操纵设备及其效应学时

第三章操纵设备及其效应§3-1螺旋桨及其效应§3-2舵及其效应§3-3侧推器及其效应§3-4特种推进器及其效应§3-5港作拖轮及其效应§3-1螺旋桨及其效应推进器（propeller）：推动船舶运动的工具推进器的种类：螺旋桨（screwpropeller）Z型推进器（schottelpropeller）明轮（paddlepropeller）平旋式推进器（cycloidalpropeller）喷水式推进器（jetpropeller）螺旋桨螺旋桨一、螺旋桨及其工作原理螺旋桨又称螺旋推进器特点：构造简单、重量轻、效率高。1、螺旋桨的主要参数直径（D）：直径越大，效率越高。螺距（P）：螺旋桨旋转一周所前进的距离，指理论螺距，一般以螺旋桨半径的0.7倍处的螺距作为整个螺旋桨的螺距。螺距比（P/D）：一般在0.6~1.5之间。高速浅吃水船选取的值较大，低速深吃水船选取的值较小。盘面比：桨叶投影面积与直径为D

的圆面积之比。桨叶数目：3～62、螺旋桨种类固定螺距桨FPP（fixedpitchpropeller）可变螺距桨CPP（capablepitchpropeller）可变螺距桨CPP可变螺距桨CPP3、螺旋桨工作原理螺旋桨前后流场特点吸入流（suctioncurrent）：直径较大，流线基本平行，流速较低。排出流（dischargecurrent）：直径较小，流线旋转，流速较高。二、螺旋桨推力与转矩机翼升力条件：来流速度V来流的冲角VaLDF1、单独螺旋桨（敞水桨）推力与转矩敞水桨推力（thrust）示意nPVpSrrnp2dTdQdLabf1、单独螺旋旋桨（敞水水桨）推力力与转矩敞水桨推力力（thrust）T=n2D4KT敞水桨桨转矩矩（torque）MQ=n2D5KQKT为推力力系数数，KQ为转矩矩系数数,由水池池试验验求得得。它它们们都是是进速速系数数的函函数。。进速系系数：J=Vp/nD螺旋桨桨的推推力和和转矩矩随进进速Vp的增大大而减减小，，但螺螺旋桨桨效率率随Vp增大而而增大大。当Vp为0时，其其推力力和转转矩最最大，，称为为系柱柱推力力和最最大转转矩，，这时时螺旋旋桨效效率也也最低低。1、单独独螺旋旋桨（（敞水水桨））推力力与转转矩J=Vp/nD进速系系数2、船体体对推推力的的影响响（伴伴流的的影响响）伴流分分布：：沿船体体前后后方向向，船船首最最小、、船尾尾最大大，离离船体体越远远，伴伴流越越小；；船尾处处沿螺螺旋桨桨的径径向，，上大大下小小，左左右对对称螺旋桨桨进速速伴流对对提高高螺旋旋桨推推力是是个有有利因因素3、螺旋旋桨对对船体体的影影响（（推力力减额额）船尾螺螺旋桨桨工作作时，，其产产生的的水流流柱，，引起起船体体尾部部流速速加快快，压压强降降低，，从而而使船船体阻阻力产产生增增值，，这部部分增增加的的阻力力称为为阻力力增额额。计算时常常处理为为推力减减额式中：ΔT——推力减额额t——推力减额额系数。。三、滑失失比及其其影响1、滑失比比的概念念滑失（Slip）是指桨桨理论上上应能前前进的速速度与对对水的实实际速度度Vp之差，即即：其中：n——螺旋桨的的转速；；P——螺旋桨的的螺距；；ωp为螺旋桨桨处的伴伴流系数数，约为为0.2～0.4。1、滑失比比的概念念有的文献献中，也也将滑失失S定义为：：螺旋桨桨旋转一一周在轴轴向所前前进的实实际距离离hp＝Vp/n（即进程程）与螺螺旋桨螺螺距P的差值。。1、滑失比比的概念念滑失与螺螺旋桨在在理论上上应能前前进的速速度的比比值称之之为滑失失比Sr（slipratio），即：：滑失与滑滑失比中中的螺旋旋桨进速速Vp若用船速速V代替，得得出的结结果分别别称为虚虚滑失或或虚滑失失比。虚滑失比比是表征征不同航航行状态态下作用用于螺旋旋桨负荷荷的参数数，船舶舶在海上上航行时时，船上上经常用用虚滑失失比来计计算船速速，一般般以百分分数表示示滑失比比。1、滑失比比的概念念影响滑失失的因素素滑失与船船速有关关，而船船速与船船舶的阻阻力有关关，阻力力越大，，船速越越低，滑滑失越大大。因此此船舶污污底越严严重、遭遭受的风风浪越大大，滑失失也越大大。2、滑失的的作用滑失能够够提高螺螺旋桨推推力，回回收一部部分（伴伴流）能能量滑失越大大，螺旋旋桨的推推进效率率越低。。3、滑失在在操纵中中的应用用可利用螺螺旋桨的的滑失提提高船舶舶的舵效效。注意避免免使主机机超负荷荷工作而而损坏主主机。四、主机机功率与与船速1、主机功功率分类类机器功率率（MachineryHorsePower）MHP指示功率率（IndicatedHorsePower）IHP蒸汽机制动功率率（BrakeHorsePower）BHP内燃机轴功率（（ShaftHorsePower）SHP汽轮机收到功率率（DeliveredHorsePower）DHP推力功率率（ThrustHorsePower）THP=T•Vp有效功率率（EffectiveHorsePower）EHP=R•V四、主机机功率与与船速2、主机功功率关系系螺旋桨收收到功率率DHP与机器功功率MHP的比值称称为传递递效率，，其值通通常为0.95~0.98。