船舶設(shè)備與系統(tǒng)舵設(shè)備課件.ppt

船舶設(shè)備與系統(tǒng)第一章舵設(shè)備,講課人:嘻嘻嘻郵箱:哈哈哈,引言,課程安排,引言,教學(xué)目的,船舶設(shè)備與系統(tǒng)是船舶與海洋工程專業(yè)的主要必修課程之一，本課程是一門多學(xué)科性的綜合性專業(yè)課程，內(nèi)容龐雜、涉及范圍廣泛、船舶標(biāo)準(zhǔn)多。學(xué)習(xí)本門課程的目的是：讓學(xué)生全面掌握船舶的設(shè)備以及各系統(tǒng)的作用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、選用方式，學(xué)會(huì)制定合理的船舶舾裝工藝方案。它是學(xué)生在本專業(yè)領(lǐng)域就業(yè)、上崗的必備能力之一，為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工作能力打下良好的基礎(chǔ)。,引言,參考資料,運(yùn)輸船舶設(shè)備與系統(tǒng)人民交通出版社船舶設(shè)計(jì)手冊(cè)（舾裝分冊(cè)）國(guó)防工業(yè)出版社船舶設(shè)備哈爾濱船舶工程學(xué)院出版社,引言,主要內(nèi)容,本課程講述內(nèi)容主要包括：舵設(shè)備、錨設(shè)備、系泊設(shè)備、拖曳設(shè)備、救生設(shè)備、起貨設(shè)備、關(guān)閉設(shè)備、船舶管路系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)、壓載系統(tǒng)、日用水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通風(fēng)、供暖、空調(diào)與制冷系統(tǒng)。,一、概述,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,四、舵葉參數(shù)的確定,本章目錄,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,六、操舵裝置,七、特種舵及其他操縱裝置,一、概述,舵是船舶操縱裝置的一個(gè)重要部件。船舶操縱性是船舶的重要性能之一，廣義上來講是泛指船舶對(duì)駕駛者操縱的反應(yīng)能力。從使用角度而言，駕駛者對(duì)船舶的操縱包括有很多：船舶的啟動(dòng)、暫停、加速、減速、倒退及直線航行，還有系帶浮筒、拖帶船舶等操作。,一、概述,船舶原理下冊(cè)的“船舶操縱性與耐波性”部分對(duì)于船舶的操縱性所做的規(guī)定為：船舶受駕駛者的操縱而保持或改變航向的性能，包括航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性。一、保持船舶預(yù)定航向的能力，稱為航向穩(wěn)定性；二、改變船舶運(yùn)動(dòng)方向的能力，稱回轉(zhuǎn)性。,一、概述,保證船舶操縱性的設(shè)備有哪些？,篙槳櫓舵?zhèn)韧破?其中舵因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，是目前使用最為廣泛的操縱設(shè)備,一、概述,舵是船舶的一種十分重要和不可缺少的專用舾裝設(shè)備?？梢韵胂螅绻瑳]有舵，或舵失靈，就象汽車沒有方向盤一樣，將無法行駛。在大海里任憑風(fēng)浪擺布。,一、概述,船用舵是平板或機(jī)翼型結(jié)構(gòu)，設(shè)于船的尾端，一般在推進(jìn)器之后。,一、概述,1.1舵的作用原理,當(dāng)水流以某攻角作用于舵葉上時(shí)，在船尾產(chǎn)生了橫向的舵力，舵力通過舵桿傳遞于船體上，從而迫使船舶轉(zhuǎn)向，也就達(dá)到了調(diào)整航向的目的。,一、概述,1.1舵的作用原理,航行中的船舶，水流在舵葉上產(chǎn)生橫向作用力，根據(jù)船舶的航向轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉，使船舶產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩，保持所需航向。,舵力產(chǎn)生的原因：,舵葉兩面流體速度不等，壓力不等。,一、概述,1.1舵的作用原理,據(jù)流體力學(xué)中的機(jī)翼理論原理，當(dāng)施右舵角后，流過舵葉兩面的水流速度發(fā)生變化，左側(cè)流速加快，右側(cè)流速減慢，從而舵葉兩側(cè)間產(chǎn)生垂直于舵葉的壓力差，此時(shí)水流對(duì)舵葉產(chǎn)生的摩擦阻力，與壓力的合力即構(gòu)成為舵力。將舵力按船舶首尾方向與其垂直方向分解，則可得起橫向作用的升力與對(duì)航進(jìn)起阻力作用的阻力。,一、概述,1.1舵的作用原理,1、影響舵力大小的因素：,2、幾何舵角：,3、最大有效舵角：,舵的進(jìn)速增大，舵力也就明顯增大；當(dāng)舵速一定時(shí)，轉(zhuǎn)船力矩隨舵角而變，一般船舶的最大有效舵角為3235左右，舵角3235又稱為使用極限舵角。,3538。,舵角、舵葉面積、舵的前進(jìn)速度(舵速)和舵的斷面形狀。,一、概述,1.2舵設(shè)備的組成與布置,舵+操舵裝置+舵機(jī)+轉(zhuǎn)舵裝置,一、概述,1.2舵設(shè)備的組成與布置,舵設(shè)備各個(gè)組成部分的作用：,舵角指示器2反映舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)角度的儀表，裝于駕駛室用以了解和監(jiān)督舵的實(shí)際位置；操舵器1是供舵工或駕駛?cè)藛T轉(zhuǎn)舵用的手柄或舵輪；傳動(dòng)裝置3是將舵機(jī)4的啟動(dòng)信息由駕駛室傳至舵機(jī)艙；舵機(jī)是帶動(dòng)舵轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械，是轉(zhuǎn)舵的原動(dòng)力；轉(zhuǎn)舵裝置5的作用是把舵機(jī)的動(dòng)力傳遞給舵；舵6是舵葉、舵桿及其支承部件的總稱。,一、概述,1.2舵設(shè)備的組成與布置,能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將舵轉(zhuǎn)動(dòng)；能限制舵的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；能將舵可靠的停止在限制舵角內(nèi)的任何位置上；能從駕駛室監(jiān)視舵位；能迅速地由主操舵裝置轉(zhuǎn)換為備用或應(yīng)急操舵裝置。整套舵設(shè)備堅(jiān)固耐用；在滿足使用要求情況下，盡量減小各部分外形尺寸和質(zhì)量。,整個(gè)舵設(shè)備在安裝完成后需滿足什么樣的使用條件？,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,舵設(shè)備,舵裝置,操舵裝置,舵葉,舵葉的支承、限位部件,操舵系統(tǒng),轉(zhuǎn)舵裝置,舵機(jī),1、按舵桿的軸線位置分類,（1）不平衡舵（unbalancedrudder）,又稱普通舵。舵葉面積全部在舵桿軸線（導(dǎo)邊）的后方。,舵壓力中心至舵軸的距離較大，有利于保持航向穩(wěn)定性。,所需轉(zhuǎn)舵力距大，海船上很少見，用于沿岸航行的小駁船。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,（2）平衡舵（balancedrudder）,舵葉面積部分在舵桿軸線的前方。用舵時(shí)起到平衡作用。,舵壓力中心靠近舵軸，所需轉(zhuǎn)舵力距小，便易于操舵，減少了舵機(jī)所需的馬力，可選擇小型舵機(jī)。,目前海船上廣泛應(yīng)用。,缺點(diǎn)：舵在工作時(shí)容易擺動(dòng)，不利于航向穩(wěn)定性。,平衡比度/系數(shù)：部分面積與全部面積之比，一般為0.2-0.3。