第一章船舶操纵设备-1

1、2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）1船舶设备船舶设备第一章第一章 船舶操纵设备船舶操纵设备2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）2第一章第一章 操船设备操船设备航行设备之一，操纵系统之一航行设备之一，操纵系统之一掌握的内容：掌握的内容： 舵设备的作用、种类；舵设备的作用、种类； 舵设备水动力特征计算；（流力）舵设备水动力特征计算；（流力） 零件、部件强度计算；（材力，结构力学）零件、部件强度计算；（材力，结构力学） 舵机选型、舵系布置；（动力装置）舵机选型、舵系布置；（动力装置） 舵叶、舵杆、及其连接件等；舵叶、舵杆、及其连接件等； 襟翼舵、导管舵等其他操船设备。襟翼舵、导管舵

2、等其他操船设备。 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）3第一节：第一节：操船设备概述操船设备概述舵设备的作用、组成和类型舵设备的作用、组成和类型舵设备的构造舵设备的构造2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）4一、舵设备的作用、组成和类型一、舵设备的作用、组成和类型v舵的作用舵的作用v舵的组成舵的组成v舵的分类舵的分类2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）5舵的作用舵的作用v舵的作用概述舵的作用概述: 1. 舵是如何发展来的？是从什么地方演变来的？舵是如何发展来的？是从什么地方演变来的？ 篙篙桨桨帆帆橹橹2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）6舵的作用舵的作用v舵的作用

3、概述舵的作用概述:2.舵的作用是如何体现在船舶操纵性上的？舵的作用是如何体现在船舶操纵性上的？ 或者说：船舶操纵性能包含哪两个相互有关或者说：船舶操纵性能包含哪两个相互有关的性能？的性能？v船舵和发展船舵和发展 “深涉南海数万里，千万深涉南海数万里，千万人之命直奇于一柁人之命直奇于一柁”杜甫杜甫 舵是远洋航行的三大要件舵是远洋航行的三大要件（舵、帆、指南针）之一。（舵、帆、指南针）之一。 史称史称“轩辕作舟，夏禹作舵轩辕作舟，夏禹作舵” 至迟到东汉我人民已发明至迟到东汉我人民已发明船舵，广州东汉墓出土的陶船船舵，广州东汉墓出土的陶船模型上有舵（拖舵）。模型上有舵（拖舵）。 拖舵应用至少延至隋唐

4、。拖舵应用至少延至隋唐。 垂直舵至迟不迟于宋。垂直舵至迟不迟于宋。v定义定义船舶尾流控制器或操纵器船舶尾流控制器或操纵器舵舵置于船尾的平板，用以置于船尾的平板，用以对船体产生横向力，使船对船体产生横向力，使船舶变向、回转。舶变向、回转。舵设备舵设备舵和操舵装置的舵和操舵装置的总称。总称。2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）9舵的作用（续）舵的作用（续）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）10舵的作用（续）舵的作用（续）v航向运舵状态航向运舵状态 ： TD TKDAa2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）11舵的作用（四）舵的作用（四）舵效及产生舵效的原理舵效及产生舵效的原

5、理 ： 船用舵是小展弦船用舵是小展弦比的平板或机翼型结比的平板或机翼型结构，设置于船尾端，构，设置于船尾端，当舵转动时，舵上产当舵转动时，舵上产生的水动力合力在垂生的水动力合力在垂直于船体中心线的方直于船体中心线的方向上的分力相对于船向上的分力相对于船体舯剖面形成了转船体舯剖面形成了转船力矩。力矩。2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）12舵的作用（续）舵的作用（续）船舶线型特点和船舶操纵性有什么关系？船舶线型特点和船舶操纵性有什么关系？ 内河船和海船线型的不同特点？内河船和海船线型的不同特点？2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）13舵的作用（续）舵的作用（续）2022-2-25

6、第一章 操船设备（舵设备）14舵的作用（续）舵的作用（续）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）1542022-2-25第一章 操船设备（舵设备）16舵的作用（续）舵的作用（续）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）17舵的作用（续）舵的作用（续）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）18舵的作用（续）舵的作用（续）v长鹰长鹰5号总布置图号总布置图v长鹰长鹰5号型线图号型线图2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）19舵的作用（续）舵的作用（续）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）20舵的作用（续）舵的作用（续）v舵的作用舵的作用在（桨）舵配合下，具有稳定航向、改

