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重庆交通大学操纵性与耐波性总结操纵性1.船舶操纵性定义及研究内容操纵性：船舶按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能。
即船舶能保持或改变航速、航向和位置的性能。
研究内容：航向稳定性、回转性、转首性及跟从性、停船性能。
2.船舶附加质量的含义及与物理质量比例的大致范围附加质量：附加惯性力与船的加速度成比例，其比例系数称为附加质量。
（作不定常运动的船舶，除了船体本身受到与加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度，根据作用与反作用原理，水对船体存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。
）附加质量：m x ≈（0.05~0.15）m m y ≈m z ≈（0.9~1.2）m附加惯性矩Jxx ≈（0.05~0.15）Izz Jyy ≈（1~2）Izz Jzz ≈Iyy I 是质量惯性矩3.漂角、航向角和水动力中心的含义漂角：船舶重心处的速度矢量→V 与x 轴正方向的交角称为漂角β。
并规定速度矢量转向x 轴顺时针方向为正。
航向角：船首指向的方向和船舶在水面上的真实轨迹之间的夹角。
4动坐标系统速度转换到大地坐标系统公式：φφsin cos 00Y X X +=φφsin cos 00X Y Y -=5、线性水动力导数Yv,Nv,Yr,Nr 的物理意义水动力的位置导数Yv 是一个较大的负值。
水动力力矩的位置导数Nv 是一个不大的负值。
指的是v 引起的升力系数/力矩系数水动力的旋转导数Yr 的绝对值不是很大，其符号由船型决定，可正可负。
水动力矩的旋转导数Nr 是一个很大的负值。
指的是r 引起的水动力系数/水动力矩系数6、线/角加速度水动力导数的物理意义及数值大小判断水动力的线加速度导数.V Y 是一个相当大的负值。
指的是附加质量水动力矩的线加速度导数.V N 是一个不大的数值，其符号取决于船型。
指的是由V ?引起的附加惯性力矩系数水动力的角加速度.rY 是一个较小的值，其符号取决于船型水动力矩的角加速度导数.r N 是一个很大的负值。
关于耐波性理论的一些浅见【摘要】船舶动力学的研究历来是由两个主要理论：操纵性和耐波性。
船舶在海水中的航行必将伴随波浪，耐波性的研究对于保证船舶的安全，维持船舶工作时环境的稳定，保证其功能，都具有重大的意义。
【关键词】耐波性理论;船舶动力学;流体力学;运动;操纵性【前言】耐波性能力的措施1976 年，St.Denis提出描述耐波性能所需的四个主要条件。
这些都是:使命: 什么船将要完成的目标。
这艘船在海上的作用。
环境: 条件下，这艘船操作。
这可以称为海况、风速、地理区域或它们的组合。
船舶的反应: 这艘船对环境条件的响应。
反应是环境和容器特性的函数。
耐波性能标准: 船上的响应的既定的限制。
这些都基于船舶运动和经历，加速度，包括舒适标准，例如噪音、振动和晕船、如非自愿的速度减少，基于性能值和可观察到的现象，如弓浸泡。
显然，钻探和一艘渡轮有着不同的任务，在不同的环境下运作。
性能标准也会不同。
都可算是适航，虽然出于不同的原因，根据不同的标准。
在船舶设计中，先确定船舶在波浪中的行为是重要的。
这可以通过计算，发现通过物理模型测试，最终测量船上的船只。
计算可以简单的形状如矩形驳船进行解析，但需要由计算机进行任何现实形船。
一些这些计算或模型试验的结果称为响应振幅运算符(RAO) 的传递函数。
浮动结构他们将需要所有六个运动和所有相对波标题计算。
一影响耐波性因素：以下许多因素会影响耐波性或更正确的船响应。
大小: 更大的船一般会比一个较小的低运动。
这是因为海浪的相对与船舶的大小更低。
位移: 重船一般会降低运动，要比一个轻一点。
