第一章 船舶操纵基本原理

第一章 船舶操纵基本原理第一章 船舶操纵基本原理第一节 船舶操纵性的基本概念第一节 船舶操纵性的基本概念

船舶操纵性是指船体、螺旋桨和舵在水中作相对运动，船舶操纵性是指船体、螺旋桨和舵在水中作相对运动，产生水动力，使船舶保持或改变其水平运动状态的性产生水动力，使船舶保持或改变其水平运动状态的性能。或者说是船舶对驾驶员操纵的反应能力。它包括能。或者说是船舶对驾驶员操纵的反应能力。它包括

船舶方向性和启、制能力。船舶方向性和启、制能力。一、船舶的方向性一、船舶的方向性

船舶的方向性包括操纵灵活性和航向稳定性。操纵灵船舶的方向性包括操纵灵活性和航向稳定性。操纵灵活性又包括旋回性和航向机动性活性又包括旋回性和航向机动性 (( 追随性追随性 )) 。。

船舶旋回性是指在船体、螺旋桨和舵船舶旋回性是指在船体、螺旋桨和舵 (( 以下简称船、以下简称船、桨、舵桨、舵 )) 效应横向力作用下，船舶的旋回运动的性能。效应横向力作用下，船舶的旋回运动的性能。船舶旋回性能可用旋回性指数船舶旋回性能可用旋回性指数 KK 值来衡量。值来衡量。 KK 值越值越

大，船舶回转角速度越大，旋回圈直径越小，旋回性大，船舶回转角速度越大，旋回圈直径越小，旋回性能越好；能越好； KK 值越小，船舶回转角速度越小，旋回圈直值越小，船舶回转角速度越小，旋回圈直

径越大，旋回性能越差。径越大，旋回性能越差。船舶追随性是指在船、桨、舵效应横向力作用下，船舶追随性是指在船、桨、舵效应横向力作用下，

船舶改变航行方向的快慢能力。或者船舶受外力作用船舶改变航行方向的快慢能力。或者船舶受外力作用偏离了原航向，用舵操纵船舶使它恢复原航向航行的偏离了原航向，用舵操纵船舶使它恢复原航向航行的快、慢能力快、慢能力 (( 或船舶追随航向或舵角的快、慢能力或船舶追随航向或舵角的快、慢能力 )) 。。追随性的优劣可用追随性指数追随性的优劣可用追随性指数 TT 值来衡量。值来衡量。 TT 值越小，值越小，操舵时船舶对舵角响应所需的时间越少，追随性能越操舵时船舶对舵角响应所需的时间越少，追随性能越好；好； TT 值越大，操舵时船舶对舵角响应所需的时间越值越大，操舵时船舶对舵角响应所需的时间越多，追随性能越差。多，追随性能越差。

船舶航向稳定性是指船舶保持指定船向航行的能力。船舶航向稳定性是指船舶保持指定船向航行的能力。它可用为了保持船舶按指定的航向航行所需的操舵次它可用为了保持船舶按指定的航向航行所需的操舵次数和所用舵角的大小来衡量。航向机动性数和所用舵角的大小来衡量。航向机动性 (( 追随性追随性 ))好的船舶，其航向稳定性也较好；但航向稳定性好的好的船舶，其航向稳定性也较好；但航向稳定性好的船舶，其追随性不一定好。船舶，其追随性不一定好。

二、船舶的启动和制动能力二、船舶的启动和制动能力 船舶启动能力是指开动主机后，船舶是否能即刻起动船舶启动能力是指开动主机后，船舶是否能即刻起动

运行的性能。它可用船舶达到与主机功率相应的船速运行的性能。它可用船舶达到与主机功率相应的船速所需的时间和航行距离来衡量。所需的时间和航行距离来衡量。

船舶制动能力是指船舶在某一船速下，主机停车或船舶制动能力是指船舶在某一船速下，主机停车或倒车以后，船舶对主机工况的反应能力。它可用主倒车以后，船舶对主机工况的反应能力。它可用主机停车或倒车后船舶对岸相对静止所需的时间和船机停车或倒车后船舶对岸相对静止所需的时间和船舶滑行距离的长短来衡量。舶滑行距离的长短来衡量。