7、变航在（桨）舵配合下，具有稳定航向、改变航向和作回转运动的功能。向和作回转运动的功能。讨论：对于水下潜器的舵应该是何种型式？如何进讨论：对于水下潜器的舵应该是何种型式？如何进 行控制？行控制？2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）21舵的作用（续）舵的作用（续） v本次作业：本次作业： 除舵设备外还有哪些常用船舶操纵机构除舵设备外还有哪些常用船舶操纵机构或装置？试分析它们的作用原理。或装置？试分析它们的作用原理。2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）222. 舵设备组成舵设备组成 （一）（一）v舵舵v操舵装置操舵装置v 主操舵装置主操舵装置v辅助操舵装置辅助操舵装置2022-2-2

8、5第一章 操船设备（舵设备）232022-2-25第一章 操船设备（舵设备）24舵设备组成舵设备组成 （二）（二） 主操舵装置：主操舵装置：2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）25舵设备组成舵设备组成 （三）（三） 主操舵装置：主操舵装置：2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）26舵设备组成舵设备组成 （四）（四）v主操舵装置包括：主操舵装置包括： 操舵装置：操舵器、舵角指示器、传动装置操舵装置：操舵器、舵角指示器、传动装置 （人力和机动）（人力和机动） 舵机：动力与转舵机构舵机：动力与转舵机构 转舵装置：舵柄、舵扇转舵装置：舵柄、舵扇 止舵装置止舵装置 ：限位开关：限位开关20

9、22-2-25第一章 操船设备（舵设备）272022-2-25第一章 操船设备（舵设备）28传统液压舵机传统液压舵机大型柱塞拨叉式液压舵机大型柱塞拨叉式液压舵机2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）29传统液压舵机传统液压舵机小型柱塞拨叉式液压舵机小型柱塞拨叉式液压舵机2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）30传统液压舵机传统液压舵机活塞式液压舵机活塞式液压舵机2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）31转叶式舵机产品特点转叶式舵机产品特点 ：1.转叶式舵机转叶式舵机, 致密的结构致密的结构, 所有活动零部件组成一体所有活动零部件组成一体, 内置式自润滑的径向和轴向内置式自润滑

10、的径向和轴向轴承轴承. 2. 液压单元安装在舵机两侧液压单元安装在舵机两侧, 避免了由管路造成的压力损避免了由管路造成的压力损失失, 振动和噪声等振动和噪声等. 3.动力单元与执行机构动力单元与执行机构, 各各种阀件间的管路出厂前已连种阀件间的管路出厂前已连好好, 毋须到货后再做管路窜毋须到货后再做管路窜洗工作洗工作, 有效避免各种杂质有效避免各种杂质进入液压系统进入液压系统.2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）32舵设备组成舵设备组成 （五）（五）舵：舵：舵叶舵叶 舵杆舵杆 连续杆连续杆 支承部件支承部件 统称舵系统称舵系2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）33舵叶结构和制造

11、方法舵叶结构和制造方法2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）34船舵分类（一）船舵分类（一） 1.一般分类一般分类 按舵叶截面形状区分按舵叶截面形状区分: :单板舵单板舵 复板舵复板舵 流线型舵流线型舵 按支承方式区分按支承方式区分 :多支承多支承 双支承双支承 单支承单支承 按舵面积对转轴的分布区分按舵面积对转轴的分布区分:不平衡舵不平衡舵 平衡舵平衡舵 半平衡舵半平衡舵 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）35船舵分类（二）船舵分类（二） 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）36船舵分类（三）船舵分类（三）v称法：称法：支承类型截面形状分布情况。支承类型截面形状分布情

12、况。如：多支承流线型半平衡舵如：多支承流线型半平衡舵v普通不平衡舵装置：普通不平衡舵装置： 舵柱后面（单桨船）舵柱后面（单桨船）呆木后面（非自航船，某些双桨船）呆木后面（非自航船，某些双桨船） v 半悬挂舵装置：半悬挂舵装置： 呆木后面（双桨单舵船）呆木后面（双桨单舵船）尾支架后面（舵在桨后的单桨或多桨船）尾支架后面（舵在桨后的单桨或多桨船）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）37船舵分类（四）船舵分类（四）2.2.流线型舵及改进形式流线型舵及改进形式 ：v流线型舵的优点流线型舵的优点 ：v流线型舵的种类流线型舵的种类 ： 单体舵单体舵 复体舵复体舵 半平衡复体舵半平衡复体舵 v流线型