既然波的能量每艘船舶是相同的，并提供激振力，具有更大质量的船将有较低的加速度。
稳定性: 稳定的船舶会倾向于跟随波的配置更接近于一个不稳定的。
这意味着一个更稳定的船舶一般有较高的加速度，但较低的振幅的运动。
干舷: 更大的船的干舷是不太可能出现在巨大的甲板上。
甲板浸水往往是耐波性标准，因为它会影响一些船只的任务能力。
船舶操纵性：是指船舶按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能，即船舶能保持或改变其航速、航向和位置的能力。
航向稳定性：表示船舶在水平面内的运动受扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后能保持其原有平衡状态的性能。
回转性：表示船舶在一定舵角作用下作圆弧运动的性能。
转首性：表示船舶应舵转首并迅速进入新的稳定状态的性能. 运动稳定性与机动性制约：小舵角下的航向保持性 、中舵角下的航向机动性 、大舵角下的紧急规避性固定与运动坐标系的关系：漂角：速度V 与OX 轴正方向的夹角β。
舵角：舵与OX 轴之间的夹角δ。
舵速角：重心瞬时速度矢量与O 0X 0轴之间的夹角ψ0。
线性水动力导数意义：船舶作匀速直线运动，在其他参数不变时，改变某一运动参数所引起的作用于船舶的水动力或矩对该参数的变化率。
水动力导数：Xu= Yu= 通常可称对线速度分量u 的导数为线性速度导数．如：Xu 等。
对横向速度分量v 的导数为位置导数，如：Yv 、Nv 等。
对回转角速度r 的导数为旋转导数，如：Nr 、Yr 等。
对各加速度分量和角加速度分量的导数为加速度导数Xu 。
，对舵角δ的导数为控制导数，如：Y δ等。
稳定性：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；当干扰去除后，经过一定的过渡过程，看是否具有回复到原定常运动状态的能力。
若能回复，则称原运动状态是稳定的。
直线稳定性：船舶受到瞬时扰动以后，重心轨迹最终恢复成为一条直线,但航向发生了变化。
方向稳定性：船舶受到的瞬时扰动消失以后，重心轨迹最终成为原航线平行的另一直线。
位置稳定性：船舶受到瞬时扰动，当扰动消失以后，重心轨迹最终恢复成为与原来航线的延长线。
稳定衡准数:C=-Y V (mx G u 1-N r )+N V （mu 1-Y r ）；C>0 表示船舶在水平面的运动具有直线稳定性；C<0 则不具有直线稳定性。
影响航向稳定性的因素：(1)为改善其航向稳定性，应使Nr 、Yv 二者的负值增加，从C 的表达式可见，此二者之乘积的正值就越大，显然有利于改善稳定性。
1基本概念：绿色设计思想：减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，又要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。
船舶绿色设计：利用绿色设计基本思想，设计出资源省，能耗低，无污染，效益高的绿色船型。
能效设计指数试航速度：是指满载时主机在最大持续功率前提下，新船于静，深水中测得的速度。
服务速度：是指船在一定的功率储备下新船满载所能达到的速度。
续航力：一般是指在规定的航速和主机功率情况下，船一次所带的燃油可供连续航行的距离。
自持力：是指船上所带的淡水和食品所能维持的天数。
全新设计法：在没有合适母型船的情况下，往往采用边研究、边试验、边设计的方法母型设计法：在现有船舶中选取与设计船技术性能相近的优秀船舶作为母型船，并在其基础上，根据设计船的特点，运用基本设计原理有所改进和创新的设计方法。
四新：新技术、新设备、新材料、新工艺最小干舷船：对载运积载因数小的重货船，其干舷可为最小干舷，并据此来确定型深D ，这类船称为最小干舷船。
