船舶變速運(yùn)動(dòng)性能

1、船舶變速運(yùn)動(dòng)性能 知識點(diǎn)1：船舶的啟動(dòng)性能 船舶由靜止?fàn)顟B(tài)中開進(jìn)車，使船舶達(dá)到與主機(jī)功率相對應(yīng)的穩(wěn)定速度所需的時(shí)間和航進(jìn)距離，稱啟動(dòng)慣性。為保護(hù)主機(jī)，由靜止?fàn)顟B(tài)開進(jìn)車時(shí)，轉(zhuǎn)速應(yīng)視船速的逐步提高而逐漸增加，用車時(shí)先開低轉(zhuǎn)速，在船速達(dá)到與轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的船速時(shí)再逐級加大轉(zhuǎn)速。在船舶啟動(dòng)進(jìn)車時(shí)，促使船舶產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)的慣性力是推力T與阻力R之差。在啟動(dòng)之初，由于TR，船舶作加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過時(shí)間t0后，推力T0和阻力R0達(dá)到平衡，在此期間，船舶航進(jìn)的距離也是隨速度一起增大，當(dāng)經(jīng)過時(shí)間t0時(shí)船舶航行距離為S0，并以v0作均速運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，可用t0和S0表示啟動(dòng)性能的優(yōu)劣。 若船體前進(jìn)方向的附加質(zhì)量mx近似取為船

2、體質(zhì)量m的1/5，則船舶啟動(dòng)后達(dá)到定常速度v0所需的時(shí)間t0以及航進(jìn)的距離S0，可用下列近似式表示： （1-1） （1-2） 式中：t0單位為min；S0單位為m；排水量單位為t；v0單位為kn；R0為船舶達(dá)到定常速度前進(jìn)時(shí)的阻力，單位為t。 由此可見，船舶由靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)車，達(dá)到相應(yīng)穩(wěn)定船速的前進(jìn)距離S0與成正比，S0與R0或T成反比。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，滿載船舶由靜止逐級加車，速度達(dá)到海上速度時(shí)，所航進(jìn)的距離S0約為20倍船長，輕載時(shí)約為滿載時(shí)的1/22/3（即1013倍船長）。 知識點(diǎn)2：船舶的減速、停車慣性 以某一速度航進(jìn)中的船舶，從下令停車到船舶對水停止移動(dòng)所需的時(shí)間和船舶滑行的距離，稱為停車慣

3、性。實(shí)船試驗(yàn)時(shí)，由于船舶對水停止移動(dòng)不易觀察，一般以船舶維持舵效最小速度為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算，萬噸級船可取為2kn，大型船舶可取為3.2kn。主機(jī)停車后，剛開始時(shí)，由于船速較高，阻力也大，速度下降率很高；隨著船速下降，速度下降率變小，終速為零。 1停車沖程的理論估算法 前進(jìn)中的船舶減速以及停車時(shí)，船舶直線運(yùn)動(dòng)方程式為：（m+mx）dv/dt=T1-R （1-3） 式中：T1為與減速后的主機(jī)轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的前進(jìn)推力，停車時(shí)T1為0。 英國Topley船長推導(dǎo)出減速停車時(shí)船舶運(yùn)動(dòng)的下列近似表達(dá)式。主機(jī)轉(zhuǎn)速降低，船舶減速時(shí)，船舶從初速v0減至與降低后的主機(jī)轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的定常速度的過程中，某一時(shí)刻的船速以及在此期間

4、船舶前進(jìn)的距離S為：v=v1+（v0-v1）×2-t/c （1-4） （1-5） 式中：C為減速時(shí)間常數(shù)（船舶停車后船速每遞減1/2所需的時(shí)間），單位為min。C值隨船舶排水量的不同而不同。C越小，減速越快，可由表1-1查出。、1單位為kn；t單位為min；S單位為n mile。減速時(shí)間常數(shù)表 表1-1 2停車沖程經(jīng)驗(yàn)估算式 主機(jī)停車操作（1=0時(shí)），從操作時(shí)起至船舶停止的過程中，某一時(shí)刻t的船速及其在此期間船舶滑行的距離S，以及停止距離S0為：v=v0×2-t/c （1-6）S=0.024C·v0（1-2-t/c） （1-7）S0=0.024C·v0

5、（1-8） 式中：S0為停車沖程（n mile）；0為船舶停車時(shí)初速（kn）；C為減速時(shí)間常數(shù)（min）。 3停車沖程實(shí)船經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 以常速航進(jìn)中的一般船舶，主機(jī)停車后船速達(dá)到2kn時(shí)，其停車沖程約為船長的820倍，而VLCC滿載時(shí)，從海上常速中停車達(dá)到余速3kn時(shí)，停車沖程約為船長的23倍。 知識點(diǎn)3：船舶倒車停船性能及其影響因素 船舶緊急停船的距離是衡量主機(jī)制動(dòng)能力的重要參數(shù)。船舶主機(jī)從全速前進(jìn)下令全速后退，從發(fā)令起到船舶對水停止移動(dòng)所需時(shí)間及船舶前沖的距離，稱為倒車慣性。這一距離即通常所稱的倒車沖程，亦稱為最短停船距離或緊急停船距離。 全速前進(jìn)中的船舶進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，為了不使主機(jī)產(chǎn)生過大應(yīng)