13、改进形式流线型改进形式 ： 增进推进效率增进推进效率 提高舵压力提高舵压力 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）38船舵分类（五）船舵分类（五）v增进推进效率增进推进效率 加导流罩加导流罩 整流反应舵整流反应舵 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）39船舵分类（六）船舵分类（六）问题讨论：问题讨论：1：该舵叶导缘部分在靠近：该舵叶导缘部分在靠近中间部分（黑色笔标出），中间部分（黑色笔标出），这种结构的作用是什么？这种结构的作用是什么？2：该桨叶前端又增加了四个小桨：该桨叶前端又增加了四个小桨片（见蓝色标记）其作用是什么？片（见蓝色标记）其作用是什么？3：用绿色标记的结构其安装在

14、此：用绿色标记的结构其安装在此处的作用是什么？处的作用是什么？2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）40船舵分类（七）船舵分类（七）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）41船舵分类（八）船舵分类（八）v提升舵压力提升舵压力 v蒂姆舵（鱼尾舵）蒂姆舵（鱼尾舵） v希林舵希林舵 v复体舵复体舵 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）42船舵分类（九）船舵分类（九）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）43船舵分类（十）特种舵船舵分类（十）特种舵主动舵、主动舵、襟翼舵襟翼舵、转柱舵转柱舵 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）44舵的构造（舵的构造（自学）自学）问题：

15、问题： 1.1. 舵钮和舵销是否可拆卸，它位于船舵的什么地方？舵钮和舵销是否可拆卸，它位于船舵的什么地方？ 2.2. 舵是否需要水密？如何加工才能保证水密和强度？舵是否需要水密？如何加工才能保证水密和强度？ 3.3. 舵叶上注水塞、放水塞、吊环起什么作用？舵叶上注水塞、放水塞、吊环起什么作用？ 4.4. 舵内部骨架？舵内部骨架？2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）45舵之几何要素及水动力特性舵之几何要素及水动力特性 第二节第二节2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）46舵之几何要素及水动力特性舵之几何要素及水动力特性 v舵几何尺度描述舵几何尺度描述 v舵的水动力特性舵的水动力特性

16、2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）47舵几何尺度描述（一）舵几何尺度描述（一）v外形：外形：v舵高舵高 ：hv舵宽舵宽 ：bv舵面积：舵面积：Av舵展弦比舵展弦比 ：v舵平衡比舵平衡比 ：ev舵剖面舵剖面 ：2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）48舵几何尺度描述（一）舵几何尺度描述（一）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）49舵几何尺度描述（二）舵几何尺度描述（二）v舵面积舵面积总面积总面积AR不转舵，在中线面的投影。不转舵，在中线面的投影。平衡部分面积平衡部分面积AC转轴前部分面积。转轴前部分面积。舵框架部分面积舵框架部分面积AP复体舵固定部分。复体舵固定部分。（舵

17、柱）（舵柱）舵托架面积舵托架面积 半平衡复体舵固定部分。半平衡复体舵固定部分。综合舵面积综合舵面积AKARAP（舵柱或托架面积（舵柱或托架面积）PA2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）50舵几何尺度描述（三）舵几何尺度描述（三）v舵展弦比舵展弦比展长同弦长比值展长同弦长比值h/b。 a）矩形：）矩形： b) 任意形：任意形： c）综合体：）综合体： （或（或 ）bh22bAAhRRkbh22bAAhkk2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）51舵几何尺度描述（四）舵几何尺度描述（四）v舵平衡比（对平衡舵而言）舵平衡比（对平衡舵而言） e影响舵机功率影响舵机功率 RCAAe 202

18、2-2-25第一章 操船设备（舵设备）52舵几何尺度描述（五）舵几何尺度描述（五）v舵剖面舵剖面垂直轴平面切出的舵叶截面垂直轴平面切出的舵叶截面 分类：对称剖面与不对称剖面分类：对称剖面与不对称剖面 参数参数 国内常用剖面形状国内常用剖面形状2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）53舵几何尺度描述（六）舵几何尺度描述（六）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）54舵的水动力特性（一）舵的水动力特性（一）v机翼上流体作用力简述机翼上流体作用力简述 v水动力换算关系水动力换算关系 v影响水动力特性的因素影响水动力特性的因素 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）55舵的水动力特性