富裕干舷船：对载运积载因数大的轻货船，按最小干舷所确定的D ，其舱容往DWTV E E EEDI ref ⨯-=节能装置设备消耗往不能满足货舱容积的要求，因而D需根据舱容来定，从而实际干舷大于最小干舷，这类船称为富裕干舷船。
结构吃水：如结构按最大装载吃水设计，则此时的吃水称为结构吃水。
出港：到港：载重型船：运输船舶中，载重量占排水量较大的船舶，如散货船、油船等。
这类船对载重量和舱容的要求是确定船舶主尺度是考虑的主要因素。
布置型船：船舶主尺度由所需的布置地位决定，而载重量不作为主要因素考虑的一类船舶。
如客船等。
舱容要素曲线：是指液体舱的容积、容积形心垂向和纵向坐标、自由液面对通过其中心纵轴的惯性矩等随液面不同而变化的曲线。
容量方程：吨位：船舶登记吨位（RT）：是指国际船舶吨位丈量公约或船籍国政府制定的吨位丈量规则核定的吨位，包括总吨位和净吨位。
⒈总吨位（GT）：是以全船围蔽处所的总容积（除去免除处所）来量计，它表征船的大小。
船舶耐波性总结第一章耐波性概述一、海浪的描述、、。
船舶耐波性是船舶在波浪中运动特性的统称，它包括船舶在波浪中所产生的各种摇荡运动以及由这些运动引起的抨击、飞溅、上浪、失速、螺旋桨飞车和波浪弯矩变化等性能，直接影响船舶在风浪作用下维持正常功能的能力。
二、6个自由度的摇荡运动船舶任意时刻的运动可以分解为在Oxyz坐标系内船舶中心G沿三个坐标轴的直线运动及船体绕三个坐标轴的转动。
而这些运动中又有直线运动和往复运动垂荡对船舶航行影响最大，是研究船舶摇荡运动的主要内容。
船舶摇荡是指船舶在风浪作用下产生的摇荡运动，他们的共同特点是在平衡位置附近做周期性的震荡作用。
产生何种摇荡运动形式取决于船首方向与风浪船舶方向之间的夹角，称为遭遇浪向。
三、动力响应船舶耐波性是船舶在风浪中性能的总的反应，它主要包括船舶摇荡、砰击、上浪、失速、螺旋桨飞车。
剧烈的横摇、纵摇和垂荡对船舶产生一系列有害的影响，甚至引起惨重后果，主要表现在以下三个方面：1）、对适居性的影响；2）、对航行使用性的影响；3）、对安全性的影响；船舶在风浪中产生摇荡运动时，船体本身具有角加速度和线加速度，因此属于非定常运动。
第二章海浪与统计分析2-1 海浪概述风浪的三要素：风速、风时、风区长度。
风浪要素定义：表观波长、表观波幅、表观周期。
充分发展海浪条件：应有足够的风时和风区长度。
海浪分类：风浪、涌浪、近岸浪。
风浪的要素表示方法：统计分析方法。
2-2规则波的特性波面可以用简单的函数表达的波浪称为规则波。
A 0=cos kx -t ξξω（）A k ξξω为波面升高，为波幅，为波数，为波浪圆频率。
在深水条件下，波长T c λ、周期和波速之间存在以下关系 ：≈； 2=1.56T λ； c==1.25T λλ； 2=T πω； 2k=g ω 波浪中水质点的振荡，并没有使水质点向前移动，也没用质量传递。
但是水质点具有速度且有升高，因此波浪具有能量。
余弦波单位波表面积的波浪所具有的能量2A 1E=g 2ρξ2-3不规则波理论基础一、不规则波的基本概念 1、确定性关系和统计关系我们所讨论的不规则波引起的船舶摇荡运动等都是属于统计规律范畴之内的。
操纵性是指船舶按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能，即船舶能保持或改变航速、航向和位置的性能。
包括以下四个方面：①航向稳定性：舶在水平面内运动受到扰动而偏离平衡状态，当扰动完全消除后，保持原有航向运动的性能。
②回转性：船舶应舵作圆弧运动的性能。
③转首及跟从性：船舶应舵转首及迅速进入新的稳定运动状态的性能。
④停船性能：船舶对惯性停船和倒车停船的响应性能。
影响操纵性的因素：船型→水动力性能→操纵性操纵装置控制系统：自动驾驶系统，自动定位系统，自动舵。
2、固有操纵性：不考虑外界环境条件、操舵装置性能、驾驶人员的技术水平等差异所表现的自身固有操纵性——（船、舵）开环操纵性。
3、控制操纵性：考虑上述因素的船舶，在具有操船环境下实操时所表现的操纵性能。
