第一章船舶操纵设备-1

2019/10/4第一章操船设备（舵设备）1船舶设备第一章船舶操纵设备2019/10/4第一章操船设备（舵设备）2第一章操船设备航行设备之一，操纵系统之一掌握的内容：舵设备的作用、种类；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）舵机选型、舵系布置；（动力装置）舵叶、舵杆、及其连接件等；襟翼舵、导管舵等其他操船设备。2019/10/4第一章操船设备（舵设备）3第一节：操船设备概述舵设备的作用、组成和类型舵设备的构造2019/10/4第一章操船设备（舵设备）4一、舵设备的作用、组成和类型舵的作用舵的组成舵的分类2019/10/4第一章操船设备（舵设备）5舵的作用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？篙桨帆橹2019/10/4第一章操船设备（舵设备）6舵的作用舵的作用概述:2.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的性能？船舵和发展“深涉南海数万里，千万人之命直奇于一柁”——杜甫舵是远洋航行的三大要件（舵、帆、指南针）之一。史称“轩辕作舟，夏禹作舵”至迟到东汉我人民已发明船舵，广州东汉墓出土的陶船模型上有舵（拖舵）。拖舵应用至少延至隋唐。垂直舵至迟不迟于宋。定义船舶尾流控制器或操纵器舵—置于船尾的平板，用以对船体产生横向力，使船舶变向、回转。舵设备—舵和操舵装置的总称。2019/10/4第一章操船设备（舵设备）9舵的作用（续）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）10舵的作用（续）航向运舵状态：TDTKDAa2019/10/4第一章操船设备（舵设备）11舵的作用（四）舵效及产生舵效的原理：船用舵是小展弦比的平板或机翼型结构，设置于船尾端，当舵转动时，舵上产生的水动力合力在垂直于船体中心线的方向上的分力相对于船体舯剖面形成了转船力矩。2019/10/4第一章操船设备（舵设备）12舵的作用（续）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？2019/10/4第一章操船设备（舵设备）13舵的作用（续）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）14舵的作用（续）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）1542019/10/4第一章操船设备（舵设备）16舵的作用（续）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）17舵的作用（续）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）18舵的作用（续）长鹰5号总布置图长鹰5号型线图2019/10/4第一章操船设备（舵设备）19舵的作用（续）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）20舵的作用（续）舵的作用在（桨）舵配合下，具有稳定航向、改变航向和作回转运动的功能。讨论：对于水下潜器的舵应该是何种型式？如何进行控制？2019/10/4第一章操船设备（舵设备）21舵的作用（续）本次作业：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。2019/10/4第一章操船设备（舵设备）222.舵设备组成（一）舵操舵装置主操舵装置辅助操舵装置2019/10/4第一章操船设备（舵设备）232019/10/4第一章操船设备（舵设备）24舵设备组成（二）主操舵装置：2019/10/4第一章操船设备（舵设备）25舵设备组成（三）主操舵装置：2019/10/4第一章操船设备（舵设备）26舵设备组成（四）主操舵装置包括：操舵装置：操舵器、舵角指示器、传动装置（人力和机动）舵机：动力与转舵机构转舵装置：舵柄、舵扇止舵装置：限位开关2019/10/4第一章操船设备（舵设备）272019/10/4第一章操船设备（舵设备）28传统液压舵机——大型柱塞拨叉式液压舵机2019/10/4第一章操船设备（舵设备）29传统液压舵机——小型柱塞拨叉式液压舵机2019/10/4第一章操船设备（舵设备）30传统液压舵机——活塞式液压舵机2019/10/4第一章操船设备（舵设备）31转叶式舵机产品特点：1.转叶式舵机,致密的结构,所有活动零部件组成一体,内置式自润滑的径向和轴向轴承.2.液压单元安装在舵机两侧,避免了由管路造成的压力损失,振动和噪声等.3.动力单元与执行机构,各种阀件间的管路出厂前已连好,毋须到货后再做管路窜洗工作,有效避免各种杂质进入液压系统.2019/10/4第一章操船设备（舵设备）32舵设备组成（五）舵：舵叶舵杆连续杆支承部件统称舵系2019/10/4第一章操船设备（舵设备）33舵叶结构和制造方法2019/10/4第一章操船设备（舵设备）34船舵分类（一）1.一般分类按舵叶截面形状区分:单板舵复板舵流线型舵按支承方式区分:多支承双支承单支承按舵面积对转轴的分布区分:不平衡舵平衡舵半平衡舵2019/10/4第一章操船设备（舵设备）35船舵分类（二）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）36船舵分类（三）称法：支承类型＋截面形状＋分布情况。如：多支承流线型半平衡舵普通不平衡舵装置：舵柱后面（单桨船）呆木后面（非自航船，某些双桨船）半悬挂舵装置：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）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）37船舵分类（四）2.流线型舵及改进形式：流线型舵的优点：流线型舵的种类：单体舵复体舵半平衡复体舵流线型改进形式：增进推进效率提高舵压力2019/10/4第一章操船设备（舵设备）38船舵分类（五）增进推进效率加导流罩整流反应舵2019/10/4第一章操船设备（舵设备）39船舵分类（六）问题讨论：1：该舵叶导缘部分在靠近中间部分（黑色笔标出），这种结构的作用是什么？2：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？