舵机起货机锚机绞缆机第九章舵机

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1、舵机起货机锚机绞缆机第九章舵机§9—1舵的作用原理和对舵机的要求一、舵设备的组成和舵的类型舵叶：大多数船舶都采用由钢板焊接而成的空心舵，称为复板舵，其水平截面呈对称机翼形，又称流线型舵。舵叶的偏转由操舵装置（通常称舵机）来控制。舵的分类：不平衡舵：舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵。平衡舵：舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵。半平衡舵：仅于下半部做成平衡型式的舵。后图所示。二、舵的作用原理和转舵扭矩1.舵的水作用力及其对船舶运动的影响：舵叶上作用力分析：当舵叶偏转α角后，舵叶两侧所受水压力的合力为FN；水流对

2、舵叶产生的摩擦力为FT；在舵叶的压力中心O上，就会产生一个大小等于FN与FT合力的水作用力F。舵上的水作用力F可分解为与水流方向垂直的升力FL和与水流方向平行的阻力FD。升力FLFL=1/2CLρAv2阻力FDFD=1/2CDρAv2舵压力中心至舵导边的距离XX=CXbCL-升力系数；CD-阻力系数；CX–压力中心系数。三个系数大小随舵角α而变，由模型试验测定。（见后表）V-舵叶处水流速度，一般取航速的1.15-1.2倍；b-舵叶的平均宽度；A-舵叶的单侧浸水面积图8-3为某型舵叶的流体动力特性系数曲

3、线。舵上的水作用力F对船舶的影响：1.产生转船力矩MS；2.产生纵向分力R（R=F2sinα）增加船舶前进的阻力；3.产生横向分力T（T=F2cosα）使船舶向偏舵的相反方向漂移；4.水作用力F与船舶重心不在同一水平面使船舶产生横倾和纵倾。转船力矩：MS=FL（l+XCcosα）+FDXDsinα≈FLl=1/2CLρAv2lXC—舵压力中心至舵杆轴线的距离；XC=X-Z=CXb–Z；Z—舵杆轴线至舵叶导边的距离；l—舵杆轴线至船舶重心的距离。转船力矩变化分析：①转船力矩MS随舵角的增大而增大，并在达

4、到某一舵角时出现极大值MSmax。（见上图，CL变化引起MS变化并产生极大值）②转船力矩出现极大值时的舵角数值，与舵叶的几何形状有关，并主要取决于舵叶的展弦比λ（λ=舵叶高度h/舵叶平均宽度b）。展弦比λ越小，达到最大转船力矩时的舵角就越大。③海船舵叶的λ一般为2-2.5，αmax为32°-35°；内河船舶λ一般为1.0-2.0，αmax为35°-45°。2.舵的水动力矩和转舵扭矩舵的水动力矩:舵压力FN对舵杆轴线所产生的力矩称为舵的水动力矩，用Ma表示：Ma=FNXC=（FLcosα+FDsinα

5、）XC=1/2CNρAv2XC式中：CN=CLcosα+CDsinα转舵扭矩:操舵装置施加在舵杆上的扭矩称为转舵扭矩M，等于水动力矩Ma和舵各支承处的总摩擦扭矩Mf的代数和，即M=Ma+Mf普通平衡舵Mf=（0.15~0.20）Ma。公称转舵扭矩:指其在规定的最大舵角时所能输出的最大扭矩。它是根据船舶在最深航海吃水和以最大营运航速前进时，将舵转到最大舵角所需要的扭矩来决定的。平衡系数K:舵杆轴线之前的舵叶面积A’和整个舵叶面积A之比，称为平衡系数，用K表示。平衡系数K影响:平衡系数越大，舵叶的最大水动

6、力矩越小，即舵机所需的公称扭矩越小。但K不宜过大，否则在常用舵角（10～20°）范围内回舵时需克服的公称转舵扭矩就可能较大，使舵机功耗增加。一般舵的平衡系数约在0.15～0.35之间。船舶倒航时，舵叶后缘成为导边，压力中心离开舵杆轴线的距离XC增大，但倒航船速只有正航正常航速的1/2，故倒航时的水动力矩约为正航最大值的60%，所以舵机不会过载。图8-4为转船力矩和舵的水动力曲线。转船力矩和舵的水动力曲线三、对舵机的基本技术要求我国《钢质海船入级与建造规范》（1996）根据《国际海上人命安全公约》（SO

7、LAS公约）的规定，要求舵机必须具有足够的转舵扭矩和转舵速度，并且在某一部分万一发生故障时，应能迅速采取替代措施，以确保操舵能力。具体的基本技术要求：1）必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置；或主操舵装置有两套以上的动力设备，当其中之一失效时，另一套应能迅速投入工作。主操舵装置应具有足够的强度并能在船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时将舵自任何一舷35°转至另一舷的35°，并且于相同的条件自一舷的35°转至另一舷的30°所需的时间不超过28秒。此外在船以最大速度后退时应不致损坏。辅操舵装置应具

8、有足够的强度，且能在船舶处于最深航海吃水，并以最大营运航速的一半但不小于7kn前进时，能在不超过60s内将舵自任一舷的15°转至另一舷的15°。在主操舵装置备有两台以上相同的动力设备符合下列条件时，也可不设辅操舵装置（1万Gt以上油船、化学品船、液化气体船和7万Gt以上其它船必须如此）：即当管系或一台动力设备发生单项故障时应能将缺陷隔离，以使操舵能力能够保持或迅速恢复；对于客船，当任一台动力设备不工作时，或对于货船，当所有动力设备都工作时，应能满足对主操