4、操纵装置：舵、转向导管、平旋推进器、主动转向装置。
5、操纵六要素：锚、车、舵、缆、风、流。
6、作不定常运动的船舶，除了船本身受到与加速度成比例的惯性力外，同时船体作用于周围的水，使之得到加速度，根据作用力与反作用力原理，水对船存在反作用力，这个反作用力称为附加惯性力。
附加惯性力是与船的加速度成比例的，其比例系数称为附加质量。
附加质量与物体本身的形状及运动状态有关。
I xx=∫(x2+y2)dm式中x,y,z是船舶微质量dm在运动坐标系中的坐标。
m运动坐标系：以船舶的重心位置G为原点而固定于船体上的直角坐标系。
首向角：船舶纵剖面与OoXo轴的交角。
航速角：重心瞬时速度矢量与OoXo轴夹角。
枢心：回转时漂角为零点、横向速度为零的点。
船舶重心处的速度矢量V与Gx轴正方向的交角称为漂角β。
船舶在静水中运动时，作用在其上的外力分为两类：一类是由船舶与水之间的相互运动引起的水动力和力矩，另一类是由于其他原因引起的外力，如托缆力、风压力等。
船舶操纵性运动线性方程式：(m−X u)u−X u∆u=0(一般不用)(m−Y v̇)v̇−Y v v−Y ṙṙ+(mu1−Y r)r=Yδδ−N v̇v̇−N v v+(I zz−N ṙ)ṙ−N r r=Nδδ把水动力作为外力，应用牛顿定律建立的数学模型，称为水动力模型。
1.什么是船舶耐波性？
船舶耐波性是指船舶在波浪扰动下，产生各种摇荡运动、抨击、甲板上浪、失速、螺旋桨出水以及波浪弯矩等，仍能维持一定航速在波浪中安全航行的性能。
（P1）
2.什么是有效波面？
船宽、吃水相对波长是很小时，可近似认为船是水中一质点，它所受的浮力近似垂直于波面。
当船宽和吃水相对波长为有限尺度时，由于船宽范围内波形曲率的变化以及沿船体水下表面所受到的浮力方向与波面法向不一致，使船受到的总浮力有所减小，同时其浮力作用线是垂直于某一次波面，这一次波面称为有效波面。
（P17）
3.船舶阻尼力（矩）按物理性质大致可分为哪三类？
兴波阻尼、旋涡阻尼、摩擦阻尼（P8）
4.船在水中可能产生六个自由度的摇荡运动，分别是什么运动？
横摇、纵摇、首摇、垂荡（升沉）、横荡和纵荡
5.研究船舶耐波性用到的三种坐标系是哪三种，可画图说明？
空间固定坐标系：该坐标系用来描述海浪；
动坐标系Gxbybzb：随船做摇荡运动，坐标原点取在船的重心G上，坐标轴取作与船的中心惯性主轴相重合，Gxb在船中线面与龙骨线平行，向艏为正；Gzb在船中线面内垂直于Gxb，向上为正；Gyb垂直于船的中线面，向右舷为正。
随船移动的平衡坐标系Oxyz：当船在静水中以航速v航行时，该坐标系随船同速前进，Oxy位于静水面上，Ox正向与航速v同向。
当船在波浪上做摇荡运动时，该坐标系不随船做摇荡，仍保持按船的平均速度和原航向前进。
6.船模实验需要满足的相似律有那几个？
几何相似、运动相似、动力相似。
（P136-P137）
7.什么是船舶摇荡运动的兴波阻尼？（P9）
由于船舶运动使水面产生波浪，消耗船本身的能力所造成的阻尼。
傅汝德认为兴波阻尼与速度一次方成比例。
8.目前采用较广泛的减摇装置有哪些？
舭龙骨、减摇水舱、减摇鳍（P168）
9.什么是有效波面角？
有效波面的切线与水平间线间的夹角，恒小于真实波面角。
（P14 p17)
10.什么是史密斯效应？
波浪下任一点的压力随深度按指数递减的规律，称为“史密斯效应”。
（P16）11.什么是遭遇频率？
船以某一航速并与波浪传播方向成某一角度在波浪上航行时，船上观察者所看到的波浪作用于船上的扰动频率，
12.什么是线性叠加原理？
线性叠加原理：船的运动和波浪是微幅的；在同一海况的海上的波浪记录在统计中为各态历经、平稳的过程；
假定海浪是二因次长风不规则波，且由无限多个不同波幅、不同波长和随机相位的单元规则线性波叠加而成。
13.什么是十分之一最大波高？
将测得的波高从大到小依次排列，然后取最大的1/10波高平均值。
14.什么是静特征数？
减摇鳍设计中，通常以静特征数表示减摇鳍的容量。