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,（3）半平衡舵（semi-balancedrudder）,舵葉的上半部分做成不平衡舵，下半部分做成平衡舵。,半平衡舵與尾柱連接在一起，使舵比較堅(jiān)固可靠，有利于保持航向的穩(wěn)定性，比較適合于大型船舶。,當(dāng)前比較流行的航海舵就屬于半平衡舵。,平衡比度介于平衡舵和不平衡舵之間，一般為小于0.2。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,舵的類型（按舵桿的軸線位置分）,a-不平衡舵b-平衡舵c-半平衡舵,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,2、按舵葉的支承情況分類,(1）雙支承舵（doublebearingrudder）,有兩個(gè)支承點(diǎn)的舵。支承點(diǎn)可為舵承、舵托等。,上支承點(diǎn)一般是在船體上。,下支承點(diǎn)對(duì)于雙支承的平衡舵，是在舵葉下端的舵托處，對(duì)于雙支承的半懸掛/半平衡舵，是在舵葉的半高處。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,2）多支承舵（multi-pintlerudder）,多于兩個(gè)支承點(diǎn)的舵。支承點(diǎn)可為舵承、舵鈕、舵托等。,有三個(gè)以上的舵鈕用舵銷與尾柱連接，一般為不平衡舵，除船體內(nèi)的支承外，舵的重量主要由舵托支承。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,3）懸掛舵（under-hung/spaderudder）,船舶內(nèi)部設(shè)僅有上支承，無下支承。舵葉懸掛于船體下面。,舵桿受彎矩大，常用作多舵船的邊舵。,這種類型的舵從上往下逐漸變窄。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,4）半懸掛舵（partiallyunder-hungrudder）,上半部支承在舵柱或掛舵臂處舵鈕上，而下半部支承在舵葉的半高處。一般為半平衡舵。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,舵的主要類型半平衡舵不平衡舵三支點(diǎn)平衡舵穿心舵軸平衡舵半懸掛舵懸掛舵多支承舵雙支承舵,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,3.按舵葉的剖面形狀分類,1）平板舵（flat-platerudder）,又稱單板舵。舵葉是一塊鋼板或在鋼板上兩面交替安裝的橫向加強(qiáng)筋（舵臂）等構(gòu)成。,僅用于帆船、小艇上。,舵效隨著舵角的增大變壞，失速現(xiàn)象發(fā)生得早，且阻力大。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,2）流線型舵（streamlinerudder）又稱復(fù)合舵。,舵葉內(nèi)部以水平隔板和垂直隔板作為骨架。,舵葉外部用鋼板制成水密的空心體。,水平剖面呈機(jī)翼形。,阻力小，升力大，舵效高，所需的轉(zhuǎn)舵力矩大，構(gòu)造比較復(fù)雜，但應(yīng)用廣泛。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,以上介紹的舵均為普通舵，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，約70-80的船都采用流線型普通舵。1.一般大型及超大型海船多用支承或雙支承的流線型平衡舵；2.中小型船用半平衡流線型掛舵的居多；3.平板舵僅用在非自航船或小艇上。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.1舵裝置的分類,舵葉作用：產(chǎn)生舵壓力組成：舵葉旁板、垂直隔板、水平隔板、舵桿、舵銷,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.2舵裝置的主要組成部件,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.2舵裝置的主要組成部件,1)制造：,為了保證舵葉的強(qiáng)度和線型，用水平隔板和垂直隔板按線型組成骨架，將兩塊流線型的外殼板直接焊接在骨架外面。,1-舵桿2-舵板3-水平加強(qiáng)筋4-焊接襯板5-垂直加強(qiáng)筋,按規(guī)范要求，舵葉焊成后，每個(gè)密封部分都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行密性試驗(yàn)。密性試驗(yàn)前應(yīng)將舵表面打掃干凈，焊縫應(yīng)清除氧化皮及焊渣，不得對(duì)水密焊縫涂刷油漆、敷設(shè)隔熱材料及水泥等。,常用的密性試驗(yàn)方式：在一定的水柱高度條件下的灌水試驗(yàn)和充氣試驗(yàn)等。,2)防腐：,密性試驗(yàn)合格后，通常在舵葉內(nèi)灌上瀝青，以防舵葉內(nèi)部銹蝕。,3)附屬裝置：,為了灌放水和防腐瀝青在舵葉上部和下部開有小孔，并配有不銹金屬（黃銅）制成的栓塞，稱為舵底塞。,為了便于舵葉的裝卸，在舵葉上開有由鋼管構(gòu)成的繩孔或在尾端上開有凹槽。,舵桿作用：承受和傳遞作用在舵葉上力和舵給轉(zhuǎn)舵裝置的力。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.2舵裝置的主要組成部件,舵桿（rudderstock）,舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，其下部與舵葉連接，上部與轉(zhuǎn)舵裝置相連。,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,為了使舵在受損時(shí)不必拆開船體內(nèi)的部分就能修理，把舵桿分作上舵桿和下舵桿兩段制造，然后用法蘭接頭連接。,上舵桿的頂端稱舵頭。舵頭通過舵桿套筒伸至舵機(jī)室與轉(zhuǎn)舵裝置相連接。上舵桿下端是法蘭接頭，與舵葉連接。其連接形式有水平法蘭、垂直法蘭和垂直嵌接三種。,下舵桿，也稱舵的主件。在舵葉上。有些舵無下舵桿。,舵承作用：用來支持舵桿，支承舵的重量，保證船體水密的設(shè)備。按其位置可分為：上舵承、下舵承。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.2舵裝置的主要組成部件,滑動(dòng)水密下舵承,上舵承,舵承（ruddercarrier）,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,上舵承裝在舵機(jī)甲板上。由止推滾珠軸承和垂直滑動(dòng)軸承組成，滾珠軸承承受舵的重量，垂直軸承則承受側(cè)向力。,下舵承裝在舵桿筒口或舵桿筒內(nèi)。它是一個(gè)垂直的滑動(dòng)軸承，用其承受側(cè)向力，并設(shè)有填料函以保證水密。,應(yīng)用：,懸掛舵都采用上、下兩個(gè)舵承。目前大型船普遍采用的是不設(shè)下舵承而只設(shè)上舵承，全部重量和力都由上舵承承擔(dān)。,舵桿與舵葉連接件目前常用的連接方式有法蘭連接及錐體連接舵柱船體尾柱一部分，用以支持不平衡舵掛舵臂附連于船體尾部的臂狀構(gòu)件，用以支持半懸掛舵舵銷和舵鈕舵葉與舵柱或掛舵臂間采用舵銷連接時(shí)，舵葉及舵柱或掛舵臂上相應(yīng)的設(shè)置數(shù)個(gè)有孔的凸出物為舵鈕；舵銷的作用是使舵葉與舵柱或掛舵臂可靠地連接。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.2舵裝置的主要組成部件,舵托位于尾柱底部的突出部分，用以安裝下舵銷或舵軸舵柄安裝在舵桿頭上，用以轉(zhuǎn)動(dòng)舵桿止跳環(huán)防止舵上抬的裝置舵角限位器限位裝置，用以防止舵葉轉(zhuǎn)角超過所允許的極限角度。通常分別設(shè)置在舵機(jī)、操舵機(jī)械所在甲板和舵葉上。