度u1时,螺旋桨正好克服 u1 时的船体阻力,故,合力为零.此时产生一个正的扰动速度时,将引起纯阻力的增加,即X的减少.从此图可知在u1处的Xu是一个明显的负值.这样,对特征根而言,分母正而分母负,使之值始终为负,说明其对纵向速度扰动总具有稳定性. 研究船舶在水平面内的航向稳定性主要取决于以下二式: 由以上解式可知,特征根若具有负实部,则扰动后的扰运动量v,r都回复到原来的状态称之为具有稳定性. 但,即使v,r都回复到初始状态参数,却与初始首向仍存在着一个角度偏差. 可见,对水面船舶不操舵,就不可能实现 “方向稳定性”,最多只能是”直线运动稳定性”, 习惯上称之为”航向稳定性”. 三. 稳定性衡准数C 1) A A 0 三. 稳定性衡准数 C 航向稳定性改善措施 航向稳定性改善措施 §2－3 船舶回转性 内容概要 定常回转直径Dc 定常回转阶段船舶重心点圆形轨迹。 战术直径DT 从船舶原来航线至船首转向180°时，船总中剖所在位置之间的距离。 Dt= (0.9~1.2)D 3。纵距L1(Ad) 从转舵开始时刻船舶重心G所在的位置,至船首转向 90°时船舶纵中剖面沿原航行方向前进的距离 4。正横距L2(T) 从船舶初始直航线至转向90°时，船舶重心所在位置之间的距离。 回转圈的主要特征参数 5. 反横距L3(K) 从船舶初始的直线航线至回转轨迹反方向最大偏离处的距离 K = (0~0.1)D 6. 进程 纵距L1 –定常回转半径 R 各类船舶的相对回转半径 7. 相对回转直径D/L 通常用D/L代表回转性优劣。 回转性好 D/L≈3 回转性差 D/L≈10 大多数船 D/L≈5~7 定常回转枢心P 指从开始转舵至规定角度δ为止。 产生由舵角引起的侧向力Yδδ, 和力矩Nδδ. 初始回转的有因次角加速度参数CP 1. CP值越大,CP↑ 船舶转舵后越能迅速进入回转运动。 2. 对要求操纵灵活得内河船舶、拖船、顶推船等，常对转舵后得转首时间有一定要求。 可近似得认为，阶跃操舵后（指操舵速度很大得操舵），初始阶段船舶的回转是等角加速运动， 首向角变化为： 4 . 近似估算转首时间 转舵结束到进入定常回转运动为止。 第三节 回转运动的耦合特性 基本概念：