船速舵解读课件.ppt

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1、,船舶操纵船速 舵,第一节 船 速,一、船舶的阻力与推力 （一）船舶阻力（Resistance） 船舶阻力可分为基本阻力和附加阻力。1、摩擦阻力Rf 大小与船体湿水面积成正比，与航速的1.825次方成正比2、兴波阻力Rw 大小约与航速的46次方成正比3、涡流阻力Re 大小与航速的平方成正比,附加阻力,附加阻力 由污底阻力、附体阻力、空气阻力和汹涛阻力组成。 附加阻力的大小取决于风浪大小、船体污底轻重、船型、载况以及航道窄浅情况。 （二）推力 1、推进器种类 固定螺距螺旋桨FPP、可变螺距螺旋桨CPP，还有明轮、平旋式推进器、喷水推进器和Z形推进器等。,2、推力,2、推力 对于给定的船舶，其螺旋

2、桨推力 T 的大小与转速 n、船速 Vs 以及螺旋桨桨轴在水中的沉深 h 有关。 当船速一定时，转速越高，推力越大，且推力与转速的平方成正比；当转速一定时，船速越低推力越大，随着船速的提高，推力逐渐下降；系泊状态时推力最大。,吸入流与排出流（1）吸入流流向螺旋桨的流称为吸入流。其特点是：范围大；流速慢；流线平行。（2）排出流离开螺旋桨的流称为排出流。其特点是：范围小；流速快；流线旋转（3）排出流在操纵中的应用可利用排出流的特点增加舵效。,吸入流与排出流,螺旋桨旋转时，产生螺旋桨流，由吸入流和排出流组成。,流离螺旋桨盘面的水流,流向螺旋桨盘面的水流,特点：范围窄，流速快，流线具有较强的螺旋性,特

3、点：范围宽，流速慢，流线几乎相互平行,尾,首,吸入流与排出流图,3、滑失与滑失比,3、滑失与滑失比,S,wp,Vp,Vs,nP,dQ,dT,dP,r,2r n,O,A,B,C,滑失与滑失比,3、滑失与滑失比 螺旋桨所能给出的推力大小取决于螺旋桨的滑失（比）。当转速一定时，滑失越大，滑失比越高，则冲角便越大，所得到的推力就越大。 当转速一定时，船速越低，滑失比越大，推力越大。 当船速不变时，提高转速，滑失比增大，推力也将增大。船舶在受限水域内操船，为提高舵效，往往采取先降速（即 ），然后再加大转速n的方法，尽可能地提高滑失比。,基本阻力与船速之间的关系 对于给定的船型，基本阻力的大小与吃水、船速

4、有关，即：R(d,v)由图可见： 当d一定时，船速V增加，R0也增大； 当V一定时，吃水d增加，R0也增大； 由图还可以看出：低速时，R0随船速V呈线性变化；高速时，R0随船速V呈非线性变化，且需要的推力越大。,基本阻力与船速之间的关系,50%左右,100%,二. 主机功率,1、主机功率1）推进器功率的名称(1)机器功率（Machinery horse power）MHP指示功率(Indicated horse power)IHP (往复式蒸汽机)制动功率(Brake hose power) BHP (柴油机)轴功率 (Shaft horse power) SHP (气轮机)(2) 收到功率(

5、Delivered horse power) DHP,(3) 推力功率 (Thrust horse power) THP 推进器收到功率后,产生推船前进的功率称为推力功率. 它等于推进器发出的推力T和推进器与水相对速度VP的乘积。 即: THP = TVP /1000 ( kW) 式中: 推力T的单位为 N; VP 单位为 m/s ; THP单位为 kW。,从主机,主轴尾端,轴管,螺旋桨的功率,(4) 有效功率 (Effective horse power) EHP 是指克服R (阻力),以船速VS 行进所必需的功率.它等于船舶阻力R与船速VS的乘积 EHP = R VS/1000 (kW)2