6、力而導(dǎo)致主機(jī)損壞，通常應(yīng)在主機(jī)轉(zhuǎn)速降低后才能進(jìn)行倒車啟動(dòng)。主機(jī)類型不同，制動(dòng)方法與操作所需時(shí)間也不同。柴油機(jī)在緊急制動(dòng)時(shí)，在發(fā)出倒車令后，主機(jī)停止供油，在主機(jī)轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的25%35%，航速降至全速的60%70%時(shí)，方可將壓縮空氣通入氣缸強(qiáng)迫主機(jī)停轉(zhuǎn)，然后再用壓縮空氣進(jìn)行倒車啟動(dòng)。當(dāng)船速較低時(shí)，可立即進(jìn)行制動(dòng)，馬上完成倒車啟動(dòng)。一般柴油機(jī)從前進(jìn)三到后退三換向時(shí)間約需90120s。汽輪機(jī)的換向時(shí)間較長約需120180s。而蒸汽機(jī)的換向時(shí)間最短約為6090s。 1倒車停船時(shí)間和沖程的估算法 （1）Lovett式估算法 假定主機(jī)倒轉(zhuǎn)的同時(shí)就給出與倒車功率成比例的倒車?yán)?，并且設(shè)船體阻力與速度平方

7、成正比變化，船舶的附加質(zhì)量為船體質(zhì)量的1/5，倒車?yán)檎囃屏Φ?0%，可得出下列關(guān)系式t0.00089v0/R0 （1-9） （1-10） 式中：S-最短停船距離（m）； t-沖時(shí)（min）； -船舶排水量（t）； 0-主機(jī)倒車時(shí)的船速（kn）； R0-船速為時(shí)的阻力。 （2）倒車沖程的經(jīng)驗(yàn)估算法 倒車沖程也可應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)估算法計(jì)算。主機(jī)倒車后船速隨時(shí)間變化關(guān)系可近似認(rèn)為是一勻減速過程。倒車沖程的大小就是速度曲線與時(shí)間軸圍成的面積。即 （1-11） 式中：0為倒車時(shí)船舶初速（kn）；ts為倒車停船時(shí)間（s）；C為系數(shù)，一般貨船C取為0.250.27，大型油輪取0.270.29，S為緊急停船距離

8、（m）。 大型油輪如停船時(shí)間單位用min，則緊急停船距離的近似式可寫成S=16vk·tm （1-12） 使用以上兩個(gè)公式時(shí)，可不必考慮船舶主機(jī)種類和裝載狀態(tài)。 （3）力學(xué)估算法 假定主機(jī)倒轉(zhuǎn)的同時(shí)就給出與倒車功率成比例的倒車?yán)Γ抑饕揽康管嚴(yán)４?，并不考慮船體所受的阻力。因此本法僅適用于船舶低速航行時(shí)估算最短停船距離。要使以初速度為0的船舶停止前進(jìn)，其動(dòng)能損失量等于倒車?yán)ψ鞴?，?（1-13） 停船過程中，船舶動(dòng)量變化等于沖量，即（m+mx）v0=Tp·ts （1-14） 式中：-船舶排水量（t）； m-船舶質(zhì)量； mx-船舶前進(jìn)方向的附加質(zhì)量； g-重力加速

9、度（9.8m/s2）； kx-船舶前進(jìn)方向的虛質(zhì)量系數(shù)； Tp-倒車?yán)Γ╰），估算時(shí)取主機(jī)倒車功率（馬力）的1%； 0-船舶倒車時(shí)的船速（m/s）。 2實(shí)船試驗(yàn)數(shù)據(jù) 除采用上述公式計(jì)算船舶倒車慣性之外，實(shí)際中應(yīng)盡可能取得在不同狀態(tài)下實(shí)船試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)一般萬噸級船舶倒車沖程約在68倍船長；5萬噸級貨輪（內(nèi)燃機(jī)），倒車沖程約為810倍船長；10萬噸級油輪（汽輪機(jī)），倒車沖程約為1013倍船長；1520萬噸級油輪（汽輪機(jī)），倒車沖程約為1316倍船長?，F(xiàn)代大型船舶船速快，倒車沖程明顯增大，操船時(shí)應(yīng)特別引起重視。 3船舶緊急停船性能及其影響因素 對于通常的右旋式FPP單車船，倒車制動(dòng)時(shí)，船舶在減

10、速停船的過程中船首不斷向右偏轉(zhuǎn)。在其他條件相同時(shí)，在倒車的開始階段，空載船較滿載船右偏角大，但滿載大型船舶，停船時(shí)間長，最終首向偏轉(zhuǎn)也較明顯。 實(shí)船倒車制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一曲線。試驗(yàn)時(shí)實(shí)際所測得的最短停船距離是船舶運(yùn)動(dòng)軌跡的長度，即曲線的長度，稱為制動(dòng)行程Rt。船舶重心沿原航向方向所滑行的距離，稱為制動(dòng)縱距Rh。船舶重心偏離原航向的橫向距離稱為制動(dòng)橫距Rs或稱偏航量。倒車制動(dòng)時(shí)，船首向偏離原航向的角度稱為首偏角或偏航角。 船舶壓載時(shí)偏航角和偏航量通常較小，滿載時(shí)，停船時(shí)間長，偏航量和偏航角大。 船舶緊急停船性能是指在沖程試驗(yàn)條件下，以海上船速行駛的船舶，進(jìn)行倒車制動(dòng)后，在允許的偏航量和偏航

