船舶操纵螺旋桨
船运货螺旋桨原理
船运货螺旋桨原理
螺旋桨是船舶推进装置中最常用的一种推进方式,典型的双螺旋桨型推进装置是有四个螺旋桨组成的双螺旋桨系统,可将机舱中的动力传送至船身外侧的流体,使车辆的行驶产生压力,从而达到推进的目的。
螺旋桨的主要原理是:当螺旋桨轴沿其轴线旋转时,螺旋桨叶片会逐渐将流体高速旋转,从而形成推进力,即反作用力。
另外,螺旋桨叶片可以使流体在船体周围产生一个旋转扭矩,从而实现横移和转向的操控。
螺旋桨的结构一般由心窝、轴和叶片组成,螺旋桨心窝是由铸铁等材料制成,叶片是把外形设计为吸水护叶的环形片,以提高螺旋桨的划水效果,这些叶片由锻铁、钢板或铝制成,安装在螺旋桨的轴上。
螺旋桨旋转的过程中,会产生一个转向扭矩,其运行原理也很简单:轴心旋转一周对应着船体得到一次推力,螺旋桨叶片旋转形成叶面积从小到大,这时给水流施加的力矩变大,使船舶能受到推力;叶片又从大变小时,给水流施加的力矩就变小了,使船舶沿着船舷受到偏转的力矩,可使船舵上下摆动,因此可大大缩短船舶操纵的时间。
而在偏航时也可用该原理来使船舶控制。
螺旋桨的优点在于叶片划水效率较高,因此它能迅速将动力转化成推进力,可以大大减小轴系的功率损失,也可以提高船体行进的灵活性和速度稳定性,保证船舶在波浪较大时仍具有良好的抗摇性。
另外,因为它较轻,耐磨性良好,安装维修方便,对于运输大量货物的船舶来说,是极佳的选择。
船用螺旋桨 标准-概述说明以及解释
船用螺旋桨标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分是文章引言的一部分,主要目的是介绍船用螺旋桨标准这个话题,并提供一些背景信息。
在这部分,我们需要说明船用螺旋桨的作用和重要性,以及为什么有必要制定标准来规范其设计和使用。
船用螺旋桨是船舶中的一个重要部件,它通过推动水流来产生推进力,使船舶能够在水中移动。
它的设计和性能直接影响船舶的速度、操纵性和燃油消耗等方面的性能指标。
随着船舶工程技术的发展和船舶使用环境的不断变化,对船用螺旋桨的要求也越来越高。
船用螺旋桨标准的制定就是为了确保船用螺旋桨的设计和使用能够符合一定的技术要求和安全标准。
标准可以提供设计和制造船用螺旋桨的依据,确保螺旋桨的结构和性能能够满足各种船舶的需求,并在使用过程中能够保证船舶的安全和稳定性。
此外,船用螺旋桨标准的制定还可以推动技术的创新和发展。
通过对各种船用螺旋桨的设计和使用经验的总结和归纳,可以不断优化标准,提高螺旋桨的性能和效率。
同时,标准还可以促进船用螺旋桨制造商和船舶运营商之间的合作与交流,推动行业的进步和发展。
综上所述,船用螺旋桨标准的制定对于确保船舶的运行安全和提高船舶性能具有重要作用。
在接下来的文章中,我们将对船用螺旋桨的定义、分类、设计原则和要求进行详细的介绍,同时讨论船用螺旋桨标准的重要性,并提出一些建议和改进来完善这一标准。
文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构文章按照以下结构来展开对船用螺旋桨标准的讨论。
第一部分是引言,用来引出文章的主题和目的。
在引言中,我们将概述船用螺旋桨的概念、分类以及与船舶设计和运行的关系。
同时,我们将介绍本文的结构和目的,以帮助读者了解本文的内容和意义。
第二部分是正文,主要包括船用螺旋桨的定义和分类,以及船用螺旋桨的设计原则和要求。
在这一部分中,我们将详细介绍船用螺旋桨的不同类型和应用领域,以及设计时应考虑的相关因素。
我们将探讨螺旋桨的性能参数和性能评价标准,并讨论如何提高螺旋桨的效率和可靠性。
船舶操纵重点
2、描述船舶旋回运动状态的运动要素
1) 漂角(drift angle)
船舶首尾线上某一点 的线速度与船舶首尾面的交 角叫做漂角,如左图所示。 船舶在首尾线上不同点的漂 角是不同的,在船尾处,由 于其横移速度最大,因此漂 角也最大。但通常所说的漂 角是指船舶重心处的线速度 Vt与船舶首尾面的交角,也 就是船首向与重心G点处旋回 圈切线方向的夹角,用B表示 之。一般船舶的漂角大约在 3°~15°之间。
第二节 船舶操纵方程及船舶操纵性指数
一、船舶操纵运动方程
Tŕ+r=Kδ
式中: K —— 旋回性指数(s-1); T —— 追随性指数(s); r —— 旋回角速度(1/s); ŕ —— 旋回角加速度(1/s2); δ —— 舵角(°)。
该方程最早是由日本学者野本谦作提出的,因此也称为野 本 方 程。 该式 中 , T 称之 为 船舶 的追 随 性指 数 (turning lag index),单位为s;K称之为船舶的旋回性指数(turning ability index)。
无因次化后的船舶操纵性指数K’、T’由于已经除去了船 舶尺度与船速的影响,故可直接用来比较不同船舶或同一船舶在 不同条件下的操纵性优劣及其变化趋势;反过来说,当两船的K、 T指数相等时,要使其操纵性能也相同,其船长和船速也应相同。
对于具备一般的操纵性能的船舶在满载状态下的K’、 T’应处于下列数值范围之内:
4) 旋回直径(final diameter) 旋回直径是指船舶作定常旋回时重心轨迹圆的直径, 亦称旋回终径,并以D表示之,它大约为旋回初径的0.9~ 1.2倍。 5) 滞距(reach) 亦称心距。正常旋回时,船舶旋回直径的中心O总较操 舵时船舶重心位置更偏于前方。滞距是该中心O的纵距,并 以Re代表之,大约为1~2倍船长,它表示操舵后到船舶进入 旋回的“滞后距离”,也是衡量船舶舵效的标准之一。
