1、,舵是船舶操纵的重要设备之一，是船舶控制方向的重要手段。舵的作用：当操某一舵角后，利用水流对舵的作用,使船舶保持或改变其航向或进行旋回。（主要是螺旋桨的排出流对舵的作用力）,第二节 舵设备及其应用,一、舵设备的作用及组成作用:船舶在航行中保持和改变航向及旋回运动的主要工具.舵设备主要由三大部分组成：1.舵：2.舵机及其转舵装置：舵机和转舵装置统称为操舵装置。3.操舵装置控制系统：,二 舵的类型和结构(一)舵的类型舵是舵设备中承受水动 力以产生转船力矩的构 件，一般安装在船尾螺 旋桨后面。1.按舵叶的剖面形状分1)平板舵：也称单板舵， 仅用于小船。特点：阻力较大，舵效 随着舵角的增大而变差， 失
2、速现象发生早。,1.按舵叶的剖面形状分,2)流线型舵 舵的翼剖面是机翼型的舵，如果带有固定舵柱的就称为固定舵柱型流线型舵；约70- 80的船都采用流线型普通舵，一般大型及超大型海船多用支承或双支承的流线型平衡舵；,2)流线型舵(又称复板舵)：海船广泛采用。特点：舵叶剖面呈流线型，强度高；因内部空心和水密，从而产生一定浮力，减少了舵承上的压力；水动力性能好，舵的升力系数大，阻力小，舵效高(舵力大)；舵的构造比较复杂。,2.按舵杆轴线位置分1)不平衡舵：又称普通舵， 适用于小船。特点：舵叶全部位于舵杆 轴线之后，舵钮支点较多， 舵杆强度容易得到保证。 需要较大的转舵力矩。 平衡比度=?,2)平衡舵
3、：海船广泛应用。特点：舵杆轴线位于舵叶的前后缘之间；舵杆轴线之前的舵叶起平衡作用，这部分的面积与舵叶全部面积之比称为平衡比度或平衡系数，一般在0.20.3之间；所需的转舵力矩小，进而可相应减小舵机功率。,3)半平衡舵：适用于尾柱形状比较复杂的船舶。特点：舵的下半部为平衡舵，上半部为不平衡舵，平衡比度介于平衡舵和不平衡舵之间，即0.2以下。,3.按舵的支承方式分1)支承舵：分多支承舵和双支承舵两种。多支承舵：与船体尾柱连接有三个及以上支承点的舵。其支承点可分为舵承、舵钮和舵托等。舵的重量由船体内的支承和舵托来支承。双支承舵：指除上支承外，在舵根处还设有一个下支承的舵。,2)悬挂舵：只有上支承而无
4、下支承，其舵叶全部悬挂在船体外的舵杆上。广泛应用。3)半悬挂舵：指下支承的位置设在舵叶中间的舵。,4.特种舵1)一般(总)特点：增加舵效；提高推进效率；减小旋回圈直径；改善大型船舶在低速时操纵 性能。2)种类：特种舵有：反应舵、 主动舵、整流帽舵、襟叶舵、 导流管舵、组合舵、首舵和 首推进器等。(1)反应舵(又称迎流舵)结构特点：舵叶前缘以螺旋 桨轴线为界分别向相反方向扭 曲一定角度，使其迎着螺旋桨 排出的旋状水流。作用：使尾流中的轴向诱导 速度增大，减少了阻力，增加 了推力。,反应舵,(2)主动舵结构特点：作用：在转舵的同时螺旋桨随之转动并发出推力，从而增加了转船力矩。即使在低速甚至主机停车
5、的情况下，这种舵也能获得转船力矩，大大提高了船舶的操纵性。 (3)整流帽舵结构特点：在流线型舵正对螺旋桨轴线部位，装设一个圆锥形的流线型体，俗称整流帽。作用：改善螺旋桨排出流的乱流状态，从而提高螺旋桨的推力，改善船尾的振动情况。,主动舵,整流帽舵,(4)襟翼舵结构特点：作用：所产生的流体动力更大，提高了转船力矩和舵效。广泛采用。优缺点：所需的转舵力矩较小，可相应减小舵机功率。但结构较复杂。,(5)科特导流管舵结构特点：在螺旋桨外围套装导流管并在其后端处装一舵叶。有两种形式，一种是导流管固定焊接在船尾骨架上，舵叶可以转动；另一种导流管与舵叶可在允许角度内一起转动。作用：增加推进效率，保护螺旋桨，