11、角范圍內(nèi)，能否迅速停船的性能。影響緊急停船距離的因素主要有： （1）主機(jī)倒車功率、換向時(shí)間 噸位、載荷狀態(tài)等相近的船舶，主機(jī)倒車功率越大，緊急停船距離越小。大型船舶倒車功率雖比小型船舶大，但每噸排水量所占主機(jī)功率小，而且大型船舶（1 8萬DWT以上）大多配備的是汽輪機(jī)，由于其換向時(shí)間長，倒車功率占常用功率比例低，所以大型船舶緊急停船距離明顯增大。 （2）推進(jìn)器種類 CPP船“換向”操作時(shí)間短，通過調(diào)整螺距角和螺距大小即可在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生最大的拉力。在其他條件相同時(shí)，CPP船舶的最短停船距離一般約為FPP船的60%80%。 （3）排水量 船速和倒車?yán)ο嗤瑫r(shí)，排水量越大，緊急停船距離越長。壓載時(shí)

12、的倒車沖程為滿載時(shí)的40%50%左右。應(yīng)注意壓載時(shí)的停車沖程約為滿載時(shí)的80%。 （4）船速 若其他條件相同，船速越大，沖程越大。 （5）其他因素 順風(fēng)、流時(shí)沖程增大，頂風(fēng)、流時(shí)沖程減小。淺水中船舶阻力增加，沖程減小。船體污底嚴(yán)重，阻力增加，緊急停船距離相應(yīng)減小。 知識點(diǎn)4：船舶制動(dòng)方法及其適用 1倒車制動(dòng)法 通過倒車產(chǎn)生強(qiáng)大的拉力進(jìn)行制動(dòng)。不論船型、船速如何，也不論在港內(nèi)或港外水域，均可采用該法。應(yīng)注意的是，重載大型船舶在狹窄航道或港內(nèi)倒車時(shí)，由于出現(xiàn)較大的偏航量和偏航角，易發(fā)生事故，故應(yīng)謹(jǐn)慎使用。 2Z形操縱制動(dòng)法 直航中的船舶通過左右來回操舵，同時(shí)減速、倒車，利用倒車?yán)托刂兴俣认陆?/p>

13、的特點(diǎn)，將船盡快停住的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于能保證船舶較少偏離原航向，而且由于采用分階段降速的方法有利于維護(hù)主機(jī)。該方法對于大型船舶、方形系數(shù)較大的船舶，或在深水域中初速度較高時(shí)尤為有效。而在較窄水域或航道中不宜使用。方法如下： （1）左滿舵（=40°），備車； （2）當(dāng)船舶向左改向20°時(shí)，前進(jìn)三； （3）當(dāng)船舶向左改向40°時(shí)，右滿舵； （4）當(dāng)船舶向左改向達(dá)最大時(shí)，前進(jìn)二； （5）當(dāng)船舶回到原航向時(shí)，左滿舵； （6）當(dāng)船舶向右改向達(dá)最大時(shí)，前進(jìn)一； （7）當(dāng)航向再次回到原航向時(shí)，右滿舵，后退三。 3滿舵旋回制動(dòng)法 利用船舶滿舵旋回中，船速下降明顯的特點(diǎn)，降低

14、船速的方法。該方法對于大型船舶，方形系數(shù)大、船速較高時(shí)較為合適，但要求當(dāng)時(shí)有足夠的操船水域。 航行中的船舶需緊急避讓時(shí)，選擇車讓還是舵讓，除考慮當(dāng)時(shí)有無他船影響和足夠的操船水域外，主要根據(jù)船舶當(dāng)時(shí)的速度來決定避讓行動(dòng)。如當(dāng)時(shí)船速條件下滿舵旋回時(shí)的最大進(jìn)距小于倒車制動(dòng)縱距，應(yīng)考慮采用舵讓。反之，如滿舵旋回的最大進(jìn)距大于倒車制動(dòng)縱距，則應(yīng)車讓。由于船舶旋回圈大小隨船速提高影響并不明顯，但倒車制動(dòng)縱距則急劇增大。因此在當(dāng)時(shí)操船水域允許時(shí)，一般低速時(shí)采用車讓，高速時(shí)采取舵讓。 4拖錨制動(dòng)法 拖錨制動(dòng)法一般只適用噸位較小的船舶，而且拋錨時(shí)船速僅限于低速（23 kn）。大型船舶由于錨機(jī)的剎車力不足，不宜采用這種方法。 5拖船協(xié)助制動(dòng)法 一般船舶當(dāng)船速低于56kn時(shí)，可根據(jù)船舶當(dāng)時(shí)吃水