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率船舶驱动系统中的螺旋桨是推动船舶前进的关键部件,其水动力学和推进效率直接影响到船舶的性能和能源消耗。
本文将从螺旋桨的水动力学原理、螺旋桨的设计与优化以及推进效率的提高等方面进行论述。
一、螺旋桨的水动力学原理螺旋桨是通过利用船舶上的动力来产生推力,进而推动船舶前进。
其工作原理是基于流体力学的一系列原理与方程。
螺旋桨在水中旋转时,会对周围的水流产生扰动,扰动会引起水流的变化,从而产生推力。
螺旋桨的推力主要通过两部分来实现:一是反作用力,即推进物体(船舶)时的力的反作用;二是动压力,即螺旋桨叶片的旋转将周围的水流加速带动起来,形成一个水流的后向压强。
螺旋桨的推力大小与旋转速度、叶片数目、叶片形状、叶片的攻角、桨距等因素有关。
合理地设计这些参数可以提高螺旋桨的推进效率。
二、螺旋桨的设计与优化螺旋桨的设计与优化是提高推进效率的关键。
通过科学合理地设计螺旋桨的叶片形状、旋转速度、攻角等参数,可以使螺旋桨尽可能地利用动力将水流转化为推力,并降低能量损失。
在螺旋桨的设计过程中,需要考虑以下几个因素:1. 叶片形状:螺旋桨的叶片形状对推力的产生和水动力性能有着重要影响。
通常采用的叶片形状有固定式、可调式和可变式等,根据船舶的使用需求选择合适的叶片形状。
2. 叶片角度:叶片角度也称攻角,是指叶片相对于进流方向的偏角。
不同的叶片角度对螺旋桨的推力和效率有不同的影响。
合理选择叶片角度可以提高螺旋桨的推进效率。
3. 桨距:桨距是指螺旋桨上相邻两个叶片之间的距离。
合理选择桨距可以使螺旋桨在转动时形成合适的水流,提高推进效率。
4. 螺旋桨的旋转速度:螺旋桨的旋转速度对船舶的速度和推进效率有直接影响。
适当调整螺旋桨的旋转速度可以使船舶在不同工况下获得最佳的性能和经济效益。
三、推进效率的提高推进效率是指船舶单位动力产生的推进力与单位能源消耗之间的比值。
提高推进效率可以降低船舶的能源消耗,减少对环境的污染。
船舶的工作原理
船舶的工作原理船舶作为水上运输工具,在现代交通中扮演着重要角色。
它们通过特定的工作原理实现航行和货物运输。
本文将介绍船舶的工作原理,涵盖推进力、浮力、航行稳定以及船舶控制等方面。
一、推进力推进力是船舶前进的关键因素。
在水中航行时,船舶需要克服水的阻力,并产生足够的推力来向前行驶。
常见的推进力机制有以下几种形式:1. 螺旋桨推进力螺旋桨是船舶最常见的推进器件。
它通过螺旋型叶片的旋转,将水推向相反方向,从而产生反作用力推动船体前进。
螺旋桨的旋转速度和叶片的角度可以调整,以适应船舶的不同速度和方向需求。
2. 水喷推进力水喷推进是一种通过向后喷射水流来产生推进力的机制。
常见的应用是在高速船或喷气式飞机上。
通过喷射水流,船舶可以产生强大的推力,从而实现高速航行。
3. 水动力推进力水动力推进是利用水的动力学原理来产生推进力的机制。
例如,帆船利用风的动力对帆进行调整,从而产生推进力。
这种推进力的发挥需要充分利用风的方向和力量。
二、浮力浮力是船舶能够漂浮在水面上的基本原理。
根据阿基米德原理,当一个物体浸入液体中时,它所受到的浮力等于所排除的液体的重量。
船舶的设计和体积使其能够排除足够的水,从而产生与其重量相等的浮力,使得船舶能够浮在水面上。
三、航行稳定航行稳定性对于船舶的安全和运营至关重要。
船舶需要保持平衡,以避免侧翻或失去控制。
以下几种因素影响着船舶的航行稳定:1. 重心船舶的重心位置对于航行稳定性有着重要影响。
重心过高会使船舶不稳定,容易倾斜,而重心过低则会导致船身不够稳定。
通过合理设计和货物分布,船舶的重心位置可以得到控制,以保持航行稳定。
2. 填水与排水填水和排水是调整船舶重心和浮力的重要手段。
通过填充或排空船舱中的水,可以对船舶的浮力和重心进行调节,以保持航行稳定。
3. 船体形状船体的形状对于航行稳定性有着重要影响。
例如,船舶的船首设计成尖形,可以减少水的阻力,提高航行的稳定性。
此外,船舶的船宽、船高和船身曲线等因素也会影响其航行稳定性。
船舶操纵课件--第2章操纵手段的作用及其运用教学案例
低速时,伴流逐渐减小,则伴流横向力可忽略;沉深横向力和排出流 横向力使首右偏。则,综合作用是沉深横向力和排出流横向力使船首右偏。
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三、螺旋桨的致偏效应及其运用
(3)伴流横向力的产生条件 由上述分析可见,如果伴流为0,则,螺旋桨上下叶的攻角相同,则,
不产生横向力,则,伴流横向力的产生条件为有伴流存在。 (4)伴流横向力的方向 对于右旋螺旋桨,进车时,首向右;倒车时,首向左。 对于左旋螺旋桨,进车时,首向左;倒车时,首向右。
其中Vp=Vs-ωp
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二、滑失和船速
(2)滑失比 定义:螺旋桨的滑失S与理论进速nP之比称为滑失比Sr,既:
Sr=nPnPVp
滑失与滑失比中的螺旋桨进速Vp若用船速Vs代替,得出的结果分别称 为虚滑失或虚滑失比。
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二、滑失和船速
(3)滑失在操纵中的应用 由此可见,滑失是衡量螺旋桨推进效率的重要指标。滑失越大,螺旋