19、（二）舵的水动力特性（二）v机翼上流体作用力简述机翼上流体作用力简述 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）56舵的水动力特性（三）舵的水动力特性（三）v水动力换算关系水动力换算关系 合力及各分力换算合力及各分力换算水动力系数水动力系数根据流体力学理论根据流体力学理论2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）57舵的水动力特性（四）舵的水动力特性（四）v合力及各分力换算合力及各分力换算 水动力对导边前缘矩水动力对导边前缘矩 水动力对舵杆轴线矩（扭矩）水动力对舵杆轴线矩（扭矩）2222TNDLPPPPPsincosDLPPPNsincosDLPPPTsincosTNLPPPsincosN

20、TDPPPPNXPMsXPMPNa2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）58舵的水动力特性（五）舵的水动力特性（五）v水动力系数水动力系数根据流体力学理论根据流体力学理论 为水动力系数为水动力系数 RAVCP221RAVPC2212222TNDLCCCCCsincosDLNCCCsincosLDTCCCsincosTNLCCCcossinTNDCCCPNMCCC2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）59舵的水动力特性舵的水动力特性v问题问题1： 为什么要引入无因次系数？为什么要引入无因次系数？ 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）60舵的水动力特性舵的水动力特性v问题问题2

21、： 引入无因次系数引入无因次系数,是为了便于将试验资是为了便于将试验资料应用于不同尺度、速度的实际机翼上，料应用于不同尺度、速度的实际机翼上，并且便于机翼与机翼之间的水动力特性比并且便于机翼与机翼之间的水动力特性比较。为什么？较。为什么？ 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）61舵的水动力特性（六）舵的水动力特性（六）总结：总结：由流体力学相似理论可知，由流体力学相似理论可知，几何形状相似的机翼无论尺几何形状相似的机翼无论尺寸大小如何，相同流态中寸大小如何，相同流态中 、 、 值都相等，其一组实验值值都相等，其一组实验值可应用于几何形状相似、大小不等的一系列机翼上去可应用于几何形状相似

22、、大小不等的一系列机翼上去。 选取舵时，（阻力）愈小愈好，以比值选取舵时，（阻力）愈小愈好，以比值 表示，即表示，即机翼效率，或机翼效率，或 ，LCDCPCDPDLDLCCPP0sincosLDPPctgCCDL2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）62舵的水动力特性（七）舵的水动力特性（七）v影响水动力特性的因素影响水动力特性的因素展弦比展弦比，厚度比厚度比 ，外形，外形，剖面形状，剖面形状，楔形度楔形度 t2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）63舵的水动力特性（八）舵的水动力特性（八）v影响水动力特性的因素展弦比影响水动力特性的因素展弦比射流射流V除对舵产生升力外，在舵叶上下

23、两端环绕至叶背，除对舵产生升力外，在舵叶上下两端环绕至叶背，产生涡流，在产生涡流，在较小时，情况更严重。环绕涡流使叶面较小时，情况更严重。环绕涡流使叶面压力差变小，舵升力下降。压力差变小，舵升力下降。翼端绕流使叶面产生诱导速度翼端绕流使叶面产生诱导速度0，其合力方向，其合力方向 使使射流角射流角 ，从而极限舵角范围内，从而极限舵角范围内 ，故，故 。所以所以的影响，实质是由于翼端绕流损失，以及舵叶上的影响，实质是由于翼端绕流损失，以及舵叶上界层分离现象所产生的。界层分离现象所产生的。11LPLC2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）64舵的水动力特性（九）舵的水动力特性（九）v影响水动力

24、特性的因素影响水动力特性的因素-展弦比展弦比思考题：解释思考题：解释对对 影响的原因？影响的原因？ LC2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）65舵的水动力特性（十）舵的水动力特性（十）v影响水动力特性的因素影响水动力特性的因素厚度比厚度比 (= ，表示舵剖面形状的特征系数，表示舵剖面形状的特征系数)实验证明：对小实验证明：对小翼形舵，翼形舵， 对水动力特性，尤其对水动力特性，尤其是是 影响大。影响大。 tbtmaxtLC2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）66舵的水动力特性（十一）舵的水动力特性（十一）v影响水动力特性的因素影响水动力特性的因素外形外形舵面积与舵效舵面积与舵效