有效功率率EHP与收到功功率DHP之比称为为推进器器效率，，该值约约为0.60～0.75。有效功率率EHP与主机机机器功率率MHP之比称为为推进系系数，该该值约为为0.5～0.7。这就是说说，主机机发出功功率变为为船舶推推进有效效功率后后己损失失了将近近一半。。3、船速分分类额定船速速（maximumspeed）主机以额额定功率率和转速速在深水水中航行行的静水水船速；；是船舶在在深水中中可以使使用的最最高船速速。海上船速速（seaspeed）主机以海海上常用用功率和和转速在在深水中中航行的的静水船船速；为了留有有一定的的储备，，主机的的海上功功率通常常定为额额定功率率的90%，主机的的海上转转数通常常定为额额定转数数的96~97%。经济航速速（economicspeed）以节约燃燃油、降降低成本本为目的的，根据据航线条条件等特特点而采采用的速速度。有最低耗耗油率船船速，最最低营运运费用船船速和最最大盈利利船速三三种。3、船速分分类港内船速速（harbourspeed）主机以港港内功率率和转速速在深水水中航行行的静水水船速；；也称为备备车速度度或操纵纵速度在港内航航行，““微速前前进”的的功率与与转速是是主机能能发出的的最低功率率，最低低转速；一般港内内船速要要比海上上船速低低，其主主要原因因：港内航行行阻力增增大，为为了减小小主机扭扭矩而降降低船速速；港内机动动航行时时频繁用用车，为为了保护护主机而而降低转转速；一般港内内最高主主机转速速为海上上常用转转速的70~80%，港内倒车车最高主主机转速速为海上上常用转转速的60~70%。五、螺旋旋桨横向向力螺旋桨转转动时，，不但产产生控制制船舶前前后运动动的推力力或拉力力，由于于螺旋桨桨本身的的特性和和船体的的影响，，还会产产生使船船舶发生生横移和和偏转的的横向力力，称为为螺旋桨桨横向力力YP。螺旋桨横横向力对对船舶产产生的效效应，称称为螺旋旋桨效应应（简称称车效应应）。螺旋桨横横向力的的方向取取决于螺螺旋桨的的转动方方向，其其大小取取决于螺螺旋桨转转速、船船舶载况况、船体体现状等等因素，，其中与与螺旋桨桨的转动动方向的的关系最最为密切切。螺旋桨横横向力的的成因：：沉深横向向力、伴伴流横向向力排出流横横向力、、推力中中心偏位位产生的的横向力力1、沉深横横向力沉深（h）螺旋桨盘盘面中心心距水面面的垂直直距离称称为螺旋旋桨的沉沉深h。沉深比（（h/D）沉深h与螺旋桨桨直径D之比h/D，称为沉沉深比。。1、沉深横横向力transverseforceofpropellersubmergence与螺旋桨桨旋转方方向相同同1、沉深横横向力成因：螺旋桨上上叶和下下叶的沉沉深不同同，转力力也不同同；条件：h/D＜0.65～0.75时；浅水中可可能搅动动海底泥泥沙，横横向力更更加明显显。作用方向向：与桨旋转转方向相相同；右右旋固定定螺距螺螺旋桨船船，进车车时，指指向右舷舷，倒车车时，指指向左舷舷；在沉深比比较小和和浅水中中是较大大的量。。2、伴流横横向力transverseforceofwakeeffect伴流横向向力方向向：与螺旋桨桨旋转方方向相反反2、伴流横横向力成因：受纵向伴伴流影响响，螺旋旋桨上部部桨叶相相对于水水的进速速比下半半部桨叶叶要低，，水流的的攻角相相对较大大，所受受到的转转力比下下部桨叶叶大大小：随船速的的提高而而增大，，随船速速的降低低而减小小。在船舶静静止或后后退中，，船尾伴伴流可以以忽略，，伴流横横向力也也可以忽忽略。方向：与螺旋桨桨旋转方方向相反反不论是进进车还是是倒车，，伴流横横向力均均是一个个较小的的量。3、排出流流横向力力transverseforceofdischargecurrent3、排出流流横向力力成因：进车受伴伴流的影影响，上上半部排排出流轴轴向速度度较小，，因此作作用在舵舵上的冲冲角较大大，使舵舵叶右侧侧的水动动力大于于左侧，，造成推推尾向左左的横向向力；倒车排出出流打在在船尾右右舷尾外外板上冲冲角较大大，面积积较为宽宽广，所所以形成成较强的的冲击力力；条件：进车伴流流存在；；倒车排排出流作作用在船船尾。方向：就右旋FPP而言，正正倒车均均使船首首向右偏偏转；总体而言言，倒车车排出流流横向力力是较大大的量4、推力中中心偏位位成因：船船尾上升升斜流推力中心心将稍稍稍偏于旋旋转方向向推力中心心偏位的的方向与与螺旋桨桨旋转的的方向一一致。船速越高高、桨转转速越高高，推力力中心偏偏位越明明显。推力中心心偏位引引起的横横向力较较小。