全回转推进船舶操纵性评估指南

2026 2026年8月1日生效 目录 第1章一般要求.......................................................................................................1 1.1适用范围............................................................................................................11.2定义....................................................................................................................11.3符合性声明........................................................................................................21.4图纸资料............................................................................................................2 第2章评估方法.......................................................................................................3 2.1单自由度横摇运动评估....................................................................................32.2四自由度操纵运动评估....................................................................................62.3全时域CFD评估...............................................................................................92.4自航模水池试验评估.....................................................................................10 第3章评估要求......................................................................................................11 3.1评估流程...........................................................................................................113.2评估工况..........................................................................................................123.3计算验证..........................................................................................................123.4操作图谱..........................................................................................................13 第4章报告要求.....................................................................................................14 4.1简介与目标......................................................................................................144.2图纸资料..........................................................................................................144.3报告内容..........................................................................................................14 附录1某全回转推进拖轮操纵性及横摇稳性评估案例........................................16 1.1船型概况..........................................................................................................161.2水池试验评估..................................................................................................171.3基于MMG的四自由度操纵性评估..............................................................201.4基于全时域CFD的操纵性评估.....................................................................26 第1章一般要求 1.1适用范围 1.1.1本指南适用于全回转推进船舶的操纵性及操纵过程的横摇稳性的评估。 1.1.2本指南适用于深水、平静、无限开阔水域，暂不考虑风、浪、流、浅水及岸壁效应等因素的影响。 1.1.3本指南仅考虑全回转推进船舶营运中的正常操纵工况，不考虑因推进装置故障（如单桨失效、舵机卡阻）或者紧急避险引发的应急操纵工况。 1.1.4对于双桨推进或多桨推进船舶，本指南基于同步操舵模式进行评估，如船舶在实际操作及运行过程中涉及异步操舵模式，可根据具体使用需求，采用本指南2.2节-2.4节的方法进行专项评估，并在评估报告中详细说明。 1.2定义 1.2.1就本指南而言，相关定义如下： （1）全回转推进船舶：系指有别于传统的轴系螺旋桨+舵的操纵方式，装备推进和操纵合一装置，船舶能够在任意角度调节推力方向，可实现前进、后退、横移及回转等操纵动作。就推进装置类型而言，包括但不限于Z型推进器、直翼推进器、吊舱推进器及轮缘推进器等。 （2）单自由度横摇运动模型：仅考虑横摇单自由度运动的简化模型，适用于快速评估全回转推进船舶操纵过程的横摇稳性。 （3）四自由度操纵运动模型：同时考虑纵荡、横荡、首摇、横摇四个自由度耦合操纵运动的数学模型，适用于评估全回转推进船舶操纵性及操纵过程中耦合横摇的历时变化特性。 （4）计算流体力学（CFD）方法：采用计算流体力学求解器/软件，在计算机上通过离散求解基于雷诺平均（RANS）的流动控制方程，对船舶操纵性水动力或操纵运动性能进行预报的方法； （5）水池试验：按照相似规律，选用缩尺比模型在水池中开展基于约束模 的船舶操纵性水动力导数测试或者基于自航模直接开展操纵性能预报的方法。 （6）相似船舶：系指船舶类型相同，船体艏艉线型相似，推进装置类型、数量及布置方式一致，船型尺度比参数（L/B、B/T、Cb）差异不超过10%。 1.3符合性声明 1.3.1按照本指南进行全回转推进船舶操纵性及操纵过程的横摇稳性的评估。经申请认可，可签发符合性证明。 1.4图纸资料 1.4.1按照本指南开展全回转推进船舶操纵性及操纵过程中的横摇稳性评估时，以下图纸/资料应提交批准： （1）全回转推进船舶操纵性评估报告。 1.4.2以下图纸/资料应提交备查： （1）型线图及型值表； （2）总布置图； （3）全回转推进装置图（如适用）； （4）全回转推进装置布置图； （5）船舶静水力计算书； （6）船舶完整稳性计算书； （7）水池试验报告（如适用）。 第2章评估方法 2.1单自由度横摇运动评估 2.1.1本评估模式仅考虑横摇单自由度运动，适用于全回转推进船舶在校核装载及航速工况下，由不同操舵角的产生的横摇角幅值及横摇加速度进行快速评估。 2.1.2单自由度横摇运动方程采用如下形式： 式中：Ixx——为船舶自身横摇惯性矩，t·m2； Jxx——为船舶横摇附加惯性矩，t·m2； M——为船舶横摇阻尼系数，kN·m·s/rad； ——为船舶在校核装载工况下的排水量，t； ()l——为船舶在校核装载工况下，按照完整稳性曲线实际形状确定的复原力臂，已计及自由面修正，m； KPH——在校核航速工况下，推进装置某一操舵角度下，对船体产生的横摇力矩，kN·m； g——为重力加速度，9.81m/s2； ——为横摇角，rad。 2.1.3船舶横摇惯性矩Ixx应根据船舶设计资料及各校核装载工况进行评估，附加惯性矩Jxx应通过水池试验或者数值计算得到。如无其他资料，可采用如下公式估算： 式中：B——为船宽，m； zG——为船舶在校核装载工况下，从基线算起的重心高度，m。 船舶横摇惯性矩Ixx和附加惯性矩Jxx也可按照国际海事组织《第二代完整稳性衡准暂行指南》中方法进行估算： 式中：GM——为船舶在校核装载工况下的初稳性高，已计及自由面修正，m； Tr——为船舶在校核装载工况下的横摇固有周期，s。 2.1.4船舶横摇阻尼系数M应根据船体线型及校核装载工况，通过水池试验或者经验证的CFD方法评估得到。横摇阻尼评估应考虑舭龙骨、呆木等船舶附体对于阻尼的影响。如无其他资料，横摇阻尼可按照临界阻尼法进行估算： 式中：——为船舶横摇临界阻尼系数，对于无舭龙骨船舶，取为3%~5%；对于有舭龙骨船舶，取为5.5%~7%。 横摇阻尼也可参照Ikeda公式进行估算： 式中：MF为摩擦阻尼；MW为兴波阻尼；ME为旋涡阻尼；MBK为附体阻尼。ML为升力阻尼，适用于有航速情况。以上各分项阻尼的计算评估可参见国际海事组织《第二代完整稳性衡准暂行指南》。 2.1.5()l为船舶在校核装载工况下，根据完整稳性曲线实际形状确定的稳性复原力臂，应在评估报告中，详细说明不同装载工况下所采用的完整稳性曲线。对于15°以下的小角度横摇，可按初稳性公式计算稳性复原力臂： 2.1.6船舶由操舵产生的横摇力矩KPH可按下式确定： 式中：L、R——分别表示左、右推进装置； zPH——为推进装置的推力轴线到水线面的垂直距离，m；YP——为推进装置侧向推力，kN；——为推进装置操舵角，deg；T——为推进装置推力，kN。 2.1.7推进装置的推力计算，可基于螺旋桨敞水曲线，并考虑推力减额和伴流分数的影响。对于双桨系统，螺旋桨推力T采用下式计算： 式中：tp——为推力减额； ——为水密度，kg/m3； n——为校核航速工况所对应的螺旋桨转速，rps； DP——为螺旋桨直径，m； KT——为螺旋桨推力系数； JP——为校核航速工况所对应的螺旋桨进速系数，(1)pppJUn D，p为伴流分数，U为船舶直航的航速。