全回转推进器结构的放样改进与应用

杨伟锋， 赵 鹏

(中船黄埔文冲有限责任公司， 广东 广州510715)

0 引 言

随着船舶行业的蓬勃发展、船舶建造技术的创新与船舶设计水平的不断提高，全回转推进器被广泛应用于各类船舶。

船用全回转推进器是保证船舶机动灵活的一种动力推进装置，其与传统推进器相比，推力更大，且可以360°旋转，完全摆脱了船舶转向对舵叶的依赖，可以大幅提高船舶的灵活机动性[1]。

全回转推进器与常规船舶推进系统相比，结构更为复杂，其与船体基本面结构形成一定角度，相关线形曲度变化大，且建造精度要求高。现有的船舶建模软件对此部分结构展开后的零件误差大、精度低，不能作为船用零件直接使用，因此结构零件只能手工放样展开。传统手工放样方法难度大、准确率低、耗时长，展开零件往往须加放余量，后续装配须修割打磨，致使船台安装周期延长。因此，有必要对其放样方法进行改进，达到节能降耗、降本增效的目的。

1 与全回转推进器相接的船体结构形式

全回转推进器不仅要为船舶提供动力支持，而且要起到调节船舶方向的作用，其最大的优点是：灵活机动，可缩小船舶转向半径。因此，对其在船舶上的布置定位及安装精度要求较高，与其相接的船体结构设计相对复杂，现场施工难度较大，且安装周期较长[2]。

根据全回转推进器轴线与船舶基本投影面的角度关系，可将其分为以下4种结构形式：

(1) 推进器中轴线在纵剖面图和横剖面图中均与船体基线平面垂直，如图1a)所示。此种结构形式较为简单，可分别在纵、横剖面直接进行结构展开，即推进器分布与常规结构相同，也可看作常规构件来放样展开，施工安装也相对简单。

(2) 推进器中轴线在纵剖面图中与船体基线平面成一定夹角,在横剖面图中与船体基线平面垂直，如图1b)所示。此种结构形式的纵向结构可以在纵剖面上直接展开,但横向结构需要采用投影法，在一次投影后展开，即推进器仅在纵向有角度，展开相对简单，施工容易。

(3) 推进器中轴线在纵剖面图中与船体基线平面垂直，在横剖面图中与船体基线平面成一定夹角，如图1c)所示。此种结构形式的横向结构可以在横剖面上直接展开，但纵向结构需要采用投影法，在一次投影后展开，即推进器仅在横向有角度，展开相对简单，施工容易。

(4) 推进器中轴线在纵剖面图和横剖面图中均与船体基线平面成一定夹角，如图1d)。此种结构形式在纵、横剖面图中都不能直接展开，即推进器在纵向、横向都有倾角，基本投影面上无法放样展开结构零件，必须经过多次转换投影，剖切实形，才能放样展开。

图1 与全回转推进器相接的船体结构形式

2 全回转推进器加强结构的放样方法及改进

以全回转推进器第4种结构形式(推进器中轴线与船体基线平面呈双倾角)作为加强结构改进的典型案例，其纵、横剖面图如图2所示。全回转推进器轴线在横剖面图中与基线平面成85°夹角，在纵剖面图中与基线平面成88°夹角。

由图2分析可知：全回转推进器无论是在横剖面图还是纵剖面图中，呈现的都不是推进器的结构实形，只是其在纵、横向视图的投影。放样展开结构零件必须进行投影改造，沿着全回转推进器中轴线剖切出推进器的实际投影图[3]。

全回转推进器中轴线求取图如图3所示。根据推进器中轴线MN在横剖面图和纵剖面图的角度，投影出推进器中轴线在水线面的投影线M′N′。沿水线面上的MN剖切水线，投影得到A-A剖面。H为为了展开而作的高度辅助线，把水线面上的M′、N′点投影到A-A剖面，连接剖面上M1、N1点,即得到推进器中轴线实形。已知推进器筒体直径为3 100 mm,上口在A-A剖面显示为EF,下口为CD，如此得到CDEF为推进器筒体中轴剖面。