螺旋桨的的致偏作作用（右右旋FPP单桨船））种类产生条件量级影响因素方向致偏作用沉深横向力h/D＜0.65～0.75或水深较小较大h/D越小，水深越浅、船速越低、转速越高，横向力越大；空载时作用明显与螺旋桨旋转方向相同进车首偏左倒车首偏右伴流横向力船有进速，伴流存在小船速越高、转速越高，该力越大与螺旋桨旋转方向相反进车首偏右倒车首偏左排出流横向力进车时伴流存在；倒车时排出流能够作用于船体尾部进车较小倒车时大排出流速度越大、尾吃水越浅，该力越大向左首偏右尾偏左推力中心偏位前进中小船速越高、转速越高，推力中心偏位越明显推力偏右，拉力偏左首偏左尾偏右六、螺旋旋桨效应应右旋固定定螺距螺螺旋桨（（FPP）单桨船船的偏转转趋势静止中进进车前进中倒倒车静止中倒倒车1、静止中中进车开始船速速较低伴流、进进车排出出流以及及推力中中心偏位位的影响响均较小小；船舶在沉沉深横向向力的作作用下使使船首左左偏。空船或轻轻载时，，h/D较小，沉沉深横向向力较大大，船首首左偏较较明显；；重载船船沉深横横向力较较小，则则几乎不不出现偏偏转。船速的提提高沉深横向向力减小小，伴流横向向力、排排出流横横向力推推尾向左左的影响响增强，，将逐渐渐削弱甚甚至克服服沉深横横向力的的作用。。不论出现现左偏或或右偏，，均可用用2～3°舵角加以以克服保保证船舶舶直航。。2、前进中中倒车开始船速速较高伴流横向向力的影影响使船船首左偏偏；倒车排出出流横向向力使船船首右偏偏的影响响则较弱弱；沉深横向向力的影影响使首首右偏；；总体而言言，偏转转方向不不定，此此时用舵舵就能克克服偏转转。船速降低低倒车排出出流横向向力的影影响逐渐渐增强，，而伴流横横向力逐逐渐减弱弱，船首将出出现明显显的向右右偏转。。舵效极差差，因此此即使操操舵也无无效果。。为控制船船首右偏偏，只有有在倒车车前先操操左舵，，使船先先具备左左转趋势势。3、静止中中倒车开始时伴流尚未未发生倒车排出出流横向向力及螺螺旋桨沉沉深横向向力的影影响；船首向右右偏转。。此时，吸吸入流产产生的舵舵力极低低，操舵舵无法克克服偏转转。退速的提提高沉深横向向力的影影响相对对减弱排出流横横向力的的影响也也将因船船体左侧侧所受水水动力的的影响而而作用减减弱。此时，船船首右转转减缓，，偏转速速度逐渐渐稳定，，进行船船尾向左左后方的的大直径径旋回。。螺旋桨致致偏效应应的运用用***右旋固定定螺距螺螺旋桨（（FPP）单桨船船，螺旋旋桨横向向力最明明显的致致偏效应应是：静止中、、低速前前进中或或后退中中倒车时时均出现现船首右右偏现象象，且用用舵难以以克服。。实践运用用：向右就地地掉头自力靠码码头操纵纵系靠单浮浮或单点点系泊螺旋桨致致偏效应应的运用用***向右就地地掉头螺旋桨致致偏效应应的运用用***自力靠泊泊操纵螺旋桨致致偏效应应的运用用***系靠单浮浮或单点点系泊§3-2舵及其效效应舵是船舶舶控制航航向的重重要操纵纵设备舵的作用用：小舵角，，使船舶舶保持其其航向中舵角，，改变其其航向大舵角，，进行紧紧急避让让（或旋旋回）内容：舵的种类类及几何何要素舵的水动动力特征征舵效及舵舵效指数数影响舵效效的因素素提高舵效效的措施施一、舵的的种类及及几何要要素1、舵的种种类按照舵面面积对转转动轴的的位置分分布进行行分类：：普通舵平衡舵半平衡舵舵1、舵的种种类普通舵舵的全部部面积分分布在舵舵轴的后后方；水动力作用用中心距离离舵轴较远远，故转舵舵力矩较大大，所需舵舵机功率较较大。舵轴上的支支撑点较多多，故强度度较大。1、舵的种类类平衡舵舵宽的一部部分分布在在舵轴前方方；水动力作用用中心距离离舵轴较近近，故转舵舵力矩较小小；舵轴上的支支撑点较少少，故强度度较小。1、舵的种类类半平衡舵舵宽和舵高高的一部分分分布在舵舵轴之前；；这种舵的性性能介于普普通舵和平平衡舵之间间。1、舵的种类类按照舵抛面面的结构分分类：平板舵；流线型舵；；特种舵。按照舵的支支撑结构分分类：多支撑舵；；双支撑舵；；半悬挂舵悬挂舵等等等。2、舵的几何何要素舵面积（AR）舵面积比（（AR/Lppd）集装箱船：：1/55左右大型油船：：1/65以上展弦比（λ）舵高（h），又称翼翼展舵宽（b），又称翼翼弦舵平衡系数数（k）舵面积在舵舵轴前后的的比例关系系的系数。。用舵轴前的的面积与整整个舵面积积的比值表表示。二、舵的水水动力特征征1、单独舵（（敞水舵））的舵力2、使舵力减减小的流体体现象3、船尾舵的的性能1、单独舵的的舵力舵力产生条条件：舵速V有效攻角舵力分解舵力PR正压力PN（舵力）阻力（纵向向）D升力（横向向）L冲角不大时时，PN可以表示为为：PRdXpbaVLDPNPTa2、舵力减小小的流体现现象失速现象（（Stall）随着舵角增大，舵的升力力系数CL和阻力系数数CD均具有增大大的趋势，，可是当舵舵角达到某某一舵角时时，由于流流经舵背面面的水流从从舵的后缘缘之前严重重地与舵的的背面剥离离，从而出出现强涡时时，舵升力力系数CL则将骤然下下降，这种种现象叫作作失速现象象。