船舶操纵06.ppt

舵及其效应 船舶控制方向的主要手段； 用舵进行的操纵： 小舵角使船舶保持其航向； 中舵角改变其航向； 大舵角进行旋回。 舵及其效应 舵的种类及几何要素 舵的水动力特征 舵力作用于船舶的效果 舵效及舵效指数 影响舵效的因素 舵的种类 普通舵 平衡舵 半平衡舵 舵的种类 古老的舵 舵的种类 普通舵 舵的全部面积分布在舵轴的后方； 水动力作用中心距离舵轴较远，故转舵力矩较大，所需舵机功率较大。 舵轴上的支撑点较多，故强度较大。 舵的种类 平衡舵 舵宽的一部分分布在舵轴前方； 水动力作用中心距离舵轴较近，故转舵力矩较小； 舵轴上的支撑点较少，故强度较小。 舵的种类 半平衡舵 舵宽和舵高的一部分分布在舵轴之前； 这种舵的性能介于普通舵和平衡舵之间。 舵的种类 按照舵抛面的结构分类： 平板舵； 流线型舵； 特种舵。 按照舵的支撑结构分类： 多支撑舵； 双支撑舵； 半悬挂舵 悬挂舵等等。 舵的几何要素 舵面积(AR ) 舵面积比(A R / L pp d) 展弦比 (λ)： 舵平衡系数(k) 舵的几何要素 舵面积(AR ) 舵的外形轮廓所包围的面积 一般用舵面积比(A R / L pp d)来考察舵对船舶操纵性的影响。。 展弦比 (λ)： 舵高(h)在舵翼中称为翼展，舵宽(b)称为翼弦， 对于矩形舵，其展弦比为舵高与舵宽之比； 舵平衡系数(k) 舵面积在舵轴前后的比例关系。 舵的水动力特征 舵力及舵力转船力矩 使舵力减小的流体现象 船尾舵的性能 舵力及舵力转船力矩 舵力产生条件 舵速 有效攻角 舵力分解 舵力PR 正压力PN 阻力（纵向）D 升力（横向）L 舵力及舵力转船力矩 冲角不大时正压力PN可以表示为 舵力减小的流体现象 失速现象（Stall） 一般说来，随着舵角的增大，舵的升力系数CL和阻力系数CD均具有增大的趋势，可是当舵角达到某一舵角时，由于流经舵背面的水流从舵的后缘之前严重地与舵的背面剥离，从而出现强涡时，舵升力系数CL则将骤然下降，这种现象叫作失速现象。 舵力减小的流体现象 空泡现象（aviation） 当使用大舵角或舵的前进速度相当大时，特别是舵的前缘横截面曲率较大时，舵的背面压力出现剧烈下降，当下降至或接近于该温度下的汽化压力时，在舵的背面将产生空泡现象。 空泡现象会造成舵叶的侵蚀损坏。 舵力减小的流体现象 空气吸入现象（aeration） 在舵的背面吸入空气、产生涡流，使舵力下降的现象，称为空气吸入现象。 空气吸入现象多发生在舵的上缘与水面接近或高出水面且速度较大的情况下，这也是一种降低舵力的有害现象。 船尾舵的性能 舵与船体之间的相互干扰 船舶操舵后，舵周围出现的压力变化，即左右两侧的压力差将波及到尾部船体两侧，使船体也产生了左右的压力差，这相当于增加了船尾舵的舵力。 据Gawn的研究，这种船体和舵之间的相互干扰的结果将使船尾舵的舵力比单独舵的舵力提高约20～30%，而且船尾的钝材越大，舵与船尾的间隙越小，这种效果越显著。 船尾舵的性能 伴流及其影响 伴流是船体周围的水部分地随船舶运动而形成的水流，伴流方向与船舶运动方向相同者称为正伴流；反之，则称为负伴流。 按其形成的原因可以分为摩擦伴流、势伴流和兴波伴流。 伴流影响使舵的正压力降低。 船尾舵的性能 排出流的影响 排出流的影响与伴流的影响相反； 螺旋桨排出流增加了舵处的来流速度，从而提高了舵力。 船尾舵的性能 船舶旋回中的舵力降低 旋回中的降速，导致舵处的来流速度下降，舵力下降； 旋回中舵处的有效冲角减小（即有效舵角减小）。 舵效 舵效的概念 操舵后，会引起船首回转、横向移动、船速下降、船体横倾等现象，广义上，舵效即为船体对舵的响应。 狭义上，舵效，操一舵角后船舶在一定时间、一定水域内船首转过的角度大小。 舵效的判断 如能在较短的时间、较小的水域内转过较大的角度，认为舵效好，否为差。 舵效 舵效指数 舵效的好坏与船舶旋回性、追随性密切相关。当初始操舵时，回转角加速度将主要取决于K/T值的大小（舵角一定）， K/T反映了单位舵角所能产生的角加速度大小，通常称为舵效指数，即K大T小，舵效好。 舵效 影响舵效的因素 舵角 舵面积比 舵速 舵速Ⅴr等于： Ⅴs-Wr+ΔⅤrx (Ⅴs－船速 Wr－舵叶处的伴流速度 ΔⅤrx－ 排出流流速的轴向分量) ，在船速低时通过提高主机转速方法来提高舵速度。 吃水 纵倾与横倾 舵机特性 其他因素 提高舵效的措施 降低船速的同时增加螺旋桨的转速。 降低船速舵速同时降低了伴流的影响，且使船舶进距有所减小； 增加螺旋桨转速不但增加了螺旋桨的滑失比，同时也使螺旋桨尾流速度增大，进而增加了舵速。 由于船舶惯性较大，船速的增量在有限距离内是有限的。 船舶在港内宽度和深度受限的直航道中航行时，船速不宜过高，可以在船尾系带一拖船