江海直達船舶的舵效分析

葉江波 喻露

摘要：江海直達船舶在內河水域航行時，由于內河船舶密度高和碼頭水域狹窄，因此避讓及調頭作業是最為常見的工況，要求江海直達船舶具有良好的變向操縱性能。船舶的回轉性是反映變向操縱性能的重要指標，針對江海直達船的尺度要素和舵參數，采用經驗公式對其回轉直徑進行計算分析，提出了江海直達船舶的舵面積系數建議，并針對不同水域環境條件提出了增加其舵效的有效建議。

Abstract： When sailing in the inland waters， due to the high density of ships and the narrow wharf waters， avoidance and head-turning are to be the most common working conditions， which require the river-to-sea ships to have a good steering performance. As turning ability is an important index to steering performance， turning diameter is calculated and analyzed by empirical formula for the scale factor and rudder parameters of the river-to-sea ships， to propose the suggestions on rudder area coefficient. Meanwhile， according to the different water environment conditions， proposing the effective suggestions to increase the rudder effect.

關鍵詞：江海直達船舶；操縱性；回轉直徑；舵效；舵面積系數

Key words： river-to-sea ships；maneuverability；turning diameter；rudder effect；rudder area coefficient

中圖分類號：U661.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0178-02

0 引言

2014年4月，交通運輸部在發布的《關于推進特定航線江海直達運輸發展的意見》中，提出到2020年基本形成長江和長三角地區至寧波—舟山港和上海港洋山港區江海直達運輸系統的發展目標，為江海直達船舶的發展提供了政策保障。長江通航環境復雜，水深和水勢流態隨季節性變化，存在眾多的橋區和港區，通航船舶密度較大，因此，為了保證江海直達船舶的航行安全，需要對其操縱性進行研究，為江海直達船舶的發展提供技術保障。

1 船舶操縱運動分析

船舶的操縱性主要包括穩向能力（直線運動）和變向能力（曲線運動），船舶航行時的穩向主要是利用車舵組合克服斜流、紊流的作用，使船舶航行在預期的航路上；船舶航行時的變向主要依靠船舶的舵裝置提供側向力，保證船舶在限制水域內有效地避讓、掉頭、回轉。從長江通航環境來看，如果船舶具有足夠的功率航速克服水流作用，使船舶不過度偏航或打橫，較小的舵面積就能夠保證穩向，而江海直達船舶考慮海上波浪失速，一般功率航速較內河船舶大，故其穩向能力優于江船，因此，江海直達船的變向能力是考量江海直達船舶操縱性最為重要的指標。

分析船舶作曲線運動時的運動學關系可知：

v為船舶的瞬時航速；

R為船舶的瞬時回轉半徑；

β為船舶的瞬時漂角。

從上述公式中可以看出：船舶作曲線運動的能力反映在角速度、航速、回轉半徑、以及漂角變化四個特征參數上，各特征參數均與船型和舵參數有關；在船舶作曲線運動的初期，漂角隨時間的變化較小，此時，等式右邊部分的第二項比第一項小得多；當船舶作定常回轉時，漂角隨時間的變化為零，此時，船舶的運動軌跡為圓周，即ω=v/R。

由于回轉運動的最后階段是定常運動，且目前對回轉直徑研究已形成了較為成熟的經驗估算方法，便于進行定量分析，因此，以下通過對長江中下游大型船舶舵面積系數的統計分析，確定其舵面積系數范圍，然后研究船舶的回轉性能，及與操縱性衡準標準的適應性。

2 江海直達船舶回轉性分析

2.1 現有船舶尺度要素及舵參數

由表1、表2可以看出，長江中下游大型船舶舵面積系數的變化區間基本在2.8～3.5%之間，其展弦比均接近1.5，因此，在以下計算分析時，按舵面積系數為3.0和3.5%、展弦比按1.5來計算分析江海直達船回轉直徑。

2.2 操縱性衡準標準

2.3 江海直達船的回轉性計算

按《河船操縱性指南》推薦的方法，對初步擬定的江海直達船的回轉直徑進行計算，其計算結果見表4～表7。

①計算公式：

②計算結果，見表4～表7。

3 結論與建議

①計算結果表明，當舵面積系數達到3%時，船舶的回轉直徑可以滿足《河船操縱性指南》衡準要求。②對于淺水航道（如蕪湖以上河段），如采用單舵時，舵展弦可能比較小，會導致舵效變差，舵機功率變大，建議采用雙舵予以改善。③襟翼舵比流線型舵能獲得更大的升力，襟翼舵的最大升力系數Cymax和普通流線型舵相比，可以提高60%以上。因此，如采用單舵，且展弦比難以達到1.5時，可選擇采用襟翼舵提高舵效。④舵葉端板對普通流線型舵和襟翼舵同樣有效，當？琢=20時，Cy可提高6%，因此建議在舵葉上下增設端板，以減小繞流提高舵效。⑤對于船舶密度較大的港區，為提高船舶低速靠離港的操縱性，建議采用首側推裝置。

參考文獻：

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