2、舵力减小小的流体现现象空泡现象（（aviation）当使用大舵舵角或舵的的前进速度度相当大时时，特别是是舵的前缘缘横截面曲曲率较大时时，舵的背背面压力出出现剧烈下下降，当下下降至或接接近于该温温度下的汽汽化压力时时，在舵的的背面将产产生空泡现现象。空泡现象会会造成舵叶叶的侵蚀损损坏，降低低舵力空气吸入现现象（aeration）在舵的背面面吸入空气气、产生涡涡流，使舵舵力下降的的现象，称称为空气吸吸入现象。。多发生在舵舵的上缘与与水面接近近或高出水水面且速度度较大的情情况下，也也是降低舵力的的有害现象象。3、船尾舵的的性能舵与船体之之间的相互互干扰操舵后，舵舵周围出现现的压力变变化，即左左右两侧的的压力差将将波及到尾尾部船体两两侧，使船船体也产生生了左右的的压力差，，这相当于于增加了船船尾舵的舵舵力。据Gawn的研究，这这种船体和和舵之间的的相互干扰扰的结果将将使船尾舵舵的舵力比比单独舵的的舵力提高高约20～30%。船尾的钝材材（deadwood）越大，舵舵与船尾的的间隙越小小，这种效效果越显著著。3、船尾舵的的性能伴流及其影影响伴流是船体体周围的水水部分地随随船舶运动动而形成的的水流，伴伴流方向与与船舶运动动方向相同同者称为正正伴流；反反之，则称称为负伴流流。按其形成的的原因可以以分为摩擦擦伴流、势势伴流和兴兴波伴流。。伴流影响使使舵的正压压力降低。。排出流的影影响排出流的影影响与伴流流的影响相相反；螺旋桨排出出流增加了了舵处的来来流速度，，从而提高高了舵力。。3、船尾舵的的性能船舶旋回中中的舵力降降低旋回中的降降速，导致致舵处的来来流速度下下降，舵力力下降；旋回中舵处处的有效冲冲角减小（（即有效舵舵角减小））。δβVPOraβGVGVaa三、舵效及舵效指数数1、舵效的概概念从广义上，，舵效泛指指运动中的的船舶因操操舵而造成成的动态变变化效应，，包括控向向、横移、、减速及横横倾等效应应，综合起起来称为舵舵效（ruddereffect）。狭义上，舵舵效是指舵舵的控向效效应（steerage）。习惯上认为为，操一舵舵角后船舶舶在一定时时间、一定定水域内船船首转过的的角度大小小。如能在较短短的时间、、较小的水水域内转过过较大的角角度，认为为舵效好，，否则为差差。三、舵效及及舵效指数数2、舵效指数数舵效的好坏坏与船舶旋旋回性、追追随性密切切相关。当初始操舵舵时，回转转角加速度度舵角一定时时，回转角角加速度主主要取决于于K/T值的大小，，K/T反映了单位位舵角所能能产生的角角加速度大大小，常称称为舵效指指数，即K大T小，舵效好好。无因次化后后，可进行行比较。四、影响舵舵效的因素素舵角：一般般地，舵角角越大，舵舵效越好。。舵面积比（（AR/Lppd）：舵面积积比越大，，舵效越好好。舵速ⅤrⅤ－船速，－－舵舵叶处的伴伴流速度，，－－排出出流流速的的轴向分量量；低速时时通过提高高主机转速速方法来提提高舵速。。吃水d（排水量Δ）：Δ大，惯性大大，舵效差差纵倾与横倾倾：首倾时差，，适当尾倾倾时好；高高速航行时时向低舷侧侧转向舵效效差。舵机特性：：液压舵机机性能好。。其他因素：：顶风、顶顶流舵效好好；浅水中中舵效差。。五、提高舵舵效的措施施降低船速的的同时增加加螺旋桨的的转速：降低船速舵舵速同时降降低了伴流流的影响，，且使船舶舶进距有所所减小；增加螺旋桨桨转速不但但增加了螺螺旋桨的滑滑失比，同同时也使螺螺旋桨尾流流速度增大大，进而增增加了舵速速。由于船舶惯惯性较大，，船速的增增量在有限限距离内是是有限的。。船舶在港内内宽度和深深度受限的的直航道中中航行时，，船速不宜宜过高，可可以在船尾尾系带一拖拖船协助减减速，同时时增加螺旋旋桨转速，，以提高舵舵效。§3-3侧推器及其其效应船舶进港船船速逐渐降降低的过程程中，操舵舵产生的舵舵力转船力力矩逐渐减减小，控制制航向的能能力逐渐变变差。为了了解决这个个问题产生生了另一种种产生转船船力矩的方方法，即在在船上安装装侧推装置置，简称为为侧推器。。主要内容：：侧推器概述述侧推器效应应及技术指指标船舶静止中中侧推器效效应船舶前进中中侧推器效效应船舶后退中中侧推器效效应一、侧推器器概述侧推器可以以作为船舶舶的辅助操操纵装置，，广泛应用用于港内船船舶操纵：：靠离码头中中船舶的横横向移动、、航道内低低速航行时时调整航向向、抑制倒倒车过程中中的船首偏偏转等。侧推器适用用于靠离泊泊操纵频率率较高的船船舶：如滚装船、、大型客船船、大型集集装箱船以以及部分化化学品船舶舶和油船等等等。一、侧推器器概述侧推器的构构造广泛采用一一种槽式侧侧推器槽道与船舶舶纵舯剖面面垂直，其其中装设螺螺旋桨侧推器一般般采用CPP螺旋桨一、侧推器器概述侧推器的构构造一、侧推器器概述侧推器的布布置及功率率普通船舶一一般仅在船船首布置一一个侧推器器。