1.1目的及意义

纵观船舶航行发展史，无论是现如今海上航行现状，还是未来智能化无人船舶的发展趋势。船舶操纵性，作为船舶重要的动力性能之一，在船舶航行安全性方面占据着非要重要的地位，且重要程度日益增加。

伴随着船舶航运业的飞速发展，船舶的发展方向趋向于大型化、多样化和高速化，继而出现了滚装船、集装箱船、LPG等，这些船舶的操作性能不一且各具特点。另外，船舶数量增多，航速提升，吨位增加，航道中航行密度加大，使得船舶发生碰撞、触礁等海航事故的发生几率大大增加。近几十年来，由于船舶操作不当及船舶操纵性差等原因而导致的船舶海滩事故屡见不鲜：

1978年，“AMOCO CADIZ”号在英吉利海峡发生触礁事故，大量石油原油泄漏，造成严重的海洋环境污染及生物资源的破坏；1989年3月，“EXXON VALDEZ”油轮不幸触礁，1.08亿加仑原油泄漏。因为事故地点偏远，只能用直升机和小船通达，仅清理费用就高达25亿美元。1996年，油船“SEA EMPRESS”在英国米尔福德港触礁，6500吨原油流入大海，造成严重的生态污染。而回望国内，仅1999年就发生多起重大、特大水上交通事故，直接经济损失达2.5亿元。尤其是1999年11月24日，山东烟大轮船轮渡有限公司的“大舜”号滚装船因风力过大，丧失动力，在牟平姜格庄附近海域搁浅倾斜，致使276名旅客船员丧生。2004年12月7日巴拿马籍集装箱船“现代促进”碰撞，导致1200多吨船舶燃料油溢出，成为我国船舶碰撞最大的一次溢油事故，造成珠江口海域污染，全部损失达6800万元。

接连不断发生的海上交通事故不仅给国家和人民生命财产安全带来了巨大损失，而且原油及化学品等物质泄漏还会造成大面积的海洋环境污染，造成不可估量的环境安全问题和人类社会问题。基于这些原因，为了减少与船舶操纵性相关的海上交通事故发生数量，降低相关船舶航运人员和财产的损失，保护海洋生态环境，国际海事组织（IMO）和各国政府参与制定了“船舶操纵性标准”。

基于船舶航行安全性，国际海事组织（IMO）从两方面确保船舶具有优良的操纵性能，一是建造新船时，在初期设计阶段制定一个船舶操纵性的暂行标准，确保所设计、建造的船舶具有优良的操纵性能；二是必须向船舶操纵人员提供船舶操纵性能手册，以确保操纵者充分了解本船的操纵性能。1971年，国际海事组织（IMO）早已建议在船舶驾驶台应显示有关船舶操纵性的各项数据。1985年IMO进一步提出一项关于估算船舶操纵性能的“初步指南”（Draft Guidelines）。1993年，IMO A751（18）决议通过了“船舶操纵性暂行标准”（Interim standard for ship maneuverability）,对船舶操纵性提出了更为严格的要求，明确规定了四项标准：（1）回转能力；（2）初始回转能力；（3）偏航纠正和航向稳定能力：（4）停船能力。中国船检部门也在1997年制定了相关海船操纵指导性文件，对船舶操纵性能提出了一系列要求。

目前，关于船舶操纵性的研究热潮正在国际社会上兴起，而我国作为世界第三造船大国，更应该重视船舶操纵性方面的问题，并以积极的态度开展船舶操纵方面的理论研究，以争取我国在船舶操纵研究领域中应有的地位。本课题采用Python仿真软件建立三自由度船舶模型，通过模型仿真，最终获得船舶操纵的旋回圈、Z型实验轨迹及相应的船舶信息等。

1.2 国内外研究现状

二十世纪六七十年代，随着大型船型的建造，船舶操纵的难度问题开始突显，船舶的操作性和相关航行安全问题开始引起关注。近的二十年里，一方面随着大型，高速，专用船舶的发展，不仅船舶操纵变得更加困难，而且海上事故发生的后果也变得更严重，这使得与操纵性相关的安全问题变得更加突出;另一方面，随着社会的进步，人们的安全意识和环境意识得到提高，加强船舶操纵性预报，以减少甚至避免由于船舶操纵性差造成的沉船事故，造成人员伤亡和财产、环境污染的呼声日益高涨。为此，IMO作为负责海上安全的国际权威机构，加强了对船舶操纵性的评估和标准化工作，并在制定机动性评估方法和可操作性标准方面做出了有效的努力。国际海事组织在船舶操纵性评估和基准测试方面的工作始于1982年，在成员国的参与协助下，开始起草评估船舶操纵性的指南。 1985年，海事安全委员会船舶设计和装备委员会通过了“船舶设计阶段操纵性能评估暂行指南”（Interim Guidelines for Estimating Manoeuvring Performance in Ship Design），MSC / Circ.389号通函。为了评估船舶设计阶段的操纵性性，船舶操纵性的特征值被定量表示，并推荐了船舶设计期间估算这些特征值的方法。

1990年，国际海事组织海事安全委员会船舶设计和装备小组委员会成立了一个负责起草船舶操纵性标准的工作组，同时对标准进行了注释，以便更好地理解和执行该标准。 1993年，IMO全体会议通过了决议A.751（18）“船舶操纵性暂行标准”，为船舶应具备的船舶操纵性特征提供量化指标。 IMO“船舶操纵性暂行标准”适用于具有各种类型的方向舵和推进装置的船舶，以及1994年7月1日以后建造的长度为100米或更长的所有化学品船舶和液化气运输船;物理测试或模拟测试的条件是深水，无限水域，不受环境扰动（如风，海浪和水流）的影响，且船以正常航速航行和无纵倾。海事组织建议成员国政府鼓励负责设计，建造，修理和运营船舶的部门应用临时标准并邀请成员国政府收集应用该临时标准获得的数据并将其报告给IMO。经过八年的试验，根据收集的“船舶操纵性暂行标准”的适用反馈和各成员国提出的修改意见，IMO完成了“船舶操纵性暂行标准”的修订。 2002年海安会通过了该决议，MSC.137（76）号决议“船舶操纵性标准”作为正式的船舶操纵性标准颁布;