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.2舵裝置的主要組成部件,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.2舵裝置的主要組成部件,舵葉的偏轉(zhuǎn)由操舵裝置(通常稱舵機(jī))來控制，舵機(jī)經(jīng)舵柄1將扭矩傳遞到舵桿3上，舵桿3由舵承支承，它帶動(dòng)舵葉7偏轉(zhuǎn)，舵承固定在船體上，由承及密封填料組成，舵葉還可通過舵銷5支承在舵柱8的舵托9或舵鈕6上。,二、舵裝置的分類與構(gòu)造,2.3舵裝置的構(gòu)造,各種不同舵裝置在構(gòu)造時(shí)需要考慮到自身所受到的載荷和彎矩，在布置及構(gòu)造時(shí)盡可能地減小所受載荷及彎矩。如：懸掛舵的舵葉及舵桿的重力由上舵承承受，則在布置時(shí)盡量加大上、下舵承之間距離，以減小舵承的徑向載荷；設(shè)置一個(gè)舵銷的雙支點(diǎn)平衡舵，其下舵承應(yīng)設(shè)于船體最下部或舵軸筒內(nèi)，并盡可能靠近舵葉，以減小下舵承處舵桿所受到的彎矩。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,計(jì)算舵葉水動(dòng)力特性的目的：求得作用在舵葉上的水動(dòng)力和力矩，以校核舵裝置的強(qiáng)度或確定舵裝置各部件的尺度和舵機(jī)功率。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.1舵的基本參數(shù),1舵面積2舵高3舵寬4展弦比,5平衡系數(shù)6厚度比7.后掠角,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.2敞水舵的水動(dòng)力特性,略去自由表面、船體、螺旋槳對(duì)舵葉所處水流的影響，舵葉的運(yùn)動(dòng)可看作為單獨(dú)一個(gè)機(jī)翼在無限流場(chǎng)中以一定的攻角做勻速運(yùn)動(dòng)，即相當(dāng)于有限展長(zhǎng)機(jī)翼的定常運(yùn)動(dòng)。,當(dāng)水流以流速、攻角流經(jīng)舵葉時(shí)，舵上產(chǎn)生水壓力P，作用于壓力中心O。水動(dòng)力的合力P可分解為升力Px和阻力Py，或者是法向力Pn和切向力Pt，根據(jù)它們之間的幾何關(guān)系可以得出：,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.2敞水舵的水動(dòng)力特性,水動(dòng)力對(duì)舵葉前緣的力矩：,合力對(duì)舵桿軸線的水動(dòng)力矩：,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.2敞水舵的水動(dòng)力特性,水動(dòng)力分量的無因次表達(dá)：,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,舵的水動(dòng)力計(jì)算方法有三種：利用模型舵葉的敞水試驗(yàn)資料；按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算舵的水動(dòng)力特性；數(shù)值計(jì)算。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,為了得到比較精確的舵的水動(dòng)力參數(shù)，對(duì)于某一個(gè)具體的舵可以利用風(fēng)洞做模型試驗(yàn)。,但模型試驗(yàn)要求模型與實(shí)船之間滿足苛刻的相似條件且模型試驗(yàn)價(jià)格昂貴，不能完全滿足我們實(shí)際的水動(dòng)力特性計(jì)算需求。,采用模型試驗(yàn)的方法最可靠并接近實(shí)際，模型試驗(yàn)的資料來自于自航模型試驗(yàn)、舵的模型試驗(yàn)及敞水舵圖譜資料。,利用模型舵葉的敞水試驗(yàn)資料,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,盡管如此，前人在舵的模型試驗(yàn)方面做了大量的工作并得出了很多有意義的結(jié)果。各個(gè)研究機(jī)構(gòu)發(fā)表的舵的圖譜就是人們的研究成果，我們?cè)诙娴脑O(shè)計(jì)中使用比較廣泛和普遍。NACA系列圖譜（美國(guó)）HEX系列圖譜、LLAFH系列圖譜（蘇聯(lián)）JfS系列圖譜（聯(lián)邦德國(guó)）Go系列圖譜（哥廷根大學(xué)）,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,表中編號(hào)：第一個(gè)數(shù)字：拱度比，對(duì)稱機(jī)翼為0，不對(duì)稱機(jī)翼為某個(gè)數(shù)值；第二個(gè)數(shù)字：拱度所在位置占弦長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)，對(duì)稱機(jī)翼為0，不對(duì)稱機(jī)翼為某個(gè)數(shù)值；最后兩位數(shù)字：厚度比。表中所示均為對(duì)稱機(jī)翼剖面。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,舵的圖譜選用原則：盡量選擇展弦比相近的資料；實(shí)船舵的展弦比、厚度比及剖面形狀與模型舵相同時(shí)，可直接采用試驗(yàn)結(jié)果；實(shí)船舵的厚度比及剖面形狀與模型舵相同，但展弦比不相同時(shí)，需進(jìn)行展弦比換算，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,換算公式（普蘭特Prandtl公式）:,下標(biāo)1：模型舵下標(biāo)2：實(shí)船舵為攻角，單位為度,流經(jīng)舵葉的水流發(fā)生分離之前:,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,舵的水動(dòng)力特性計(jì)算主要用途是借此確定舵機(jī)扭矩及功率。所選的舵沒有適用的圖譜時(shí)，采用下述近似公式進(jìn)行計(jì)算。,按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算舵的水動(dòng)力特性,1易格（Jaeger）公式適用于對(duì)稱機(jī)翼剖面的舵,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,2孟德爾（Mandel）公式根據(jù)NACA系列試驗(yàn)結(jié)果所得式中：為攻角為0時(shí)的升力系數(shù)曲線的斜率,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,距離舵導(dǎo)緣弦長(zhǎng)（或平均寬度）處的力矩系數(shù)為：,式中，CD為橫流阻力系數(shù)，按圖1-19查取。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,舵的阻力系數(shù)：,式中，Cx0為攻角為0時(shí)的Cx值。NACA0015剖面Cx0=0.0065。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,3喬塞爾（Jossel）公式最常用的計(jì)算公式。缺點(diǎn)是忽略了船體及螺旋槳的影響以及展弦比的影響，優(yōu)點(diǎn)是十分簡(jiǎn)便且偏于安全，故使用依舊普遍。式中：Pn為作用在舵上的法向力，N；xp為壓力中心距舵的導(dǎo)緣距離，m。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.3舵的水動(dòng)力特性計(jì)算,3喬塞爾（Jossel）公式經(jīng)修正的喬塞爾（Jossel）公式為：,式中：K為修正系數(shù)，按表1-2查取。喬塞爾公式是根據(jù)展弦比為0.75的平板，在速度不大情況下的試驗(yàn)結(jié)果所提出的，后人經(jīng)過修正后的喬氏公式適用于低速小展弦比的平板舵。