有些船舶在在首尾各装装一个至数数个侧推器器。某8100TEU集装箱船配配有一个首首侧推器和和两个尾侧侧推器:首侧推器最最大可以给给出294kN（30t）的推力；；两个尾侧推推器也总共共给出294kN的推力。一、侧推器器概述侧推器工作作原理及侧侧推力侧推力的大大小与槽道道内单位时时间的流量量有关，流流量越大，，侧推力越越大；侧推器的功功率越大，，侧推力也也越大；糟式侧推器器在船速为为零时能产产生最大的的侧推力，，有航速时时有效推力力下降（缺缺点）；侧推力的大大小还与船船舶载重状状态有关：：同一船速下下，压载时时侧推器的的效率比满满载时的效效率低原因：两种种状态下侧侧推器的沉沉深不同。。二、侧推器器效应及技技术指标侧推器失效效船速侧推器效应应随着船速速的增加而而降低。大型集装箱箱船，首侧侧推器失效效船速为4～6kn。首侧推器和和尾侧推器器的效率受受船速的影影响不尽相相同，一般般首侧推器器受船速的的影响要比比尾侧推器器要大。尾尾侧推器失失效船速要要高一些。。船舶最大旋旋回角速度度（船速为0时侧推器作作用）启动时间和和换向启动时间：：侧推力从从0增大至最大大值的时间间延迟换向时间：：从一侧侧侧推力最大大转换为另另一侧侧推推力最大所所用的时间间。三、船舶静静止中侧推推器效应单独使用一一个侧推器器的效应单独使用首首侧推器产产生侧推力力，船舶横向运运动状态发发生变化，，船舶将产产生横向阻阻力，船首首将绕船中中位置转动动；单独使用尾尾侧推器时时，其效应应与单独使使用首侧推推器的情况况类似。三、船舶静静止中侧推推器效应同时使用双双侧推器效效应若首、尾侧侧推力的方方向相反，，转船效率率比单独使使用首或尾尾侧推器的的效率高得得多；若首、尾侧侧推力的大大小、方向向相同，位位置距离船船中相等，，则将不产产生转船效效应，仅产产生横移效效应。四、船舶前前进中侧推推器效应尾侧推器的的转船力矩矩要大得多多，其转船船效果要比比首侧推器器好很多四、船舶前前进中侧推推器效应首侧推器的的效应单独使用首首侧推器产产生侧推力力，船舶横横向运动状状态发生变变化，产生生横移速度度，即产生生漂角，使使船舶处于于斜航状态态。由于船舶前前进中水动动力中心在在船中之前前，随着船船速的提高高，水动力力中心逐渐渐向前移动动，且有效效侧推力也也逐渐降低低，转船效效应也不断断降低。理论上，当当船速提高高至水动力力中心达到到首侧推器器的位置时时，首侧推推器失去效效应。实际上，随随着船速的的提高，水水动力中心心还未达到到首侧推器器位置之前前，其已经经不能发出出有效侧推推力，即首首侧推器失失去转船效效应。四、船舶前前进中侧推推器效应尾侧推器的的效应单独使用尾尾侧推器时时，水动力力中心逐渐渐向前移动动，力偶臂臂逐渐变长长，虽然有有效推力逐逐渐降低，，但与首侧侧推器比较较，有效侧侧推力相同同时，尾侧侧推器的转转船力矩要要大得多，，其转船效效果要比首首侧推器好好很多；故船舶前进进中应使用用尾侧推器器来调整航航向；随着船速的的增加，尾尾侧推器也也有失效的的问题，这这种失效不不是由于力力偶臂的减减小引起的的，而是由由尾侧推器器附近的流流态造成的的。五、船舶后后退中侧推推器效应首侧推器的的转船力矩矩要大得多多，其转船船效果要比比尾侧推器器好很多§3-4特种推进器器及其效应应推进设备，，经过科学学合理的组组合后，可可有舵的功功能。螺旋桨经过过改善，发发展出几种种特种螺旋旋桨：常用的有双车推进器器、转动导流流管装置、、Z型推进器、喷水推进进装置等。。螺旋桨（screwpropeller）Z型推进器（（schottelpropeller）明轮（paddlepropeller）平旋式推进进器（cycloidalpropeller）喷水式推进进器（jetpropeller）Z型推进器（（schottelpropeller）Azimuththruster全回转舵桨桨Azimuththruster全回转对转转舵桨明轮（paddlepropeller）Voith-Schneiderpropeller平旋推进器器Cycloidalpropeller直翼推进器器，也称摆摆线推进器器VSP平旋推进器器Cycloidalpropeller直翼推进器器或摆线推进进器桨叶采用低低阻升比和和大展弦比比的矩形机机翼。每个桨叶除除绕转盘中中心旋转外外，同时绕绕自身轴线线按一定规规律摆动，，以产生方方向相同的的推力。VSP平旋推进器器VSP平旋推进器器VSP平旋推进器器Azipod吊舱式电力力推进系统统Azipod吊舱式电力力推进系统统一、双螺旋旋桨推进器器及其效应应双螺旋桨的的布置FPP桨多采用外外旋推进方方式CPP桨多采用内内旋推进方方式双桨双舵船船的特点大大提高了了船舶操纵纵性能及航航行的安全全可靠性，，特别是港港内低速航航行的操纵纵性能。载重量相同同时，双桨桨双舵船吃吃水较浅。。因此，对对有些航道道、港口可可自由出入入，无需减减载。载重量相同同时，双桨桨双舵航速速较高。一、双螺旋旋桨推进器器及其效应应双螺旋桨推推进器效应应（FPP）(a)b

