對比分析吊艙推進與傳統推進船舶操縱性能

劉毅敏

摘 要：針對新型吊艙推進系統，將傳統的舵系統作為比較對象，結合深水鋪管起重船的實際狀況，開展不同推進系統的操縱性能對比試驗。經過試驗可知，吊艙推進系統的回轉性能和應舵性能明顯優于傳統的舵系統船舶。在糾向和航向保持性能方面，吊艙推進系統與舵系統無太大差別。對比、分析吊艙推進與傳統推進船舶的操縱性能，旨在為吊艙推進技術的應用和實際船舶操縱提供參考。

關鍵詞：吊艙推進系統；傳統舵系統；操縱性能；應舵性能

中圖分類號：U661.33 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.032

相比傳統落后的推進方式，無論是在設計、性能，還是在制造、維護上，吊艙推進都有顯著的優勢。然而，對于吊艙推進系統的操縱性能，目前國內外還沒有完全統一的研究結論。對此，為了掌握吊艙推進系統所具備的各項操作性能，本文將傳統的推進系統作為比較對象，開展操縱性能方面的對比試驗。

1 對比試驗對象和試驗方案

1.1 對比試驗對象

為了對比吊艙推進船舶與傳統推進船舶的性能，此次對比試驗將深水鋪管起重船作為核心研究對象。該研究對象是一個自帶雙吊艙推進船舶，在開展性能對比試驗的過程中，需在船舶尾端加設舵盤，而原有的推進器僅提供推進功能。試驗模型參數如表1所示。

1.2 對比試驗方案

性能對比項目為回轉、穩定和應舵。開展對比試驗以前，對不同操縱形式下的試驗模型實施重心調試和慣量調試，以確保其與實際船舶相近，同時，還要精準調試舵槳的偏轉速率和轉舵的速率。在試驗過程中，具體的試驗項目包含3種，分別為回轉、Z形和操舵保向。除了操縱方式不同外，航速和項目均完全相同。其中，吊艙推進條件下的回轉試驗舵角為±90°、±70°、±35°、±25°、±20°、±10°；Z形試驗舵角為±10°/±10°、±20°/±20°；操舵保向試驗舵角為±10°。傳統推進舵條件下的回轉試驗舵角為±35°、±25°、±15°；Z形試驗舵角為±10°/±10°、±20°/±20°；操舵保向試驗舵角為±10°。

2 對比試驗結果和結果分析

2.1 對比試驗結果

對比試驗結果為：回轉試驗，DT/L衡準值下，舵系統試驗結果為2.75，吊艙系統試驗結果為1.71，IMO標準≤5.0；lm/L衡準值下，舵系統試驗結果為3.00，吊艙系統試驗結果為2.28，IMO標準≤4.5.Z形試驗，±10°/±10°舵角，ψov1衡準值下，舵系統試驗結果為3.7，吊艙系統試驗結果為4.1，IMO標準≤20.0°；±10°/±10°舵角，ψov2衡準值下，舵系統試驗結果為5.9，吊艙系統試驗結果為6.6，IMO標準≤40.0°；±20°/±20°舵角，ψov1衡準值下，舵系統試驗結果為9.0，吊艙系統試驗結果為8.5，IMO標準≤25.0°。操舵保向試驗，f衡準值下，舵系統試驗結果為0.8，吊艙系統試驗結果為0.8.Z形試驗，±10°/±10°舵角，ta'衡準值下，舵系統試驗結果為1.79，吊艙系統試驗結果為1.34，IMO標準≤2.5；±20°/±20°舵角，ta'衡準值下，舵系統試驗結果為1.80，吊艙系統試驗結果為1.43.

2.2 試驗結果分析

由試驗結果可得，相比于舵系統，在回轉性能上，吊艙推進系統有顯著優勢，而且其應舵性能也遠遠超出舵系統，但二者的航向保持性能和糾向性能無明顯差別。無論哪一種操作系統，它們的回轉參數都隨著舵角的不斷增大而減小。由于吊艙推進系統具備全回轉功能，所以，其回轉能力比較強，可原地掉頭。而對于傳統舵系統而言，如果要原地掉頭，還要借助側推裝備。

相比傳統舵系統船舶，吊艙推進系統轉首力矩主要由推進器達到指定角度以后其所給的推力產生。與傳統的舵力相比，這具備更高量值。另外，由于吊艙推進系統回轉時需要偏轉一定角度，縱向推力因此降低，所以，穩定回轉時速度相對比較低，存在速降值。正因為有不同的回轉速度和轉首力矩，使得吊艙推進系統在回轉時回轉直徑很小，進而對橫向傾角造成不同程度的影響。

相比傳統舵系統船舶，吊艙推進系統的應舵性能具有顯著的優勢，其對應的衡量值可借助Z形試驗過程中的無因次初轉期來表示。由所得試驗結果可知，在所有Z形試驗中，無論舵角大小如何，吊艙推進系統的無因次初轉期都比舵系統小。吊艙推進系統更有利于實現動力定位效果，動力定位作為試驗對象核心定位方法，它通過聲吶測定船位，然后再借助自動控制系統發出指令，控制設在船舶上的推進裝置，以此固定船位。

在糾向和航向保持性能方面，2種操縱系統無明顯差別。這一現象體現在Z形試驗過程中，操作頻率從數據上看相差不大，而且都符合IMO標準。對使用穩定性有直接影響的因素有：船體線型、裝載情況和操縱方式。在此次試驗過程中，雖然操縱系統不同，但是，模型、慣量和重心位置完全一致，所以，船舶的穩定性相同。另外，在10°和20°方向角下，由推進器提供的轉首力矩差異也可忽略，它不會影響試驗結果。

3 結論

相比傳統舵系統船舶，吊艙推進最明顯的優勢在于其操縱靈活性和響應速度；吊艙推進系統的回轉性能和應舵性能明顯優于傳統的舵系統船舶；在糾向和航向保持性能方面，吊艙推進系統與舵系統無太大差別；吊艙推進系統的回轉橫向最大傾角會隨著舵角的不斷增大而變大；吊艙推進系統的穩定橫向傾角會隨著實際偏轉角度的不斷增大而減小。

參考文獻

[1]劉潔，李彥.吊艙推進船舶操縱性仿真研究[J].科學技術與工程，2015，11（03）：507-512.

[2]劉洪梅，許文兵，陳雄，等.吊艙推進與傳統推進船舶操縱性能對比分析[J].船舶力學，2011，11（05）：463-467.

〔編輯：白潔〕