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三、螺旋桨的致偏效应及其运用
3、排出流横向力 螺旋桨进车时,排出流作用在舵上; 螺旋桨倒车时,排出流作用在船体上;
(1)排出流横向力的产生机理 进车时 舵的X方向进速为
V R= XV S-R V RX
ΔVRX—在舵叶处由于螺旋桨旋转引起的轴向增速。 倒车时 倒车时,旋转的排出流打在船体尾部。由于船尾形状上大下小,致使
QXpp121214Dt3pp41D2pwp12uw2p20u.27nD0p.72nDCpQ2C T
船舶螺旋桨形式ppt课件
叶片裂纹或断裂
由于材料缺陷、超载或交变应力等原 因,导致螺旋桨叶片出现裂纹或断裂 。
螺距误差
由于螺旋桨桨叶的螺距制造误差或运 转时的变形等原因,导致螺旋桨螺距 与设计值不符。
螺旋桨故障的诊断方法
振动分析法
通过分析船舶的振动情况,判断螺旋桨是否 存在故障。
温度检测法
通过检测螺旋桨附近的温度,判断是否存在 过热或异常升温。
创新设计
通过数值模拟和实验研究,探索新型螺旋桨的设计理念和方 法,以适应未来船舶航行需求的变化。
THANKS
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螺旋桨的作用
通过旋转螺旋桨,产生向前的推 力,使船舶得以前进、后退或保 持静止状态。
螺旋桨的种类与特点
种类
根据不同的分类标准,螺旋桨可分为 多种类型。如按桨叶数目可分为单桨 和双桨;按推进方式可分为前置推进 、后置推进和侧置推进等。
特点
不同类型的螺旋桨具有不同的特点和 应用场景。例如,单桨适用于中低速 航行的大中型船舶,双桨则适用于高 速航行的小型船舶。
在维修或更换螺旋桨时,需遵循相关安全操作规程,确保人员
和设备安全。
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船舶螺旋桨的故障诊断与排除
螺旋桨的常见故障及原因分析
振动过大
由于螺旋桨桨叶的安装误差、制造缺 陷或螺旋桨运转时的不平衡等原因, 导致船舶振动过大。
效率下降
由于螺旋桨的表面腐蚀、水生物附着 或泥沙磨损等原因,导致螺旋桨的推 进效率下降。
声音诊断法
通过听螺旋桨运转时的声音,判断是否存在 异常。
压力检测法
通过检测螺旋桨附近的水流压力,判断是否 存在异常。
螺旋桨故障的排除与修复
清洗和修复
更换损坏的叶片
对螺旋桨表面的水生物和泥沙进行清洗, 修复腐蚀和磨损部分。
船舶操纵
4.4 船舶操纵控制船舶操纵是指船舶驾驶员根据船舶操纵性能和风、浪、流等客观条件,按照有关法规要求,正确运用操纵设备,使船舶按照驾驶员的意图保持或改变船舶水平运动状态的操作。
下面介绍现代船舶航向控制和船舶主机遥控操纵。
4.4.1 船舶操纵基本原理船舶操纵是一个大系统,由人、船舶和操船环境三个小系统构成,如图4–24所示。
该系统中,船舶驾引人员是主要组成部分,他们通过掌握和处理大量信息,将操船指令输人船舶,使船舶保持或改变运动状态而达到预期的目的。
图4–25为船舶驾引人员操纵船舶流程。
图中信息A 为本船运动状态,信息B为自然环境,信息C 为航行环境,信息D 为操船手册。
操纵船舶运动的机构,主要有舵和推进动力装置。
舵是船舶操纵的重要设备,操舵者通过操舵可以使船舶保持或改变其航向,达到控制船舶方向的目的。
推进器是指把主机发出的功率转换为推船运动的专用装置或系统,目前应用最广泛的推进器是螺旋桨。
螺旋桨分为等螺距螺旋桨、变螺距螺旋桨、固定螺距螺旋桨(FPP )和可调螺距螺旋桨(CPP )等不同类型。
20世纪50年代以来,船舶自动化经历了单元自动化、机舱集中监测与控制以及主机驾驶室遥控等几个阶段。
随后,由于计算机技术和自动化技术在实船上的应用,以及空间技术和通信技术的发展,使得船舶自动化由机舱自动化朝综合自动化和智能化方向发展。
螺旋桨转速舵 角锚的使用缆的使用拖船的使用图4–25 船舶操纵流程图4.4.2 船舶航向控制船舶航向控制的主要任务有二:一是保持航向;二是航向跟踪。
航向操纵部分——自动操舵系统自1922年自动操舵仪(也称自动舵)问世到今天,已经历了机械式自动舵、PID 自动舵和自适应自动舵三个发展阶段,目前正处于第四个研究发展阶段——智能自动舵。
1. 自动操舵系统1) 常规PID 自动舵在航海自动化系统中,船舶是系统的调节对象,若略去动力装置的影响,船舶运动状态的调节,将由舵来实现,并从船首方向表现出来。
船舶操纵与避碰
~~离码头(准备工作,操纵要领) 确定离泊方法:顶流较缓,有吹开风,泊位 确定离泊方法 前方较清爽,船首开出15°左右船尾的车 舵与码头无碍时,均可采用首离法。自力或 使用拖船尾离时,车舵已与码头无碍,因而 可以自由机动。尾离是更为普遍的离码头方 法,静水港内更是如此。 b. 掌握摆出角度 控制前冲后缩
~~岸方系泊设备 岸壁式码头 桩基码头 分离墩基码头 突堤码头 浮码头 系船墩 系船浮
~~靠码头 靠码头(准备工作,操纵要领) 靠码头 控制抵泊余速:船首抵泊位中点(N旗)的余速, 控制抵泊余速 以不足2kn为宜 合理选择横距: 合理选择横距:一般初始横距应大于3倍船宽 调整好靠拢角度: 调整好靠拢角度:一般重载船顶流较强靠泊时, 靠拢角宜小,以降低入泊速度并减轻拢岸力; 空船、流缓吹开风时,靠拢角宜大,以减低 风致漂移,并保证有足够的入泊速度;吹开风 靠拢角调小,吹拢风时靠拢角调大些.
