减摇装置介绍

4）
图 6 舭龙骨的位置和形状 place and shape of bilge keel
○1 舭龙骨 bilge keel ○2 舭外板 bilge strake ○3 覆板 cover plate ○4 舭龙骨板 bilge plate ○5 圆钢 round steel bar
○1
○2
○31
（a）U 型减摇水舱
○5
（b）槽型减摇水舱
图 1 减摇水舱结构形式
被动水舱的工作原理是使设计的水舱内振荡的固有频率等于船 横摇的固有频率，这样在共振的情况下，水舱是随船一起运动，而 水舱里的水的运动滞后横摇角 90 度。同时，当船横摇的固有频率等 于波浪的扰动力距频率时，也发生共振，这时船的横摇角滞后波浪 力距 90 度。这样水舱里的水的运动就滞后波浪扰动力矩 180 度。也 就是说水舱里的水的重量引起的稳定力矩方向恰好和波浪扰动力矩 方向相反，从而使共振区横摇减小。这就是所谓的“双共振减摇原 理”。
为了避免鳍上发生空泡，鳍应位于水下尽可能深的位置。
当鳍因其他原因不能位于船舯时，鳍的位置向前比向后好，因
为船体前半部分的周围流场受扰动较小，边界层较薄，因此对有效
鳍面积影响较小。
上面谈到的两点是对减摇鳍整体的把握，其实影响减摇鳍减摇
效率有很多因素，结构也比较复杂。减摇鳍是国内外研究人员对减
摇装置研究的主要对象，设计出的形状也很多。但目前，国外主要
○1 水泵马达 motor of water pump ○2 水泵叶片 blade ○3 伺服系统 servo system ○4 左舷开闭阀 switch valve of port
○5 右舷开闭阀 switch valve of starboard
○1
○2
○3
○4
○5
图 3 可控主动式减摇水舱
总之，减摇水舱对改善低速船、海上作业的浮动平台等特种船 舶的横摇性能具有独特的优点。
二．舭龙骨 在船体舭部列板外侧，沿船长方向并垂直于舭板安装的纵向构 件称为舭龙骨。船舶在波浪中航行时产生横摇，安装舭龙骨可以有 效减小船舶的横摇，它是一种结构简单、应用最广的防摇、减摇装 置。 A．舭龙骨的分类及其结构形式 舭龙骨的结构形式主要有两种，即单板舭龙骨和双层板空心舭 龙骨（又称三角式舭龙骨），如图 4 所示：
采用以下几种典型的减摇鳍：
（1）沃斯泼（VOSPER)中小型舰船不可收放式减摇鳍。 （2）丹尼-布朗（DEANY-BROWN)中型舰船可伸缩减摇鳍。 （3）丹尼-布朗-AEG 可收放式减摇鳍。 （4）斯贝利（SPERRY)可收放式减摇鳍。
图 11 不可收放式减摇鳍 non-retractable fin stabilizer
○1 鳍角液压缸 hydraulic fin cylinder ○2 鳍角反馈装置 fin angle feedback set ○3 顶板 top plate ○4 舭外板 bilge strake ○5 鳍 fin ○6 鳍轴 fin-shaft ○7 摇臂 rocker arm ○8 伺服阀 servo valve
被动减摇水舱仅在中等海况和在船舶初稳心高 h 限定范围以 内，以很接近船舶固有频率附近提供有限的减摇效果，最好的减摇 效果可达 60~70%。离开共振区效果显著下降，在较长的遭遇周期 上使横摇角增加。它的优点是设备简单、费用低及在任何航速下均 有一定的减摇效果。
为了改善被动水舱的减摇性能，还有一种是可控被动减摇水舱。 主要是在水舱通道上安装节流阀，通过横摇传感装置调节阀门开启 和关闭的程度，控制水的流量，使这种减摇水舱比被动水舱能在较 宽的频率范围内有效工作。
图 2 可控被动减摇水舱 controllable passive anti-rolling tank
○1 通气管 air pipe ○2 气阀开闭机构 switching device of air valve ○3 气阀罩 air valve cover ○4 液面限位装置(阀开放位置) water lever limit device (position of