6、防止绳索缠入。,固定式导流管舵 ,转动式导流管舵 ,(6)组合舵(又称希林舵或工字型舵)结构特点：在流线型舵叶的上下两端各安装一块制流板。舵的剖面设计成象鱼的形状。舵角可在75范围内使用。作用：减少舵叶上下两端的绕流损失，进一步改善舵的流体性能。特点：具有低速时操纵性好，浅水中舵效无显著下降的优点。,(7)侧推器(首、尾)；舵和螺旋桨功能合二为一的螺旋桨舵及可转动双螺旋桨舵等。,尾侧推器,舵、桨合一的螺旋桨舵,可转动双螺旋桨舵,侧推器,鱼尾舵(书P47)结构特点：平衡比度为0.2,主要用在船速较低的船舶上. 作用：水流流过舵叶的尾部时摩擦力增加,使舵像一个尾部的侧推器,为围绕舵的水体提供了额外
7、的拉力,有助于提高船舶的操纵性能.特点：,(二)、舵的结构流线型平衡舵主要由 舵叶、舵杆和舵承三 部分组成。1.舵叶1)制造：2)防腐：舵叶内灌涂 防腐沥青。3)附属装置：舵叶上部和下部开 小孔，并配有舵底塞。绳孔或凹槽。,2.舵杆1)作用：是舵叶转动的轴，并用以承受和传递作用在舵叶上的力及舵给予转舵装置的力。2)结构特点：舵杆下端与舵叶连接，上部与转舵装置相连。舵杆顶端(称舵头)装有一只吊环，下端装有法兰接头与舵叶上的法兰连接，有水平法兰连接、垂直法兰连接和垂直嵌接三种连接形式，其中水平法兰连接形式普遍采用。水平法兰:舵叶转到相反舷的最大舵手角时,上下法兰间30MM,6只螺母朝下的螺栓,水泥
8、包搪.,3.舵承1)作用与种类：用来支 承舵杆和舵的重量及保 证船体水密。分为上舵 承及下舵承两种。2)结构特点：上舵承装 在舵机间甲板上。下舵 承一般安装在舵杆筒口 或舵杆筒内，设有填料 函以保证水密。悬挂舵 都采用上、下两个舵承。3)应用：大型船舶普遍 只设上舵承，全部重量 和力由其承担。,三 操 舵 装 置操舵装置分类1.按动力源分类：分电动操舵装置和液压操舵装置；2.按公约和规范分类：分主操舵装置和辅助操舵装置。主操舵装置：系指在正常情况下为驾驶船舶而使舵产生动作所必需的机械、转舵机构、舵机装置动力设备(如设有)以及附属设备和向舵杆施加转矩的设施(如舵柄或舵扇)。主操舵装置应在驾驶室和
9、舵机室都设有控制器。辅助操舵装置：系指在主操舵装置失效时，为驾驶船舶所必需的设备。这些设备不应属于主操舵装置的任何部分，但可共用其中的舵柄、舵扇或作同样用途的部件。,(一)电动操舵装置1.组成：舵扇松套、舵柄键套在舵杆。2.基本原理：3.主要组成部分的作用：1)蜗杆蜗轮：减速比大，转 矩大；其机械传动中的自锁 作用，可防止舵叶在受外界 冲击作用下发生逆转现象， 从而起到保护电动机的作用。2)缓冲弹簧：刚性大，正常 情况下可顺利地传递转舵力 矩。当舵叶受到外界巨大冲 击力作用时，能吸收冲击能 量，起保护舵机的作用。 4.特点与应用：结构简单、 操作方便、传动可靠、维修 方便，噪声大、占用面积大。