第二节 旋回圈要素与船舶操纵性的关系第二节 旋回圈要素与船舶操纵性的关系 船舶在定速直航状态下，操某一舵角船舶在定速直航状态下，操某一舵角 (( 一般为满舵一般为满舵 )) ，，

船舶将作纵向和横向相结合的复合运动，称为旋回船舶将作纵向和横向相结合的复合运动，称为旋回运动。船舶作旋回运动时重心运动的轨迹，称为旋运动。船舶作旋回运动时重心运动的轨迹，称为旋回圈。旋回圈几何特征是：回圈。旋回圈几何特征是：

最初重心除继续前移外，同最初重心除继续前移外，同 时向操舵相反一侧横移，随时向操舵相反一侧横移，随 后变成瞬时曲率半径后变成瞬时曲率半径 r1r1 逐渐 插入图逐渐 插入图 1-1(1-1( 船舶船舶

操纵操纵 7575 页页 )) 。。 减小的螺旋线；当航向改变减小的螺旋线；当航向改变 量量 θ≈900θ≈900 ～～ 12001200 之后，进入之后，进入 定常旋回运动，此时，曲率定常旋回运动，此时，曲率

半径半径 rr 值称为定常旋回圈半值称为定常旋回圈半 径。旋回圈及其诸要素如图径。旋回圈及其诸要素如图 1-11-1 所示。所示。 11 、旋回圈要素、旋回圈要素 11 ）进距）进距 LALA 进距是指船舶开始操舵到航向转过某一角度时，船进距是指船舶开始操舵到航向转过某一角度时，船

舶重心向前移动的直线距离。进距又称纵距，通常舶重心向前移动的直线距离。进距又称纵距，通常所说的进距是指航向转过所说的进距是指航向转过 90°90° 时的进距。其中沿原时的进距。其中沿原航向前进的最大距离，称为最大纵距，用航向前进的最大距离，称为最大纵距，用 LAmaxLAmax 表表示。示。

22 ）横距）横距 LTLT 横距是指船舶开始操舵到航向转过某一角度时，船横距是指船舶开始操舵到航向转过某一角度时，船

舶重心向操舵一侧偏横向移动的距离。通常所说的舶重心向操舵一侧偏横向移动的距离。通常所说的横距是指当航向转过横距是指当航向转过 90°90° 时的横距。其中向操舵一时的横距。其中向操舵一侧偏移的最大距离称最大横距，用侧偏移的最大距离称最大横距，用 LTmaxLTmax 表示。表示。

33 ）反移量（偏距））反移量（偏距） LKLK 反移量是指转舵后，船舶重心从原航向向操舵相反一反移量是指转舵后，船舶重心从原航向向操舵相反一

侧横移的距离。又称偏距。在满舵旋回时，当船舶回侧横移的距离。又称偏距。在满舵旋回时，当船舶回转达到一个罗经点时，反移量达到最大值，约为船长转达到一个罗经点时，反移量达到最大值，约为船长的的 1%1% 左右，而船尾反移量的最大值可达船长的左右，而船尾反移量的最大值可达船长的 1/11/100 ～～ 1/51/5 。。