图2 全回转推进器纵、横剖面图

图3 推进器中轴线求取图

2.1 全回转推进器加强结构放样改进前做法

与全回转推进器相关的船体结构主要为推进器筒体的加强结构，放样的关键在于求取筒体与加强结构之间的相交线[4]。以往推进器加强结构的放样展开步骤如下(以L14纵剖面上筒体与加强结构的交线为例，见图4)。

(1) 在A-A剖面上作平行于筒体上口的等分线E1F1～E7F7,把水线面上MN与纵剖面L14的交点O投影在A-A剖面上，得到与筒体等分线的交点O1～O7。

(2) 分别把筒体等分线上的交点O1～O7投影到筒体横截面中线上，根据水线上MN与纵向结构线得到的角度(如图4中的68°)，得到1组平行线交筒体截面于A1～A7点。

(3) 将筒体横截面上得到的交点对应投回等分线上，相应得到1组交点A1～A7，再将这些点投影到水线面上，与L14交于B1～B7点。

(4) 量取A-A剖面上A1～A7的高度值，在L14纵剖面上作出高度值的辅助线，将水线面上的B1～B7点对应投影到纵剖面的高度线上，得到1组点，连接起来就得到推进器筒体与纵向L14加强结构的实际交线，即：L14纵剖处的加强结构可以展开，横剖面处的加强结构类似展开。

图4 全回转推进器加强结构放样改进前做法

以上步骤仅是推进器筒体在L14纵剖面处1条相交线的求法，而推进器筒体在同一个剖面有2条交线，且相关加强结构的纵、横剖面又有很多，同样的步骤要重复多次，才能完成结构的放样展开。

2.2 全回转推进器加强结构放样改进后做法

改进以后的步骤如下(以L14纵剖面上筒体与加强结构的交线为例，如图5所示。

(1) 在A-A剖面上把高度线H4 500、H7 000、H9 000与推进器筒体的截交线投影在水线面，得到1组椭圆，如椭圆I、O、P等。椭圆圆心位于MN线上，长轴沿MN方向，短轴垂直MN(短轴长度为筒体直径)，这组椭圆为推进器筒体在水线面的投影。

(2) 椭圆I、O、P在水线面上分别交L14纵剖线于I1、O1、P1和I2、O2、P2等2组点。把这2组点对应投影到L14纵剖面上，得到的投影点分别连接起来就是推进器筒体在L14纵剖面上与加强结构的相交线，相关加强结构就可以直接放样展开。

由以上可知：改进后推进器筒体与加强结构的交线求取仅需2个步骤，可以节省一半的工作时间，且过程清晰、简单。

图5 全回转推进器加强结构放样改进后做法

3 成果应用

全回转推进器加强结构的放样改进是对投影技术的灵活运用，即根据圆柱体经任意斜切得到的截面为椭圆，投影求取推进器筒体与加强结构的相交线，进而展开加强结构零件[5]。

目前此种放样方法已应用于中船黄埔文冲有限责任公司建造的各类船舶，取得了较好的效果。改进后在零件放样阶段节省大量工作时间，零件展开精准度提高，无需加放过多余量，提高了材料利用率，分段装配节奏明显加快，且缩短了船台周期。改进前与改进后各项工作耗时及材料利用率对比如表1所示。

表1 改进前与改进后各项工作耗时及材料利用率对比

4 结束语

推进器筒体类的全回转复杂构件在船体结构中并不少见，相关的结构放样占据了相当一部分工作。本文以全回转推进器加强结构的放样为例，充分体现了投影改造等方法在零件放样展开过程中的重要性，不但节省结构放样时间，提高材料利用率，而且有效缩短了分段装配和船台占用周期。类似结构也可以通过本文提供的方法完成精准的零件放样，使得复杂结构简单化，满足施工要求，提高工作效率。