10、 较广泛地应用于中小型船。,(二)液压操舵装置1.一般原理：液压操舵 装置主要是指液压舵机， 液压舵机也称电动液压 舵机或电液舵机。2.特点与应用：噪声小、 体积小、重量轻、转矩 大、传动平稳，能实现 无级调速，易于遥控和 容易管理，操作方便， 在操舵次数频繁时仍有 较高可靠性等优点。广 泛采用。 3.种类：有柱塞式和转 叶式两大类。,1)柱塞式液压舵机 柱塞式液压舵机也称往复式液压舵机，有二缸柱塞式和四缸柱塞式。一 般由动力源、转舵机构和操纵追随机构三大部分组成。动力源：转舵机构：将柱塞的直线运动转变成 舵柄绕舵杆作旋转运动的 装置有：滑式(十字头)、 滚轮式及摇摆式三种，大 型船均使用滑式
11、。操纵追随机构：由减速 器、螺杆、滑块、操纵杆、 连杆(也称浮动杆)、反馈 杆(也称追随杆)等一系列 拉杆组成，主要作用是控 制主油泵的工作状态。,2)转叶式液压舵机转叶式液压舵机由转舵机构和动力源两大部分组成。转舵机构：由油缸、回转体组成。回转体键套在舵杆上。动力源：由电动机、主油泵、辅油泵和安全控制阀箱等组成。,(三)辅助操舵装置,是在主操舵装置失效时,为应急操舵而补设的一种操舵装置,也称应急操舵装置.它不应属于主操舵装置的任何部分但可以共用其中的舵柄,舵扇或其它等效用途的部件.小船:人力大船:动力较大的船;可以不设辅助操舵装置,一般设两TAO相同的动力供主操舵装置使用,其中一台为备用.,
12、(四)舵角限位器1.作用：防止操舵时实际舵角超过最大有效舵角。2.种类：有机械、电动和角铁架式等几种。3.位置：机械舵角限位器一般设在舵叶上侧、下舵杆与舵 柱的上部、舵柄两侧极限舵角位置处。4.限制角：流线型舵一般为32，平板舵为35。 (五)操舵装置的要求1.对一艘船舶应满足的要求:1)应配备满意的主、辅助操舵装置。其布置应使两者之一在发生故障时，不致导致另一装置不能工作。2)监控与供电要求：A应在驾驶室和适当的主机控制位置装设指示其电动机正 在运转的设备。B供电独立，其中之一可以由应急配电板供电。,2.主操舵装置和舵杆：1)具有足够强度，并能在船舶最大航海吃水和最大营运前进航速时进 行操舵
13、，能使舵自任一舷35转至另一舷35，并且于相同条件下在 自一舷的35转至另一舷30所需的时间不超过28s；2)当舵柄处的舵杆直径(不包括航行冰区的加强)大于120mm时，操舵 装置应为动力操纵； 3)在最大后退航速时不致损坏，但不需验证。3.辅助操舵装置：1)具有足够的强度和足以在可驾驶的航速下操纵船舶，并能在应急情 况下投入工作；2)应能在船舶最大航海吃水和以最大营运前进航速的一半但不小于7kn 时进行操舵，使舵自一舷15转至另一舷15，且所需时间不超过 60s；3)当舵柄处的舵杆直径(不包括航行冰区的加强)大于230mm时，操舵 装置应为动力操纵。人力操舵装置允许装船使用的条件是：操舵力不
14、超过160N，且其结构 不致对操舵手轮产生破坏性的反冲作用。,4.主操舵装置和辅助操舵装置动力设备的布置应：1)当动力源发生故障失效后又恢复输送时，能自动再起动； 2)能从驾驶室控制使其投入工作；3)任一台操舵装置动力设备的动力源发生故障时，应在驾驶室里发出 声、光警报。4).当主操舵装置具有2台或2台以上相同的动力设备时，则可不必设置辅助操舵装置。,5.舵角位置1)主操舵装置为动力操纵的，应在驾驶室显示。舵角的显示装置应独立 于操舵装置的控制系统；2)在舵机室内能看到舵角的指示。6.液压动力操舵装置应满足液压系统的循环油箱应设低位警报器，在驾驶室和机器处所内易于观察的地方发出声、光警报。 7
