船舶操縱是指船舶駕駛人員根據船舶操縱效能和客觀環境因素，正確地控制船舶以保持或改變船舶的運動狀態，以達到船舶執行安全的目的。
船舶操縱是通過車、舵並借助錨、纜和拖船來實現的。要完成操縱任務，除保證所有操縱裝置處於正常良好的技術狀態外，操縱人員必須掌握船舶操縱效能(慣性和旋迴性等)及對客觀環境（風、流、水域的範圍等）的正確估計。
第一節車的作用
推動船舶向前運動的工具叫船舶推進器，推進器的種類很多，目前常見的有明輪、噴水器推進器螺旋槳、平旋推進器、側推器等。因為螺旋槳結構簡單、效能可靠且推進效率高，所以被廣泛應用於海上運輸船舶。
一、螺旋槳的構造
1、螺旋槳的材料和組成
螺旋槳常用鑄錳黃銅、青銅和不鏽鋼製作。現在也有採用玻璃製作的。
螺旋槳有槳葉和漿轂兩部分組成，連線尾軸上。
（1）槳葉，一般為三片和四片，個別也有五片甚至六片的，低速船採用寬葉，高速船採用窄葉。
（2）槳轂，多數漿轂與槳葉鑄成一體。漿轂中心又圓錐形空，用以套在尾軸後部。
（3）整流帽
（4）尾軸
2、螺旋槳的配置
一般海船都採用單螺旋槳，叫單車船。也有部分船舶（客船和**）採用雙螺旋槳，叫雙車船。
單槳船的螺旋槳通常是右旋轉式的。右旋是指船舶在前進時，從船尾向船首看，螺旋槳在順車時沿順時針方向轉動的稱為右旋，沿逆時針方向轉動的稱為左旋。目前，大多數商船均採用右旋式。
雙槳船的螺旋槳按其旋轉方向可分為外旋式和內旋式兩，對於雙槳船，往舷外方向轉動的稱為外旋，反之稱內旋。通常採用外旋，以防止水上浮物捲入而卡住槳葉。進車時，左舷螺旋槳左轉，右舷螺旋槳右轉，則稱為外旋式；反之，稱為內旋式。
二、推力、阻力和功率
1、船舶推力
在主機驅動下，螺旋槳正車旋轉時推水向後運動，水對螺旋槳的反作用力在船首方向的分量就是推船前進的推力，倒車時則產生指向船尾的拉力。流向螺旋槳盤面的水流稱為吸入流（suction current）；離開螺旋槳盤面的水流稱為排出流（discharge current）。吸入流的特點是流速較慢，範圍較廣，流線幾乎相互平行；排出流的特點是流速較快，範圍較小，水流旋轉激烈（如圖1―2所示）。
圖1—2
由於螺旋槳及主機結構方面的原因，在相同的轉速、航速條件下，一般船舶倒車拉力只有進車推力的60%～70%左右，大型船舶僅有30%～40%。
對於給定的船舶，其螺旋槳推力的大小與轉速、船速以及螺旋槳槳軸在水中的沉深有關。它們之間的關係通常是：
（1）當船速一定時，轉速越高，推力越大，且推力與轉速的平方成正比；
（2） 當轉速一定時，船速越低推力越大，隨著船速的提高，推
力逐漸下降，當船速為零（相當於繫泊狀態）時，推力最大。
2、船舶阻力(resistance)
船舶以某一速度在水面上航行時，將受到空氣和水的阻礙作用，這種與船體運動方向相反的流體作用力稱為船舶阻力。船舶阻力按其形成的性質可分為空氣阻力和水阻力，按其特徵又可分為基本阻力和附加阻力兩部分。
（1）基本阻力是新出塢的**船（不包括附屬體）在平靜水面行駛時水對船體產生的阻力。基本阻力由摩擦阻力、渦流阻力（形狀阻力）和興波阻力組成，後兩者通常也稱為剩餘阻力也即壓差阻力。
（2）附加阻力由汙底阻力、附體阻力、空氣阻力和洶濤阻力組成。
（3）對於給定船舶，基本阻力的大小與吃水及船速大小有關；附加阻力的大小則隨風浪大小、船體汙底及航道淺窄情況有關。對於基本阻力來說通常是：
①基本阻力隨船速的增大而增大，且在船速較高時，增大的趨勢比低速時大的多。
②吃水深比吃水淺時基本阻力大。
當推力大於阻力時，船舶作加速行駛運動；當推力等於阻力時，船舶作勻速行駛運動；當推力小於阻力時，船舶作減速行駛運動。
值得注意的是，船舶在高速前進中突然高速倒車，後退中突然高速進車，或者靜止中突然高速進車或倒車，往往會使主機超負荷工作，容易引起主機損壞，應予避免。
3、功率
要是螺旋槳產生推力，除螺旋槳要有一定的螺距角外，還必須是螺旋槳轉動。轉動的螺旋槳機器叫主機。主機所發出的功率稱為機器功率（mhp）。