25、在极限舵角内，舵角一定，舵面积大，舵效好。在极限舵角内，舵角一定，舵面积大，舵效好。但面积过大，超过极限，会增加航行阻力，增但面积过大，超过极限，会增加航行阻力，增大舵机负荷，影响船舶稳定性。大舵机负荷，影响船舶稳定性。2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）67舵的水动力特性（十二）舵的水动力特性（十二）v影响水动力特性的因素影响水动力特性的因素外形外形2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）68舵的水动力特性（十三）舵的水动力特性（十三）v影响水动力特性的因素影响水动力特性的因素楔形度楔形度 楔形上厚下薄，楔形上厚下薄， 最高，有楔形最高，有楔形 提高提高9。LCLC2022-2-

26、25第一章 操船设备（舵设备）69舵的水动力特性（十四）舵的水动力特性（十四）v影响水动力特性的因素影响水动力特性的因素剖面形状剖面形状前缘丰满，外形微有凹陷，水动力特性要好一前缘丰满，外形微有凹陷，水动力特性要好一些。但要考虑加工工艺、成本。些。但要考虑加工工艺、成本。 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）70小结小结v舵的水动力特性及计算方法；舵的水动力特性及计算方法；v影响水动力特性的因素。影响水动力特性的因素。2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）71第三节：第三节：舵系设计计算舵系设计计算2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）72v7000t散货船总布置图2022

27、-2-25第一章 操船设备（舵设备）73本章作业本章作业v完成万吨重吊船操纵设备设计和计算完成万吨重吊船操纵设备设计和计算 1. 作业任务书作业任务书 2.船舶的总布置图船舶的总布置图 3.船舶说明书船舶说明书 4.船舶型线图船舶型线图 5.船舶性能试验报告船舶性能试验报告2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）74目的、内容及步骤目的、内容及步骤 （一）（一）v目的目的 计算各舵角下，舵受的流体合力及力矩。计算各舵角下，舵受的流体合力及力矩。并以此作为结构设计、强度计算、零件选并以此作为结构设计、强度计算、零件选配、估算舵机功率之依据。配、估算舵机功率之依据。按正、倒车两种状态进行，倒车

28、起校核作按正、倒车两种状态进行，倒车起校核作用。原理同正车，随边作导边，航速按规用。原理同正车，随边作导边，航速按规范取。海船取设计航速一半范取。海船取设计航速一半 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）75目的、内容及步骤目的、内容及步骤 （二）（二）v设计计算内容及步骤设计计算内容及步骤 （1）确定舵的型式与数量、相对桨的位置确定舵的型式与数量、相对桨的位置 （2）选择舵面积）选择舵面积 ， ;（3）水动力影响规律及船体型线、确定有关要素。（剖面）水动力影响规律及船体型线、确定有关要素。（剖面形状、展弦比、外形形状、展弦比、外形、厚、厚度比、平衡系数）度比、平衡系数） （4）计算水动

29、力；）计算水动力；（5）舵叶设计和规范计算，各种附属件设计计算；）舵叶设计和规范计算，各种附属件设计计算；（6）舵主要零件强度计算（强度高、重量轻、价格低）；）舵主要零件强度计算（强度高、重量轻、价格低）；（7）确定操舵系统、操舵装置和舵机功率）确定操舵系统、操舵装置和舵机功率。 KARA2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）76舵型式、数量选择、舵位置确定（舵型式、数量选择、舵位置确定（1） v舵型式舵型式 v舵数目舵数目 v舵与桨的配合舵与桨的配合舵位置舵位置 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）77舵型式、数量选择、舵位置确定（舵型式、数量选择、舵位置确定（2） v舵型式舵

30、型式 舵型式选择通常由船舶运行条件决定。目前常舵型式选择通常由船舶运行条件决定。目前常用流线型平衡舵。用流线型平衡舵。设置平衡舵，合理选择平衡系数，可以得到最设置平衡舵，合理选择平衡系数，可以得到最小的舵杆力矩值小的舵杆力矩值 。海船：流线型平衡舵海船：流线型平衡舵内河与浅水：悬挂内河与浅水：悬挂敞开式（椭圆）尾：很好配合半悬挂平衡舵敞开式（椭圆）尾：很好配合半悬挂平衡舵。2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）78舵型式、数量选择、舵位置确定（舵型式、数量选择、舵位置确定（3） v舵数目舵数目 舵数目决定于船型、船舶参数，而主要是桨轴数目。舵舵数目决定于船型、船舶参数，而主要是桨轴数目。