15、.安全阀：开启压力应不小于1.25倍的最大工作压力。 8.操舵装置的应急动力：当舵柄处舵杆直径大于230mm(不 包括航行冰区加强)时，应设有能在45s内向操舵装置自动供电的应急电 源或位于舵机室内的独立动力源。在10000总吨及以上的每艘船舶上， 替代动力源应具有足够供应至少连续工作30min的能量，在任何其他船 舶上则至少为10min。,5.附加要求,1).10000总吨及以上的每艘油船、化学品船或气体运输船和70000总 吨及以上的每艘其他船舶，其主操舵装置应设有两台或两台以上相同的动力设备,5.附加要求,。2).10000总吨及以上的每艘油船、化学品船、液化气体运输船的操舵 装置还应满
16、足：1)当主操舵装置的一个动力转舵系统的任何部分(除舵柄、舵扇或为同 样目的服务的部件或因转舵机构卡住以外)发生单项故障以致丧失操舵 能力时，能在45s内重新获得操舵能力；2)主操舵装置应包括：(1)两个独立和分开的动力转舵系统；或(2)至少两个相同的动力转舵系统在正常运转中同时工作时能满足要 求。3)非液压型式的操舵装置应能达到同等的标准。15.对10000总吨及以上但小于100000载重吨的油船、化学品船或液化 气体运输船的操舵装置，舵机制造厂应使其产品符合IMO通过的非双套转舵系统的验收准则的要求，并经船级社认可。,5.附加要求,3).对10000总吨及以上但小于100000载重吨的油船
17、、化学品船或液化气体运输船的操舵装置，舵机制造厂应使其产品符合IMO通过的非双套转舵系统的验收准则的要求，并经船级社认可。(P53)(1)由于管路或一台动力设备的任何部分发生单项故障而丧失操舵能力时,应能在45S内恢复操舵能力(2)若操舵装置只具有单一的动力转舵系统,则需对设计时的应力,包括疲劳分析,断裂力学分析和对所用材料,密封装置的安装,试验,检查及有效的维护规定等给于特别考虑.,四 操舵装置控制系统操舵装置控制系统是指将舵令由驾驶室传至舵机装置动力设备之间的一系列设备。由发送器、接受器、液压控制泵及其电动机、电动机控制器、管系和电缆等组成。主要有电力和液压两种。(一)液压控制系统(书P5
18、3图)通过一充满液体的连通器将驾驶台的操舵动作传达到舵机上,(二)电力操舵装置控制系统,一、电力操舵装置控制系统的主要优点主要优点有：轻便灵敏，便于遥控和操舵自动化，线路易于布置，不受温度变化和船体变形的影响，工作可靠，维修管理方便。二、电力操舵装置控制系统的操舵功能具有自动、随动和应急操舵三种功能。海船都应配备随动操舵控制系统和应急操舵系统。且两套系统的线路独立布置，当一套系统发生故障时，可立即转换使用另一套。,1.随动操舵系统设有舵角反馈装置，并能进 行追随控制的操舵系统称为 随动操舵系统。有液压舵机 的随动操舵系统和电动舵机 的电动操舵系统。1)液压舵机的随动控制原理 舵角信号放大力矩马
19、达 伺服电机倾斜盘倾斜 油泵排出高压油柱塞舵 柄转舵反馈信号力矩马 达伺服电机倾斜盘非倾 斜舵叶停在所需位置,2)电动舵机的随动控制系统 主要是通过舵角反馈来控制电桥平衡。,电动舵机的随动控制原理图,2.手柄控制系统又称直接或应急控制系统。在自动和随动操舵装置发生故障时使用。电源 独立(由直流船电供电)，操舵手柄、开关或按钮直接控制继电器或其他相 应装置来启动舵机，无反馈装置，开关合上舵机转动，左开关合上左转， 右开关合上右转，开关脱开舵机停止。一般应急操舵装置在驾驶室和舵机 间各设有一套应急操舵的开关或手柄。操舵时，应注意掌握：按舵角操舵：舵角到及时松开手柄；按航向操舵：应结合改向大小，船舶
