侧推器及其效应

侧推器及其效应
船舶静止中侧推器效应
– 单独使用一个侧推器的 效应
单独使用首侧推器产生侧 推力,船舶横向运动状态 发生变化,船舶将产生横 向阻力,船首将绕船中位 置转动; 单独使用尾侧推器时,其 效应与单独使用首侧推器 的情况类似.
侧推器及其效应
侧推器效应及技术指标
– 侧推器失效船速
侧推器效应随着船速的增加而降低 一般首侧推器失效船速为4～6kn. 首侧推器和尾侧推器的效率受船速的影响不尽相同, 一般首侧推器受船速的影响要比尾侧推器要大,失 效船速要高一些.
舵效
影响舵效的因素
– 舵角 – 舵面积比 – 舵速
舵速Ⅴr等于: Ⅴs-Wr+Ⅴrx (Ⅴs-船速 Wr-舵叶处的伴流速度 Ⅴrx- 排出流流速的轴 向分量) ,在船速低时通过提高主机转速方法来提高舵速度.
– – – –
吃水 纵倾与横倾 舵机特性 其他因素
舵效
舵效指数
– 舵效的好坏与船舶旋回性,追随性密切相关. 当初始操舵时,回转角加速度将主要取决于 K/T值的大小(舵角一定), K/T反映了单位舵 角所能产生的角加速度大小,通常称为舵效指 数,即K大T小,舵效好.
舵力及舵力转船力矩
冲角不大时正压力 N可以表示为 冲角不大时正压力P
1 2 PN = ρV AR fα sin α 2
舵力及舵力转船力矩
舵力产生条件
– 舵速 – 有效攻角
PR PN L
舵力分解
– – – – 舵力P 舵力 R 正压力P 正压力 N 阻力(纵向) 阻力(纵向)D 升力(横向) 升Biblioteka Baidu(横向)L
侧推器及其效应
船舶前进中侧推 器效应
– 尾侧推器的转船 力矩要大得多, 其转船效果要比 首侧推器好很多
侧推器及其效应
船舶静止中侧推器效应
– 同时使用双侧推器效应
转船效率比单独使用首或尾侧推器的效率高得多; 若首,尾侧推力的大小,方向相同,位置距离船中 相等,则将不产生转船效应,仅产生横移效应.
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船尾舵的性能
舵与船体之间的相互干扰
– 船舶操舵后,舵周围出现的压力变化,即左右两 侧的压力差将波及到尾部船体两侧,使船体也产 生了左右的压力差,这相当于增加了船尾舵的舵 力. – 据Gawn的研究,这种船体和舵之间的相互干扰 的结果将使船尾舵的舵力比单独舵的舵力提高约 20～30%,而且船尾的钝材越大,舵与船尾的间 隙越小,这种效果越显著.
舵平衡系数(k)
– 舵面积在舵轴前后的比例关系.
舵的几何要素
舵轴线
舵面积(AR )
– 舵面积比(A R / L pp d)
br
展弦比 (λ): 舵平衡系数(k)
h b
br 4
tr
∧
1 / 4 弦线
bt 4 bt
tt
舵的种类
按照舵抛面的结构分类:
– 平板舵; – 流线型舵; – 特种舵.
按照舵的支撑结构分类:
– 多支撑舵; – 双支撑舵; – 半悬挂舵 – 悬挂舵等等.
舵的种类
半平衡舵
– 舵宽和舵高的一部分分布在 舵轴之前; – 这种舵的性能介于普通舵和 平衡舵之间.
舵的种类
平衡舵
– 舵宽的一部分分布在舵轴前 方; – 水动力作用中心距离舵轴较 近,故转舵力矩较小; – 舵轴上的支撑点较少,故强 度较小.
舵效
舵效的概念
– 操舵后,会引起船首回转,横向移动,船速下 降,船体横倾等现象,广义上,舵效即为船体 对舵的响应. – 狭义上,舵效,操一舵角后船舶在一定时间, 一定水域内船首转过的角度大小.
舵效的判断
– 如能在较短的时间,较小的水域内转过较大的 角度,认为舵效好,否为差.
船尾舵的性能
船舶旋回中的舵力 降低
侧推器概述
– 侧推器的构造
广泛采用的侧推器为 一种槽式侧推器 槽道与船舶纵舯抛面 垂直,其中装设螺旋 桨
侧推器及其效应
主要内容:
– 侧推器概述
– 侧推器效应及技术指标 – 船舶静止中侧推器效应 – 船舶后退中侧推器效应
侧推器及其效应
船舶进港船速逐渐降低的过程中,操舵产生的舵 力转船力矩逐渐减小,控制航向的能力逐渐变差. 为了解决这个问题产生了另一种产生转船力矩的 方法,即在船上安装侧推装置,简称为侧推器. 侧推器可以作为船舶的辅助操纵装置,广泛应用 于港内船舶操纵.靠离码头中船舶的横向移动, 航道内低速航行时调整航向,抑制倒车过程中的 船首偏转等都是侧推器在船舶操纵中的具体应用. 侧推器适用于靠离泊操纵频率较高的船舶,如滚 装船,大型客船,大型集装箱船以及部分化学品 船舶和油船等等.
D PT d
α
U
b
Xp
舵的水动力特征
舵力及舵力转船力矩 使舵力减小的流体现象 船尾舵的性能
舵的几何要素
舵面积(AR )
– 舵的外形轮廓所包围的面积 – 一般用舵面积比(A R / L pp d)来考察舵对船舶操 纵性的影响..