31、舵数目多，可靠性高，展弦比相对加大，但布置复杂，重数目多，可靠性高，展弦比相对加大，但布置复杂，重量增加，建造、维修成本增加。量增加，建造、维修成本增加。单舵单舵一般运输船舶、机构简单、正对桨、充分利用一般运输船舶、机构简单、正对桨、充分利用尾流。尾流。双舵双舵内河船、吃水浅、避免太小，内河船、吃水浅、避免太小，操纵性。操纵性。多舵多舵浅吃水、操纵性要求高、工程推拖浅吃水、操纵性要求高、工程推拖舵数目与桨数目相关，从尾流控制概念，船、桨、舵效舵数目与桨数目相关，从尾流控制概念，船、桨、舵效综合考虑。综合考虑。2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）79舵型式、数量选择、舵位置确定（舵型式、

32、数量选择、舵位置确定（4） v舵与桨的配合舵与桨的配合舵位置舵位置 满足操舵原理，远离船舶回转中心（近于舯），满足操舵原理，远离船舶回转中心（近于舯），远离船舶重心。远离船舶重心。置于桨后的高水流区，尽量靠近桨盘，以置于桨后的高水流区，尽量靠近桨盘，以 ；有良好的保护（上、下、前后缘均保护）；有良好的保护（上、下、前后缘均保护）；舵位置应与船尾形状配合；舵位置应与船尾形状配合；考虑多舵效果；考虑多舵效果；LC2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）80舵面积舵面积 确定确定 （1） v 的确定方法：的确定方法： 问题：为什么确定舵面积是舵设计最主问题：为什么确定舵面积是舵设计最主要的一个环

33、节？要的一个环节？KAKA2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）81舵面积舵面积 确定确定 （2） v 的确定方法的确定方法 型船换算法型船换算法 统计方法统计方法经验公式经验公式KAKA2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）82确定剖面形状、厚度比、平衡系数、展弦确定剖面形状、厚度比、平衡系数、展弦比，绘船、桨、舵组合体图（比，绘船、桨、舵组合体图（1） v剖面形状剖面形状 原则（外形、剖面）原则（外形、剖面） v一定一定 下，下， 愈大愈好愈大愈好 v小舵角下有较高的升力系数，系数曲线梯度大，小舵角下有较高的升力系数，系数曲线梯度大，希林舵，希林舵，制流板。制流板。v转舵力矩越

34、小越好，舵机功率转舵力矩越小越好，舵机功率，考虑平衡、半平衡，压力中，考虑平衡、半平衡，压力中心系数心系数 变化越小越好。变化越小越好。 v阻力要小。（反应舵，迎流反应舵）阻力要小。（反应舵，迎流反应舵） v最大航速及舵角范围内无舵空泡。最大航速及舵角范围内无舵空泡。 v符合强度要求，如悬挂式：上底大的倒梯形。符合强度要求，如悬挂式：上底大的倒梯形。 1.工艺性好，矩形。工艺性好，矩形。 KALCPC2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）83v平衡系数（比）平衡系数（比）ee影响舵机功率大小、舵的稳定性。影响舵机功率大小、舵的稳定性。 功率：因为功率：因为N，舵轴线与压力中心应尽可能接，

35、舵轴线与压力中心应尽可能接近，使近，使 （水动力扭矩）（水动力扭矩）稳定性：中心在轴后，转舵时，压力永远迫使稳定性：中心在轴后，转舵时，压力永远迫使舵自行回正。反之为过平衡。舵自行回正。反之为过平衡。 RCAAaM确定剖面形状、厚度比、平衡系数、展弦确定剖面形状、厚度比、平衡系数、展弦比，绘船、桨、舵组合体图（比，绘船、桨、舵组合体图（2） 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）84v展弦比展弦比 在未发生界层分离以前，同一在未发生界层分离以前，同一 下，下，越大，越大， 愈高。反之，翼端损失大。愈高。反之，翼端损失大。常用船展弦比，常用船展弦比，平均平均。 LC确定剖面形状、厚度比、平