二、 船舶速度
额定航速:额定功率,水深充足条件下船舶所能达到 的静水速度 海上船速:船舶在海上航行采取的速度(通常为额定 速度的96%~97%) 港内速度:港内船舶需要频繁变速,所以港内航行要 调低速度便于调速(70%~80%海上速度) 速度的测定:船舶在运营后或修理后都要进行测定其 速度(需要测空载和满载情况下的8个档位的速度)
~~互见中的行动规则 ~追越局面形成必满足三个条件:
方位:后船位于前船正横后大于22.5°的任一方向 上; 距离:后船位于前船尾灯能见距离范围之内; 速度:后船速度大于前船速度。
~追越态势中:追越船始终应承担让路船的责任 ~在受限水域中:两船间的避让责任通常以被追越船
鸣放“一长、一短、一长、一短”的声号,追越船 实施追越时开始生效。
~~对遇局面:
当两艘机动船在相反的或接近相反的航向上相遇致 有构成碰撞危险时,各应向右转向,从而各从他船 的左舷驶过。 对遇局面形成的判断: 根据两船间相互的位置予以判断 ; 根据他船号灯或相应形态予以判断 对当时的局面持有怀疑应认为对遇局面形成
船舶操纵
推力
推力
推力
外旋式
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内旋式
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(2)FPP双车船多为外旋式安装。
推力
拉力
推力
拉力
SWT 外旋式
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SWT
SWT 内旋式
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SWT
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(3)CPP双车船多为内旋式安装。
推力
拉力
推力
拉力
SWT 外旋式
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4.2 螺旋桨的偏转效应
航运学院 陈厚忠
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4.2.1沉深横向力、伴流横向力、排出流横向力及 推力中心偏位横向力 4.2.1.1沉深横向力(SWT)
产生原因:螺旋桨和水面距离较近,在其旋转过程中 空气混入,导致上下半圆水密度不同,上小下大,从 而导致上下桨叶所受水动力不同。
总结:推力中心偏位的方向与螺旋桨旋转方向一致。 影响因素:船舶前进中,船速越高、转速越高,推力偏位越 明显。
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4.2.2右旋式单车船静止中、前进中、后退中倒 车产生的现象及原因
4.2.2.1由静止至高速航行整个过程中的偏转趋 势
SWT
WT RST
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武汉理工大学航运学院
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4.2.1.3排出流横向力(RST)
排出流的特点:旋转加速。
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武汉理工大学航运学院
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作用方向
对于右旋FPP船,无论螺旋桨正转/反转,RST推尾向左,首 向右; 左旋单桨船则反之。
船舶操纵性能(理论2)
沉深横向力的大小与沉深比密切相关。当h/D>0.65~0.75时,该力很小;当h/D<0.65~0.75时,随着h/D的减小,该力将明显增大。此外,该力的大小还随桨叶进速的降低、转速的提高而增大(即滑失速度增大时,该力变大);相同的转速下,倒车时沉深横向力比正车时大。该横向力受螺旋桨工况影响(即螺旋桨处水面遮蔽程度、桨叶切面形状等桨致偏作用
1. 单螺旋桨船横向力
1).沉深横向力:螺旋桨桨轴中心线距水面的垂直距离h 称为螺旋桨的沉深。沉深 h 与螺旋桨直径D 之比h/D 称为沉深比。
原理:
当螺旋桨临近水面或部分桨叶露出水面工作时,桨叶扰动水面,掀起波浪,吸入空气,使得上下桨叶所处的流场不同,下桨叶所处的流场中的水密度大于上桨叶所处的流场水密度。下桨叶产生的水动力大于上桨叶,下桨叶的旋转阻力大于上桨叶。上下桨叶的旋转阻力的差值就是沉深横向力。
结论:
对于右旋单车船而言,进车时该力推尾向右,使船首向左偏转;倒车时,使船首向右偏转。左旋式单车船偏转方向与此相反。
2).伴流横向力
船舶航行期间有一股随船前进的水流,这股水流称为伴流.
伴流除降低舵力、提高桨之推力外,还产生横向力.
原理:
船舶前进时,船尾螺旋桨盘面处伴流流速分布规律是:上大下小,左右对称.由于伴流的这种特点,使得螺旋桨工作时,上桨叶进速较低,冲角较大,水动力较大,旋转阻力也大.相反,下桨叶旋转阻力较小.这种因伴流的影响而出现的上下桨叶的旋转阻力的差值而构成的横向力,称为伴流横向力.该力通过桨轴作用与船尾.
结论:
船舶前进中进车,船速越高,伴流上下的速度差也就越大,则伴流横向力也就越大. 船速一定时,转速提高,该力也增大.