YPP

b

YPS

TPTS

(b)b

YPPb

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一、双螺旋旋桨推进器器及其效应应双螺旋桨推推进器效应应双螺旋桨船船的两个推推进器推力力的大小可可分别进行行控制；两个螺旋桨桨产生的推推力不同或或旋转方向向相同时，，进车推力力或倒车拉拉力的不同同组合将对对船舶产生生不同的效效应。一桨进车车，另一一桨倒车车，进行行转船。。对于外旋旋式FPP双螺旋桨桨船，利利用一进进一倒进进行转船船时，螺螺旋桨效效应都有有助于船船舶的转转动。同理，CPP双桨设为为内旋式式。二、Z型推进器器全回转推推进器Z型推进器器的构造造竖轴；上下两对对锥型齿齿轮；导管螺旋旋桨；传动系统统等组成成。Z型推进器器特点：：倒航推力力与进航航推力基基本相同同；进退转换换也非常常迅速；；可产生侧侧向推力力，从而而起到舵舵的作用用。二、Z型推进器器双车Z型推进器器推进模模式及其其效应拖船和有有些操纵纵性要求求高的船船舶，大大多装有有两个Z型推进器器，分别别装置在在船舶首首尾中心心线的两两侧。双车Z型推进器器效应取取决于两个推进进器合力力的大小小、方向向、作用用点以及及船舶的的运动状状态。两个螺旋旋桨的推推力方向向为推力力矢量与与船舶首首尾线之之间的交交角；不同的组组合不但但可以改改变合力力的方向向，而且且可以改改变合力力的大小小。前进方向向的推进进横向与转转动方向向的推进进§3-5港作拖轮轮及其效效应螺旋桨、、舵和侧推推器都是是船舶所所配备的的常规控控制设备备，当外界界影响超超过这些些设备的的控制能能力时，，需要外外部力量量的协助助。目前，广广泛用于于船舶操操纵运动动控制的的外部手手段是拖拖船。尤其是在在港内操操纵时，，水域受受限，船船舶低速速操纵性性较差，，拖轮是是必要的的助操手手段。§3-5港作拖轮轮及其效效应主要内容容拖船的种种类及特特点港作拖船船的种类类港作拖船船的特点点拖船在操操纵中的的作用及及协助方方式船舶静止止中的拖拖船效应应船舶前进进中的拖拖船效应应拖船作用用能力及及其限制制港内操船船所需拖拖船功率率和数量量一、拖船船的种类类及特点点拖船的种种类按航区进进行分类类外海拖船船远洋拖船船：海上上救助等等沿海拖船船港作拖船船按用途进进行分类类运输拖船船港作拖船船救助拖船船一、拖船船的种类类及特点点古董拖轮轮蒸汽机明轮一、拖船船的种类类及特点点加拿大军军用拖轮轮一、拖船船的种类类及特点点拖船基本本特点：：较大的的拖力、、良好的的操纵性性拖船工作作性质所所决定的的主要特特点：船型特点点：拖船船体体较短港作拖船船L/B，一般在在2.5～3.5之间。外海拖船船L/B，在3.5～5.0之间。水线面较较大港作拖船船船体水水下呈半半椭圆体体形状，，且水下下侧面积积集中于于船中附附近。外海拖船船船体水水下呈细细长体形形状，且且水下侧侧面积分分布于整整个船长长。一、拖船船的种类类及特点点推力特点点：推进器功功率较大大港作拖船船的单位位排水量量分配的的主机功功率（kW）一般为为4.0以上外海拖船船一般在在1.8～2.9之间。操纵性特特点：旋回直径径（D）小于运运输船舶舶港作拖船船D一般小于于2L。外海拖船船D接近运输输船舶，，2~3L。船型特点点二、港作作拖船的的种类按照推进进器的数数量、推推进器的的类型和和推进器器的位置置等主要要特征进进行分类类：1、推进器器的数量量单桨拖船船单桨拖船船操纵性性较差，，很少用用于港作作拖船，，主要用用于拖带带无动力力船多数单桨桨拖船为为导管螺螺旋桨，，有的还还有侧推推器双桨拖船船绝大部分分港作拖拖船为双双推进器器二、港作作拖船的的种类2、推进器器的类型型传统拖船船固定螺距距螺旋桨桨（FPP）拖船可变螺距距螺旋桨桨（CPP）拖船可进行顶顶推、傍傍拖和直直拖，操操纵性差差现代拖船船Z型推进器器（ZP）拖船平旋推进进器（VSP）拖船港内船舶舶操纵应应用最广广泛，操操行优良良二、港作作拖船的的种类3、推进器器的位置置首推进拖拖船—拖曳拖船船（tractortug）如VSP拖船及少少数ZP推进器推进器位位于船中中之前，，拖缆出出自船尾尾尾推进拖拖船—顶推拖船船（pushingtug）传统拖船船及多数数ZP推进器推进器位位于船中中之后，，拖缆出出自船首首多用途拖拖船—既适用于于顶推，，又适用用于拖曳曳全回转尾尾推进拖拖船ASD（azimuthsterndrivetug），与ZP拖船区别别不大，，船首和和后甲板板各装有有一个绞绞缆机，，有的ASD拖轮用一一个拖钩钩代替尾尾部绞缆缆机。