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,1船體的影響船體為一曲面，船后的流場(chǎng)比較復(fù)雜，對(duì)船后舵葉的水流特性有很大的影響，主要表現(xiàn)為船體整流效應(yīng)和船體伴流的影響。有效攻角的變化,船舶以一定的漂角和角速度做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在不考慮船體對(duì)水流的影響下，舵軸處的幾何漂角由于船體整流效應(yīng)的影響，其值為：,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,有效攻角的變化,此時(shí)舵的幾何攻角為：正負(fù)號(hào)的規(guī)定：船舶回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及舵繞舵桿軸線運(yùn)動(dòng)方向相同取正號(hào)，方向相反取負(fù)號(hào)。,實(shí)際上由于船體對(duì)尾部附近水流的影響，使水流有沿船長(zhǎng)方向流動(dòng)的趨勢(shì)，導(dǎo)致在舵桿軸線處的實(shí)際漂角比1-23式所得幾何漂角要小。,1船體的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,有效攻角的變化,從而舵的有效攻角為：,在正?；剞D(zhuǎn)時(shí)，舵的有效攻角總是小于轉(zhuǎn)舵角。但在作Z形試驗(yàn)時(shí)，反向操舵使船舶擺脫回轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，有效攻角大于轉(zhuǎn)舵角?？傊?，由于船體整流效應(yīng)的影響，船舶做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，舵的有效攻角小于轉(zhuǎn)舵角。,1船體的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,有效進(jìn)速的變化,船體的伴流會(huì)使舵的迎流速度下降：,式中，v為船速，為舵處的伴流系數(shù)。,1船體的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,有效進(jìn)速的變化,的計(jì)算：,1矩形舵或梯形舵，其上緣靠近船體，間隙小于舵的最大厚度：,1船體的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,有效進(jìn)速的變化,的計(jì)算：,2船體與矩形舵或梯形舵的上緣之間間隙大于舵的最大厚度：,1船體的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,有效進(jìn)速的變化,的計(jì)算：,3在高度上任意布置的半懸掛式舵：,1船體的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,有效進(jìn)速的變化,受船體影響下的舵的法向力和舵桿力矩：,1船體的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,螺旋槳的尾流對(duì)舵葉的影響，主要表現(xiàn)在螺旋槳尾流中的軸向誘導(dǎo)速度將增加舵葉的來流速度。按理想推進(jìn)器理論，螺旋槳的迎流速度為：,2螺旋槳的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,舵的軸向平均速度為：,2螺旋槳的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,有螺旋槳尾流影響的情況下，舵的臨界攻角大于在單獨(dú)舵試驗(yàn)中的值，且值隨著滑脫比的增加而增加。當(dāng)螺旋槳滑脫比很小時(shí)，其對(duì)舵的壓力中心位置影響可不計(jì)。但當(dāng)滑脫比大于0.5時(shí)，壓力中心位置變化很大。目前最可靠的確定螺旋槳尾流中舵的壓力中心的方法是模型試驗(yàn)。,2螺旋槳的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.4船體和螺旋槳的影響,總結(jié)而言：在舵的水動(dòng)力計(jì)算中，螺旋槳尾流的影響可歸結(jié)為在軸向誘導(dǎo)速度影響下螺旋槳尾流軸向平均速度的計(jì)算。綜合考慮船體和螺旋槳的影響，所得舵的法向力和彎矩如下：,2螺旋槳的影響,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3.5倒航時(shí)舵葉的水動(dòng)力特性計(jì)算,倒航時(shí)，航速明顯下降，舵壓力較小，但舵桿扭矩增大，需進(jìn)行倒航水動(dòng)力特性計(jì)算，計(jì)算原理同正航舵。但取值上需要注意：倒航航速取正航時(shí)一半；倒航伴流系數(shù)取正航時(shí)1/31/2；倒航時(shí)忽略螺旋槳尾流影響；水動(dòng)力特性系數(shù)取倒航時(shí)模型舵的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，若無，升力系數(shù)取正航時(shí)的0.75倍；倒航時(shí)壓力中心距導(dǎo)緣的距離或壓力中心系數(shù)取自倒航時(shí)的模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，若無，取正航時(shí)的距離或按經(jīng)驗(yàn)公式確定。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,1、舵效的概念操單位舵角后，船舶航行一個(gè)船長(zhǎng)距離時(shí)，取得轉(zhuǎn)向角的大小的效能稱為舵效。2、舵效指數(shù)(轉(zhuǎn)首指數(shù)P)其物理意義：操單位舵角后，船舶航行一個(gè)船長(zhǎng)距離時(shí)，按一階模擬得到的轉(zhuǎn)向角的變化值。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3、影響舵效的因素（1）舵角的影響一般舵力越大，舵效越好。舵力大小與舵角有關(guān)，舵角越大，舵效越好。（2）舵速影響一般舵力越大，舵效越好。舵力大小與舵速有關(guān)，舵速越大，舵效越好。（3）排水量影響舵效與船舶轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)，慣量大(排水量)越大，舵效越差。換言之，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，船舶不易控制。,三、舵葉的水動(dòng)力特性及計(jì)算,3、影響舵效的因素（4）縱傾、橫傾的影響首傾比尾傾舵效差；橫傾時(shí)，向低舷轉(zhuǎn)向比向高舷轉(zhuǎn)向舵效差。（5）轉(zhuǎn)舵速率的影響轉(zhuǎn)舵越快，舵效越好，反之，越差。（6）外界因素的影響（風(fēng)、流、淺水等）順風(fēng)、順流舵效比頂風(fēng)、頂流舵效差；淺水中，由于船舶旋回阻尼力矩比深水中大，因此，淺水中舵效比深水中差。,四、舵葉參數(shù)的確定,性能優(yōu)良的舵設(shè)備所具備的條件：,能滿足船舶對(duì)操縱性的要求；保證舵裝置與操舵裝置重量輕、成本低、體積小、消耗功率小、工作可靠、便于制造和維修；盡量減少下述不利影響：航速的降低主機(jī)功率的消耗船體的振動(dòng),四、舵葉參數(shù)的確定,舵設(shè)計(jì)的基本思想：,在滿足回轉(zhuǎn)直徑的要求下，提供適宜的轉(zhuǎn)船力矩；小舵角狀態(tài)下，能及時(shí)應(yīng)舵（靈敏的舵效應(yīng)）。,舵設(shè)計(jì)的主要步驟：,合理布置并選定舵的幾何參數(shù)；計(jì)算舵上的水壓力/轉(zhuǎn)船力矩/舵桿扭矩；進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，定出舵桿直徑以及其他構(gòu)件的尺寸；計(jì)算出所需舵機(jī)功率，并選擇舵機(jī)。