此外,该力大小与螺旋桨盘面内伴流分布的均匀程度密切相关.具有U 型船尾、导流管以及
船用螺旋桨控制方法或系统
船用螺旋桨控制方法或系统1、螺旋桨翻身装置螺旋桨翻身装置,包括上托架、下托架、中间轴、螺帽。
所述的中间轴以其底部与下托架固定连接,中间轴上部制成楔状并在圆面部设有螺纹,该螺纹与螺帽相配,中间轴的顶端和底端分别设有上吊耳和下吊耳,所述上托架中间部位设有与中间轴楔状部位相匹配的成型圈孔,上托架以其成型圈孔套装在中间轴上的楔状部位,螺帽旋在中间轴上并通过垫圈压紧在上托架上,构成螺旋桨翻身装置。
通过将螺旋桨装入上下托架后,用螺帽压紧,吊起翻身时吊索不接触螺旋桨,彻底解除了对桨叶产生的损坏及发生吊索割断的现象,改变了原有螺旋将翻身吊装方法,是桨叶翻身一次创新性的工艺改造,对于批量造船,专业化造船具有很强的实用价值。
2、可控螺距船用螺旋桨的控制方法和控制系统一种控制具有引擎的船只的可控螺距船用螺旋桨螺距的方法,包括以下步骤:提供动力停止模式以在船只前进时快速减小船速;和将螺旋桨螺距调节为完全倒退位置,同时引擎动力在船只从前进运动转换到船只减小的前进速度的整个过程中都可用。
本发明还公开一种用来控制包括引擎的船只的可控螺距船用螺旋桨螺距的系统,包括:可从前进位置移动到倒退位置的驱动致动器;用来调节螺旋桨螺距的控制器,以使螺距处于完全倒退位置;和其中控制器通过监测致动器的移动来判断动力停止需求,并且根据动力停止的判断用来将螺旋桨螺距调节到完全倒退位置,同时引擎动力在从船只前进移动转换到船只减速的整个过程中都可用。
3、一种螺旋桨升降及换向装置一种螺旋桨升降及换向装置,螺旋桨与升降杆的下端相连接,升降杆设置在转动套中,升降杆与转动套的设置方式为:升降杆可以在转动套内上下移动,而升降杆与转动套之间不能相互转动,转动套活动设置在位于船尾的固定套中,转动套的上端伸出固定套,在伸出固定套部分的转动套上设置有转向杆,转向杆与固定在船尾的一液压油缸的活塞杆相连接,升降杆的上端通过连接支座与固定在转动套上的另一液压油缸的活塞杆相连接。
船舶操纵知识点归纳
{(1)定常旋回阶段第一章船舶操纵性基础1、定义:保向、改向、变速。
2、船舶操纵性能:①变速性能:(1)停船性能(2)启动性能(3)倒车性能②旋回性能③保向性能④航向稳定性能3、一些主要概念:①转心:转轴与船舶首位线交点(垂足)通常位于船首之后1/3L (船长)它的位置稍有移动②通常作用在船上的力及力矩:水动力、风动力、舷力、推力③漂角:船舶运动速度与船首位线的夹角4、①水动力及其力矩:水给予船舶的运动方向相反的力②特点:船前进时,水动力中心在船中前船后退时,水动力中心在船中后③附加质量:惯性质量及惯性矩大型船舶纵向附加质量≈0.07m (m 为船的质量)附加惯性矩≈1.0Iz (Iz 为船的惯性矩)④水动力角:水动力方向与船首位线的夹角它是漂角的函数,随它漂角的增大而增大⑤水动力中心大概位置:前进平吃水:漂角为0时,中心在船首之后1/4L (船速越低,越靠近船中,前进速度为0时,在船中)后退平吃水:漂角为0时,中心距船中1/4L⑥水动力距:与力矩系数水线下面积、船体形状有关力矩系数是漂角的函数5、船体阻力摩擦阻力→主要阻力占70%—90%速度越大,其值越大(与V 2成正比)兴波阻力(低速时:与V 2成正比;船高速时:急剧增大)涡流阻力空气阻力:约占2%附体阻力6、船舶的变速性能①停船性能(冲程):与惯性有关②冲程:往往是对水移动的距离(对水移动速度为0)③一般万吨船:倒车停船距离为6—8L倒车冲程:5万:8~10L 10万吨:10~13L 15—20万吨:13~16L④当船速降到60%~70%时,转速降到25%~35%倒车⑤换向时间:从前进三到后退三所需时间汽轮机:120s~180s 内燃机:90s~120s 蒸汽机:60s~90s7、船舶的旋回性:转船阶段①旋回圈:过渡阶段—变速旋回阶段{剩余阻力:附加阻力:{②旋回初径:操舵后航向转过180°时,重心移动的横向距离一般为3~6L③旋回直径:船定常旋回时,重心轨迹圆的直径通常为旋回初径的0.9~1.2倍④进距:开始操舵到航向转过任一角度,重心移动的纵向距离通常为旋回初径的0.6~1.2倍⑤横距:指操舵让航向转过任一角度,垂心所走的横向距离约为旋回初径的1/2倍⑥制距:操舵开始时的重心位置到定常旋回率重心的纵向距离1~2L(2)船舶旋回运动是舷力的横向分量、水动力横向分量共同作用的结果(3)船舶旋回运动中的性能:降速车旋回的初始阶段:内倾;定常旋回:外倾旋回时间:旋回360°所需的时间;万吨级船旋回时间约为:6min(4)影响旋回特性的因素:①方形系数大旋回性好旋回圈小②船首水线下面积多旋回性好旋回圈小③船尾有钝材或船首瘦削旋回性差旋回圈大④舵面积大旋回性好旋回圈小⑤吃水增大横距、旋回初径增大,反移量减小⑥横倾,影响较小:低速时,向底舷一侧旋回旋回性好高速时,向高舷一侧旋回旋回性好船速低于某一值时,旋回圈加大⑦浅水:水变浅阻力加大转船舵力作用小旋回圈大旋回性变差⑧旋回圈在实际操船中的应用:反移量(kick ):向操舵相反一舷移动的距离0.1~0.2L (10%~25%L )9、操纵指数:k r r T =+.