江海直达船舶的舵效分析

叶江波 喻露

摘要：江海直达船舶在内河水域航行时，由于内河船舶密度高和码头水域狭窄，因此避让及调头作业是最为常见的工况，要求江海直达船舶具有良好的变向操纵性能。船舶的回转性是反映变向操纵性能的重要指标，针对江海直达船的尺度要素和舵参数，采用經验公式对其回转直径进行计算分析，提出了江海直达船舶的舵面积系数建议，并针对不同水域环境条件提出了增加其舵效的有效建议。

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.

关键词：江海直达船舶；操纵性；回转直径；舵效；舵面积系数

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

中图分类号：U661.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0178-02

0 引言

2014年4月，交通运输部在发布的《关于推进特定航线江海直达运输发展的意见》中，提出到2020年基本形成长江和长三角地区至宁波—舟山港和上海港洋山港区江海直达运输系统的发展目标，为江海直达船舶的发展提供了政策保障。长江通航环境复杂，水深和水势流态随季节性变化，存在众多的桥区和港区，通航船舶密度较大，因此，为了保证江海直达船舶的航行安全，需要对其操纵性进行研究，为江海直达船舶的发展提供技术保障。

1 船舶操纵运动分析

船舶的操纵性主要包括稳向能力（直线运动）和变向能力（曲线运动），船舶航行时的稳向主要是利用车舵组合克服斜流、紊流的作用，使船舶航行在预期的航路上；船舶航行时的变向主要依靠船舶的舵装置提供侧向力，保证船舶在限制水域内有效地避让、掉头、回转。从长江通航环境来看，如果船舶具有足够的功率航速克服水流作用，使船舶不过度偏航或打横，较小的舵面积就能够保证稳向，而江海直达船舶考虑海上波浪失速，一般功率航速较内河船舶大，故其稳向能力优于江船，因此，江海直达船的变向能力是考量江海直达船舶操纵性最为重要的指标。

分析船舶作曲线运动时的运动学关系可知：

v为船舶的瞬时航速；

R为船舶的瞬时回转半径；

β为船舶的瞬时漂角。

从上述公式中可以看出：船舶作曲线运动的能力反映在角速度、航速、回转半径、以及漂角变化四个特征参数上，各特征参数均与船型和舵参数有关；在船舶作曲线运动的初期，漂角随时间的变化较小，此时，等式右边部分的第二项比第一项小得多；当船舶作定常回转时，漂角随时间的变化为零，此时，船舶的运动轨迹为圆周，即ω=v/R。

由于回转运动的最后阶段是定常运动，且目前对回转直径研究已形成了较为成熟的经验估算方法，便于进行定量分析，因此，以下通过对长江中下游大型船舶舵面积系数的统计分析，确定其舵面积系数范围，然后研究船舶的回转性能，及与操纵性衡准标准的适应性。

2 江海直达船舶回转性分析

2.1 现有船舶尺度要素及舵参数

由表1、表2可以看出，长江中下游大型船舶舵面积系数的变化区间基本在2.8～3.5%之间，其展弦比均接近1.5，因此，在以下计算分析时，按舵面积系数为3.0和3.5%、展弦比按1.5来计算分析江海直达船回转直径。

2.2 操纵性衡准标准

2.3 江海直达船的回转性计算

按《河船操纵性指南》推荐的方法，对初步拟定的江海直达船的回转直径进行计算，其计算结果见表4～表7。

①计算公式：

②计算结果，见表4～表7。

3 结论与建议

①计算结果表明，当舵面积系数达到3%时，船舶的回转直径可以满足《河船操纵性指南》衡准要求。②对于浅水航道（如芜湖以上河段），如采用单舵时，舵展弦可能比较小，会导致舵效变差，舵机功率变大，建议采用双舵予以改善。③襟翼舵比流线型舵能获得更大的升力，襟翼舵的最大升力系数Cymax和普通流线型舵相比，可以提高60%以上。因此，如采用单舵，且展弦比难以达到1.5时，可选择采用襟翼舵提高舵效。④舵叶端板对普通流线型舵和襟翼舵同样有效，当？琢=20时，Cy可提高6%，因此建议在舵叶上下增设端板，以减小绕流提高舵效。⑤对于船舶密度较大的港区，为提高船舶低速靠离港的操纵性，建议采用首侧推装置。

参考文献：

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