展弦比 (λ):
– 舵高(h)在舵翼中称为翼展,舵宽(b)称为翼弦, – 对于矩形舵,其展弦比为舵高与舵宽之比;
舵及其效应
船舶控制方向的主要手段; 船舶控制方向的主要手段; 用舵进行的操纵: 用舵进行的操纵:
– 小舵角使船舶保持其航向; 小舵角使船舶保持其航向; – 中舵角改变其航向; 中舵角改变其航向; – 大舵角进行旋回. 大舵角进行旋回.
侧推器及其效应
侧推器概述
– 侧推器的构造
广泛采用的侧推器为 一种槽式侧推器 槽道与船舶纵舯抛面 垂直,其中装设螺旋 桨
– 旋回中的降速,导致 舵处的来流速度下降, 舵力下降; – 旋回中舵处的有效冲 δ 角减小(即有效舵角 α 减小).
Va
βa
VG
β
P
V
G
r O
船尾舵的性能
排出流的影响
– 排出流的影响与伴流的影响相反; – 螺旋桨排出流增加了舵处的来流速度,从而提高 了舵力.
船尾舵的性能
伴流及其影响
– 伴流是船体周围的水部分地随船舶运动而形成的 水流,伴流方向与船舶运动方向相同者称为正伴 流;反之,则称为负伴流. – 按其形成的原因可以分为摩擦伴流,势伴流和兴 波伴流. – 伴流影响使舵的正压力降低.
– 船舶最大旋回角速度 – 启动时间和换向
侧推器及其效应
侧推器概述
– 侧推器工作原理及侧推力
侧推力的大小与槽道内单位时间的流量有关,流量 越大,侧推力越大; 侧推器的功率越大,侧推力也越大; 糟式侧推器在船速为零时能产生最大的侧推力,有 航速时有效推力下降; 侧推力的大小还与船舶载重状态有关.
提高舵效的措施
降低船速的同时增加螺旋桨的转速.
– 降低船速舵速同时降低了伴流的影响,且使船舶进距 有所减小; – 增加螺旋桨转速不但增加了螺旋桨的滑失比,同时也 使螺旋桨尾流速度增大,进而增加了舵速. – 由于船舶惯性较大,船速的增量在有限距离内是有限 的.
船舶在港内宽度和深度受限的直航道中航行时, 船速不宜过高,可以在船尾系带一拖船协助减速, 同时增加螺旋桨转速,以提高舵效.
舵的种类
普通舵
– 舵的全部面积分布在舵轴的 后方; – 水动力作用中心距离舵轴较 远,故转舵力矩较大,所需 舵机功率较大. – 舵轴上的支撑点较多,故强 度较大.
舵的种类
古老的舵
舵的种类
普通舵 平衡舵 半平衡舵
舵及其效应
舵的种类及几何要素 舵的水动力特征 舵力作用于船舶的效果 舵效及舵效指数 影响舵效的因素
侧推器及其效应
船舶后退中侧推 器效应 首侧推器的转船 力矩要大得多, 其转船效果要比 尾侧推器好很多
侧推器及其效应
船舶前进中侧推器效应
– 尾侧推器的效应 – 单独使用尾侧推器时,水动力中心逐渐向前移动,力 偶臂逐渐变长,虽然有效推力逐渐降低,但与首侧推 器比较,有效侧推力相同时,尾侧推器的转船力矩要 大得多,其转船效果要比首侧推器好很多; – 故船舶前进中应使用尾侧推器来调整航向; – 随着船速的增加,尾侧推器也有失效的问题,这种失 效不是由于力偶臂的减小引起的,而是由尾侧推器附 近的流态造成的.
侧推器及其效应
船舶前进中侧推器效应
– 首侧推器的效应 – 单独使用首侧推器产生侧推力,船舶横向运动状态发 生变化,产生横移速度,即产生漂角,使船舶处于斜 航状态.由于船舶前进中水动力中心在船中之前,随 着船速的提高,水动力中心逐渐向前移动,且有效侧 推力也逐渐降低,转船效应也不断降低. – 理论上,当船速提高至水动力中心达到首侧推器的位 置时,首侧推器失去效应. – 实际上,随着船速的提高,水动力中心还未达到首侧 推器位置之前,其已经不能发出有效侧推力,即首侧 推器失去转船效应.
舵力减小的流体现象
失速现象(Stall) 失速现象( ) 一般说来, 一般说来,随着舵角的增 舵的升力系数C 大,舵的升力系数 L和阻 力系数C 力系数 D均具有增大的趋 势,可是当舵角达到某一 舵角时, 舵角时,由于流经舵背面 的水流从舵的后缘之前严 重地与舵的背面剥离, 重地与舵的背面剥离,从 而出现强涡时, 而出现强涡时,舵升力系 则将骤然下降, 数CL则将骤然下降,这种 现象叫作失速现象. 现象叫作失速现象.
舵力减小的流体现象
空气吸入现象(aeration)
– 在舵的背面吸入空气,产生涡流,使舵力下降的 现象,称为空气吸入现象. – 空气吸入现象多发生在舵的上缘与水面接近或高 出水面且速度较大的情况下,这也是一种降低舵 力的有害现象.
舵力减小的流体现象
空泡现象(aviation)
– 当使用大舵角或舵的前进速度相当大时,特别是 舵的前缘横截面曲率较大时,舵的背面压力出现 剧烈下降,当下降至或接近于该温度下的汽化压 力时,在舵的背面将产生空泡现象. – 空泡现象会造成舵叶的侵蚀损坏.
侧推器及其效应
侧推器概述
– 侧推器的布置及功率
某8100TEU 集装箱船配有一个首侧推器和两个尾侧 推器 首侧推器最大可以给出294kN(30t)的推力; 两个尾侧推器也总共给出294kN 的推力.
侧推器及其效应
侧推器概述
– 侧推器结构
侧推器及其效应
侧推器概述
– 侧推器的布置
侧推器及其效应