44 ）旋回圈初径）旋回圈初径 DTDT 旋回圈初径是指开始操舵到航向转过旋回圈初径是指开始操舵到航向转过 180°180° 时重心所时重心所

移动的横向距离。在内河，对船舶选择旋回掉头的位移动的横向距离。在内河，对船舶选择旋回掉头的位置是很重要的参考。置是很重要的参考。

55 ）旋回圈直径）旋回圈直径 DD 旋回圈直径是指船舶进入定常旋回运动时的旋回圈直旋回圈直径是指船舶进入定常旋回运动时的旋回圈直

径（径（ D=2rD=2r ）。）。 船舶旋回圈各要素是船舶操纵的重要依据，特别是航船舶旋回圈各要素是船舶操纵的重要依据，特别是航

向改变量为向改变量为 30°30° ～～ 40°40° 时的纵距、横距、反移量时的纵距、横距、反移量

及对应的时间极为重要，驾驶员应熟练掌握，以便准确操纵及对应的时间极为重要，驾驶员应熟练掌握，以便准确操纵船舶。船舶。

22 、影响旋回圈大小的因素、影响旋回圈大小的因素 11 ）舵角）舵角 在极限舵角的范围内，随着舵角的减小，旋回初径将会急剧在极限舵角的范围内，随着舵角的减小，旋回初径将会急剧增大。舵角越小，旋回圈的增大率就越大，同时旋回时间也增大。舵角越小，旋回圈的增大率就越大，同时旋回时间也将明显地增大。一般将明显地增大。一般 15°15° 舵角旋回时与操满舵相比，旋回初舵角旋回时与操满舵相比，旋回初径可能将增加到径可能将增加到 130﹪130﹪～～ 170﹪170﹪，而掉头时间则可能增加到，而掉头时间则可能增加到140﹪140﹪左右。左右。

22 ）操舵时间）操舵时间 据据 19741974年年 SOLASSOLAS 公约规定，船舶主操舵装置应具备在船舶公约规定，船舶主操舵装置应具备在船舶

最大航海吃水和以最大营运船速航行时，将舵从一舷的最大航海吃水和以最大营运船速航行时，将舵从一舷的 350350转至另一舷的转至另一舷的 350350 ，或且从任何一舷的，或且从任何一舷的 350350 转至另一舷的转至另一舷的 330000 的时间应不超过的时间应不超过 28s28s；一般情况下，由正舵至一舷；一般情况下，由正舵至一舷 350350为止的时间约为止的时间约 15s15s左右。内河船舶装备机动舵机，当左右。内河船舶装备机动舵机，当 L﹥30L﹥30mm 时其主操舵装时其主操舵装

置由一舷置由一舷 350350至另一舷的至另一舷的 300300 的时间要求不大于的时间要求不大于 220s0s；在急流航段，要求不大于；在急流航段，要求不大于 12s12s；操舵时间越短，；操舵时间越短，即转舵速度越快，进距越小，舵效越好。即转舵速度越快，进距越小，舵效越好。

33 ）舵面积系数（）舵面积系数（ μμ）） 舵面积系数舵面积系数 μμ越大，旋回圈直径就越小。但舵面积越大，旋回圈直径就越小。但舵面积

系数不宜太大，否则在转船力矩增大的同时，回转系数不宜太大，否则在转船力矩增大的同时，回转阻力矩也增大，旋回圈直径反而会增大。因此，不阻力矩也增大，旋回圈直径反而会增大。因此，不同的船舶有它不同的最佳舵面积系数。同的船舶有它不同的最佳舵面积系数。

44 ）方型系数）方型系数 方形系数又称为船型系数。方形系数较小的瘦形高方形系数又称为船型系数。方形系数较小的瘦形高

速船（速船（ Cb≈0.6Cb≈0.6）比方型系数较大的肥大型船）比方型系数较大的肥大型船 (Cb(Cb≈0.8)≈0.8) 旋回性差得多。因此，方形系数越大，旋回旋回性差得多。因此，方形系数越大，旋回性越好，旋回圈直径也越小。性越好，旋回圈直径也越小。

55 ）船体水线下侧面积）船体水线下侧面积 水线下船首侧面积较大的船舶，旋回圈直径较小；船尾侧面水线下船首侧面积较大的船舶，旋回圈直径较小；船尾侧面积较大的船舶，旋回圈直径较大。积较大的船舶，旋回圈直径较大。

