武漢理工大學(xué) 輪機(jī)工程系1

1、wangkewangkewangkewangkewangkewangkewangkewangkewangke一、舵的作用：一、舵的作用： 船舶的操縱性，是船舶的主要航行性能之一。舵是船舶操縱裝置的一個(gè)重要部件。 舵是一塊平板或具有流線型截面的板，稱為舵葉。裝在船尾中縱剖面或?qū)ΨQ于中縱剖面的位置上。它垂直地浸沒(méi)在水中，并能繞舵軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 wangkewangkewangke 舵是船舶的一種十分重要和不可缺少的專用舾裝設(shè)備?？梢韵胂?，如果船沒(méi)有舵，或舵失靈，就象汽車(chē)沒(méi)有方向盤(pán)一樣，將無(wú)法行駛）在大海里任憑風(fēng)浪擺布。無(wú)主動(dòng)航向的船不僅不能保證航行的安全，而且是不能到達(dá)目的港的。wangkewangke

2、wangke 舵是舵手（駕駛?cè)藛T）用來(lái)保持或改變船舶在水中運(yùn)動(dòng)方向的專用設(shè)備。 舵有兩大功能： 一是保持船舶預(yù)定航向的能力，稱為航向穩(wěn)定性； 二是改變船舶運(yùn)動(dòng)方向的能力，稱回轉(zhuǎn)性。 通常把二者統(tǒng)稱為船舶的操縱性。 wangkewangkewangke 船舵主要由舵葉和舵桿組成。舵葉是產(chǎn)生水壓力的部分；舵桿的作用是轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉和保證舵葉具有足夠的強(qiáng)度。舵的作用原理是當(dāng)水流以某沖角沖至舵葉上時(shí)，便產(chǎn)生了流體動(dòng)力，此作用力通過(guò)舵桿傳遞并船體上，從而迫使船舶轉(zhuǎn)向，也就達(dá)到了調(diào)整航向的目的。 wangkewangkewangke 舵從帆船時(shí)代的簡(jiǎn)單平板舵發(fā)展到今天的流線型舵，不斷得到改進(jìn)，現(xiàn)普通舵和特種舵已

3、有十幾種類型。近個(gè)時(shí)期，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還出現(xiàn)了一些推進(jìn)設(shè)備也兼有舵設(shè)備的功能。 wangkewangkewangke 舵的分類：（一）按舵的支承情況來(lái)分 1多支承舵：船體尾柱連有三個(gè)以上的舵鈕； 2半懸式舵：下支承的位置在舵的半高處； 3懸式舵：掛在舵桿上； 4雙支承舵：除了上支承外還有一個(gè)安在舵根的下支承。（二）按舵桿軸線位置來(lái)分1不平衡舵 ：舵葉位于舵桿軸線之后；2半平衡舵：一般就是半懸式舵；3平衡舵：舵桿軸線位于舵葉前緣后一定的距離，一般在舵葉前緣后的13處。wangkewangkewangke（三）按舵剖面形狀來(lái)分 1. 平板舵- 僅用一塊平板做成的最簡(jiǎn)單的舵； 2. 改良形平板

4、舵- 在平板舵上以木質(zhì)板，其外形與流線型舵相似的舵； 3. 流線型舵- 舵的翼剖面是機(jī)翼型的舵，如果帶有固定舵柱的就稱為固定舵柱型流線型舵； 4. 反應(yīng)舵- 是將流線型平衡舵以螺旋軸為界，按一定流程進(jìn)行上下扭曲后的舵，據(jù)說(shuō)這種舵可以提高推進(jìn)效率4- 6左右。 wangkewangkewangkevFNFTFFLFDF 水作用力水作用力FN 舵葉兩側(cè)水壓力（舵壓力）舵葉兩側(cè)水壓力（舵壓力）FT 摩擦力摩擦力FL 升力升力FD 阻力阻力F 水作用力水作用力舵的作用原理舵的作用原理wangkewangkewangkeF 水作用力水作用力FN 舵葉兩側(cè)水壓力（舵壓力）舵葉兩側(cè)水壓力（舵壓力）FT 摩擦

