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1、船舶操纵与引航适 用 专 业 ： 海 事 管 理郭 国 平 ： 教 授 Mobil:13707152712 E-mail: 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13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
2、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： PPPP PPP NTN DL 忽略水的粘性分解合力为舵的水动力平行于舵叶剖面舵叶摩擦力亦称舵的正压力垂直于舵叶剖面舵压力垂直于水流舵阻力平行于水流舵升力舵叶两侧产生压力差压力流速相同平等流与附加环流方向背流面压力流速相反平等流与附加环流方向迎流面附加环流平行流,: ,: , , , 2舵压力 （normal presure）的估算 NP（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
3、； NP 221 RRNwN VACgP NP NC 舵面积，m2； 舵速，m/s； 重力加速度， RARV g 2/8.9 smg NP博福（Beaufoy）估算式： sin85.58 2 RRN VAgP sin2.576 2 RRN VAP即： 滕井估算式： 22125.2 sin13.6 RRwN VAgP 式中： 舵的展弦比， RAhbh 2 （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： be )sin305.0195.0( 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。 eb由估算
4、式可知： bebe 5.0%20,0 090 缘移动舵压力作用点向舵叶后时 4舵前缘的转舵力矩估算 乔塞尔（Jossel）估算式：sin35.41 2 RRe VAbgM式中： 转舵力矩， 。 eM mN 5舵压力 所产生的转船力矩 （单位： ） NP PM mN （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： G G 2sin 41 cos2sin22 RRRRNP VKLA LVKA lPM 式中： 系数，在Beaufoy公式中 。 K 85.58K 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
5、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 。 045maxPP MM 045K 035s040s 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：PPNP lPM 转心 至舵压力作用线 垂直距离。 Pl P （2）系泊时舵压力转船力矩 0PM cos0 LPlPM NaNP 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（critical angel or burblin
6、g point）。 DLCC阻力系数升力系数s 舵叶背流面流线分离LC升力系数 LP升力 s 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 的汽化压力时压力降至该温度下 舵金属表面产生剥蚀流体连续性被破坏断舵表面与水的接触被阻升力系数, LC 3空气吸入现象舵力下降产生涡流舵背面吸入空气且速度较大高出水面舵的上缘与水面接近,/ （二）舵的几何尺度、形状的影响 1舵叶展弦比的影响 展弦比： RAhbh 2 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 上下端进入背流面迎流面来的水流从舵的 1224011121图或图提示看书DPP 不利
7、于大舵角旋回变小过早失速有利于小舵角的保向性操小舵角时的升力较大 s, ,一般地： 。 9.14.1 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： 减少绕流舵的上下端设挡板相应提高展弦比增加舵叶数目,),32( 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。 舵压力大水阻力小符合流体运动规律对称机翼状流线型舵压力小水阻力大不符合流体运动规律平板型截面形状舵叶水平%,20,)( ,:舵的厚度与舵压力的关系：A当时 ， ； 015 )()(舵阻力增加越快舵越厚 DPtB当时 ， ； 015 )()(舵阻力增加越快舵越薄 DPt
8、C当厚宽比 时，舵压力 最大。 %20%18bt NP 3舵面积大小的影响 舵压力与舵面积成正比： ， NP RA NR PA舵面积系数 ： %100 dL APPR式中： 船舶平均吃水，m； 船舶垂线间长，m。 d PPL 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， 。 海船内河 %0.6%0.3 %11%6 （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 )131( %30%20, 24 图提示看书果越显著且船体与舵间隙越小效力提高船尾舵压力较单独舵压舵效船尾压力使舵压力转船力矩船尾两侧产生压力差操某一舵角相互干扰船体与舵方向与
9、舵升力方向相同尾部舵的压力场变化波及船PPN 2伴流对舵压力的影响 RV舵速伴流存在)1( wVV sR 所以舵压力 ： NP敞水舵船尾舵NN PP sin)1(2.576 22 wVAP sRN平均伴流系数；舵压力系数（船后舵） w 20.055.0:;05.050.0: bb CwCw双桨船单桨船NC 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。 bC 3螺旋桨尾流的影响 舵叶处的轴向分速： )1( PAaAR VuVV )1(22 PAR VV AV )1( wVV s
10、A w P 228 DVTAwP 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 ：NP NR PV )1(21 2 PARNwN VACgP 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滑失的影响舵效诱导速度螺旋桨进速NaPr PuVS ,舵压力增加率 ：NP 5.1rN SKP 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。rS
11、 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：)6.31()1(2125.2 sin13.6 5.122 rsRwN SwVAgP 7斜流的影响：使船舶旋回中的舵力降低 （1） NP舵压力舵处来流速度船舶旋回旋回降速（2） NA P舵压力有效冲角有效舵角船尾漂角船舶旋回相对船体斜流)( （3）船舶自身绕“转心”旋转，角速度为 则船尾舵叶处的切线速度为： 其中： 转心至舵叶距离，m。使有效冲角再减少 ： PlPl s PVl arctan综合（2）、（3）：船舶在旋回中，舵叶与水的实际冲角（有效舵角） ：e )(0 Ae通常：当 时， 。 035 00 1310)( A
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