20、的回转惯性，合理使用舵角，及时 断电，才能使船舶准确到达所需的航向。,(三)应急操舵(P55),应急操舵演习每三个月进行一次,(四)操舵控制系统的要求,1)主操舵装置，应在驾驶室和舵机室两处都设有控制器；2)主操舵装置应设置两套独立的控制系统，且每套系统均应能在驾驶室控制。但不要求设双套操舵手轮或手柄。3)对于辅助操舵装置应在舵机室进行控制,若辅助操舵装置为动力操纵的，则也应能在驾驶室和舵机室进行控制，并应独立于主操舵装置的控制系统。,(P55),6.驾驶室与舵机室之间应设有通信设施。,五 自 动 舵优点：减轻劳动强度；及时纠正偏航；长时间较准确地保持在指定航向上；相应缩短航程，节约燃料；提高
21、了营运经济效益。一、自动舵的种类 按自动舵的调节规律可分为三种：1.比例舵按偏航角的大小来调节偏舵角，调节关系为： = - K1 式中：K1比例系数，负号表示偏舵的方向与偏航方向相反，用以消除偏航。偏舵角和偏航角成正比，K1根据船舶类型、海况、装载情况加以选择和调整。没有考虑偏航角速度即船舶偏航惯性的影响，也没有考虑风流或螺旋桨不对称排出流等原因产生的恒值干扰的影响，航迹呈“S”形。基本不用。,2.比例一微分舵按偏航角和偏航角速度的大小来调节偏舵角。调节关系为： = -(K1 + K2d /dt) 式中：K2微分系数。偏舵角与偏航角和偏航角速度d/dt成正比， K1、K2根据船舶种类、装载和偏
22、航惯性等加以选择和调整。由于增加了航向变化率d/dt(即考虑了船舶偏航惯性的影响)，因而加快了给舵速度，能更好地克服船舶的回转惯性，使船舶较快地稳定在原定航向上，大大提高了维持航向的精确度。这种类型的自动舵比较接近人工操舵。使用仍较普遍(增加一人工调节的压舵旋钮)，国产红旗5型属这一类型。 在安装试航时需将参数K1、K2选择调节合适，否则反而会影响航行质量。,3.比例一微分一积分舵在自动舵的调节规律中增加了与偏航角成积分关系的积分功能，调节规律为： = -(K1 + K2d/dt + K3dt)式中：K3一积分系数，根据外界恒值干扰调节。偏舵角与偏航角、偏航角速度d/dt和偏航角积分dt成正比
23、。积分调节功能的增加，能将风流或螺旋桨不对称排出流等原因产生的恒值干扰影响积累起来，并以此信号控制舵机，施反向舵角来平衡恒值干扰力矩的影响，使船舶稳定在指定的航向上航行，进一步提高了船舶航行质量。目前，各国新型自动舵大多数采用这种类型的自动舵，但结构复杂，造价较高。国产红旗7型、航舵5L型为此类舵。,二、自动舵的操舵转换方式(需加应用时机)1.操舵转换方式有随动、自动和应急三种操舵转换方式。1)随动操舵(又称人工操舵)2)自动操舵3)应急操舵：在自动和随动操舵系统发生故障时使用。,2.自动舵的调节1)灵敏度旋钮：又称天气调节旋钮或航摆角调节，是调节自动舵开始投入工作的最小偏航角。 注意：当航摆
