船舶操纵螺旋桨.ppt

操纵设备及其效应,操纵设备包括车、舵、锚、缆、拖轮等，有些船舶还配备了侧推器以及特种推进装置等。 最常用的操纵设备是推进器和舵 本章内容 车、舵、侧推器、拖轮特性及其运用的基本知识,推进器,推进器的种类 明轮 螺旋桨, Z型推进器 平旋式推进器 喷水式推进器,推进器,螺旋桨,推进器,螺旋桨,推进器,螺旋桨,推进器,螺旋桨,推进器,螺旋桨,推进器,螺旋桨,推进器,螺旋桨,螺旋桨及其效应,螺旋桨及其工作原理 推力与转矩 滑失 主机功率与船速 螺旋桨的致偏作用,螺旋桨及其工作原理,螺旋桨又称螺旋推进器，构造简单、重量轻、效率高 主要参数 直径(D) 螺距(P)：螺旋桨旋转一周所前进的距离，指理论螺距，一般以螺旋桨半径的0.7 倍处的螺距作为整个螺旋桨的螺距。 螺距比(P/D)：螺距与直径的比，一般在0.61.5 之间 盘面比：桨叶投影面积与直径为D 的圆面积之比。 桨叶数目36 螺旋桨 种类 固定螺距桨FPP 可变螺距桨CPP,螺旋桨工作原理,螺旋桨前后流场特点,螺旋桨工作原理,吸入流(suction current)的特点： 流速较慢； 范围较宽； 流线几乎相互平行。 排出流(discharge current)的特点： 流速较快； 范围较小； 水流旋转激烈。,螺旋桨推力与转矩,机翼升力条件： 来流速度V 来流的冲角,敞水桨推力与转矩,敞水桨推力(thrust)示意,敞水桨推力与转矩,敞水桨推力(thrust) T=n2D4KT 敞水桨转矩(torque) MQ= n2D5KQ KT为推力系数， KQ为转矩系数, 由水池试验求得,敞水桨推力与转矩,J=Vp/nD 进速系数,螺旋桨推力与转矩,伴流影响 伴流分布： 沿船体前后方向，船首最小、船尾最大，离船体越远，伴流越小； 船尾处沿螺旋桨的径向，上大下小，左右对称 船速与螺旋桨进速 伴流对提高螺旋桨推力是个有利因素,推力与转矩,螺旋桨对船体的影响(推力减额) 船尾螺旋桨工作时，其产生的水流柱，引起船体尾部流速加快，压强降低，从而使船体阻力产生增值，这部分增加的阻力称为阻力增额。 计算时常处理为推力减额,滑失与滑失比,滑失S是指桨理论上应能前进的速度与对水的实际速度Vp之差,即： SnPVpnPVs(1p) 其中， n为螺旋桨的转速； P为螺旋桨的螺距； Vp为螺旋桨对水的实际速度； Vs为船对水的速度； p为螺旋桨处的伴流系数，其值大约在0.20.4之间。,滑失与滑失比,有的文献中，也将滑失定义为螺旋桨旋转一周在轴向所前进的实际距离hpVp/n即进程与螺旋桨螺距P的差值。,滑失与滑失比,滑失与螺旋桨在理论上应能前进的速度的比值称之为滑失比Sr（slip ratio），即： SrS/nP（nP-Vp）/nP1Vp/nP 滑失与滑失比中的螺旋桨进速Vp若用船速Vs代替，得出的结果分别称为虚滑失或虚滑失比。 虚滑失比是表征不同航行状态下作用于螺旋桨负荷的参数，船舶在海上航行时，船上经常用虚滑失比来计算船速，一般以百分数表示滑失比。,滑失与滑失比,影响滑失的因素 滑失与船速有关，而船速与船舶的阻力有关，阻力越大，船速越低，滑失越大。因此船舶污底越严重、遭受的风浪越大，滑失也越大。 滑失的作用 滑失能够提高螺旋桨推力，回收一部分（伴流）能量 滑失越大，螺旋桨的推进效率越低。 滑失在操纵中的应用 可利用螺旋桨的滑失提高船舶的舵效。 注意避免使主机超负荷工作而损坏主机。,主机功率,主机功率分类 机器功率(Machinery Horse Power)MHP 指示功率（Indicated Horse Power）IHP 制动功率（Brake Horse Power）BHP 轴功率（Shaft Horse Power）SHP 收到功率Delivered Horse Power）DHP 推力功率（Thrust Horse Power）THP=TVp 有效功率（Effective Horse Power）EHP =RVs,主机功率,主机功率关系 螺旋桨收到功率DHP与机器功率MHP的比值称为传递效率，其值通常为0.950.98。 有效功率EHP与收到功率DHP之比称为推进器效率，该值约为0.600.75。 有效功率EHP与主机机器功率MHP之比称为推进系数，该值约为0.50.7。这就是说，主机发出功率变为船舶推进有效功率后己损失了将近一半。,船速分类,额定船速 主机以额定功率和转速在深水中航行的静水船速； 是船舶在深水中可以使用的最高船速。 