3舵的工作原理-3.ppt

船舶操纵与引航适用专业 海事管理郭国平 教授Mobil mail ggp8211 武汉理工大学航运学院 一 舵的分类按舵的支承情况来分 1 多支承舵 船体尾柱连有三个以上的舵钮 2 半悬式舵 下支承的位置在舵的半高处 3 悬式舵 挂在舵杆上的 4 双支承舵 除了上支承儿还有一个安在舵根的下支承 2 3舵的工作原理 按舵杆轴线位置来分 1 普通舵 舵叶位于舵杆轴线之后 2 半平衡舵 一般就是半悬式舵 3 平衡舵 舵杆轴线位于舵叶前缘后一定的距离 一般在舵叶前缘后的1 3处 按舵剖面形状来分 1 平板舵 舵的剖面是直线型的 2 改良平板舵 在平板舵上敷以木块 其外形与流线型相似 3 流线型舵 舵的剖面是流线型 4 整流舵 反应舵 舵的剖面是对称的流线型 一 舵压力1 舵压力产生原理 船舶正舵航行时 舵叶两侧流速对称相等 不产生舵压力 当操某一舵角 2 舵压力 normalpresure 的估算 1 的表达式 式中 舵压力 N 舵压力系数 由舵角和舵叶形状决定 舵面积 m2 舵速 m s 重力加速度 博福 Beaufoy 估算式 即 滕井估算式 式中 舵的展弦比 2 舵压力的估算式 3 舵压力作用点估算根据乔塞尔 Jossel 估算式 根据博福 Beaufoy 估算式 式中 舵压力作用点至舵叶前缘 方向取船首为前 的距离 m 平板舵的宽度 m 由估算式可知 4 舵前缘的转舵力矩估算乔塞尔 Jossel 估算式 式中 转舵力矩 5 舵压力所产生的转船力矩 单位 1 航行时的舵压力转船力矩 A 初始转船力矩 航行中的船舶操舵后 初始阶段的支点为船舶重心 近似地取位于船中 则有 式中 系数 在Beaufoy公式中 从上式 当时 舵力转船力矩为最大 但在实际中 因为舵叶形状等因素影响 在转头初期 若取 则系数常会减小 且阻力增加 舵机功率也要增加 故一般船舶极限舵角 超大船舶极限舵角 B 航行中实际舵压力转船力矩 船舶操某一舵角进入圆航后 实际支点应为转心 则舵压力转船力矩为 转心至舵压力作用线垂直距离 2 系泊时舵压力转船力矩 二 影响舵压力的因素 一 减低舵压力的流体现象 1 失速现象操某一舵角 当舵角达到时背流面涡流 vortex 失速现象 为临界舵角或极限舵角 criticalangelorburblingpoint 2 空泡现象 操大舵角 舵进速较大 舵前缘截面曲率较大 舵背流面压力舵叶背面产生空泡 3 空气吸入现象 二 舵的几何尺度 形状的影响 1 舵叶展弦比的影响 展弦比 小 舵叶矮而宽绕流舵压力 大 舵叶高而窄舵力曲线斜率越陡 一般地 河船的舵高受吃水的影响 一般较小 易产生绕流 舵压力较小 提高舵压力的措施 2 舵的外形及剖面形状的影响 当船尾与舵的间隙较大时 舵的外形对舵压力的影响才较显著 舵的厚度与舵压力的关系 A 当时 B 当时 C 当厚宽比时 舵压力最大 3 舵面积大小的影响 舵压力与舵面积成正比 舵面积系数 式中 船舶平均吃水 m 船舶垂线间长 m 舵面积系数的一般数值 海船中 最大的是 海洋拖船 内河中 最大的是 内河推船 三 船体 伴流和螺旋桨尾流的影响1 船体的干扰及船尾形状的影响 2 伴流对舵压力的影响 所以舵压力 平均伴流系数 舵压力系数 船后舵 实际操船中 船舶驶向泊位 锚地时 停车 虽然船舶余速较大 但因伴流影响使舵处的来流速度下降从而致使舵效下降甚至失去 方型系数较大的肥大型船舶因伴流大 此现象更显著 3 螺旋桨尾流的影响 舵叶处的轴向分速 式中 螺旋桨盘面处的轴向平均流速 为螺旋桨盘面处的伴流系数 螺旋桨推力系数 故舵压力 4 伴流 螺旋桨尾流的综合影响 A 单螺旋桨船的舵压力大致相当于敞水舵的舵压力 B 双桨单舵船的舵压力只有敞水舵的40 60 中舵所起作用较小 中舵主要为保证船舶在滑行中有一定舵效而设 5 滑失的影响 舵压力增加率 实际操船中 注意利用螺旋桨的滑失 增加诱导速度 减小伴流 使用停车 倒车的操纵方法 既能抑制船速 又能发挥舵力 从而增加舵效 6 考虑各种综合影响后的船尾舵正压力 冈田 Okada 滕井 Fuji 等人经过研究 给出考虑各种综合影响后的船尾舵正压力表达式 7 斜流的影响 使船舶旋回中的舵力降低