36、衡系数、展弦确定剖面形状、厚度比、平衡系数、展弦比，绘船、桨、舵组合体图（比，绘船、桨、舵组合体图（3） 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）85v绘制船桨舵组合体图，以保证实施。绘制船桨舵组合体图，以保证实施。 要保证：桨、舵、船体之间保持最合适的间隙；要保证：桨、舵、船体之间保持最合适的间隙； 桨迎受良好的水流；桨迎受良好的水流； 考虑桨、舵的保护措施。考虑桨、舵的保护措施。确定剖面形状、厚度比、平衡系数、展弦确定剖面形状、厚度比、平衡系数、展弦比，绘船、桨、舵组合体图（比，绘船、桨、舵组合体图（4） 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）86v绘制船桨舵组合体图，以保证实施

37、。绘制船桨舵组合体图，以保证实施。 绘制过程绘制过程 ：1)各种因素决定后，由尾部高度条件定出舵高各种因素决定后，由尾部高度条件定出舵高h； 2)求出舵平均宽度求出舵平均宽度 ;3)根据艉部形状、舵保护条件和舵型式绘舵叶轮廓，要求根据艉部形状、舵保护条件和舵型式绘舵叶轮廓，要求简单，工艺性好。简单，工艺性好。4)由选定的平衡系数由选定的平衡系数e，决定平衡面积，决定平衡面积；5)舵截面试绘。舵截面试绘。 6)桨、船、舵间布置间隙及影响因素参阅桨、船、舵间布置间隙及影响因素参阅船舶设计原理船舶设计原理 hAbR确定剖面形状、厚度比、平衡系数、展弦确定剖面形状、厚度比、平衡系数、展弦比，绘船、桨、

38、舵组合体图（比，绘船、桨、舵组合体图（5） 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）87水动力特性计算水动力特性计算v计算目的计算目的v计算思路计算思路 v舵压力及力矩实用算法舵压力及力矩实用算法 v确定舵机功率确定舵机功率2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）88计算思路计算思路 v根据设计船提供的主要尺度和参数，以及桨的参根据设计船提供的主要尺度和参数，以及桨的参数，针对设计舵的型式、尺度、数量、剖面形状数，针对设计舵的型式、尺度、数量、剖面形状及所处的流态：及所处的流态： 利用试验统计资料或者近似计算公式，决定敞水水动力利用试验统计资料或者近似计算公式，决定敞水水动力系数系数

39、、 、 以及压力中心系数以及压力中心系数 。列表计算，敞水状态的列表计算，敞水状态的P， 。考虑各种影响因素（包括机械损耗、舵结构影响、水流考虑各种影响因素（包括机械损耗、舵结构影响、水流影响、船桨影响）计算出实际影响、船桨影响）计算出实际 实实、 实实、 实实 1.估算舵机功率。估算舵机功率。LCNCDCPCTNDLiPi,LPNPM2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）89舵压力及力矩实用算法舵压力及力矩实用算法v压力及压力中心计算法压力及压力中心计算法 （近似法或模型试（近似法或模型试验资料法验资料法 ）v力矩计算力矩计算 v考虑影响水动力的因素，换算实船水动力、考虑影响水动力的因

40、素，换算实船水动力、力矩力矩 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）90力矩计算力矩计算v对转轴之力矩对转轴之力矩v磨擦力矩磨擦力矩 v舵头扭矩舵头扭矩 v对转舵力矩的基本要求对转舵力矩的基本要求 ：最大正车扭矩最大正车扭矩0，且值最小。，且值最小。最大正车负扭矩最大正车负扭矩最大倒车负扭矩最大倒车负扭矩（最大（最大扭矩需小，以减轻舵重）扭矩需小，以减轻舵重）无负扭矩，稳定性好。无负扭矩，稳定性好。 aM2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）91力矩计算力矩计算2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）92考虑影响水动力的因素，换算实考虑影响水动力的因素，换算实船水动力、力矩船水