3：用绿色标记的结构其安装在此处的作用是什么？2019/10/4第一章操船设备（舵设备）40船舵分类（七）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）41船舵分类（八）提升舵压力蒂姆舵（鱼尾舵）希林舵复体舵2019/10/4第一章操船设备（舵设备）42船舵分类（九）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）43船舵分类（十）－特种舵主动舵、襟翼舵、转柱舵2019/10/4第一章操船设备（舵设备）44舵的构造（自学）问题：1.舵钮和舵销是否可拆卸，它位于船舵的什么地方？2.舵是否需要水密？如何加工才能保证水密和强度？3.舵叶上注水塞、放水塞、吊环起什么作用？4.舵内部骨架？2019/10/4第一章操船设备（舵设备）45舵之几何要素及水动力特性第二节2019/10/4第一章操船设备（舵设备）46舵之几何要素及水动力特性舵几何尺度描述舵的水动力特性2019/10/4第一章操船设备（舵设备）47舵几何尺度描述（一）外形：舵高：h舵宽：b舵面积：A舵展弦比：λ舵平衡比：e舵剖面：2019/10/4第一章操船设备（舵设备）48舵几何尺度描述（一）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）49舵几何尺度描述（二）舵面积总面积AR――不转舵，在中线面的投影。平衡部分面积AC――转轴前部分面积。舵框架部分面积AP――复体舵固定部分。（舵柱）舵托架面积――半平衡复体舵固定部分。综合舵面积AK＝AR＋AP（舵柱或托架面积）PA2019/10/4第一章操船设备（舵设备）50舵几何尺度描述（三）舵展弦比λ――展长同弦长比值h/b。a）矩形：b)任意形：c）综合体：（或）bh22bAAhRRkbh22bAAhkk2019/10/4第一章操船设备（舵设备）51舵几何尺度描述（四）舵平衡比（对平衡舵而言）e――影响舵机功率RCAAe2019/10/4第一章操船设备（舵设备）52舵几何尺度描述（五）舵剖面――垂直轴平面切出的舵叶截面分类：对称剖面与不对称剖面参数国内常用剖面形状2019/10/4第一章操船设备（舵设备）53舵几何尺度描述（六）2019/10/4第一章操船设备（舵设备）54舵的水动力特性（一）机翼上流体作用力简述水动力换算关系影响水动力特性的因素2019/10/4第一章操船设备（舵设备）55舵的水动力特性（二）机翼上流体作用力简述2019/10/4第一章操船设备（舵设备）56舵的水动力特性（三）水动力换算关系合力及各分力换算水动力系数――根据流体力学理论2019/10/4第一章操船设备（舵设备）57舵的水动力特性（四）合力及各分力换算水动力对导边前缘矩水动力对舵杆轴线矩（扭矩）2222TNDLPPPPPsincosDLPPPNsincosDLPPPTsincosTNLPPPsincosNTDPPPPNXPMsXPMPNa2019/10/4第一章操船设备（舵设备）58舵的水动力特性（五）水动力系数――根据流体力学理论为水动力系数RAVCP221RAVPC2212222TNDLCCCCCsincosDLNCCCsincosLDTCCCsincosTNLCCCcossinTNDCCCPNMCCC2019/10/4第一章操船设备（舵设备）59舵的水动力特性问题1：为什么要引入无因次系数？2019/10/4第一章操船设备（舵设备）60舵的水动力特性问题2：引入无因次系数,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，并且便于机翼与机翼之间的水动力特性比较。为什么？2019/10/4第一章操船设备（舵设备）61舵的水动力特性（六）总结：由流体力学相似理论可知，几何形状相似的机翼无论尺寸大小如何，相同流态中、、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。选取舵时，（阻力）愈小愈好，以比值表示，即机翼效率，或，LCDCPCDPDLDLCCPP0sincosLDPPctgCCDL2019/10/4第一章操船设备（舵设备）62舵的水动力特性（七）影响水动力特性的因素展弦比λ，厚度比，外形，剖面形状，楔形度t2019/10/4第一章操船设备（舵设备）63舵的水动力特性（八）影响水动力特性的因素－展弦比λ射流V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λ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。翼端绕流使叶面产生诱导速度ν0，其合力方向使射流角，从而极限舵角范围内↓，故↓。所以λ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。11LPLC2019/10/4第一章操船设备（舵设备）64舵的水动力特性（九）影响水动力特性的因素----展弦比λ思考题：解释λ对影响的原因？LC2019/10/4第一章操船设备（舵设备）65舵的水动力特性（十）影响水动力特性的因素－厚度比(=，表示舵剖面形状的特征系数)实验证明：对小λ翼形舵，对水动力特性，尤其是影响大。tbtmaxtLC2019/10/4第一章操船设备（舵设备）66舵的水动力特性（十一）影响水动力特性的因素－外形舵面积与舵效在极限舵角内，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，增大舵机负荷，影响船舶稳定性。2019/10/4第一章操船设备（舵设备）67舵的水动力特性（十二）影响水动力特性的因素外形2019/10/4第一章操船设备（舵设备）68舵的水动力特性（十三）影响水动力特性的因素－楔形度楔形上厚下薄，最高，有楔形提高9％。LCLC2019/10/4第一章操船设备（舵设备）69舵的水动力特性（十四）影响水动力特性的因素－剖面形状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。2019/10/4第一章操船设备（舵设备）70小结舵的水动力特性及计算方法；影响水动力特性的因素。2019/10/4第一章操船设备（舵设备）71第三节：舵系设计计算2019/10/4第一章操船设备（舵设备）727000t散货船总布置图2019/10/4第一章操船设备（舵设备）73本章作业完成万吨重吊船操纵设备设计和计算1.作业任务书2.船舶