5、力摩擦力FL 升力升力FD 阻力阻力F 水作用力水作用力舵的作用原理舵的作用原理wangkewangkewangke221AvCFLL221AvCFDDbCxxFL 升力升力 FD 阻力阻力Cx 壓力中心系數(shù)壓力中心系數(shù)v 水流速度水流速度舵的作用原理舵的作用原理wangkewangkewangke 轉(zhuǎn)船力矩轉(zhuǎn)船力矩 橫向推力橫向推力 阻力阻力在船舶重心上加一對(duì)大小等于在船舶重心上加一對(duì)大小等于F，方向相反的力，方向相反的力F1、F2lAvClFXFXlFMLLCDCLS221sincoscos2FT sin1FR 轉(zhuǎn)舵效應(yīng)；轉(zhuǎn)舵效應(yīng)； （1）偏轉(zhuǎn)）偏轉(zhuǎn) （2）橫移）橫移 （3）減速）減速舵的

6、作用原理舵的作用原理wangkewangkewangke1. 轉(zhuǎn)船力矩隨舵角而變化；2. 轉(zhuǎn)船力矩有最大值Mmax3. 海船的轉(zhuǎn)船力矩最大值出現(xiàn)在3035 之間； 內(nèi)河船的轉(zhuǎn)船力矩最大值出現(xiàn)在3545 之間。L升力系數(shù)D阻力系數(shù)X壓力中心系數(shù)舵的作用原理舵的作用原理wangkewangkewangke1.轉(zhuǎn)船力矩MS 水作用力 F 對(duì)船舶重心所產(chǎn)生的力矩。2.舵的水動(dòng)力矩Ma 舵壓力FN對(duì)舵柱軸線所產(chǎn)生的力矩。3.轉(zhuǎn)舵力矩M 操舵裝置對(duì)舵桿施加的力矩。4.磨擦力矩Mf 舵柱支承處總摩擦力矩。6.公稱轉(zhuǎn)舵扭矩 在規(guī)定的最大舵角時(shí)所能輸出的的最大扭矩。5.轉(zhuǎn)舵力矩M=Ma+Mf各項(xiàng)力矩的定義各項(xiàng)力

7、矩的定義wangkewangkewangke(1) 水動(dòng)力矩與舵葉的面積A和舵葉處水流速度的平方成正比，并隨舵角的增大而增大。(2) 不平衡舵因XXc，故當(dāng)船舶正航并向一舷轉(zhuǎn)舵時(shí)，水動(dòng)力矩將始終為正(指與舵葉轉(zhuǎn)向相反)，而回舵時(shí)則變?yōu)樨?fù)(指與舵葉轉(zhuǎn)向相同)。平衡舵因XcX-Z，小舵角時(shí)由于壓力中心O處于舵桿軸線的前方，故Ma為負(fù)；只有當(dāng)舵角增大到某一數(shù)值之后，Ma才會(huì)因O點(diǎn)移到軸線之后而變?yōu)檎?。舵桿軸線之前的舵葉面積A與整個(gè)舵葉面積A之比，稱為平衡系數(shù)，用K表示。圖示出了舵葉具有不同平衡系數(shù)時(shí)的水動(dòng)力矩曲線。由圖可見(jiàn)，平衡系數(shù)越大，舵葉的最大水動(dòng)力矩越小，即舵機(jī)所需的公稱轉(zhuǎn)舵扭矩較小。(3)

8、 船舶倒航時(shí)，由于舵葉后緣變成了導(dǎo)邊，壓力中心離開(kāi)舵桿軸線的距離因而增大，致使舵壓力的力臂大大增加，故在其它條件相同時(shí)，同一舵角下倒航時(shí)的水動(dòng)力矩就會(huì)超過(guò)正航時(shí)的水動(dòng)力矩。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)船船力力矩矩水水動(dòng)動(dòng)力力矩矩wangkewangkewangke 舵機(jī)是保持或改變船舶航向，保證安全航行的重要設(shè)備，一旦失靈，船舵機(jī)是保持或改變船舶航向，保證安全航行的重要設(shè)備，一旦失靈，船即會(huì)失去控制，甚至事故。因此，我國(guó)即會(huì)失去控制，甚至事故。因此，我國(guó)鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范(1996)根據(jù)根據(jù)國(guó)際海上人命安全公約國(guó)際海上人命安全公約)(SOLAS公約公約)的規(guī)定，對(duì)舵機(jī)的基本技術(shù)要求的規(guī)定，對(duì)