41、动力、力矩 v在船、桨、舵综合作用下，水动力情况与敞水舵在船、桨、舵综合作用下，水动力情况与敞水舵有所不同，要考虑的影响因素主要有有所不同，要考虑的影响因素主要有 ：自由表面影响（与自由表面影响（与关系）关系）伴流影响（尾波情况）伴流影响（尾波情况） 重点因素涉及重点因素涉及v的取法的取法桨尾流影响（尾流情况）桨尾流影响（尾流情况）船底影响船底影响艉框影响（结构）艉框影响（结构）LC2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）93确定舵机功率确定舵机功率 v根据表格计算结果作根据表格计算结果作P.M.正倒车曲线正倒车曲线 v估算功率估算功率 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）94第四

42、节：第四节：舵结构与强度舵结构与强度舵结构与强度（一）舵结构与强度（一）v舵之结构舵之结构多为流线型复板舵多为流线型复板舵 单板舵单板舵 复板舵：空心，水密复板舵：空心，水密 上舵杆、舵骨架（代替单板舵下舵杆）、舵上舵杆、舵骨架（代替单板舵下舵杆）、舵头、舵钮、注入塞、放水塞、吊环。头、舵钮、注入塞、放水塞、吊环。 水密性保证方法水密性保证方法 ： 一侧板与水平板先施焊，水平板出舌头，周围一侧板与水平板先施焊，水平板出舌头，周围焊后切之，或水平板加复板，外板开槽，条形塞焊后切之，或水平板加复板，外板开槽，条形塞焊，尾端塞板（随边），首端加无缝管（导边）焊，尾端塞板（随边），首端加无缝管（导边）

43、。 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）952022-2-25第一章 操船设备（舵设备）96舵结构与强度（二）舵结构与强度（二）v舵结构强度（结构尺寸）舵结构强度（结构尺寸） 规范要求：规范要求： 1.舵杆、舵叶、舵销、舵销衬套；舵杆、舵叶、舵销、舵销衬套； 2.舵杆及舵叶联接件（法兰、螺纹、键舵杆及舵叶联接件（法兰、螺纹、键） 3.舵承、舵角限制器。舵承、舵角限制器。2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）97舵结构与强度（三）舵结构与强度（三）v舵结构强度（结构尺寸）舵结构强度（结构尺寸） 1、强度理论计算、强度理论计算问题问题 如何计算如何计算 ， 如何确定如何确定 （许用应

44、力、安全系数标准）（许用应力、安全系数标准）弯矩的计算（舵杆）弯矩的计算（舵杆） 许用应力、安全系数许用应力、安全系数 EM 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）98舵结构与强度（四）舵结构与强度（四）v舵结构强度计算方法舵结构强度计算方法 理论计算方法理论计算方法 规范计算方法规范计算方法 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）99舵结构与强度（五）舵结构与强度（五）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）100舵结构与强度（六）舵结构与强度（六）v舵结构强度（结构尺寸）舵结构强度（结构尺寸） 2、规范计算法、规范计算法以以钢质海船入级与建造规范钢质海船入级与建造规范舵杆舵

45、杆 舵叶舵叶 舵销舵销 舵轴舵轴 连接零件连接零件 舵扇与舵柄舵扇与舵柄 2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）101舵结构与强度舵结构与强度 （七）（七）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）102舵结构与强度舵结构与强度 （八）（八）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）103舵结构与强度舵结构与强度 （九）（九）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）104舵结构与强度舵结构与强度 （十）（十）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）105舵结构与强度舵结构与强度 （十一）（十一）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）106舵结构与强度舵结构与强度 （十二

46、）（十二）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）107舵结构与强度舵结构与强度 （十三）（十三）2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）108第五节：第五节：舵机及其基本要求舵机及其基本要求2022-2-25第一章 操船设备（舵设备）1091.舵机有哪些种类？舵机有哪些种类？ 各有什么特点？各有什么特点？2.各自的原理是什么？各自的原理是什么？3.舵机有哪些基本要求？舵机有哪些基本要求？自学自学舵机及其基本要求舵机及其基本要求v舵机的工作原理舵机的工作原理v舵机的转舵机构舵机的转舵机构v对舵机的基本要求对舵机的基本要求2022-2-25第二章 操船设备（舵设备）110舵机的工作原理舵机的工作原理 目前船舶一般采用电动液压舵机，它可以目前船舶一般采用电动液压舵机，它可以分为阀控型和泵控型两大类分为阀控型和泵控型两大类。 （1）阀控型舵机：在舵机工