66）船速）船速 船速对船舶旋回所需时间的长短具有明显的影响，船速越快，船速对船舶旋回所需时间的长短具有明显的影响，船速越快，

旋回时间大大缩短。在旋回时间大大缩短。在 0.180.18＜＜ FrFr＜＜ 0.3(Fr0.3(Fr 为傅汝德系数为傅汝德系数 ))范围内范围内 ,,船速对旋回初径的影响很小；但当船速增加到船速对旋回初径的影响很小；但当船速增加到 FrFr＞＞0.30.3 时，旋回初径将随船速的增高而增大。实际操船中，可以时，旋回初径将随船速的增高而增大。实际操船中，可以通过控制增减船速来调整旋回圈的大小。通过控制增减船速来调整旋回圈的大小。

77 ）吃水）吃水 对同一艘船而言，吃水大、满载时的纵距较大。对同一艘船而言，吃水大、满载时的纵距较大。 88 ）吃水差）吃水差 尾倾船的旋回圈直径将增大，若尾倾增大量为船长的尾倾船的旋回圈直径将增大，若尾倾增大量为船长的 1%1% ，，

旋回圈初径可增加旋回圈初径可增加 10%10% 左右。直径将减小，若首倾增大量为左右。直径将减小，若首倾增大量为船长的船长的 1%1% ，旋回初径可减少，旋回初径可减少 10% 10%

左右。左右。 99 ）横倾）横倾 船体横倾时，由于左右浸水体积不等，低速时，受阻力推力船体横倾时，由于左右浸水体积不等，低速时，受阻力推力

转船力矩作用，操舵向低舷侧回转的旋回圈直径较小；高速转船力矩作用，操舵向低舷侧回转的旋回圈直径较小；高速时，受首波峰压力转船力矩的作用，向高舷侧回转的旋回圈时，受首波峰压力转船力矩的作用，向高舷侧回转的旋回圈直径较小。直径较小。

1010 ）对右旋单桨船，慢速航行时，由）对右旋单桨船，慢速航行时，由 SWTSWT 的作用，向左回的作用，向左回转的旋回圈在直径较小，但对转的旋回圈在直径较小，但对 VV 型船尾高速航行掉头时，由型船尾高速航行掉头时，由于伴流效应横向力、尾流螺旋性效应横向力均使船首右偏，于伴流效应横向力、尾流螺旋性效应横向力均使船首右偏，且大多能克服水面效应横向力的作用，因此向右回转时，其且大多能克服水面效应横向力的作用，因此向右回转时，其旋回圈直径小于向左回旋的旋回圈直径。同理，左旋单桨船旋回圈直径小于向左回旋的旋回圈直径。同理，左旋单桨船航进中旋回的情况正好相反。航进中旋回的情况正好相反。

1111 ）外界因素）外界因素 （（ 11 ）浅水）浅水 （（ 22 ）污底）污底 （（ 33 ）逆风回转时的旋回圈直径小于顺风回转时的旋回圈直）逆风回转时的旋回圈直径小于顺风回转时的旋回圈直

径；径； （（ 44 ）流速分布的均匀程度，掉头方向的选择对旋回圈直径）流速分布的均匀程度，掉头方向的选择对旋回圈直径有效明显的影响。有效明显的影响。

在操纵中必须注意和运用。例如：在操纵中必须注意和运用。例如： （（ 11 ）航行中有人落水时，为了防止落水被卷入船尾）航行中有人落水时，为了防止落水被卷入船尾

螺旋桨，应立即向落水者一侧转舵，使船尾摆开，以螺旋桨，应立即向落水者一侧转舵，使船尾摆开，以保落水者的安全。保落水者的安全。

22 ）避让本船前方较近距离的小船时，应立即用满舵）避让本船前方较近距离的小船时，应立即用满舵使船首让开，当估计船首已能让过时，再立即用相反使船首让开，当估计船首已能让过时，再立即用相反的满舵使船尾摆开以避免碰撞。的满舵使船尾摆开以避免碰撞。

33 ）在采用横移驶靠码头或横移驶靠他船的停泊操纵）在采用横移驶靠码头或横移驶靠他船的停泊操纵中，及离泊出港或近距离驶过系泊船时，应充分利用中，及离泊出港或近距离驶过系泊船时，应充分利用反移量来进行靠离作业和避碰。反移量来进行靠离作业和避碰。