主機功率經過軸系的損失，最後傳送到螺旋槳，螺旋槳得到的功率稱為收到功率（dhp）。主機帶動螺旋槳是旋轉運動，而螺旋槳推船是直線運動，船舶直線運動的功率稱為有效功率（ehp）。
通常收到功率只有機器功率的95%-98%；而有效功率只有機器功率的50%-70%。也就是說，把主機的旋轉運動變為船舶的直線運動，其功率將近損失一半功率。
三、航速與衝程
1、船速
船速，是指船舶在水中的航行的速度，在無風流影響下的靜水航速稱船速。
（1）額定船速：
根據一定標準驗收後的主機，其標稱輸出功率，也就是可供海上長期安全使用的最大功率，即為該主機的額定功率。在可以忽略水深影響的平靜深水域中，在主機功率為額定功率穩定輸出的條件下，所得到的主機穩定的轉速稱為主機的額定轉速。
在可以忽略水深影響的深水中，在額定功率和額定轉速的條件下，船舶所能達到的靜水中航速，即為該船的額定船速。它是船舶在深水中可供使用的最高船速。
（2）海上船速
為適應海上和船舶本身各種情況的變化，確保長期安全航行，需留有適當的主機功率儲備，因而主機的海上常用功率通常為額定功率的90%；相應的海上常用轉速則定為額定轉速的96%～97%。
在主機的海上常用輸出功率和海上常用轉速運轉時，所得到的靜水中船速即為海上船速。
（3）港內船速
港內航行時，船舶密集，水淺彎多，用舵頻繁。為保護主機以及便於操縱和避讓，港內航行的最高船速應比海上船低為低。通常所說的備車船速、操縱船速和港內船速都是將主機輸出功率降為常用功率的一半左右所得到的船速，此時的轉速最高約為海上常用轉速的80%。
應當指出的是，在港內或是某些內海航區或水道內，為保證安全，往往規定有最高限速。對高速船舶而言，如本船所用的港內船速高於該限速時，則應遵照相應水域內的限速規定行駛。
（4）經濟船速
在海上航行中，以節約燃料消耗、降低營運成本、提高營運效率為目的，根據航線條件等特點而採用的船速稱為經濟航速。通常，經濟船速較海上船速為低。
2、衝程
（1）船舶在前進中停車或倒車，需要經過一段時間和前衝一段距離才能使船停止，這段時間叫衝時（慣性衝時），這段距離叫衝程（慣性衝程）。
根據經驗，船舶在以常速航進中，主機從停車到降至餘速2kn時，一般船舶停車衝程約為8~20l；超大型船舶，在以海上常速航進中停車至余速降至3kn，則停車衝程約為23l，衝時近30min。當然，正常的進出港或接近泊地仍以逐級降速為妥，以利於主機的養護。
（2）衝程測定：
盡量選擇無風、無流的海域或選擇海面平靜、海流潮流較小的水域；試驗水域要有足夠的水深，至少大於5倍吃水；一般應在滿載狀態進行試驗，油輪和散貨船還應進行壓載狀態的試驗；試驗前主機轉速、航速均應達到穩定的試驗速度；船舶必須以穩定的航向、轉速作直線運動，當駕駛台下令停車（或倒車）時，可以開始測定。
測定的方法，通常採用拋木塊法。
（3）船舶衝程大小與下列因素有關：
①排水量越大，衝程越大；
②航速越大，衝程越大；
③順風順流時衝程增大，逆風逆流衝程減小；
④船底汙底增厚，衝程越小；
⑤主機倒車功率越大，衝程越小；
⑥淺水中，衝程減小；
⑦主機換向時間越短，衝程越小。
四、螺旋槳產生的船舶偏轉
螺旋槳的主要功能是產生前後方向的推力，以控制船舶的前後運動。同時，它對舵速有重大的影響，因而對增強或減低舵效，改變船舶對舵的響應運動方面起著重大作用。除此之外，螺旋槳轉動時，即使操正舵，船首也會出現向左或向右的偏轉現象，這就是螺旋槳的致偏作用。
由於這種橫向力的存在，一方面是航行中的船舶偏離航向，因而，需要不斷的用舵來修正，以保持船舶的航向；另一方面，操縱者若能掌握這種橫向力的規律，並正確地運用它，就能把它變為對船舶操縱有利的因素。
1、螺旋槳旋轉時產生橫向力包括：
1）沉深橫向力（transverse force of propeller submergence）