,4.1舵的數(shù)目及形式的確定,一般舵設(shè)備的設(shè)計(jì)都是在船舶型線設(shè)計(jì)之后進(jìn)行的，因此，舵葉的布置將受到尾部線型的限制。從側(cè)面看，舵葉上緣不可超出設(shè)計(jì)水線并應(yīng)與尾部線型有良好的吻合，下緣不得低于龍骨線。從水平面看，在任何可能達(dá)到的舵角下，舵葉均不應(yīng)超出船體輪廓線。通常都將置于螺旋槳之后的舵布置在正對(duì)螺旋槳的位置上。,四、舵葉參數(shù)的確定,舵的位置,4.1舵的數(shù)目及形式的確定,舵的數(shù)目的選擇除了與船舶操縱性要求有關(guān)外，也應(yīng)考慮船尾形狀、螺旋槳數(shù)目。增加舵葉的數(shù)目，有利于采用較大的舵葉面積，增加舵的展弦比，一般會(huì)更容易滿足較高的操縱性要求。但與此同時(shí)，舵裝置和操舵裝置的設(shè)置復(fù)雜，造價(jià)也較高。所以，除了為了滿足特殊要求和受特殊限制外，應(yīng)盡量采用數(shù)量較少的舵葉。,四、舵葉參數(shù)的確定,舵的數(shù)目,4.1舵的數(shù)目及形式的確定,單槳船的舵柱后面常設(shè)置不平衡舵，某些雙槳船舶或非自航船在船中縱剖面的呆木后面設(shè)置不平衡舵。此類舵用一個(gè)或多個(gè)舵銷支承，常用在密實(shí)或大塊碎冰區(qū)航行的船舶上。,四、舵葉參數(shù)的確定,舵的形式,4.1舵的數(shù)目及形式的確定,設(shè)有導(dǎo)框底骨的無舵柱單槳船，為了減少轉(zhuǎn)舵力矩，常設(shè)置舵托支承的平衡舵。,四、舵葉參數(shù)的確定,舵的形式,其中：（a）型舵大多用于中小型船；（b）型及（c）舵大多用于大中型船；考慮到舵結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化和拆裝方便，目前（b）型用的較多，（c）型很少采用。,4.1舵的數(shù)目及形式的確定,半懸掛舵即所謂的馬林那舵，在雙槳單舵船舶、無尾柱單槳單舵船舶及多槳多舵船舶上使用較多，且采用舵銷將舵支承在呆木或者掛舵臂上。,四、舵葉參數(shù)的確定,舵的形式,其中：（a）型舵與舵桿大多采用錐體連接；：（b）型舵與舵桿大多采用法蘭連接。呆木或掛舵臂結(jié)構(gòu)可提高船舶航向穩(wěn)定性，彌補(bǔ)半懸掛舵水動(dòng)力特性較差的缺陷。,4.1舵的數(shù)目及形式的確定,懸掛舵在無尾柱的單槳或多槳船舶上均有使用，且應(yīng)盡可能設(shè)置在螺旋槳后面。某些要求倒航時(shí)具有良好操縱性的船舶，如渡船、拖船等，可設(shè)置首舵（效率低，很少采用）或倒車舵。目前此類船舶大多配置全回轉(zhuǎn)導(dǎo)管螺旋槳（Z型推進(jìn)器）或者側(cè)向助推裝置。,四、舵葉參數(shù)的確定,舵的形式,4.2舵面積的確定,對(duì)于大中型船舶而言，操縱性已成為考核船舶性能的重要指標(biāo)。船舶操縱性臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)以及ccs制定的指導(dǎo)性文件海船操縱性1997，對(duì)于具有舵和推進(jìn)器、船長(zhǎng)大于100m的船舶以及化學(xué)品船和氣體運(yùn)輸船，均要求在設(shè)計(jì)階段對(duì)這些船舶做出操縱性預(yù)報(bào)，并在船舶完工后進(jìn)行實(shí)船試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的操縱性指標(biāo)。,四、舵葉參數(shù)的確定,4.2舵面積的確定,舵面積是影響船舶操縱性的主要因素之一，但往往受到船尾布置上的限制，在布置許可下，增大舵面積能明顯地減小大舵角時(shí)的回轉(zhuǎn)直徑，對(duì)回轉(zhuǎn)性有利；但同時(shí)卻使小舵角時(shí)阻尼力矩增大，且增大操舵裝置的功率與重量。因此，舵面積的選擇有一定的適中的范圍。,四、舵葉參數(shù)的確定,4.2舵面積的確定,舵面積選擇中常用的參數(shù)為舵面積比：,四、舵葉參數(shù)的確定,式中：L為船長(zhǎng)，T為夏季載重線的吃水，A為舵面積。,4.2舵面積的確定,對(duì)于船舶操縱性指標(biāo)沒有明確的定量要求，僅僅是希望有較好的操縱性情況下，可采用母型船進(jìn)行舵面積換算。,四、舵葉參數(shù)的確定,1按母型船選擇舵面積,式中：L0、T0為母型船船長(zhǎng)及吃水；L、T為設(shè)計(jì)船船長(zhǎng)及吃水。,2019/12/14,91,可編輯,4.2舵面積的確定,此種方法選擇舵面積的困難在于：統(tǒng)計(jì)資料中舵面積比的上下限范圍較大，通常適用于船舶設(shè)計(jì)的初期。,四、舵葉參數(shù)的確定,2按船型統(tǒng)計(jì)資料選擇舵面積,4.2舵面積的確定,DNV船舶入級(jí)規(guī)范關(guān)于舵面積的規(guī)定,四、舵葉參數(shù)的確定,3按船級(jí)社規(guī)范確定舵面積,直接在推進(jìn)器后面工作的單舵或多舵，其舵面積應(yīng)不小于下式所得值：,4.2舵面積的確定,DNV船舶入級(jí)規(guī)范關(guān)于舵面積的規(guī)定,四、舵葉參數(shù)的確定,3按船級(jí)社規(guī)范確定舵面積,在港灣、運(yùn)河或其他狹窄水道內(nèi)頻繁地機(jī)動(dòng)航行的船舶，按上述公式確定的舵面積應(yīng)予增加。對(duì)于設(shè)有流線型舵柱的船舶，舵柱側(cè)面積的一半可計(jì)入舵面積。設(shè)掛舵臂的船舶，位于舵頂部水平線以下掛舵臂面積，可計(jì)入舵面積。不直接在推進(jìn)器后面工作的舵，按上述公式計(jì)算所給出的舵面積應(yīng)至少增加30%。具有特殊剖面形狀或形狀可提高效率的舵，總的舵面積可減小。具有大的干舷及高的連續(xù)上層建筑的船舶，必須考慮增加舵面積。,4.2舵面積的確定,GL鋼質(zhì)海船入級(jí)和建造規(guī)范關(guān)于舵面積的規(guī)定,四、舵葉參數(shù)的確定,3按船級(jí)社規(guī)范確定舵面積,為達(dá)到足夠的操縱性能，建議可動(dòng)舵面積應(yīng)不小于下式所得值：,C1、C2、C3、C4分別為船型系數(shù)、舵型系數(shù)、舵剖面形狀系數(shù)、舵系布置系數(shù)，在不同情況下，取值有所不同。,4.2舵面積的確定,四、舵葉參數(shù)的確定,4按圖譜確定舵面積,按一般要求確定舵面積的圖譜：此圖譜適用于：除雙體船、高速船及特種作業(yè)船以外的機(jī)動(dòng)海船，舵剖面NACA00常用舵型。,4.2舵面積的確定,四、舵葉參數(shù)的確定,4按圖譜確定舵面積,按抗風(fēng)要求確定舵面積的圖譜：此圖譜適用于：除雙體船、高速船及特種作業(yè)船以外的機(jī)動(dòng)海船，舵剖面NACA00常用舵型。,4.2舵面積的確定,四、舵葉參數(shù)的確定,4按圖譜確定舵面積,舵的可動(dòng)面積不必大于按圖1-22中相應(yīng)曲線確定的值，但需注意以下幾點(diǎn)：不在螺旋槳尾流中的舵，其面積應(yīng)按圖譜所確定的值增加50%。在港灣、運(yùn)河或其他狹窄水道內(nèi)頻繁地機(jī)動(dòng)航行的船舶，按圖譜確定的舵面積應(yīng)予增加。拖船或拖網(wǎng)漁船的舵面積應(yīng)按照?qǐng)D譜所確定的值再增加70%。高升力舵或特殊剖面舵，其面積應(yīng)按圖譜確定值適當(dāng)減少。舵面積大的客船、渡船、滾裝船等，回轉(zhuǎn)時(shí)可能產(chǎn)生過大的橫傾角，應(yīng)估算相應(yīng)的舵面積。,4.2舵面積的確定,四、舵葉參數(shù)的確定,4按圖譜確定舵面積,客船、渡船、滾裝船等側(cè)向受風(fēng)面積較大的船，舵面積應(yīng)按圖1-23進(jìn)行校核，校核時(shí)需注意：圖1-23適用于單槳單舵或雙槳雙舵船舶，對(duì)于雙槳單舵船，其舵面積應(yīng)增加50%。舵的可動(dòng)面積應(yīng)取圖1-22和圖1-23所確定的數(shù)值中的大者。