○1
○3
○4 ○16
○2 ○7
○6 ○5
○8 ○9
○10 ○11
○14
○15
○12 ○13
图 12 折叠收放式减摇鳍
需要指出的是由于减摇鳍装置复杂，造价昂贵，一般只用于军
船和一些对减摇要求非常高的船舶。 我国从六十年代中期开始从事减摇鳍的研究和制造，现在已有
相当的发展。大批舰船装备了自行设计制造的减摇鳍。值的一提的 是，著名的“哈尔滨”号上的减摇鳍就是由哈尔滨工程大学自行研 究设计的。
图 9 鳍的分类 B．鳍的安装 鳍在船上最理想的位置是船舯的舭部。原因是鳍和横摇中心之 间的距离最大；舭部是唯一可提供安装不可收放鳍的地方，使鳍限 制在船外框线以内，避免鳍遭遇碰撞。一般对不可收放式鳍的安装 有一要求，保证避碰角βf 不大于 5 度，（如图 10）。
β
图 10 鳍安装简要示意图
鳍在船舯位置，避免船舶操舵运动的相互影响。
○1 ○2 ○8
○3
○4
○7
○6 ○5 图 12 折叠收放式减摇鳍图 1fo1ld不in可g收re放tr式ac减ta摇bl鳍e fin stabilizer
○1 鳍收放液压缸 retracting hydraulic cylinder ○2 鳍箱 fin box ○3 鳍角反馈装置 fin angle feedback set ○4 收放传动臂 retracting driving arm ○5 上十字头支座 upper crosshead backing ○6 主密封 main sealing element ○7 鳍收放口 fin access ○8 舭部外板 bilge strake ○9 鳍 fin ○10 下十字头 lower crosshead ○11 十字头箱 crosshead box ○12 下十字头支座 lower crosshead backing ○13 副鳍转动轴 slewing shaft ○14 鳍轴 fin shaft ○15 副鳍 aileron ○16 吊箱眼板 eyeplate, hoisting pad
图 1 减摇水舱结构形式 construction form of anti-rolling tank
○1 U 形水舱 U-shape tank ○2 连通管 communicating pipe ○3 节流阀 throttle valve ○4 连接水柜 connecting tank ○5 槽形水舱 flume tank
转鳍传动装置、控制系统等部分。 A．鳍的分类和应用特点 减摇鳍分为开襟式（或称带襟翼的）鳍和非开襟式（整体式）
鳍，如图 9 所示。对于 1000 吨以下的中小型船舶，多采用不可收放 鳍，鳍展弦比较小（λf=0.5~1.0），可转大角度提升升力，又考虑鳍 结构尽量简单，所以常常选择非开襟式鳍。对于大型船舶的减摇鳍， 鳍展弦比较大（λf=1~2），鳍角受升力失速和空泡限制。为了提高 升力和抑制空泡，常常采用后缘开襟式鳍，在提供同样升力情况下， 开襟式鳍的转鳍功率比非开襟式鳍要小，但结构简单。
valve open)
○5 连通水柜 communicating tank ○6 液面限位装置(阀封闭位置) water lever limit device (position of
valve close)
○3
○6
○1 ○2 ○4
○5
图 2 可控被动式减摇水舱
B．主动式减摇水舱 为了克服被动式减摇水舱的一些不足，有人提出了主动式减摇 水舱。 主动式减摇水舱原理是依靠角速度陀螺感应船的横摇角速度信 号，控制阀伺服机构，控制阀张开的大小由泵将水从一舷打到另一 舷的水量建立稳定力矩。 主动式减摇水舱所需设备很多，主要包括控制系统、伺服系统、 测水舱内水头或压力、水流速传感器、大功率的泵和原动机等。可 见装置比较复杂，并且费用比较高，所以还没有在实际中应用。 图 3 可控主动式减摇水舱 controllable active anti-rolling tank