三、港作作拖船的的特点1、港作拖拖船的船船型尺度度及特性性参数船型尺度度较小，，但船宽宽相对较较大L≤32m，B≤12m机器功率率较大便于提供供较大拖拖力自航船速速较低一般不超超过15kn三、港作作拖船的的特点2、港作拖拖船的推推力特性性以系柱推推力（bollardpull）表示最最大推力力，简记记为BP；导管定距距桨或变变距桨进进车推力力最大，，但倒车车推力只只有进车车推力的的45%（最大可可达65%），并且且不能产产生横向向推力；；其次是ZP拖船，倒倒车推力力可达进进车推力力的90~95%，且可产产生较大大的横向向推力；；VSP拖船进车车推力最最小，但但倒车推推力可达达进车推推力的90%以上，且且各方向向的推力力分布较较为均匀匀。四、拖船船在操纵纵中的作作用及协协助方式式1、拖船在在操纵中中的作用用协助船舶舶通过航航道或受受限水域域从航道或或港外进进入港内内回旋掉掉头水域域、泊位位前沿水水域；通过水上上桥下通通航孔或或船闸等等。协助船舶舶靠泊或或离泊操操纵接近泊位位或泊位位前沿回回旋掉头头水域；；回旋掉头头以及靠靠泊或离离泊等操操纵。具体来说说，拖船船协助船船舶操纵纵的功能能：控制航向向、减速、横移和提供动力力四个功能能。四、拖船船在操纵纵中的作作用及协协助方式式2、拖船在在操纵中中的协助助方式拖带（pulling）直拖（directpulling），俗称称吊拖或或拎拖。。斜拖（indirectpulling），也称称为非直直拖。傍拖提供动力力协助船舶舶保向顶推（pushing）直推侧推四、拖船船在操纵纵中的作作用及协协助方式式3、拖带（（pulling）及其作作用直拖（directpulling）四、拖船船在操纵纵中的作作用及协协助方式式3、拖带（（pulling）及其作作用斜拖（indirectpulling）四、拖船船在操纵纵中的作作用及协协助方式式3、拖带（（pulling）及其作作用普通FPP和CPP拖船由于于其推进进器推力力方向仅仅为前后后两个方方向，故故仅适用用于直拖拖方式，，不适用用于斜拖拖方式。。VSP和ZP拖船由于于其推进进器推力力方向是是全方位位的，故故不但适适用直拖拖方式，，也适用用于斜拖拖方式。。为了充分分发挥拖拖船的效效率，保保证操纵纵的灵活活性，并并免拖缆缆负荷过过大，应应使拖缆有较较小的俯俯角：一般情况况下俯角角应小于于15º，即拖缆缆长度应应大于被被拖船拖拖缆出口口至水面面高度的的4倍；即使被拖拖船拖缆缆出口至至水面的的高度很很低，拖拖缆也不不应少于于1.5倍拖船长长度。四、拖船船在操纵纵中的作作用及协协助方式式3、拖带（（pulling）及其作作用当船舶无无动力时时，拖船船系在被被拖船船船首，为为被拖船船提供动动力；拖船系在在被拖船船船尾，，协助船船舶减速速或后退退；在受限水水域，当当船舶转转向困难难，同时时需要减减速时，，拖船系系在被拖拖船船尾尾或尾舷舷侧，协协助船舶舶减速、、转向；；当大型船船舶进行行离泊操操纵时，，或吹拢拢风较大大离泊时时，两艘艘或多艘艘拖船系系在被拖拖船舷侧侧，协助助船舶横横向移动动；在受限水水域，当当船舶需需要掉头头回转时时，单拖拖船或两两艘拖船船系在被被拖船舷舷侧，协协助船舶舶掉头。。四、拖船船在操纵纵中的作作用及协协助方式式4、顶推（（pushing）及其作作用Notchtug槽口拖船船四、拖船船在操纵纵中的作作用及协协助方式式4、顶推推（pushing））及其作作用四、拖船船在操纵纵中的作作用及协协助方式式4、顶推（（pushing）及及其其作作用用四、、拖拖船船在在操操纵纵中中的的作作用用及及协协助助方方式式4、顶顶推推及及其其作作用用四、、拖拖船船在在操操纵纵中中的的作作用用及及协协助助方方式式4、顶顶推推及及其其作作用用利用用顶顶推推的的几几种种形形式式：：船舶舶进进速速较较低低时时，，单单拖拖船船系系在在被被拖拖船船艉艉部部舷舷侧侧，，保保持持拖拖船船始始终终与与被被拖拖船船首首尾尾线线垂垂直直，，协协助助被被拖拖船船转转向向或或回回转转掉掉头头；；船舶舶退退速速较较低低时时，，单单拖拖船船系系在在被被拖拖船船艏艏部部舷舷侧侧，，协协助助被被拖拖船船转转向向或或回回转转掉掉头头；；大型型船船舶舶进进行行靠靠泊泊操操纵纵，，拖拖船船在在被被拖拖船船舷舷侧侧协协助助船船舶舶横横向向移移动动；；在受受限限水水域域，，两两艘艘拖拖船船或或多多艘艘拖拖船船分分别别系系在在接接近近船船首首和和船船尾尾的的相相反反舷舷侧侧，，协协助助船船舶舶回回旋旋掉掉头头。。四、、拖拖船船在在操操纵纵中中的的作作用用及及协协助助方方式式5、傍拖及其作作用四、拖船在操操纵中的作用用及协助方式式5、傍拖及其作作用利用傍拖的形形式：拖船系在被拖拖船的两舷，，为被拖船提提供动力；在受限水域航航行或通过航航道时，拖船船系在被拖船船船尾两舷侧侧向推进，协协助船舶保向向；接近泊位过程程中，拖轮在在船舶一舷傍傍拖，协助保保持船位。