6、、各功率之间的关系 传送效率c，收到功率DHP与机器功率MHP之比 一般为0.95-0.98 称为传送效率 DHP/MHP 中机 0.95-0.97 尾机 0.97-0.98推进系数P,有效功率EHP与收到功率DHP之比 EHP/DHP 称为推进系数,其大小与推进器种类、数量、性能、船型、船舶大小因数不同而变化. 推进系数（推进器效率）EHP/DHP 0.600.75 (3)推进效率 =有效功率 EHP/主机功率MHP 0.50-0.70 通常R与VS平方成正比,主机功率MHP与VS 3次方约成正比 。 由此可见主机发出的功率变为船舶推进有效功率后损失将近一半。,船速的分类 在一定范围内，螺旋

7、桨转速n越高，船速V越大。但是，对于给定的船舶主机，其转数的提高不是无限的一旦超出这个范围，主机将超负荷运转，最终可能损坏主机，因此不得不对船速作出一定的限制。（1）额定船速（2）海上船速（Sea Speed）（3）港内船速（Harbour Speed）（4）经济船速（Harbour Speed）,三、船速的分类,（1）额定船速 新船验收后的主机，可供海上长期使用的最大功率称为额定功率NH，与其相对应的转数称为额定转数nH，该条件下主机发出的转矩称为额定转矩QH，相应的船速称为额定船速VMAX。 定义：在深水中，在额定转速下船舶所能达到的最大静水船速称为额定船速VMAX 额定船速随着船舶老化和

8、主机的使用年限逐步降低。,（1）额定船速,（2）海上船速（Sea Speed） 由于海上的情况多变，船舶的阻力也随之变化，为了保证长期安全航行，需要留有一定的功率主机功率储备，以便在应急时使用。因此，海上长期使用的功率不是额定功率，而是海上功率。 海上功率一般为额定功率的90，相应的海上转数为额定转数的9697。 定义：在深水中，主机在海上转数下船舶所能达到的静水船速称为海上船速。,（2）海上船速,（3）港内船速（Harbour Speed） 近岸航行，尤其是近港航行，常需备车；港内船舶密集，水深较浅，弯道较多，用舵频繁。为便于操纵与避让和不使主机超负荷，港内航行最高船速也应较海上船速为低，该

9、船速通常由船长和轮机长商定并共同遵守执行。 一般港内的最高主机转速约为海上常用转速的7080%左右。 港内船速与海上船速一样，常按主机输出功率的比例不同而划分为“前进三”、“前进二”、“前进一”之外，尚有“微速前进”一档；微进时的主机输出功率和转速，是主机可以输出的最低功率和最低转速。,（3）港内船速,（3）港内船速（Harbour Speed） 如同前进时港内船速分级一样，在倒车档次中也分为“后退三”、“后退二”、“后退一”等几档。通常港内“后退三”时的主机转速约为海上常用转速的6070%。 应当指出，在港内或某些内海航区或狭水道，为保证航行安全，根据经验与统计，特别规定了最高限速。如本船所

10、用的港内船速高于该限速时，则应遵照各港内或航区的有关规定执行。,（3）港内船速,4、船速的测定,4、船速的测定,船舶操纵性能受水深、水域宽度、气象条件、水文条件等诸多因素的影响，所以为了使实船试验结果具有普遍意义，需要对试验条件做出规定。IMO安全委员会在MSC/Circ.644中作出了详细规定。 1. 水深、水域宽度 应在深水、宽度不受限制、但遮蔽条件较好的水域进行标准操纵性试验，其水深应大于4倍的船舶平均吃水。2. 船舶载况和吃水差 船舶应在满载(达到夏季吃水)、平吃水(吃水差为0)的条件下进行试验。即确保螺旋桨有足够的沉深。,船速的测定条件,3. 气象与海浪 应尽可能在比较平静的水域进行

11、试验，具体规定如下 (1) 风力不超过蒲氏5级 (2) 海浪不超过4级 (3) 流场比较均匀 4. 试验船速 标准对实船试验中的最小船速的规定为：应达到船舶海上速度的85%，主机功率达到最大输出功率的90% 。,船速的测定条件,1. 试验观测手段 随着测量技术的发展，传统方法基本上被淘汰了。目前的观测位置的手段主要采用差分GPS(DGPS)，观测方向的手段采用罗经或姿态测量仪等。随着计算机的发展，实船试验测量获得的数据可以进行自动处理。2. 记录内容 每次船舶操纵性试验，都要求对有关的实验条件、试验观测数据进行记录，这些条件和数据包括：,二、观测与记录,(1) 船舶数据 试验之前，要记录船舶首

