操纵-旋回那点事

旋回运动的三个阶段

船舶以一定速度直进当中操某一舵角并保持,船舶将进入旋回过程。根据船舶在旋回过程中所受外力特点的变化,以及运动状态的不同,可将船舶旋回过程划为三个阶段:

  • 第一阶段
  1. 转舵开始至舵转到规定的舵角为止,时间很短,一般船舶通常不超过15s
  2. 受力特点:船舶操舵后,由舵角引起横向力和转船力矩,使船舶产生横向加速度和回转角加速度
  3. 船体本身惯性很大,来不及产生明显的横向速度和回转角速度,重心G基本沿原航向滑进并有向操舵相反一侧的小量横移,船尾出现明显向操舵相反一侧的横移。这一阶段也称内倾阶段。
  4. 运动特点如下:
    • 产生一定的漂角斜航
    • 船尾出现明显外移
    • 转心在重心之前
    • 降速不明显
    • 船舶因舵力位置较重心位置低而产生向操舵一侧舷横倾(即内倾),该横倾角与初稳性高度GM值、舵角、船速有关
  • 第二阶段
    1. 随着横移速度与漂角增大,船舶运动矢量偏移船舶首尾线而向外转动,斜航运动明显,船舶进入加速旋回阶段
    2. 船舶斜航运动产生的漂角水动力力矩与舵力转船力矩相辅相成,使船舶产生较大的角加速度,初始阶段转动角速度还比较小,角加速度较大
    3. 随着角速度增加,回转阻力力矩增大,回转角加速度逐渐减小,从而使角速度的增加受到抑制。
    4. 由于船舶斜航阻力增加、螺旋桨推进效率降低等,船舶降速明显。
    5. 随着船舶旋回角速度增大,受旋回离心惯性力及惯性力矩作用,船舶横倾由内倾转为外倾
    6. 运动特点:
      • 随漂角增大,船舶旋回不断加快
      • 转向逐渐前移
      • 角加速度逐渐减小,并逐渐向定常旋回阶段过渡
      • 斜航中船舶降速加剧
      • 由于作用在船体的水动力超过舵力,内倾消失,并因横向摇摆惯性的存在,出现最大的横倾角\theta_{max},最大横倾角为定常横倾角的1.2-1.5倍,其大小与操舵时间有关,操舵时间越短,最大横倾角越大
  • 第三阶段
    1. 随着旋回阻尼力矩增大,船舶所受舵力转船力矩、漂角水动力转船力矩、阻尼力矩三者平衡时,船舶的旋回角加速度变为0,船舶旋回角速度达到最大值并稳定,船舶将进入稳定旋回阶段,也叫定常旋回阶段。
    2. 运动特点如下:
      • 船舶的旋回角加速度为0,旋回角速度恒定不变
      • 船舶横移速度、线速度固定不变
      • 船舶旋回中的漂角趋于稳定并保持定值
      • 转心P稳定,该点的位置在离船首柱后1/3-1/5倍船长处
      • 旋回惯性离心力矩的作用,船舶最后稳定与某一定常外倾角\thetatan\theta=\frac{v^2}{R}\cdot \frac{GB}{g \cdot GM}=\gamma \cdot v \cdot \frac{GB}{g \cdot GM}
旋回三个阶段
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