沉深橫向力又稱側壓力、側推力或水面效應橫向力。螺旋槳盤面中心距水面的垂直距離為螺旋槳的沉深h，它與螺旋槳直徑口之比h/d稱為沉深比。
實驗表明，即使槳葉不露出水面，當h/d<0.65~0.75時，由於螺旋槳在其旋轉過程中會出現空氣吸入和產生空泡現象，將使其推力和轉距下降，並出現上部槳葉所受的阻力較下部槳葉為小的現象，如圖1—23所示。
上下螺旋槳阻力的差值，構成了沉深橫向力。以右旋單車船為例，進車時，該作用推尾向右，使船首向左偏轉；倒車時使船首向右偏轉。左旋式單車船的偏轉方向相反。
圖1—23
影響沉深橫向力的因素有：
(1) 沉深比：當h/d>0.65~0.75時，該力很小，當h/d<0.65~0.75時，隨著h/d逐漸減小，該力將明顯增大。
(2) 螺旋槳的進速、轉速及滑失：滑失越大，該力越大，即該力隨著槳葉進速的降低、轉速的提高而增大。螺旋槳啟動時，該力顯著，隨著船速的增加逐漸減小。
(3) 螺旋槳旋轉方向：該力在倒車時比正車大。
(4) 該力受螺旋槳工況影響（螺旋槳處水面遮蔽程度、槳葉切面形狀等）極為明顯，而與操舵無關。
（2）伴流橫向力
船舶前進時，由於具有粘性，受船體摩擦及運動的影響產生追隨船體運動的水流叫伴流（或稱追跡流）。這種伴流在船舶前進時，其大小和厚度自船首向船尾逐漸增大，船尾附近最大。船尾螺旋槳盤面處的伴流速度分布具有左右對稱、上大下小的特點，如圖1—24所示。
因此，螺旋槳工作時，上部槳葉的轉力也要下部槳葉的轉力要大，這種因伴流的影響而出現的上下槳葉的旋轉阻力之差而構成的橫向力稱為伴流橫向力。
圖1—24
右旋單車船，前進中進車，伴流橫向力與沉深橫向力相反，推尾向左，使船首向右偏轉；倒車時方向相反。船舶靜止時，由於不存在伴流，故無該力；船舶後退時，因舵葉形成的伴流極小，所以幾乎不產生該力。
船速越高，伴流上下的速度差也就越大，則伴流橫向力也就越大。在伴流存在的前提下，該力隨著轉速的提高而增大。此外，v型船尾伴流上下相差較大，伴流橫向力大；而具有u型船尾、導流管的船舶，因槳葉處伴流小，該力也很小。
（3）排出流橫向力（transverse force of discharge current）
船舶前進中操舵時，如圖1—25(1)所示，舵葉左上部與右下部分別受到排出流的有力衝擊。如無伴流影響，則舵葉左右兩側所受排出流水動力相等，不存在排出流橫向力。若存在伴流時，由於伴流上大下小並與排出流反向，致使右下部排出流的衝角明顯大於左上部，使右側的水動力高於左側。
因此，舵葉兩側水動力產生差異，構成排出流橫向力。船舶前進中進車，該力推尾向左，使船首右偏。而且船速越高，伴流越大，該力越大。
此外，v型船尾、轉速快、伴流上下分布差異較大，該力則大。船舶後退中進車，舵葉處伴流極弱，故該力很小，可忽略不計。
第二章基本知識小結
基本概念 向右箭頭表示求導運算，向左箭頭表示積分運算，積分運算需初始條件 直角座標系與x,y,z軸夾角的余弦分別為 與x,y,z軸夾角的余弦分別為 yy v o x o x zz 與x,y,z軸夾角的余弦分別為 自然座標系 極座標系 相對運動對於兩個相對平動的參考係 時空變換 速度變換 加速度變換 ...
第二章投影的基本知識
學習目的 掌握正投影的基本原理，掌握三檢視的形成及其投影規律，掌握點 線 面的投影特性。學習要點 投影的基本特性 物體的三檢視的繪製 點 線 面的投影特性。一 投影的概念 一 投影法的概念 在日常生活中，我們看到在太陽光或燈光照射物體時，在地面或牆壁上出現物體的影子，這就是一種投影現象。投影法與自然...
第二章液壓傳動的基本知識
一 判斷題 1 通常把既無黏性又不可壓縮的液體稱為理想液體.2 真空度是以絕對真空為基準來測量的液體壓力.3 連續性方程表明恆定流動中，液體的平均流速與流通圓管的直徑大小成正比.4 重力作用下的靜止液體的等壓面是水平面.5 在活塞上的推力越大，活塞的運動速度就越快.6 理想液體在無分支管路中穩定流動...