24、角大时，灵敏度低。2)比例旋钮：又称舵角调节旋钮，用以调节纠正偏航的舵角大小。根据海况、装载和舵叶浸水面积等情况确定。重载或空载舵叶露出水面或海况恶劣时一般应调大些。3)微分旋钮：又称反舵角调节或速率调节，是根据偏航惯性来调节的。大船、重载及旋回惯性大时应调大些；轻载时应调小一些； 恶劣海况调小或零。,4)压舵旋钮：5)自动改向旋钮(航向改变调节)：先把比例旋钮放最小位，且每次只能进行小度数改向，若需大角度改向，则应分几次进行，一般每次不超过10o。6)零位修正调节旋钮：用于修正自动舵分罗经与主罗经同步误差。方法为：先取下螺帽，用专用钥匙插入，旋转刻度盘，使其与主罗经一致。然后将自动改向调节旋
25、钮指针拔回零位。7)转入自动开关：首先把压舵与自动改向调节旋钮归零。,3.使用自动操舵仪(自动舵)的注意事项1)在大风浪中航行时应改用人工操舵。2)避让、改向、过转向点，航行于狭水道、渔区、礁区、航道复杂水域、进出港和靠离泊位，在能见度受限制的情况下以及在所有其他航行危险的情况下，应尽可能立即改为人工操舵。3)使用自动舵航行时，每 一航行班次(即每4小时)至少应检查一次随动操舵装置是否正常。4)在随动操舵状态下，自动操舵的有关各调节旋钮不起作用，但当随动转入自动操舵时，应先将压舵 旋钮和自动改向旋钮调至零位。,1.2.2.16 舵设备的检查与保养,开航前；平时及安装或修理后，应按规范要求进行试
26、验。一、日常检查保养1.船舶开航前12h之内，进行核查和试验。试验程序一般包括下列 操作：1)主、辅操舵装置及操舵装置遥控系统；2)驾驶室内的操舵位置；舵角指示器；应急动力；3)操舵装置遥控系统动力故障报警器；操舵装置动力设备故障报警 器；和自动隔断装置及其他自动设备。2.核查和试验应包括：1)操满舵；操舵装置及其联结部件的外观检查；和2)驾驶室与舵机室间的通信手段。对于定期从事短期航行的船舶，主管机关可免除上述规定的核查和 试验要求，但这些船舶每周至少应进行一次核查和试验。,舵设备的检查与保养,每次开航前驾驶员应会同主管轮机员试验舵机。试舵前派人察看船尾舵叶周围是否有障碍物；核对各种舵角与舵
27、角指示 器和主罗经与分罗经的误差情况；舵机间不准放置杂物，应保持清 洁、干燥。舵机间内的备件等应绑扎好，防止船舶摇摆时移动。3.对舵的步骤为：1)转动舵轮或扳动手柄，检查操舵台舵轮舵角指示器、反馈舵角指示器 及舵机室的实际舵角三者是否一致。2)用同样方法向右(左)操满舵快速活舵一次，回至正舵。3)分别连续操左(右)5，15，25满舵和回舵，观察遥控机构、追随机 构、舵角指示器和其他工作系统的运作情况是否正常。电动舵角指示 器在正舵位置应无误差，在其他舵角位置不应超过1。,舵设备的检查与保养,两台主操舵装置或手柄操舵装置，应分别试舵。航行中，值班驾驶员应经常检查油压、电源和操舵情况是否正常。大风
28、浪时，应检查舵机间可移动物体是否绑扎好。停靠后，应切断电源，关闭驾驶台和舵机间。规定的核查和试验日期及进行应急操舵演习的日期和详细内容，应记入航海日志内。驾驶室及舵机室内，应永久展示操舵装置遥控系统和操舵装置动力装置转换程序的简单操作说明，并附有方框图。驾驶员应熟悉操舵系统的操作以及从一个系统转换到另一系统的程序。,二、定期检查,每3个月应对舵设备进行一次全面的检查和保养：1.舵杆、舵叶各部分磨损及损坏情况，作好记录。舵杆(销)一般在下舵承处(或舵销处)的轴颈应大于非工作部分的轴颈，否则应修理或换新。 工作轴颈表面允许存在少量分散的锈蚀斑点，但深度不超过舵杆(销)直径的1%，舵杆非工作轴颈允许
