Z形試驗（zigzag test）亦稱Z形操縱試驗，是肯普夫（Kempf）在1943年首先提出來的一種衡量船舶機動性能的試驗方法。1957年以來，野本謙作和諾賓等人發展了一種對Z形試驗結果進行理論分析的新方法——K、T分析方法，從而受到更廣泛的重視和套用。
基本介紹
- 中文名：Z形試驗
- 外文名：zigzag test
- 作用：衡量船舶機動性能
- 提出者：肯普夫（Kempf）
- 提出時間：1943年
- 學科：船舶原理
簡介,Z形試驗步驟,直接特徵數,Z形試驗的K-T分析,
簡介
從船舶的實際操縱狀況來看，像迴轉試驗那樣長時間保持一定舵角的情況是不多的。經常的情況是以較小的舵角左左右右不斷地操舵。Z形操縱試驗正是模擬此種操縱，分析其試驗結果可以得到比迴轉試驗更符合實際的資料。
小角度Z形操縱試驗與螺線操縱試驗或逆螺線操縱試驗結合起來，可以提供完整的保持航向的操縱資料。Z形操縱試驗與15°舵角的迴轉試驗結合起來可以提供完整的變化航向的資料。近年來隨著船舶大型肥胖化的發展，船舶的轉首性與方向穩定性更加受到重視。在這種情況下，Z形操縱試驗顯得更重要了。
目前，Z形操縱試驗是確定K、丁指數公認的標準方法。
Z形試驗步驟
Z形試驗的目的是求得船舶操縱性指數和初轉期，以評價船舶對操舵的回響特性，其結果應符合設計要求。圖1為Z形操縱試驗記錄曲線，其縱坐標為航向角或舵角，橫坐標為時間。
圖1
圖1試驗船舶應選擇在有足夠的助航距離和迴旋餘地的海區，風力不大於蒲氏4級，海浪不超過2級，潮流平穩的條件下進行試驗。試驗可按下述步驟進行：
（1）進行Z形試驗時，首先將船舶保持直線勻速運動2~3min，記錄初始航速、航向角及推進器轉速等。
（2）從發令時（取t=0）開始，以儘可能快的速度將舵轉至右舷規定的舵角，例如右舷10°，並保持之。這時船舶將開始向右舷迴轉。
（3）當船的艏向角偏離原方向達右舷10°時，立即以儘可能快的速度將舵轉至左舷10°，並保持之。
（4）當船舶艏向角也達到原方向左舷10°時，再將舵轉至右舷10°。
（5）如此反覆進行，當操舵達5次後，可結束試驗。
除了上述10°/10°(其中分子表示規定的舵角，分母表示執行反操舵時的艏向角)的Z形試驗外，根據需要還可以進行20°/20°、15°/15°、5°/5°等Z形試驗。它們分別表示較強的機動和較弱的機動下的操縱情況。還可以進行10°/5°、20°/5°，20°/10°等舵角與執行反轉的艏向角不等的變型Z形試驗。
直接特徵數
多年來一直採用從Z形試驗得到的超越首向角來衡量操縱品質。它是這樣來定義的，當舵開始操到反向的那一瞬間，所測得的最大首搖角。一直認為此角越小，操縱品質越好。但是應當指出，有大的穩定迴旋角速度，對反舵回響較快，同小的迴轉角速度，對反舵回響緩慢，可能給出相同的超越首向角。前者意味著好的機動性，而後者則相反。因而超越首向角並不總是一個恰當的操縱性的衡準。
肯普夫（Kempf）也建議用無因次Z形試驗“周期”作為對回響敏感性的衡量，但這不是唯一的關係。
Z形試驗的K-T分析
船舶運動的數學分析指出，迴轉角速度ψ同舵角δ之間的關係，可以近似地用如下的微分方程來表示：