(T :追随性指数.r :r 的导数角速度<r>的加速度k:旋回性指数)阻尼力矩惯性力矩=T (T 大,惯性大,实际操舵中T 越小越好)阻尼力矩转舵力矩=k (k 大,转舵效应好,实际操舵k 越大越好)无因次的k’、T’)(')('v L T T v L k k ==(k/T 表示舵效){{第二节航向稳定性及保向性1、船向稳定性定义:船受外力干扰,干扰消失后,不用舵的前提下,船能自动恢复直线运动①恢复到原航向平行的航向航向稳定性(方向稳定性)稳定性②彻底恢复到原航行完全相同的航向上③直线稳定航向稳定性:方形系数低,长/宽高的船航向稳定性好瘦船稳定性好船首侧面积大航行稳定性差(例如:球鼻首bulous)2、保向性概念:船首线运动受外力干扰通过用船纠正使其恢复到原航向与航迹上继续做直线运动一般来说:航向稳定性好的船保向性好3、影响保向性因素瘦船好浅吃水差船尾肥大(有钝材)好干舷高差尾倾较首倾好轻载比满载保向性好(如有风,另当别论)船速高好水深浅好逆风逆流好第三节变速性能补充1、启动性能:静止定常运动定常速度v、所需距离与排水量成正比,与v2成反比,与阻力成正比经验:满载启动距离20L轻载为满载的1/2~2/32、减速性能:停车冲程:对水速度为0通常对水移动能维持舵效的最低速度,即认为停船万吨级船2节、超大船3节,即认为停船一般货船停船冲程8~20L、超大船停船冲程20L3、制动性能:前进三后退三变螺距船CPP是FPP船紧急停船距离的60%~80%总结:排水量大停船距离大船速大停船距离大污底严重停船距离小主机功率大停船距离小顺流顺风停船距离大第四节船舶操纵性试验1、旋回试验:在直航情况下,左35°或右35°,使船旋回旋回试验的目的:测定旋回圈,评价船舶旋回性2、冲程试验冲程条件:风流小水深≥3Bd 采用投掷法测定倒车使船停下(这种试验)要求船首改变90°3、螺旋试验、逆螺旋试验该试验目的,判断船舶航向稳定性好坏逆螺旋试验:求取船舶达某一回旋角速度所需舵角4、Z 性试验该试验主要评价船舶首摇抑制性,也可测定旋回性,追随性,航向稳定性获得操纵性指数第五节IMO 要求1、①对旋回性:进距<4.5L 旋回初径<5L操10°舵角航向改变10°时的进距<2.5L②对停船性:全速倒车停船距离<15L超大船倒车停船距离<20L③对于首摇抑制性、保向性3、Z 型试验结果:左右10°舷角第一超越角:a 、当L/v <10s 时:<10°b 、当L/v >30s 时:<20°c 、当10s <L/v <30s 时:[5+21(L/v )]°第二超越角:a 、当L/v <10s 时:<25°b 、当L/v >30s 时:<40°c 、当10s <L/v <30s 时:<[17.5+0.75(L/v )]°第三章车、舵、锚、缆、拖船第一节螺旋桨(propeller )1、关于阻力的补充摩擦阻力占到70%~80%,它与大约船速1.852的次方成正比2、吸入流与排出流①进入螺旋桨的流吸入流:范围广、流速慢、流线平行②螺旋桨排出的流排出流:范围小、流速快、水流旋转3、推力有船速关系(还与滑失有关)推力:排出流对船的反作用力船速一定,螺旋桨转速高推力大螺旋桨转速一定,船速高推力小4、滑失:螺旋桨对水实际速度与理论上能前进速度之差理论速度滑失滑失比=螺旋桨推力主要取决于其转速及滑失比。
船舶操纵第三章汇总
四、功率与船速
PD
PB
1、功率
1)主机功率PB: 指主机发出的最大功率。 2)受到功率PD: 指主机功率经过传递装置
传至螺旋桨处的功率。 3)推进功率PT: 指船后螺旋桨发出的功率。 4)有效功率PE: 指克服阻力所需要的功率。
16
第一节 螺旋桨及其效应
2、效率
1)传递效率ηS:指收到功率与主机功率的比值。
(xW 为水动力中心距船中的距离)
36
第二节 舵及其效应
四、 舵效及舵效指数
1、 舵效的概念 前进中的船舶操舵后在单位进距内航向角 变化量的大小;或前进中的船舶操舵后单 位航向角变化量时进距的大小。 航向角变化量大或进距小舵效好,反之则差 。
2、 舵效指数 舵效指P≈0.5K‘/T’ 对于一般船舶P>0.3; 对于大型油船P>0.2。
右旋定距桨 进车和倒车时,Yd指向左舷 左旋定距桨 进车和倒车时,Yd指向右舷
24
第一节 螺旋桨及其效应
3、伴流横向力
F
Q~P
X P
2nr
u
v p
2nr
v
p
A
X P
v p
A
u
(a)
F
Q~ P
(b)
25
螺旋桨伴流横向力小结
螺旋桨处伴流速度上大下小
桨叶所受旋转阻力上大下小
右旋定距桨
前进中进车,Yω指向左舷 前进中倒车,Yω指向右舷
第一节 螺旋桨及其效应
n2πr
2)螺旋桨进速
由于伴流的存在,则 螺旋桨的对水速度为:
VP
V
V
V 1 V V
VP V 1P
式中:
VP — 螺旋桨进速 V — 船速
船螺旋桨原理
船螺旋桨原理
船螺旋桨是船舶主要的推进装置,它利用螺旋桨叶片的旋转来推动水流,产生
推进力,从而推动船舶前进。
螺旋桨的设计原理和工作原理对船舶的性能和效率有着重要的影响。
本文将介绍船螺旋桨的原理和工作原理,以及其在船舶推进中的作用。
螺旋桨的原理是基于牛顿第三定律和流体动力学原理。
当螺旋桨叶片旋转时,