,4.3舵葉的展弦比及外形,四、舵葉參數(shù)的確定,展弦比是影響舵葉的流體動(dòng)力特性的主要因素，由圖可見：隨著展弦比的減小，與升力系數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的臨界攻角將加大，失速現(xiàn)象推遲出現(xiàn)；臨界攻角以前，同一攻角下，展弦比越大，升力系數(shù)越大。即舵的展弦比較大的船，小舵角下的舵效較好；展弦比較小時(shí)，展弦比越小，升力系數(shù)最大值越大。展弦比過小時(shí)，壓力中心后移，但相對(duì)而言，影響較小。,4.3舵葉的展弦比及外形,四、舵葉參數(shù)的確定,在確定舵葉尺度時(shí)，往往由于尾部形狀及船舶吃水的限制，展弦比的選擇余地不大，一般在0.53.0之間，海船通常為2左右，內(nèi)河船為1左右，艦艇在0.81.5之間。設(shè)計(jì)舵的外形時(shí)，主要應(yīng)該考慮與船體和螺旋槳的良好配合，且應(yīng)使結(jié)構(gòu)合理、施工方便。,4.4舵葉的剖面形狀,四、舵葉參數(shù)的確定,國(guó)內(nèi)外目前使用較多的舵葉剖面有NACA系列、HEX系列、LLAFH系列、JfS系列、Go系列等等，上個(gè)世紀(jì)8090年代，前兩種剖面在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用更為廣泛，現(xiàn)在JfS系列應(yīng)用也很廣。舵葉剖面：由垂直于舵桿軸線的平面截得的舵葉剖面。舵葉剖面常為矩形剖面，懸掛舵常取為倒梯形，以提高壓力中心位置，減少?gòu)澗?。矩形舵的各個(gè)剖面形狀完全相同，非矩形舵雖然各個(gè)剖面的弦長(zhǎng)不同，但一般均采用相同的厚度比。,4.4舵葉的剖面形狀,四、舵葉參數(shù)的確定,流線型舵的剖面形狀通常為對(duì)稱剖面，導(dǎo)流管為不對(duì)稱剖面。歷年來，各國(guó)發(fā)表了許多船用舵系列的水動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果，它們給出了各種剖面形狀、展弦比、側(cè)投影形狀、尖端形狀、后掠角等舵的水動(dòng)力資料。,4.4舵葉的剖面形狀,四、舵葉參數(shù)的確定,厚度比為舵葉剖面的最大寬度與舵寬之比，其對(duì)升力系數(shù)、壓力中心系數(shù)和攻角的影響并不顯著。一般來說：為有利于推進(jìn)，厚度比宜取0.150.18；對(duì)內(nèi)河、擁擠或限制航道中的船舶，常要求小舵角舵效好，應(yīng)舵快，故厚度比宜取0.120.15；雙槳三舵船的中舵和駁船舵可取厚度比0.18；懸掛舵由于強(qiáng)度需要，并便于與舵桿相配合，應(yīng)取較大厚度比，而沿著舵高方向的各剖面的厚度比，可自上而下遞減。,4.5舵平衡系數(shù),四、舵葉參數(shù)的確定,對(duì)于一定形狀和面積的舵葉，舵平衡系數(shù)是舵桿位置的函數(shù)。選擇合適的平衡系數(shù)，適當(dāng)?shù)乜s小舵桿軸線與舵壓力中心之間的間距，可在不降低升力的情況下，降低舵桿扭矩，從而選用功率較小的舵機(jī)。由于舵壓力中心隨著水流的攻角而變化，無論選擇怎樣的舵軸位置，也只能在某一攻角下達(dá)到平衡壓力中心位于舵桿軸線上，舵桿的扭矩為零。欠平衡：舵桿軸線位于壓力中心之前。過平衡：舵桿軸線位于水壓力中心之后。,4.5舵平衡系數(shù),四、舵葉參數(shù)的確定,小型船舶所需轉(zhuǎn)舵力矩小，操舵裝置人力操縱，宜選擇小的舵平衡系數(shù)；大中型船舶操舵裝置動(dòng)力操縱，宜選擇較大的舵平衡系數(shù)。實(shí)際舵平衡系數(shù)的選定需要考慮到與船體、螺旋槳等的配合，常在0.20.3之間。,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,舵裝置強(qiáng)度的核算通常是對(duì)舵桿、舵葉、舵軸、舵柄及舵銷等主要部件的核算。強(qiáng)度核算的目的：決定舵上各部分構(gòu)件尺寸的大小。包括舵桿直徑、舵板厚度等。核算方法：一種是根據(jù)的船舶建造規(guī)范進(jìn)行；一種是按力學(xué)理論計(jì)算。,5.1舵系的受力計(jì)算,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,K1展弦比影響系數(shù)；K2舵葉剖面形狀系數(shù)；K3舵葉位置系數(shù)。Vd設(shè)計(jì)航速，按夏季載重吃水時(shí)船舶的最大營(yíng)運(yùn)航速確定。,1舵力,5.1舵系的受力計(jì)算,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,T船舶正車和倒車時(shí)的舵桿扭矩；F舵力；R力臂。,2舵桿扭矩,5.1舵系的受力計(jì)算,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,無缺口舵葉的力臂有缺口舵葉的力臂,2舵桿扭矩,5.1舵系的受力計(jì)算,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,3舵桿彎矩,懸掛舵下舵承處的舵桿彎矩,5.1舵系的受力計(jì)算,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,雙舵銷舵和雙支點(diǎn)平衡舵，受力按下列公式計(jì)算：上舵銷軸承和舵軸下軸承的支持力下舵銷軸承和舵軸下軸承的支持力,4舵銷對(duì)舵葉的支持力,5.1舵系的受力計(jì)算,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,半懸掛舵，受力按下列公式計(jì)算：下舵銷軸承的支持力上舵銷軸承的支持力,4舵銷對(duì)舵葉的支持力,5.1舵系的受力計(jì)算,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,單舵銷半懸掛舵，受力按下列公式計(jì)算：,4舵銷對(duì)舵葉的支持力,5.2舵桿,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,CCS海船規(guī)范對(duì)于舵桿各部分尺寸的規(guī)定如下：舵柄處傳遞舵扭矩的舵桿直徑應(yīng)不小于下式所得值,舵桿材料系數(shù),適用于上舵承處舵桿無彎矩的情況,5.2舵桿,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,舵桿材料系數(shù)的計(jì)算：,式中取值應(yīng)不大于0.7或450MPa，取其小者。,5.2舵桿,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,對(duì)于雙支點(diǎn)平衡舵及半懸掛雙舵銷舵的舵桿，其上舵承以下的舵桿直徑應(yīng)不小于上舵承處的舵桿直徑。,對(duì)于懸掛舵、單舵銷半懸掛舵及單舵銷雙支點(diǎn)平衡舵，其下舵承處和下舵承以下的舵桿直徑應(yīng)不小于按下式計(jì)算所得值。,5.2舵桿,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,下舵承以上的舵桿直徑，應(yīng)盡可能保持與下舵承處的舵桿直徑一致，然后逐漸減少至上舵承處的直徑。但錐體長(zhǎng)度應(yīng)不小于兩直徑差額的3倍，錐體以上至上舵承間不應(yīng)有任何凹槽。,單板舵的舵桿直徑按以上各式計(jì)算，對(duì)懸掛舵，其下段的1/3可向下過渡至下舵桿直徑的0.75倍。,5.3舵葉,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,流線型舵的下舵桿通常以箱形結(jié)構(gòu)代替，該箱形結(jié)構(gòu)由設(shè)在鑄鋼件下方的兩塊連續(xù)垂向隔板和有效舵旁板組成。其余的垂直隔板可連續(xù)，也可在水平隔板處切斷，見圖1-6。除了組成箱形結(jié)構(gòu)的垂直隔板不應(yīng)開孔外，其余的垂直隔板和水平隔板可以開孔，孔的大小應(yīng)不超過隔板寬度的一半。