9、舵機(jī)的基本技術(shù)要求是：是：(1) 必須具有一套主操舵裝置和一套輔操舵裝置；或主操舵裝置有兩套以上的動(dòng)力設(shè)備。當(dāng)其中之一失效時(shí)，另一套應(yīng)能迅速投入工作。 主操舵裝置應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度并能在船舶處于最深航海吃水并以最大營(yíng)運(yùn)航速前進(jìn)時(shí)將舵自任何一舷35轉(zhuǎn)至另一舷的35 ，并且于相同的條件下，自一舷的35 轉(zhuǎn)至另一舷的30 所需的時(shí)間不超過(guò)28s。此外，在船以最大速度后退時(shí)應(yīng)不致?lián)p壞。 輔操舵裝置應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，且能在船舶處于最深航海吃水，并以最大營(yíng)運(yùn)航速的一半但不小于7kn前進(jìn)時(shí)，能在不超過(guò)60s內(nèi)將舵自任一舷的15 轉(zhuǎn)至另一舷的15 。wangkewangkewangke(2) 主操舵裝置應(yīng)在駕駛

10、臺(tái)和舵機(jī)室都設(shè)有控制器；當(dāng)主操舵裝置設(shè)置兩臺(tái)動(dòng)力設(shè)備時(shí)，應(yīng)設(shè)有兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，且均能在駕駛室控制。但如果采用液壓遙控系統(tǒng)，除1萬(wàn)Gt以上的油輪(包括化學(xué)品船、液化氣船，下同)外，不必設(shè)置第二套獨(dú)立的控制系統(tǒng)。(3) 對(duì)舵柄處舵桿直徑大于230mm(不包括航行冰區(qū)加強(qiáng))的船應(yīng)設(shè)有能在45s內(nèi)向操舵裝置提供的替代動(dòng)力源。這種動(dòng)力源應(yīng)為應(yīng)急電源位于舵機(jī)室內(nèi)的獨(dú)立動(dòng)力源，其容量至少應(yīng)能向符合輔操舵裝置要求的一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備及其控制系統(tǒng)和舵角指示器提供足夠的能源。此獨(dú)立動(dòng)力源只準(zhǔn)專用于上述目的。對(duì)1萬(wàn)Gt以上的船舶，它應(yīng)至少可供工作30min，對(duì)其它船舶為10min。wangkewangkewangke

11、(4) 操舵裝置應(yīng)設(shè)有有效的舵角限位器。以動(dòng)力轉(zhuǎn)舵的操舵裝置，應(yīng)裝設(shè)限位開(kāi)關(guān)或類似設(shè)備，使舵在到達(dá)舵角限位器前停住。(5) 對(duì)1萬(wàn)Gt以上的油船、化學(xué)品船、液化氣體運(yùn)輸船尚有如下一些附加要求：當(dāng)發(fā)生單項(xiàng)故障(舵柄、舵扇損壞或轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)卡住除外)而喪失操舵能力時(shí)，應(yīng)能在45s內(nèi)重新獲得操舵能力。 舵機(jī)可由兩個(gè)均能滿足主操舵裝置要求的獨(dú)立的動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)組成；或至少有兩個(gè)相同的動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)，在正常運(yùn)行時(shí)同時(shí)能滿足主操舵裝置要求，其中任一系統(tǒng)中液壓流體喪失時(shí)應(yīng)能被發(fā)現(xiàn)，有缺陷的系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)隔離，使其余動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)安全運(yùn)行。 有的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)雖不能分隔成兩部分，但如經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的應(yīng)力分析(包括疲勞和斷裂分析)、密封設(shè)計(jì)、材料選用和試驗(yàn)，則也可允許用于1萬(wàn)Gt以上、10萬(wàn)Gt以下的油船、化學(xué)品船、液化氣體運(yùn)輸船。在這種情況下，只對(duì)管系或動(dòng)力設(shè)備