12、、尾吃水，以便计算船舶平均吃水、排水量和船舶纵向重心位置等。此外，还要记录试验的地理位置、试验水域情况等。还要记录船舶的螺旋桨、舵以及侧推器的特性及运行情况 (2) 环境数据 环境条件记录的内容包括：水深、波浪(浪级，涌浪的周期及方向)、海流、能见度以及其他气象、水文情况,二、观测与记录,(3) 试验数据 应对有关试验的数据进行观测，并以每次不超过20秒的间隔进行记录，这些数据包括：位置、航向、船速、舵角及转舵速率、螺旋桨转速、螺旋桨螺距以及风速等。试验中还要对每次记录发出的时间信号进行记录,二、观测与记录,停船试验是指船舶在试验速度时，进行全速倒车，直至船舶对水完全停止的试验。其目的是评价船

13、舶的停止惯性。 1. 试验方法 (1) 保持船舶直线定常航速；发令之前记录初始船速、航向角、及推进器转速等； (2) 发令，将主机由全速进车转为全速倒车； (3) 船舶开始减速，当船舶对水速度为0时，可结束一次试验。,停船试验(Stopping test),2. 特征参数 停船试验结果可以下图的形式表示。其纵坐标为距离，横坐标也为距离。从图中可直接给出下列特征参数。,停船试验(Stopping test),一、舵力,第二节 舵的性能,（+）,（-）,PL,PR,PN,PD,PT,PD阻力（N）,PL升力（N）,PR舵力（N）,PN正压力（N）,PT摩擦力（N）,舵角（）,VR舵叶对水速度（m/

14、s）,AR舵叶浸水面积（m2）,舵,二、影响舵力大小的因素1、舵与船体间的相互干扰 尾部船体两侧，相当于增加了舵叶面积，从而使舵力增加。舵与船尾越近，增加越明显。2、伴流的影响 船体周围的部分水追随船舶运动而形成的水流称伴流。它使舵力下降。 伴流的特点是：近大远小、上大下小、左右对称。船舶前进时，首部为零，自首至尾逐渐扩大，船尾最大；倒航时船尾为零。 单车单舵船，前进中突然停车，因伴流过强造成舵力极度下降，甚至出现无舵效的现象。,舵,二、影响舵力大小的因素3、螺旋桨排出流的影响 因螺旋桨排出流比船速高得多，大大提高了舵叶与水的相对速度，极大地增加了舵力。 注意：双车单舵船因排出流对舵力几乎不产

15、生作用，当船舶在靠离泊作业、船速很低时几乎没有舵效。4、船舶旋回中的舵力下降 一是：船舶绕旋回圈中心进行回转时，在舵叶处存在一个漂角，使水流的有效流入角减小。 二是：船舶在回转中绕自身转心运动时，使舵叶附近的水流对舵的冲角减小。,舵,二、影响舵力大小的因素5、使舵力减小的流体现象 （1）失速现象：当达失速舵角或临界舵角时，舵升力骤然下降。 （2）空泡现象：当舵的背流面压力下降至该温度下的汽化压力时，在舵的背流面产生空泡现象，使升力减小。 （3）空气吸入现象：在舵叶表面吸入空气、产生涡流而使舵力下降。6、舵的尺度、形状等因素对舵力的影响 临界舵角的大小与舵的高宽比（即纵横比、展舷比）密切相关。高

16、宽比越大，提高了小舵角的保向性。但过大，将导致临界舵角变小，从而引起过早失速。 高宽比一般选择在1.41.9之间。,2、狭义1）操舵后船首偏转情况，即控向效应（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,舵 效,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。,2）狭义概念：,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

17、。 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Vs：人工操舵3kn，自动舵8kn；,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,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；,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。,影响舵效的因素,