叶片与水流之间会产生相对运动,根据牛顿第三定律,水流会对叶片产生一个反作用力,从而推动船舶前进。
螺旋桨叶片的设计和布局能够影响推进力的大小和方向,进而影响船舶的速度和操纵性能。
螺旋桨的工作原理是将动力源(如发动机)提供的动力转化为推进力。
动力源
通过轴传递动力给螺旋桨,使其旋转,螺旋桨叶片与水流相互作用,产生推进力,推动船舶前进。
螺旋桨的工作效率取决于叶片的设计和布局、转速和水流条件等因素。
螺旋桨在船舶推进中起着至关重要的作用。
其设计和工作原理直接影响船舶的
性能和效率。
合理的螺旋桨设计能够提高船舶的推进效率,减少燃料消耗,提高航行速度,改善操纵性能。
因此,螺旋桨的选择和设计对船舶的性能有着重要的影响。
总之,螺旋桨作为船舶的主要推进装置,其原理和工作原理对船舶的性能和效
率有着重要的影响。
合理的螺旋桨设计能够提高船舶的推进效率,改善航行性能,降低能耗。
因此,深入理解螺旋桨的原理和工作原理对于船舶设计和运营具有重要意义。
轮船螺旋桨运行原理
轮船螺旋桨运行原理
轮船螺旋桨是用来推动或操纵船舶运动方向的重要装置。
它的运行原理是基于流体力学的工作原理,也就是通过螺旋桨叶片在水中的旋转,产生推进力或者旋转力,从而带动整个船体运动或者改变运动方向。
螺旋桨通常由一组由2、3或4片弯曲的叶片组成,这些叶片与轮船的船身成一定角度并浸入水中。
当轮船的螺旋桨开始旋转,叶片便会不断地向前移动,将水从前面挤出,形成一个高压区。
这个高压区会向后推进,产生一股反作用力,从而推动轮船向前移动。
螺旋桨的切线速度越高,推力就越大。
推力的大小不仅取决于螺旋桨面积和转速,还取决于所使用的螺旋桨叶片的形状和数量、浸入水中的深度,以及水的密度和粘度等。
螺旋桨的推力方向与其转动方向相反,所以,如果要推进轮船一定速度,螺旋桨就必须以一定的转速运转。
不同的轮船和不同的工作场合需要不同的螺旋桨设计和运用方案。
此外,螺旋桨也可以用来控制船舶航向。
当螺旋桨的叶片向右旋转时,船尾会向左移动,从而使船头向右转。
反之,当叶片向左旋转时,船头就会向左转。
总之,轮船螺旋桨是用来推进和操控船舶运动的重要装置,其运行原理基于流体力学的工作原理。
螺旋桨的推力大小和方向取决于其设计和运用方案,不同的轮船和不同的工作场合需要不同的螺旋桨设计和运用工艺。
轮船中螺旋桨的原理
轮船中螺旋桨的原理轮船螺旋桨是现代航海技术中重要的部分,它是控制船只行进速度和方向的关键装备。
它利用水动力学原理来推动船只移动,同时可以通过调整桨叶的角度来改变行进方向和速度。
下面是轮船螺旋桨的原理介绍。
轮船螺旋桨由桨轴、桨叶及导叶组成。
桨轴是转动螺旋桨的主轴,连接主机动力传动系统和螺旋桨连接器。
桨叶则是负责将主机输出的动力转化为水动能,推进水流,产生推力以推动船只前进。
每个桨叶的形状和角度可以通过可调节的导叶来调节,以适应不同的运行状态和海况。
轮船螺旋桨的原理是基于流体动力学的。
当螺旋桨旋转时,桨叶与水的接触面积产生了速度差,这使得水在桨叶上方和下方分别形成了高速和低速的气旋。
在水动力学的作用下,高速水流在螺旋桨后方形成了低压区域,而低速水流则在螺旋桨前方形成了高压区域。
当螺旋桨的转速越快,推动水流的速度也就越快,这样就会形成越大的负压区域和正压区域。
在负压区域中,自然会吸引水流使之向螺旋桨移动,产生推动力。
同时,在正压区域也会产生一定的推力,但是由于这里水流的速度比较低,所以推力相对较小。
调节导叶角度在实际运行过程中,导叶的角度可以根据不同的运行状态和海况进行调节。
调节导叶角度可以调整和控制螺旋桨推进水流的速度和效率,以实现最优化的推进效果。
在二次流卡式螺旋桨中,通过调节导叶的角度,可以将高速水流聚集在螺旋桨后侧,使水流尽可能地受到牵引,最大限度地提高推力效率。
总结轮船螺旋桨是一种运用流体力学原理来推进船只的装置。
它的原理是通过螺旋的桨叶,产生水流速度的差异,形成负压和正压区,从而推动船只前进。
通过调整导叶的角度,可以调整螺旋桨的推进效率和速度。
总的来说,轮船螺旋桨是当前航海技术中不可或缺的一部分,它为船只运输和海上交通提供了强有力的支持。
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螺旋桨工作原理
• 螺旋桨前后流场特点
螺旋桨工作原理
• 吸入流(suction current)的特点:
– 流速较慢; – 范围较宽; – 流线几乎相互平行。
• 排出流(discharge current)的特点:
– 流速较快; – 范围较小; – 水流旋转激烈。
螺旋桨推力与转矩
• 机翼升力条件:
操纵设备及其效应
• 操纵设备包括车、舵、锚、缆、拖轮等, 有些船舶还配备了侧推器以及特种推进装 置等。
• 最常用的操纵设备是推进器和舵 • 本章内容
– 车、舵、侧推器、拖轮特性及其运用的 基本知识
推进器
• 推进器的种类
– 明轮 – 螺旋桨, – Z型推进器 – 平旋式推进器 – 喷水式推进器
推进器
滑失与滑失比
• 影响滑失的因素
– 滑失与船速有关,而船速与船舶的阻力有关,阻力越大, 船速越低,滑失越大。因此船舶污底越严重、遭受的风 浪越大,滑失也越大。
• 滑失的作用
– 滑失能够提高螺旋桨推力,回收一部分(伴流)能量 – 滑失越大,螺旋桨的推进效率越低。
