1、船舶變速運動性能 知識點1：船舶的啟動性能 船舶由靜止狀態中開進車，使船舶達到與主機功率相對應的穩定速度所需的時間和航進距離，稱啟動慣性。為保護主機，由靜止狀態開進車時，轉速應視船速的逐步提高而逐漸增加，用車時先開低轉速，在船速達到與轉速相對應的船速時再逐級加大轉速。在船舶啟動進車時，促使船舶產生加速運動的慣性力是推力T與阻力R之差。在啟動之初，由于TR，船舶作加速運動，當經過時間t0后，推力T0和阻力R0達到平衡，在此期間，船舶航進的距離也是隨速度一起增大，當經過時間t0時船舶航行距離為S0，并以v0作均速運動。此時，可用t0和S0表示啟動性能的優劣。 若船體前進方向的附加質量mx近似取為船

2、體質量m的1/5，則船舶啟動后達到定常速度v0所需的時間t0以及航進的距離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為船舶達到定常速度前進時的阻力，單位為t。 由此可見，船舶由靜止狀態進車，達到相應穩定船速的前進距離S0與成正比，S0與R0或T成反比。 根據經驗，滿載船舶由靜止逐級加車，速度達到海上速度時，所航進的距離S0約為20倍船長，輕載時約為滿載時的1/22/3（即1013倍船長）。 知識點2：船舶的減速、停車慣性 以某一速度航進中的船舶，從下令停車到船舶對水停止移動所需的時間和船舶滑行的距離，稱為停車慣

3、性。實船試驗時，由于船舶對水停止移動不易觀察，一般以船舶維持舵效最小速度為標準來計算，萬噸級船可取為2kn，大型船舶可取為3.2kn。主機停車后，剛開始時，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 前進中的船舶減速以及停車時，船舶直線運動方程式為：（m+mx）dv/dt=T1-R （1-3） 式中：T1為與減速后的主機轉速相對應的前進推力，停車時T1為0。 英國Topley船長推導出減速停車時船舶運動的下列近似表達式。主機轉速降低，船舶減速時，船舶從初速v0減至與降低后的主機轉速相對應的定常速度的過程中，某一時刻的船速以及在此期間

4、船舶前進的距離S為：v=v1+（v0-v1）×2-t/c （1-4） （1-5） 式中：C為減速時間常數（船舶停車后船速每遞減1/2所需的時間），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。減速時間常數表 表1-1 2停車沖程經驗估算式 主機停車操作（1=0時），從操作時起至船舶停止的過程中，某一時刻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為船舶停車時初速（kn）；C為減速時間常數（min）。 3停車沖程實船經驗數據 以常速航進中的一般船舶，主機停車后船速達到2kn時，其停車沖程約為船長的820倍，而VLCC滿載時，從海上常速中停車達到余速3kn時，停車沖程約為船長的23倍。 知識點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制動能力的重要參數。船舶主機從全速前進下令全速后退，從發令起到船舶對水停止移動所需時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。 全速前進中的船舶進行緊急制動時，為了不使主機產生過大應

6、力而導致主機損壞，通常應在主機轉速降低后才能進行倒車啟動。主機類型不同，制動方法與操作所需時間也不同。柴油機在緊急制動時，在發出倒車令后，主機停止供油，在主機轉速降至額定轉速的25%35%，航速降至全速的60%70%時，方可將壓縮空氣通入氣缸強迫主機停轉，然后再用壓縮空氣進行倒車啟動。當船速較低時，可立即進行制動，馬上完成倒車啟動。一般柴油機從前進三到后退三換向時間約需90120s。汽輪機的換向時間較長約需120180s。而蒸汽機的換向時間最短約為6090s。 1倒車停船時間和沖程的估算法 （1）Lovett式估算法 假定主機倒轉的同時就給出與倒車功率成比例的倒車拉力，并且設船體阻力與速度平方

