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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,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,螺旋桨及其效应,螺旋桨及其工作原理 推力与转矩 滑失 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 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0.61.5 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36 螺旋桨 种类 固定螺距桨FPP 可变螺距桨CPP,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: 来流速度V 来流的冲角,敞水桨推力与转矩,敞水桨推力(thrust)示意,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,敞水桨推力与转矩,J=Vp/nD 进速系数,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 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: SnPVpnPVs(1p) 其中, 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; p为螺旋桨处的伴流系数,其值大约在0.20.4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hpVp/n即进程与螺旋桨螺距P的差值。,滑失与滑失比,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: SrS/nP(nP-Vp)/nP1Vp/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。,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。,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=TVp 有效功率(Effective Horse Power)EHP =RVs,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0.950.98。 有效功率EHP与收到功率DHP之比称为推进器效率,该值约为0.600.75。 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0.50.7。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。,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9697 经济航速 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 7080, 港内倒车最高主机转速为海上常用转速的 6070,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,测速,风流条件 尽量选择风、浪、流的影响较小时进行测速 无风、浪、流的影响时,船舶测速(对一种装载状态和一种主机转速,下同)通常需要进行一个往返; 船舶测速时如果有风流影响,为减小误差,应往返多次测速并求平均速度 仅有均匀流影响时,通常需要进行 3次; 有不均匀流影响时,通常需要进行4次。,螺旋桨的致偏作用,螺旋桨横向力 螺旋桨沉深横向力 伴流横向力 排出流横向力 推力中心偏位产生的横向力 螺旋桨横向力的致偏作用,螺旋桨横向力,沉深 螺旋桨盘面中心距水面的垂直距离称为螺旋桨的沉深h。 沉深h与螺旋桨直径D之比h/D称为沉深比。,螺旋桨横向力,沉深横向力 与桨旋转方向相同,螺旋桨横向力,沉深横向力 机理:螺旋桨上叶和下叶的沉深不同,转力也不同; 条件:h / D0.650.75 时;浅水中可能搅动海底泥沙螺旋桨沉深横向力更加明显。 作用方向:与桨旋转方向相同;右旋固定螺距螺旋桨船,进车时,指向右舷,倒车时,指向左舷; 在沉深比较小和浅水中是较大的量。,螺旋桨横向力,伴流分布特点: 左右对称 、上大下小。 伴流横向力 与桨旋转方向相反,螺旋桨横向力,伴流横向力 机理;受纵向伴流影响,螺旋桨上部桨叶相对于水的进速比下半部桨叶要低,水流的攻角相对较大,所受到的升力比下部桨叶大 条件:随转速的提高而增大,随船速的降低而减小。在船舶静止或后退中,船尾伴流可以忽略,伴流横向力也可以忽略。 方向:与桨旋转方向相反; 不论是进车还是倒车,伴流横向力均是一个较小的量。,螺旋桨横向力,排出流横向力,螺旋桨横向力,排出流横向力 机理:进车受伴流的影响,上半部排出流轴向速度较小,因此作用在舵上的冲角较大,使舵叶右侧的水动力大于左侧,造成推尾向左的横向力;倒车排出流打在船尾右舷尾外板上冲角较大,面积较为宽广,所以形成较强的冲击力 ; 条件:进车伴流存在,倒车排出流作用在船尾; 方向:就右旋FPP而言,正倒车均使船首向右偏转; 总体而言,倒车排出流横向力是较大的量,螺旋桨横向力,推力中心偏位 船尾上升斜流 推力中心将稍稍偏于旋转方向。,螺旋桨横向力,螺旋桨致偏作用,右旋固定螺距螺旋桨(FPP)单桨船的偏转趋势 静止中进车 前进中倒车 静止中倒车,螺旋桨致偏作用,静止中进车 开始船速较低 伴流横向力、进车排出流横向力以及推力中心偏位的影响均较小; 船舶在沉深横向力的作用下使船首左偏。 空船或轻载时,螺旋桨的沉深比h/D比较小,沉深横向力较大,船首左偏比较明显;重载船沉深横向力较小,则几乎不出现偏转。 船速的提高 沉深横向力减小, 伴流横向力、排出流横向力推尾向左的影响增强,将逐渐削弱甚至克服沉深横向力的作用。 不论出现左偏或右偏,均可用230舵角加以克服保证船舶直航。,螺旋桨致偏作用,前进中倒车 开始船速较高 伴流横向力的影响使船首左偏; 倒车排出流横向力使船首右偏的影响则较弱; 沉深横向力的影响使首右偏; 总体而言船舶的偏转方向不定,此时用舵就能克服偏转。 船速降低 倒车排出流横向力的影响逐渐增强, 而伴流横向力逐渐减弱, 船首将出现明显的向右偏转。 舵效极差,因此即使操舵也无效果。,螺旋桨致偏作用,静止中倒车 开始时 伴流尚未发生 倒车排出流横向力及螺旋桨沉深横向力的影响; 船首向右偏转。 退速的提高 沉深横向力的影响相对减弱 排出流横向力的影响也将因船体左侧所受水动力的影响而作用减弱。,螺旋桨致偏作用,致偏作用的运用 向右就地掉头 自力靠码头操纵 系靠单浮或单点系泊,螺旋桨致偏作用,向右就地掉头,螺旋桨致偏作用,自力靠泊操纵,螺旋桨致偏作用,系靠单浮或单点系泊,螺旋桨致偏作用,思考 CPP要达到与FPP同样的效果,如何设置转动方向?,本节要点,螺旋桨推力与转矩 船速分类、测速 滑失与滑失比概念及作用 螺旋桨横向力 (产生机理、作用方向) 螺旋桨沉深横向力 伴流横向力 排出流横向力 推力中心偏位产生的横向力 螺旋桨横向力的致偏作用,本节作业,何谓滑失?对螺旋桨推力、排出流、舵效有何影响?。 试述沉深、伴流、排出流横向力产生的原因、条件及作用规律。 绘草图说明右旋FPP单桨船利用车、舵减小掉头区的方法。 绘出倒车停船轨迹,并说明为何呈现这样的形状。,
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