• 滑失在操纵中的应用
– 可利用螺旋桨的滑失提高船舶的舵效。 – 注意避免使主机超负荷工作而损坏主机。
– 直径(D) – 螺距(P):螺旋桨旋转一周所前进的距离,指理论螺距,一般以螺
旋桨半径的0.7 倍处的螺距作为整个螺旋桨的螺距。 – 螺距比(P/D):螺距与直径的比,一般在0.6~1.5 之间 – 盘面比:桨叶投影面积与直径为D 的圆面积之比。 – 桨叶数目3~6
• 螺旋桨 种类
– 固定螺距桨FPP – 可变螺距桨CPP
船速分类
• 额定船速
– 主机以额定功率和转速在深水中航行的静水船速; – 是船舶在深水中可以使用的最高船速。
• 海上船速
– 主机以海上常用功率和转速在深水中航行的静水船速; – 为了留有一定的储备,主机的海上功率通常定为额定
功率的 90%,主机的海上转数通常定为额定转数的96~ 97%
• 经济航速
• 滑失与螺旋桨在理论上应能前进的速度的比值称之 为滑失比Sr(slip ratio),即: Sr=S/nP=(nP-Vp)/nP=1-Vp/nP
• 滑失与滑失比中的螺旋桨进速Vp若用船速Vs代替, 得出的结果分别称为虚滑失或虚滑失比。
• 虚滑失比是表征不同航行状态下作用于螺旋桨负荷 的参数,船舶在海上航行时,船上经常用虚滑失比 来计算船速,一般以百分数表示滑失比。
主机功率
• 主机功率分类
– 机器功率(Machinery Horse Power)MHP
• 指示功率(Indicated Horse Power)IHP • 制动功率(Brake Horse Power)BHP • 轴功率(Shaft Horse Power)SHP
– 收到功率Delivered Horse Power)DHP – 推力功率(Thrust Horse Power)THP=T•Vp – 有效功率(Effective Horse Power)EHP =R•Vs
敞水桨推力与转矩
J=Vp/nD
KT 10KQ
进速系数
0.8
KQ
0.6 KT
0.4
0.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 J
螺旋桨推力与转矩
• 伴流影响
– 伴流分布:
• 沿船体前后方向,船首最小、船尾最大,离船体越远,伴流越 小;
• 船尾处沿螺旋桨的径向,上大下小,左右对称
– 船速与螺旋桨进速
– 以节约燃油、降低成本为目的,根据航线条件等特点 而采用的速度。
船速分类
• 港内船速
– 主机以港内功率和转速在深水中航行的静水船速; – 也称为备车速度或操纵速度 – 在港内航行,“微速前进”的功率与转速是 主机能发
出的最低功率,最低转速; – 一般港内船速要比海上船速低,其主要原因:
• 港内航行阻力增大,为了减小主机扭矩而降低船速; • 港内机动航行时频繁用车,为了保护主机而降低转速; • 一般港内最高主机转速为海上常用转速的 70~80%, 港内倒车
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
推进器
• 螺旋桨
螺旋桨及 主机功率与船速 • 螺旋桨的致偏作用
螺旋桨及其工作原理
• 螺旋桨又称螺旋推进器,构造简单、重量轻、效率高 • 主要参数
– 伴流对提高螺旋桨推力是个有利因素
推力与转矩
• 螺旋桨对船体的影响(推力减额)
– 船尾螺旋桨工作时,其产生的水流柱,引起船体尾部流 速加快,压强降低,从而使船体阻力产生增值,这部分 增加的阻力称为阻力增额。
– 计算时常处理为推力减额
滑失与滑失比
• 滑失S是指桨理论上应能前进的速度与对水的实际 速度Vp之差,即: S=nP-Vp=nP-Vs(1-ωp) 其中,
最高主机转速为海上常用转速的 60~70%
测速
• 水域:
– 专用测速水域 – 深水域
• 航法
– 应沿与测速标方位垂直的航向行驶
• 载态与车速
– 通常需测定满载、合理压载等常用吃水条件状 态的前进一、前进二、前进三时的船速
主机功率
• 主机功率关系
– 螺旋桨收到功率DHP与机器功率MHP的比值称为 传递效率,其值通常为0.95~0.98。
– 有效功率EHP与收到功率DHP之比称为推进器效 率,该值约为0.60~0.75。
– 有效功率EHP与主机机器功率MHP之比称为推进 系数,该值约为0.5~0.7。这就是说,主机发出 功率变为船舶推进有效功率后己损失了将近一半。
– n为螺旋桨的转速; – P为螺旋桨的螺距; – Vp为螺旋桨对水的实际速度; – Vs为船对水的速度; – ωp为螺旋桨处的伴流系数,其值大约在0.2~0.4之间。
滑失与滑失比
• 有的文献中,也将滑失定义为螺旋桨旋转一周在轴 向所前进的实际距离hp=Vp/n即进程与螺旋桨螺 距P的差值。
滑失与滑失比
– 来流速度V
– 来流的冲角
F
L
D V
敞水桨推力与转矩
• 敞水桨推力(thrust)示意
dL dT
dQ r
f b n2pr
S
nP Vp
敞水桨推力与转矩
• 敞水桨推力(thrust)
– T=n2D4KT
• 敞水桨转矩(torque)
– MQ= n2D5KQ
• KT为推力系数, KQ为转矩系数, 由水池试验求得