所谓静特征数是指船在静水中以减摇鳍产生的最大稳定力矩作用于船上使船产生的最大静倾角，记作
s 。
表达式为s=Ms/Dh；
15.什么是表观跨零周期？
任意两相邻的时间基线上的上穿节点间的距离，称为表观跨零周期。
16.请说明舭龙骨阻尼由哪三部分组成？
舭龙骨压力阻尼（NBN ）；舭龙骨船体压差阻尼（NBH ）；舭龙骨兴波阻尼（NBw ）；（P168）
17.请说明被动式减摇水舱的减摇原理。
（P185-P186）
使设计的水舱内水振荡的固有频率等于船横摇的固有频率，这样在共振条件下，水舱随船一起运动，而水舱内的水的运动滞后横摇90°，同时当船横摇固有频率等于波浪的扰动力矩频率时，也发生共振，这时船的横摇角滞后波浪扰动力矩90°。
这样水舱里的水的运动就滞后波浪扰动力矩180°，也就是说，水舱里水的重量引起的稳定力矩方向恰好和波浪扰动力矩方向相反，从而使共振区横摇减小。
这就是所谓“双共振减摇原理”。
18.什么是有义波高？
有义波高是引用斯维鲁德-孟克的定义。
将测得的波高按大小依次排列，再从大的部分取出全部的1/3平均。
19.什么是波浪扰动力（矩）和波浪主干扰力？
波浪扰动力（矩）是与波浪运动有关的，引起船摇荡运动的主要作用力。
波浪扰动力（矩）中由流体动浮力作用而引起的主要部分称为波浪主干扰力。
它跟波幅成比例。
（P11）
20.什么是船舶摇荡运动中的摩擦阻尼？
船舶摇荡运动中由水的粘性引起的阻力，计算困难，可由模型试验得到。
傅汝德认为摩擦阻尼与摇荡速度平方成比例。
（P8）
21.船舶操纵性含义？
船舶操纵性是指船舶借助其控制装置来改变或保持其运动速率、姿态和方向的性能。
22.良好的操纵性应具备哪些特性？
具有良好操纵性的船舶，能够根据驾驶者的要求，既能方便、稳定地保持航向、航速（稳定性）；又能迅速地改变航向、航速，准确的执行各种机动（机动性）。
23.作用在船上的水动力是如何分类的？
作用在船上的水动力有：由惯性引起的惯性水动力；由粘性引起的粘性类水动力；
24.线性水动力系数的物理意义和几何意义？
物理意义：船舶在 = 0运动的情况下，保持其他运动参数都不变，只改变某一个运动参数所引起船舶所受水动力的改变与此运动参数的比值。
几何意义：各线性水动力导数表示相应于某一变化参数的受力（力矩）曲线在原点处的斜率。
25.写出二阶艏摇线性K-T 方程？
12123()T T r T T r r K K T δδ+++=+
26.一阶艏摇K-T 方程及方程中K 、T 含义？
Tr
r K δ+= 式中K 为单位舵角引起的定常回转角速度，称为回转性指数；T 为应舵指数，表示转首对操舵影响的快慢。
27.列出三种船舶约束模型试验。
斜航实验；旋臂实验；平面运动机构试验；圆运动试验。
28.对于水平面匀速直线运动的船舶而言，受到微小扰动后其运动一般有哪几种情况，稳定性如何？
a)船仍按原航线的延长线航行，此时称船具有“位置稳定性”；b）船的航向未改变，新航线与原航线平行，但不重合，称为具有“方向稳定性”；c）船沿另一航向作直线航行，称具有“直线稳定性”；d）船作曲线运动；
29.操舵后船的运动一般分为哪几个阶段，定常回转阶段运动特点？
转舵阶段：从开始转舵到舵转至规定舵角为止；2）发展阶段：从转舵结束起至船进入定常回转运动为止。
3）定常阶段：作用在船上的所有水动力矩平衡，船绕重心作匀角速度转动，r=常值；
定常回转阶段的特点：
作用在船上的水动力矩平衡，而水动力沿轨迹法线方向保持常值不随时间改变，船的航速V、漂角、角速度r都不随时间改变，船作定常运动。
船的重心G作匀速圆周运动，同时船又绕重心G作匀角速度转动。
30.简述船舶回转试验的方法和步骤。
船在预定航向上稳速航行，发出操舵令，以最快速度操舵至规定舵角（即使舵角与规定舵角略有差别，也不要任意修正），并保持舵角，直至船首改变5400，一次试验结束。
以同样的方法进行相反舵角和其它舵角（或航速）下的回转试验。