29、减少量为原设计直径的7%。舵钮与舵钮，或舵叶与舵托平面极限间隙一般为安装间隙的50%。2.检查电操舵装置的绝缘和触点情况。 3.检查转舵装置电动机的运转及损耗情况。至少每三个月应进行一次应急操舵演习。每6个月检查备用操舵装置的活络部分，并作转换操作试验。液压操舵系统每年或检修后应将整个系统彻底清洗一次。,一、舵力PR 1、定义：水流作用于舵叶上的水动力合力称为舵力。 叙述：当一舵板在水中被拖曳时，迎面流形成高水拄（+）， 背面流形成低水位（-）， 这样就形成水流从高水位指向低水位的水动力压力PR。1）正舵 ：流经船体和舵叶两侧的水流是对称的，船作直线运动 。,舵力PR,2）操一右舵舵角：流经船
30、体和舵叶两侧的水不对称， 产生压力差或称为冲角（来流与舵叶剖面的夹角）。,迎流面（正面+）,背流面（-）,平行流,2、PN和Pt 图1-16,升力,阻力,摩擦力,正压力,舵力,舵力升力+阻力正压力+摩擦力,Pt很小 ,PNPR 方向也近似垂直于舵叶的纵剖面， 故可用PN 代替舵力PR。大小 （ N）VR舵速舵相对于水的相对运动速度在船舶首尾方向上的分量舵速船速 舵处的伴流速度 螺旋桨排出流速度方向：垂直于舵叶的纵剖面；,3、舵升力PL（lift）和舵阻力 PD (Drag) 作用：PL使舵产生舵力转动力矩； PD与前进方向相反，增加了前进的阻力，降低运动速度； 作为舵的性能：最好是：升力大、阻
31、力小。 PL 增加， PD 小,升力与阻力之比称为升阻比，是衡量舵性能的一个尺度。,二、影响舵压力大小的因素,1、使舵压力减小的流体现象 ： 是舵周围产生涡流，降低PL，提高PD，导致PN下降。操一舵角时，由于舵叶周围流线从舵叶后面的边缘分离，在其附近产生涡流，使PL下降，PD增加，PL下降，导致PN下降。 临界舵角s： 敞水单独舵 20度 船尾舵 30度 1）失速现象 2）空泡现象 3）空气吸入现象,当使用大舵角或 VS相当大时，尤其是舵的剖面形状之前端的 曲率大时、在舵的背流面压力降至或接近该温度下的汽化压力时，在舵的背面产生空泡现象。（对舵金属表面有剥蚀作用外，坞修时可看到。 由于气泡填
32、充空间，使舵力PL减小。但气泡现象没有失速现象那样显著 。舵叶背面吸入空气，产生涡流，使舵压力下降的现象，称为空气吸入现象。 这种现象空船时容易发生，因空船的舵接近水面或一部分露出水面，且速度较快时，易发生。,3）空气吸入现象,2、舵的尺度、形状等因素对舵力的影响 ：1） 舵叶展弦比的影响 (aspeet ratio of radder) 展弦比：舵高h与舵宽b的比值(也称纵横比) = h/b * h/b，即h水流从上、下两端进入背流面，形成涡流。 舵角相同的情况下,舵力PN 就越小,反之舵力PN 越大 。 一般情况下： = 1.41.92）舵外形的影响：对舵压力影响不显著，只有舵尾间隙大时，