7、成正比變化，船舶的附加質量為船體質量的1/5，倒車拉力為正車推力的90%，可得出下列關系式t0.00089v0/R0 （1-9） （1-10） 式中：S-最短停船距離（m）； t-沖時（min）； -船舶排水量（t）； 0-主機倒車時的船速（kn）； R0-船速為時的阻力。 （2）倒車沖程的經驗估算法 倒車沖程也可應用經驗估算法計算。主機倒車后船速隨時間變化關系可近似認為是一勻減速過程。倒車沖程的大小就是速度曲線與時間軸圍成的面積。即 （1-11） 式中：0為倒車時船舶初速（kn）；ts為倒車停船時間（s）；C為系數，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） 使用以上兩個公式時，可不必考慮船舶主機種類和裝載狀態。 （3）力學估算法 假定主機倒轉的同時就給出與倒車功率成比例的倒車拉力，而且主要依靠倒車拉力拉停船舶，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估算最短停船距離。要使以初速度為0的船舶停止前進，其動能損失量等于倒車拉力作功，即 （1-13） 停船過程中，船舶動量變化等于沖量，即（m+mx）v0=Tp·ts （1-14） 式中：-船舶排水量（t）； m-船舶質量； mx-船舶前進方向的附加質量； g-重力加速

9、度（9.8m/s2）； kx-船舶前進方向的虛質量系數； Tp-倒車拉力（t），估算時取主機倒車功率（馬力）的1%； 0-船舶倒車時的船速（m/s）。 2實船試驗數據 除采用上述公式計算船舶倒車慣性之外，實際中應盡可能取得在不同狀態下實船試驗數據。 據統計一般萬噸級船舶倒車沖程約在68倍船長；5萬噸級貨輪（內燃機），倒車沖程約為810倍船長；10萬噸級油輪（汽輪機），倒車沖程約為1013倍船長；1520萬噸級油輪（汽輪機），倒車沖程約為1316倍船長。現代大型船舶船速快，倒車沖程明顯增大，操船時應特別引起重視。 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，倒車制動時，船舶在減

10、速停船的過程中船首不斷向右偏轉。在其他條件相同時，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，停船時間長，最終首向偏轉也較明顯。 實船倒車制動試驗時的運動軌跡是一曲線。試驗時實際所測得的最短停船距離是船舶運動軌跡的長度，即曲線的長度，稱為制動行程Rt。船舶重心沿原航向方向所滑行的距離，稱為制動縱距Rh。船舶重心偏離原航向的橫向距離稱為制動橫距Rs或稱偏航量。倒車制動時，船首向偏離原航向的角度稱為首偏角或偏航角。 船舶壓載時偏航角和偏航量通常較小，滿載時，停船時間長，偏航量和偏航角大。 船舶緊急停船性能是指在沖程試驗條件下，以海上船速行駛的船舶，進行倒車制動后，在允許的偏航量和偏航

11、角范圍內，能否迅速停船的性能。影響緊急停船距離的因素主要有： （1）主機倒車功率、換向時間 噸位、載荷狀態等相近的船舶，主機倒車功率越大，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功率小，而且大型船舶（1 8萬DWT以上）大多配備的是汽輪機，由于其換向時間長，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）推進器種類 CPP船“換向”操作時間短，通過調整螺距角和螺距大小即可在較短時間內產生最大的拉力。在其他條件相同時，CPP船舶的最短停船距離一般約為FPP船的60%80%。 （3）排水量 船速和倒車拉力相同時，排水量越大，緊急停船距離越長。壓載時

12、的倒車沖程為滿載時的40%50%左右。應注意壓載時的停車沖程約為滿載時的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、流時沖程增大，頂風、流時沖程減小。淺水中船舶阻力增加，沖程減小。船體污底嚴重，阻力增加，緊急停船距離相應減小。 知識點4：船舶制動方法及其適用 1倒車制動法 通過倒車產生強大的拉力進行制動。不論船型、船速如何，也不論在港內或港外水域，均可采用該法。應注意的是，重載大型船舶在狹窄航道或港內倒車時，由于出現較大的偏航量和偏航角，易發生事故，故應謹慎使用。 2Z形操縱制動法 直航中的船舶通過左右來回操舵，同時減速、倒車，利用倒車拉力和旋回中速度下降

13、的特點，將船盡快停住的方法。該方法的優點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主機。該方法對于大型船舶、方形系數較大的船舶，或在深水域中初速度較高時尤為有效。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）當船舶向左改向20°時，前進三； （3）當船舶向左改向40°時，右滿舵； （4）當船舶向左改向達最大時，前進二； （5）當船舶回到原航向時，左滿舵； （6）當船舶向右改向達最大時，前進一； （7）當航向再次回到原航向時，右滿舵，后退三。 3滿舵旋回制動法 利用船舶滿舵旋回中，船速下降明顯的特點，降低

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