图 8 NE044 舭龙骨安装简图 从上两图很容易看出舭龙骨（BILGE KEEL）不应超出船横剖面 的最大边框线，它平均是取（3~5%）B，一般在 0.3~1.2 米 之间（图 中为 400mm）。 其次是长度对减摇效果的影响。通常舭龙骨的长度约为 L/4~L/2，但因各类船型不同，其长度存在一有效值。当超过有效值 时再增加其长度，舭龙骨效能变化不大。原因是靠船首尾的舭龙骨 处在船舭部曲率减小的位置，故阻尼力矩很小。 三．减摇鳍 减摇鳍是各种减摇装置中减摇效果最好的一种，效果最好的可 达 90%以上。例如，1985 年英国“玛丽皇后”号船在大风浪条件下 进行了减摇鳍性能试验。当减摇鳍工作时，船的横摇角平均 2 度左 右，而减摇鳍不工作时，横摇角 25 度。可见减摇效果是相当可观的。 减摇鳍是属于主动式减摇装置，其构造主要包括机翼型的鳍、
图 6 舭龙骨的位置和形状
无论单板舭龙骨或双层板空行舭龙骨，其腹板于船体舭板的连 接必须采用扁钢过渡。过渡扁钢的厚度与靠近船体的舭龙骨腹板厚 度相等，扁钢宽度应不小于 10 倍厚度。舭龙骨腹板与扁钢之间的焊 脚尺寸应该不小于板条与外板之间的焊脚尺寸。从而保证舭龙骨破 坏时，首先在腹板与过渡扁钢之间产生断裂破坏，并保护船体外板 的完整性。舭龙骨的布置还应该注意与外板边接缝错开（详细可以 参看图 7）。
图 4 舭龙骨的两种类型
图 5 NE044 舭龙骨局部近照 一般舭龙骨宽度小于等于 550mm 时宜采用单板舭龙骨,单板舭 龙骨的自由边缘应加筋进行加强,多采用Φ30mmX5~Φ40mmX6 的 钢管（如图 4），也有用半圆钢、扁钢等的（见图 5）；而舭龙骨宽度 大于 550mm 时，宜采用双层板空心舭龙骨，其两腹板之间的夹角
图 7 NE044 舭龙骨详细尺寸图 舭龙骨纵向端部应在船体刚性构件附近结束，并且端部应在其 3~4 倍宽度的范围内逐渐减小舭龙骨的宽度，以减小结构突变引起 的应力集中。 B．舭龙骨的位置、尺寸对减摇效果的影响分析 “舭龙骨”顾名思义是安装在船体舭部的，但为什么是安装在 舭部而不是安装在船底或是舷侧呢？这个问题值得我们思考。 早在百余年前，贝克等人曾在船的侧面、舭部和底部等处装舭 龙骨进行试验，试验表明装在舭部的舭龙骨减摇效果最好。分析原 因是舭部距船重心 G 最远；舭部曲率大，此处流速较大，因此提高 了舭龙骨引起的阻尼力矩。 对减摇效果有影响的另一个因素是舭龙骨的尺寸。首先，舭龙 骨的宽度对其减摇效果有影响。因为舭龙骨引起的附加阻尼随宽度 增加而增大，下图是 NE044 舭龙骨安装图：
减摇装置介绍
近百余年来，人们一直致力于研究减缓船舶摇摆的措施。世界 各国先后研究了近百种不同形式的减摇装置。但目前世界上广泛采 用的仅是减摇水舱、舭龙骨和减摇鳍，其中居垄断地位的是减摇鳍， 其减摇效果最佳。下面分别对上述三种减摇装置进行介绍。
一．减摇水舱 减摇水舱主要分为被动式减摇水舱和主动式减摇水舱两种。 A．被动式减摇水舱 将靠近船舯部两舷的水舱在底部用管道连接起来，舱内注入适 量的水。利用船本身的横摇运动而引起水舱内水的物理运动来产生 稳定力矩。它不要任何动力，所以称为被动式减摇水舱。它是各类 减摇装置中比较简单、造价较便宜的一种。 被动减摇水舱（以下简称被动水舱）最常用的是 U 型水舱和槽 型水舱（见图 1）。
宜为 20~25 度，两腹板夹角的边缘用Φ40mmX6~Φ50mmX6 的钢 管 加 强 （ 见 图 4 ）。 两 腹 板 之 间 应 设 置 支 撑 肘 板 ， 肘 板 间 距 为 500~1000mm，肘板不得与外板相连接，而与腹板的连接可采用塞 焊，即肘板边缘加扁钢或折弯边，腹板上开孔进行填塞焊接。（见图