四、拖船在操操纵中的作用用及协助方式式6、组合拖曳五、船舶静止止中拖船效应应1、单拖船顶推推效应转船效果横移效果五、船舶静止止中拖船效应应2、单拖船拖带带效应平移和转船效效应取决于拖拖力作用点、、拖力角以及及拖力的大小小五、船舶静止止中拖船效应应3、双拖船顶推推效应六、船舶前进进中的拖船效效应1、单拖船顶推推效应六、船舶前进进中的拖船效效应1、单拖船顶推推效应拖船推力作用用点在船中之之前，水动力力中心也在船船中之前，水水动力的横向向分力的力矩矩与拖轮拖力力相反；拖船推力作用用点在船中之之后，水动力力中心越远离离船中，转船船力矩越大；；由此可见，单单拖船在舷侧侧顶推前进中中的船舶时，，拖船位于船船尾比位于船船首的转船效效应大，船速速越高，两者者的差别越大大。六、船舶前进进中的拖船效效应2、单拖船拖带带效应拖力作用点位于船尾的艏艏艉线上效果果好船尾拖带效果果好六、船舶前进进中的拖船效效应3、单斜拖船舶舶一端拖带的方向与与船舶移动方方向并不一致致；纵向阻力小于于横向，纵向向移动速度大大于横向；大船运动方向向相对拖缆更更靠近首尾线线。七、拖船作用用能力及其限限制1、拖船效应的的极限船速船速较高时，，拖船一般很很难保持垂直直顶推姿态；；拖轮的系柱推推力最大，船船速增加，推推力下降；顶首时，船速速越高，水动动力中心越远远离船中，转转船力矩越小小，大船不易易转向，船速速达到一定值值时，拖船不不但将失去转转船效果，而而且可能起到到相反的作用用；大船极限航速速5-6kn（使用侧推器器的极限航速速为4kn）七、拖船作用用能力及其限限制2、波浪对拖船船拖力或推力力的影响拖船的纵摇、、横摇和垂荡荡运动影响拖拖船的姿态；；影响拖船最大大拖力或推力力的发挥；在拖缆上造成成较大的负荷荷，严重时可可能发生断缆缆的情况。七、拖船作用用能力及其限限制2、波浪对拖船船拖力或推力力的影响波高限制有义波高为0.5m以下，拖船基基本能发挥100%的作用；有义波高达1.0m时，降至无波波浪时的80%；有义波高达到到1.5m时，拖力将降降至50%，推力将降至至60%；有义波高达到到2.0m时，拖船基本本无法正常作作业。一般规定有义义波高不宜超超过1.5m。八、港内操船船所需拖船功功率和数量1、拖船功率选选择应考虑的的因素港口地理条件件包括受限水域域（航道）、、港口入口、、回旋掉头水水域、泊位前前沿操纵水域域、可供停船船操纵的距离离、水深限制制、码头形式式与结构以及及其他系泊船船。船舶条件包括船型、排排水量、吃水水、富裕水深深、纵倾、受受风面积、主主机功率、螺螺旋桨种类、、操纵性能以以及是否装有有侧推器等。。自然环境条件件包括风、浪、、流、能见度度、冰况等。。八、港内操船船所需拖船功功率和数量2、所需拖船总总功率和数量量需要计算所需需拖船总拖力力，再根据不不同种类拖船船每100kW（或100hp）给出的最大大拖力来确定定小型船舶，1~2艘3、所需总拖力力的实用估算算方法：每万吨载重量量大概需要1000马力DWT1万吨级船舶DWT×10%(hp)或GT×10%(hp)DWT×7.4%(kW)或GT×11%(kW)VLCC满载时DWT×5%(hp)VLCC空载时DWT×7%(hp)八、港内操船船所需拖船功功率和数量4、实际使用拖拖船总功率和和数量统计结结果杂货船一般属属于小型船舶舶，平均拖船船数量不超过过2艘；船长290m的集装箱船所所需拖船总拖拖力50~150t，平均拖船数数量2~3艘，侧推器可可使所需拖船船总推力相应应减少；船长为200m的油船和散货货船所用拖船船总拖力和平平均数量分别别约为60~170t和2~3艘；船长为300m或以上时约为为130~235t和3~5艘。八、港内操船船所需拖船功功率和数量所需拖船总功功率和数量统统计结果载重量为2万吨级船舶，，拖船总拖力力和平均数量量分别约为50~100t和1~2艘；10万吨级船舶分分别约为90~180t和2~3艘；15万吨级船舶分分别约为120~220t和3~4艘；20万吨级船舶分分别约为140~250t和4~5艘；30万吨级以上船船舶分别约为为150~250t和5~6艘。九、使用拖轮轮的注意事项项1、拖缆及其系系带必须选择质量量好、强度大大的缆绳，长长度应足够拖缆传递时应应尽量保持两两船相对静止止，放松拖缆缆不要太快采用∞字形挽挽桩，道数要要足够确信与推进器器无碍时才可可动车拖力宜逐渐增增大，防止突突然受力九、使用拖轮轮的注意事项项****2、防止倒拖（（reversedtowing）和横拖（（girding）九、使用拖轮轮的注意事项项****3、拖轮就位良良好包括拖力作用用点的选定、、拖力方向的的控制和带缆缆方式的选择择等转船时，拖力力作用点尽量量远离重心，，但不可过分分靠近首尾，，大船强度（（受力点）平移时，拖力力作用点尽量量在重心附近近。4、解拖后收绞绞尾拖缆解拖前，大船船需停车；