海上船速 主机以海上常用功率和转速在深水中航行的静水船速； 为了留有一定的储备，主机的海上功率通常定为额定功率的 90,主机的海上转数通常定为额定转数的9697 经济航速 以节约燃油、降低成本为目的，根据航线条件等特点而采用的速度。,船速分类,港内船速 主机以港内功率和转速在深水中航行的静水船速； 也称为备车速度或操纵速度 在港内航行，“微速前进”的功率与转速是 主机能发出的最低功率，最低转速； 一般港内船速要比海上船速低，其主要原因： 港内航行阻力增大，为了减小主机扭矩而降低船速； 港内机动航行时频繁用车，为了保护主机而降低转速； 一般港内最高主机转速为海上常用转速的 7080, 港内倒车最高主机转速为海上常用转速的 6070,测速,水域： 专用测速水域 深水域 航法 应沿与测速标方位垂直的航向行驶 载态与车速 通常需测定满载、合理压载等常用吃水条件状态的前进一、前进二、前进三时的船速,测速,风流条件 尽量选择风、浪、流的影响较小时进行测速 无风、浪、流的影响时，船舶测速（对一种装载状态和一种主机转速，下同）通常需要进行一个往返； 船舶测速时如果有风流影响，为减小误差，应往返多次测速并求平均速度 仅有均匀流影响时，通常需要进行 3次； 有不均匀流影响时，通常需要进行4次。,螺旋桨的致偏作用,螺旋桨横向力 螺旋桨沉深横向力 伴流横向力 排出流横向力 推力中心偏位产生的横向力 螺旋桨横向力的致偏作用,螺旋桨横向力,沉深 螺旋桨盘面中心距水面的垂直距离称为螺旋桨的沉深h。 沉深h与螺旋桨直径D之比h/D称为沉深比。,螺旋桨横向力,沉深横向力 与桨旋转方向相同,螺旋桨横向力,沉深横向力 机理：螺旋桨上叶和下叶的沉深不同，转力也不同； 条件：h / D0.650.75 时；浅水中可能搅动海底泥沙螺旋桨沉深横向力更加明显。 作用方向：与桨旋转方向相同；右旋固定螺距螺旋桨船，进车时，指向右舷，倒车时，指向左舷； 在沉深比较小和浅水中是较大的量。,螺旋桨横向力,伴流分布特点： 左右对称 、上大下小。 伴流横向力 与桨旋转方向相反,螺旋桨横向力,伴流横向力 机理；受纵向伴流影响，螺旋桨上部桨叶相对于水的进速比下半部桨叶要低，水流的攻角相对较大，所受到的升力比下部桨叶大 条件：随转速的提高而增大，随船速的降低而减小。在船舶静止或后退中，船尾伴流可以忽略，伴流横向力也可以忽略。 方向：与桨旋转方向相反； 不论是进车还是倒车，伴流横向力均是一个较小的量。,螺旋桨横向力,排出流横向力,螺旋桨横向力,排出流横向力 机理：进车受伴流的影响，上半部排出流轴向速度较小，因此作用在舵上的冲角较大，使舵叶右侧的水动力大于左侧，造成推尾向左的横向力；倒车排出流打在船尾右舷尾外板上冲角较大，面积较为宽广，所以形成较强的冲击力 ； 条件：进车伴流存在，倒车排出流作用在船尾； 方向：就右旋FPP而言，正倒车均使船首向右偏转； 总体而言，倒车排出流横向力是较大的量,螺旋桨横向力,推力中心偏位 船尾上升斜流 推力中心将稍稍偏于旋转方向。,螺旋桨横向力,螺旋桨致偏作用,右旋固定螺距螺旋桨（FPP）单桨船的偏转趋势 静止中进车 前进中倒车 静止中倒车,螺旋桨致偏作用,静止中进车 开始船速较低 伴流横向力、进车排出流横向力以及推力中心偏位的影响均较小； 船舶在沉深横向力的作用下使船首左偏。 空船或轻载时，螺旋桨的沉深比h/D比较小，沉深横向力较大，船首左偏比较明显；重载船沉深横向力较小，则几乎不出现偏转。 船速的提高 沉深横向力减小， 伴流横向力、排出流横向力推尾向左的影响增强，将逐渐削弱甚至克服沉深横向力的作用。 不论出现左偏或右偏，均可用230舵角加以克服保证船舶直航。,螺旋桨致偏作用,前进中倒车 开始船速较高 伴流横向力的影响使船首左偏； 倒车排出流横向力使船首右偏的影响则较弱； 沉深横向力的影响使首右偏； 总体而言船舶的偏转方向不定，此时用舵就能克服偏转。 船速降低 倒车排出流横向力的影响逐渐增强， 而伴流横向力逐渐减弱， 船首将出现明显的向右偏转。 舵效极差，因此即使操舵也无效果。,螺旋桨致偏作用,静止中倒车 开始时 伴流尚未发生 倒车排出流横向力及螺旋桨沉深横向力的影响； 船首向右偏转。 退速的提高 沉深横向力的影响相对减弱 排出流横向力的影响也将因船体左侧所受水动力的影响而作用减弱。,螺旋桨致偏作用,致偏作用的运用 向右就地掉头 自力靠码头操纵 系靠单浮或单点系泊,螺旋桨致偏作用,向右就地掉头,螺旋桨致偏作用,自力靠泊操纵,螺旋桨致偏作用,系靠单浮或单点系泊,螺旋桨致偏作用,思考 CPP要达到与FPP同样的效果，如何设置转动方向？,本节要点,螺旋桨推力