,5.3舵葉,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,舵葉的導(dǎo)緣通常用鋼板彎制。舵葉的尾端(隨緣)形式較多，最簡(jiǎn)單的方法是將兩側(cè)的舵葉旁板搭接，但這種形式較易產(chǎn)生裂紋，因此通常的做法是加設(shè)型材，如扁鋼、圓鋼、半圓鋼或按舵葉的尾端線型加工的專用型材，如圖l-31所示。,5.3舵葉,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,在人員不能進(jìn)入舵內(nèi)進(jìn)行焊接時(shí)，舵葉的旁板同隔板的連接常常采用塞焊的方式，即在一側(cè)的旁板上用間斷的填角焊縫將隔板焊在旁板上；另一側(cè)隔板上設(shè)有墊板，沿著該墊板在舵葉旁板上開長(zhǎng)條形塞焊縫孔進(jìn)行焊接，焊后將焊縫磨平，如圖1-32所示。塞焊孔的最小長(zhǎng)度為75mm，最小寬度為舵板厚度的2倍，塞焊孔兩端為半圓，塞焊孔的間距不超過150mm。,5.3舵葉,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,流線型剖面舵葉結(jié)構(gòu)的具體要求如下：組成箱型結(jié)構(gòu)的有效舵旁的寬度，應(yīng)取不大于該處舵葉橫向尺度的兩倍，也不大于2.5倍的下舵承處的舵桿直徑或舵頂部連接法蘭的長(zhǎng)度。舵旁板、頂板和底板的厚度t(mm)應(yīng)不小于按下式計(jì)算所得的值。,5.3舵葉,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,根據(jù)舵旁板的厚度可以得到其他一系列構(gòu)件的尺寸如下：(1)舵頂板和底板的厚度應(yīng)不小于舵旁板的厚度；(2)舵葉內(nèi)部垂直隔板和水平隔板的厚度應(yīng)不小于0.7倍的舵旁板厚度，且不小于8mm；(3)舵葉的導(dǎo)邊板厚度應(yīng)不小于1.2倍的舵旁板厚度，但也不必大于22mm；(4)半懸掛舵在下舵銷區(qū)域的舵旁板應(yīng)加厚，其厚度應(yīng)較按式(161)計(jì)算所得之厚度增加80。加厚的舵旁板應(yīng)延伸超過連續(xù)垂直隔板和下舵銷區(qū)域上下的水平隔板，在角隅處應(yīng)有盡可能大的圓角。,5.3舵葉,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,流線型剖面舵葉結(jié)構(gòu)的具體要求如下：舵葉制作完成后應(yīng)按規(guī)范要求做密性試驗(yàn)。密性試驗(yàn)合格后進(jìn)行舵內(nèi)涂裝，具體方法為灌注瀝青液，并使舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)，以期瀝青液能到達(dá)舵葉內(nèi)各個(gè)部分，然后將剩余的瀝青液倒出。,5.4舵桿與舵葉的連接,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,舵桿與舵葉的法蘭連接中最常用的是水平法蘭連接，很少采用垂直法蘭連接。連接法蘭的形狀和尺寸取決于連接的強(qiáng)度要求、法蘭所在處的舵剖面的形狀及螺栓布置的要求等因素。,1法蘭連接,5.4舵桿與舵葉的連接,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,水平法蘭連接按CCS海船規(guī)范的要求如下。連接法蘭的螺栓直徑應(yīng)不小于按下式所得值：,1法蘭連接,式中，Dc為下舵承處的舵桿直徑；n為螺栓總數(shù)，不小于6個(gè)；Eb為螺栓中心與螺栓系中心的平均距離；Ks、Kb分別為舵桿材料系數(shù)和螺栓材料系數(shù)。,5.4舵桿與舵葉的連接,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,水平法蘭連接按CCS海船規(guī)范的要求如下。連接法蘭的厚度應(yīng)不小于按下式所得值，但不大于0.9倍連接法蘭螺栓直徑：,1法蘭連接,式中，Kf為法蘭材料系數(shù)。,5.4舵桿與舵葉的連接,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,水平法蘭連接按CCS海船規(guī)范的要求如下。螺栓外側(cè)的寬度應(yīng)不小于0.67倍的螺栓直徑；連接法蘭的螺栓應(yīng)為鉸孔螺栓，螺母應(yīng)有可靠的制動(dòng)裝置；連接法蘭應(yīng)配有緊配鍵，以減輕螺栓的負(fù)荷。如果螺栓直徑按式(1-62)計(jì)算所得值再增加10，則可不裝緊配鍵；如果舵桿與法蘭分別鍛制而以焊接連接時(shí)，則應(yīng)在整個(gè)結(jié)合面內(nèi)焊透，并應(yīng)符合船級(jí)社規(guī)范對(duì)于焊接的要求。,1法蘭連接,5.4舵桿與舵葉的連接,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,其他船級(jí)社的相關(guān)規(guī)定：BV海船規(guī)范規(guī)定：當(dāng)舵桿直徑不超過350mm時(shí)，連接法蘭和舵桿可以焊接，但法蘭厚度應(yīng)增加10。GL海船規(guī)范規(guī)定：懸掛舵只有連接法蘭的規(guī)定厚度小于50mm時(shí)，才允許使用水平法蘭。,1法蘭連接,5.4舵桿與舵葉的連接,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,舵桿與舵葉的錐體連接可分為有鍵連接和無鍵連接，其錐體長(zhǎng)度一般應(yīng)不小于1.5倍下舵承處的舵桿直徑，且錐形部分應(yīng)無階梯地過渡到圓柱部分。CCS海船規(guī)范對(duì)此有較為詳細(xì)的計(jì)算規(guī)定。,2錐體連接,5.5舵銷與舵鈕,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,舵銷通常用錐體連接方式固定，如同錐體連接的舵與舵桿，但很少用鍵。因?yàn)橛啥驿N軸承產(chǎn)生的摩擦力矩不大，但由于錐體承受一定的彎矩，所以應(yīng)按錐體連接的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。,5.5舵銷與舵鈕,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,CCS海船規(guī)范對(duì)舵銷及舵鈕連接的要求如下：1舵銷與銷座應(yīng)為錐形配合，錐體長(zhǎng)度應(yīng)不小于舵銷直徑。2舵銷直徑應(yīng)不小于按下式計(jì)算所得的值：3銷座的厚度應(yīng)不小于025倍的舵銷直徑。4舵銷軸承的長(zhǎng)度應(yīng)不小于舵銷襯套的直徑，但不應(yīng)超過舵銷襯套直徑的1.2倍，軸承襯套外側(cè)的舵鈕厚度應(yīng)不小于0.25倍的舵銷直徑。,5.6舵承,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,CCS海船規(guī)范關(guān)于舵桿、舵銷及舵軸的滑動(dòng)軸承也有相關(guān)要求。(1)軸承應(yīng)有足夠的潤(rùn)滑，其支承面積即為支承面的長(zhǎng)度乘以直徑之值，應(yīng)不小于按下式計(jì)算所得的值。,式中，P為軸承支持力；p為許用表面壓力,5.6舵承,五、舵設(shè)備零部件尺寸的確定,CCS海船規(guī)范關(guān)于舵桿、舵銷及舵軸的滑動(dòng)軸承也有相關(guān)要求。(2)支承面的長(zhǎng)度和直徑之比不大于1.2。(3)金屬軸承的徑向間隙應(yīng)不小于按下式計(jì)算所得的值。,式中，d為支撐面的直徑。,六、操舵裝置,操舵裝置一般由操舵系統(tǒng)、舵機(jī)和轉(zhuǎn)舵裝置組成。