33、 才产生不利影响。3）剖面形状：流线型舵最好。e/b 厚宽比 0.12-0.18, 升力最大,阻力最小。流线型舵最厚处距前缘0.3 b处,3、船后舵对舵压力的影响1）舵与船体间的相互干扰。操一，舵叶两侧产生的水压差 波及船体尾部两侧，等于增加了舵叶面积，舵压力P20- 30%；船尾钝材大，舵压力增加明显。2）伴流的影响： 概念：航行时，船体周围追随船舶运动的的水流， 又称追迹流。（分为：摩擦伴流、势伴流和兴波伴流） 特征：分布在船体周围的大小和方向不同 分布：船首处=0 船尾附近最大 倒航时尾部=0 近大远小，上大下小，左右对称 方向：与船舶前进方向一致，使舵压力PN下降60%左右肥大型船B/
34、d3（B=船宽， d=吃水）停车后尽管余速较大，由于强伴流的影响，使舵压力PN下降，舵效变差，甚至无舵效。,3）螺旋桨排出流的影响 正车：操一，螺旋桨排出流提高了舵叶与水的相对速度，因舵位于螺旋桨后，舵压力PN，可抵消伴流的影响。,a)正车正舵:螺旋桨排出流,侧视俯视,b）倒车：排出流不作用在舵叶，作用在船尾部，对舵压力PN不起作用。（因吸入流由后向前流速很小，尽管操一后，舵速增加，舵压力PN，但舵效极差或不起作用。 只有当船有较大的后退速度时，舵速增加，才有舵效。,侧视俯视,4、旋回运动对舵压力的影响： 有效舵角e：舵叶弦线与舵速间的夹角（或实际冲角）； 操舵舵角0: 舵叶与船首尾线水平方向
35、间的夹角（机械舵角）； 对于船后舵，操舵舵角0 有效舵角e。船作旋回运动或经横流区时，水流与船首尾线有一夹角， 使0 e,当0 = e ，操一，旋回，船尾A处产生漂角A漂角A，使e 减小旋回半径越小，漂角A越大，e越小,e,船旋回时，船尾绕转心P自转，船尾水流存在一切线方向速度，使e 减小度。如图,P,有效舵角e：= 0 -（A +）满舵旋回： e 比 0 约小1013度超大型船满舵为40度,1.2.14舵力转船力矩(P64),M=0.25LkSRV2RSIN2L:船长(M)k:舵力系数:水的密度(KG/M3)SR:舵叶面积V:舵速(M/S) :舵角,2、狭义1）操舵后船首偏转情况，即控向效应
36、（即舵对航向的控制能力）；,（一）舵效的概念 ：1、广义：所谓舵效，指操舵后船体对舵的影响,三、舵 效,2）狭义概念： 运动中的船舶操一定舵角后，使船在一定的时间、一定的 水域内所取得的转头角大小。 如能在较短时间，较小水域内，取得较大的转头角，则称舵效好，否则差。,三、舵 效,1、舵角和舵面积比 ：1）舵角-舵效好2）舵面积比舵面积比大，舵效好。2、舵速VR:通过提高主机转速来提高舵速，使排出流速度增加，滑失比和舵速增大，达到提高舵效。肥大型单车船在有较高余速时，舵效变得很差，其原因是该类船舶的伴流较一般船强，使舵力减小。 1）狭水道低速航行时，水域受限，用以提高舵效； 2）保持舵效的最低V
37、s：人工操舵3kn，自动舵8kn；,（二）影响舵效的因素,3、吃水d： 船舶吃水增加，舵效降低。 满载船转动惯量大，会出现启动不易，停转慢。 应早用舵，早回舵，用较大舵角。4、纵倾和横倾： 1）首倾舵效差，适当尾倾舵效好； 2）横倾：总的影响不大，但向低舷侧旋回，水阻力大舵效差。 向有横倾一侧转向时舵效差，反之则好；,（二）影响舵效的因素,5、舵机性能： 电动液压：舵来得快、回得快、易把定、 蒸汽舵机：舵来得慢、回得快、也易把定、 电动舵机：来得快、回得慢、不易把定。6、其他因素： 顶风、顶流较顺风顺流好 ； 浅水，旋回阻力增加，舵效差 ； 空船、低速状态下，顺风转向比迎风转向舵效好； 重载、快速状态下，迎风转向比顺风转向舵效好。,（二）影响舵效的因素,