操舵系統(tǒng)是控制及制約舵機(jī)運(yùn)動(dòng)，以使舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度并保持在該角度上的機(jī)構(gòu)；舵機(jī)是操舵裝置的原動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)舵裝置是把舵機(jī)的動(dòng)力傳遞舵桿并使舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。,六、操舵裝置,操舵裝置按其使用要求可分為主操舵裝置和輔助操舵裝置。主操舵裝置：在正常航行情況下，為駕駛船舶而使舵產(chǎn)生動(dòng)作所需的機(jī)械、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、舵機(jī)裝置動(dòng)力設(shè)備及其附屬設(shè)備和向舵桿施加轉(zhuǎn)矩的部件，如舵柄及舵扇。,6.1操舵裝置的基本要求,1基本形式,六、操舵裝置,主操舵裝置能在船舶最大航海吃水和最大營(yíng)運(yùn)前進(jìn)航速時(shí)進(jìn)行操舵，使舵自任一舷的35轉(zhuǎn)至另一舷的35，并且于相同條件下自一舷的35轉(zhuǎn)至另一舷的30的時(shí)間不超過28s。為此，舵柄處的舵桿直徑(不包括冰區(qū)航行加強(qiáng))大于120mm時(shí)，主操舵裝置應(yīng)為動(dòng)力操作。同時(shí)，主操舵裝置和舵桿應(yīng)設(shè)計(jì)成在船舶最大后退速度時(shí)不致?lián)p壞。,1基本形式,6.1操舵裝置的基本要求,六、操舵裝置,輔助操舵裝置：在主操舵裝置失效時(shí)，為駕駛船舶所必需的設(shè)備。這些設(shè)備不應(yīng)屬于主操舵裝置的任何部分，但可共用其中的舵柄、舵扇或作同樣用途的部件。輔助操舵裝置應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和足以在可駕駛的航速下操縱船舶，并能在應(yīng)急情況下迅速投入工作。具體來說，應(yīng)能在船舶最大航海吃水和最大營(yíng)運(yùn)前進(jìn)航速的一半但不小于7kn時(shí)進(jìn)行操舵，舵自一舷的15轉(zhuǎn)至另一舷的15，且所需時(shí)間不超過60S。為此，在任何情況下當(dāng)舵柄處的舵桿直徑(不包括航行冰區(qū)的加強(qiáng))大于230mm時(shí)，輔助操舵裝置應(yīng)為動(dòng)力操作。,1基本形式,6.1操舵裝置的基本要求,六、操舵裝置,人力操舵裝置：依靠人力來轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉，人通過操舵系統(tǒng)直接控制轉(zhuǎn)舵裝置。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只須當(dāng)其操作力在正常情況下不超過160N，且確保其結(jié)構(gòu)不致對(duì)操舵手輪產(chǎn)生破壞性的反沖作用時(shí)，方允許裝船使用。,1基本形式,6.1操舵裝置的基本要求,六、操舵裝置,每艘海船均應(yīng)配置一套主操舵裝置和一套輔助操舵裝置。主操舵和輔助操舵裝置應(yīng)滿足當(dāng)其中一套發(fā)生故障時(shí)不致引起另一套也失效。當(dāng)船舶配備的主操舵裝置具有兩臺(tái)或幾臺(tái)相同的動(dòng)力設(shè)備時(shí)，可不設(shè)置輔助操舵裝置。客船任一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備不工作時(shí)，主操舵裝置仍能按規(guī)定進(jìn)行操舵；貨船則在所有動(dòng)力設(shè)備都工作時(shí)，主操舵裝置能按規(guī)定進(jìn)行操舵。,2海船操舵裝置的配置,6.1操舵裝置的基本要求,六、操舵裝置,每艘海船均應(yīng)配置一套主操舵裝置和一套輔助操舵裝置。主操舵和輔助操舵裝置應(yīng)滿足當(dāng)其中一套發(fā)生故障時(shí)不致引起另一套也失效。10000總噸及以上的油船、化學(xué)品船、液化氣體運(yùn)輸船和70000總噸及以上的其他船舶，其主操舵裝置應(yīng)設(shè)有兩臺(tái)或幾臺(tái)相同的動(dòng)力設(shè)備，并能達(dá)到上述操舵要求。,2海船操舵裝置的配置,6.1操舵裝置的基本要求,六、操舵裝置,主操舵裝置應(yīng)在駕駛室和舵機(jī)艙兩處都設(shè)有控制器(操舵器)。當(dāng)主操舵裝置設(shè)有兩臺(tái)或幾臺(tái)相同的動(dòng)力設(shè)備時(shí)，應(yīng)設(shè)置兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，且每套系統(tǒng)均應(yīng)能在駕駛室控制。但這并不要求設(shè)雙套操舵手輪或手柄。若控制系統(tǒng)是由液壓遙控傳動(dòng)裝置組成時(shí)，除10000總噸及以上的油船、化學(xué)品船、液化氣體運(yùn)輸船外，不必設(shè)置第二套獨(dú)立控制系統(tǒng)。,3操舵控制系統(tǒng),6.1操舵裝置的基本要求,六、操舵裝置,10000總噸及以上的每艘油船、化學(xué)品船、液化氣運(yùn)輸船的主操舵裝置應(yīng)包括兩個(gè)相同的動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)在正常運(yùn)行中同時(shí)工作能滿足正常操舵的要求。當(dāng)一個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)的任何部分(但除舵柄、舵扇或?yàn)橥瑯幽康牡姆?wù)的部件因轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)卡住外)發(fā)生單項(xiàng)故障以至喪失操舵能力時(shí)，應(yīng)在45S內(nèi)能夠重新獲得操舵能力。輔助操舵裝置應(yīng)在舵機(jī)艙進(jìn)行控制，若輔助操舵裝置是用動(dòng)力操縱，則也應(yīng)能在駕駛室實(shí)行控制，并應(yīng)獨(dú)立于主操舵裝置的控制系統(tǒng)。,3操舵控制系統(tǒng),6.1操舵裝置的基本要求,六、操舵裝置,目前，舵機(jī)按其驅(qū)動(dòng)能源可分為液壓舵機(jī)、電動(dòng)舵機(jī)及人力舵機(jī)三大類。操舵裝置的選擇實(shí)質(zhì)上是舵機(jī)的選擇，對(duì)舵機(jī)形式及其扭矩的確定。在確定舵機(jī)扭矩時(shí)，除了舵上的水動(dòng)力造成的舵桿扭矩外，還應(yīng)計(jì)及舵系統(tǒng)各支承處的摩擦力矩，而其中最主要的是舵桿軸承的摩擦力矩。,6.2船用舵機(jī)的類型及扭矩確定,六、操舵裝置,操舵裝置總的計(jì)算扭矩可按下式計(jì)算，即：,6.2船用舵機(jī)的類型及扭矩確定,式中：T為作用于舵上的水動(dòng)力引起的舵桿扭矩；為諸舵承處摩擦力矩之和；為舵承處摩擦系數(shù)；di為舵軸承處舵桿直徑；Pi為舵軸承處支承反力。,六、操舵裝置,舵的總摩擦力矩：,6.2船用舵機(jī)的類型及扭矩確定,不平衡舵非懸掛式平衡舵懸掛舵,六、操舵裝置,人力操舵裝置的主要形式有：舵索傳動(dòng)的操舵裝置、剛性傳動(dòng)的操舵裝置以及手動(dòng)液壓操舵裝置。其中第一種和第三種使用較為普遍。,6.3人力操舵裝置,舵索傳動(dòng)的操舵裝置：,使用舵柄的缺點(diǎn)：影響操舵穩(wěn)定性。解決方法：盡可能采用舵扇。操舵索通常應(yīng)采用鏈條，但直徑小于15mm的舵鏈可用破斷負(fù)荷相當(dāng)?shù)娜犴g鍍鋅鋼絲繩代替。,舵索傳動(dòng)的操舵裝置：,六、操舵裝置,6.3人力操舵裝置,舵索傳動(dòng)的操舵裝置：,六、操舵裝置,6.3人力操舵裝置,剛性傳動(dòng)的操舵裝置：適用于小型船舶及非自航駁船，傳動(dòng)更為可靠。,六、操舵裝置,6.3人力操舵裝置,手動(dòng)液壓的操舵裝置：由推舵機(jī)構(gòu)組成，用于漁船、駁船、交通艇等小型機(jī)動(dòng)船舶或無動(dòng)力船。,六、操舵裝置,6.3人力操舵裝置,六、操舵裝置,