4船桨舵效应横向力-4.

船舶操纵与引航适用专业：海事管理郭国平：教授Mobil:13707152712E-mail:[e-mail]武汉理工大学航运学院船体、螺旋桨、舵叶三者在水中相互影响而产生力学效应，该效应直接影响船舶操纵。学习目标：1．通过本节内容学习，了解船、桨、舵相互作用的力学本质和力的大小、方向、作用点，能够画图说明；2．掌握船、桨、舵效应横向力对船舶操纵的影响；3．掌握一些实船操纵经验，并能运用所学知识对各种效应横向力进行综合分析。序言：单螺旋桨船的船、桨、舵效应横向力一．螺旋桨水面效应横向力（SWT）二．伴流效应横向力（WT）三．尾流螺旋性效应横向力（RST）四．课堂教学效果测试题总目录第一讲一．螺旋桨水面效应横向力SWT（沉深效应横向力）1．SWT产生原因2．SWT作用方向3．SWT对操船的影响4．影响因素螺旋桨扰动水面空气吸入QT旋转阻力推力空气吸入桨面下半圆吸入空气少桨面上半圆吸入空气多duQQudQQSWT),(5252DnKQDnKQQwddQwuu图示分析1．产生原因SWT产生原因图示（以右旋单桨船为例）2．作用方向（以右旋单桨船为例）由图可以总结：SWT的方向与螺旋桨旋转方向相同。右旋式单桨船：正转时，SWT推尾向右，首左偏；反转时，SWT推尾向左，首右偏。对于左旋式单桨船，经分析可得以下结论：左旋式单桨船：正转时，SWT推尾向左，首右偏；反转时，SWT推尾向右，首左偏。3．SWT对操船的影响可总结如下：4．影响因素（1）沉深比Rh)(Dh或0)122SWTRhRh，时（即SWTRhSWTRhRh而且时，（即)65.023.1达到最大值，时（即桨叶部分露出水面＜SWTRh)0SWTRhSTKRhr已时，临界值螺旋桨负荷船舶启动／螺旋桨加速3.1SWTSnVrs螺旋桨负荷不变（2）螺旋桨负荷的大小（3）水面遮蔽程度SWT正转时螺旋桨遮蔽程度好①（比如隧洞式船体的螺旋桨、导流管等）SWTSWT＞正转时但反转时②（因为反转时螺旋桨受船尾遮蔽较差）（4）螺旋桨叶切面形状①正转时，桨叶切面流线型好，掀起波浪小，吸入空气少，∴SWT小②反转时，桨叶切面流线型差，掀起波浪大，吸入空气多，∴SWT大二．伴流效应横向力（WT）1．伴流船舶在水中以某一速度向前航行时，附近的水受到船体的影响而产生运动，表现为船体周围伴着一股水流，这股水流称为伴流或追迹流。2．伴流速度在螺旋桨盘面处的分布及WT产生的机理；3、WT对船舶操纵的影响；4、影响WT大小的因素。2．伴流速度在螺旋桨盘面处的分布及WT产生机理(1)船尾伴流速度侧视图(2)船尾伴流速度正视图由于上半圆伴流速度大于下半圆，则duQQ呢？为什么会是duQQ我们用伴流－冲角－水动力的关系图来说明（2）船尾伴流速度正视图（3）伴流－冲角－水动力关系图冲角无伴流影响时的进速和、AV对速度）螺旋桨与该处水流的相（AV冲角有伴流影响时的进速和、AV旋转阻力水动力；推力；伴流速度；QFTVw流速度无、有伴流影响时的来、VV（4）结合以上三图的分析可得结论：duddAwuuAwQQWTQFVVQFVV小小水动力大，冲角小小下半圆：大大水动力小，冲角大大上半圆：多简单呀，原来这样一分析就得到结论啦！3．WT对船舶操纵的影响右旋单桨船：桨正转前进时，WT推尾向左，首右偏；左旋单桨船：桨正转前进时，WT推尾向右，首左偏；桨反转时，WT可忽略。4．影响WT大小的因素较大分布上下不均型船尾桨距船体较远隧洞式船尾／导流管／较小分布上下较均型船尾）船舶尾型：（船速：WTVVWTWTVUWTVV)1(三．尾流螺旋性效应横向力（RST）1．RST产生的原因2．RST的作用方向3．影响RST大小的因素4．RST在船舶操纵中的实践1．RST产生的原因RST力不平衡舵叶、船尾两侧的动压角等不对称的水流速度、面积、冲作用在舵叶、船尾两侧部两侧反转时尾流作用于船尾两侧正转时尾流作用于舵叶螺旋桨尾流成螺旋状螺旋桨的诱导作用总体原因分析：（1）螺旋桨正转时以右旋单桨船为例进行讲解RSTVVud力不等作用于舵叶两侧的水动＞不等，尾流对舵叶的上下攻角速度不等，舵叶下、上部相对水流螺旋桨正转左上部右下部呢？？为什么会有在上面的分析中：udVVWhy？udAAAAVVVVVV对速度、攻角不等水流作用在舵叶上的相流不等舵叶上下、左右两侧水小左半圆水动力小大右半圆水动力大船尾线型斜流小螺旋桨下半圆水动力小大螺旋桨上半圆水动力大伴流尾流（排出流）VdVu的原因分析（2）螺旋桨反转时RSTSS左下部右上部左下部右上部＞＞尾流作用于船尾2．RST的作用方向对于右旋单桨船，正转与反转的分析如图（1）、（2）所示对于右旋单桨船，无论螺旋桨正转／反转，RST推尾向左，首向右；左旋单桨船则反之。3．影响RST的因素RSTRSTVRSTs片，使尾流规则）螺旋桨前后装有整流（，线型斜流伴流）（（或船尾伴流较均））船体与螺旋桨距离（3214．RST在船舶操纵中的实践（1）右旋单桨船：操人力舵时，船向右转较向左转舵沉重操同样舵角，向左和向右的旋回直径相比较：向左旋回向右旋回＜DD左旋单桨船反之。原因分析因为舵叶右下部所受水动力较大，则水阻力较大，所以操右舵时感觉较重。①因为操中舵时RST便有使艉向左偏、船首向右偏的作用效果，再操右舵将加剧船舶向右偏转，所以旋回圈相比较：②舵叶右下部所受水动力较大，则操右舵舵压力大，向右旋回效果好。向左旋回向右旋回＜DD（2）对右旋单桨船，当螺旋桨反转时：船舶向左侧倒航并回转推艉向左，首向右推艉向左，首向右水中操正舵，在无风浪的静RSTSWT四．船尾线型斜流效应横向力（LOT）船尾线型斜流：螺旋桨正转前进时，沿船尾线型汇集上升并与桨轴成一角度的水流。1．LOT产生原因（以右旋单桨船为例）：LOTTTA根据力的等效作用产生推力偏心左右推力冲角左半圆桨叶顺流推力冲角右半圆桨叶顶流正车前进时,,,,,,)(LOTTTB根据力的等效作用产生推力偏心右左推力冲角右半圆桨叶顺流推力冲角左半圆桨叶顶流前进中倒车时,,,,,,)(2．作用方向：右旋单车船：推艉向左前进中倒车时推艉向右正车前进时LOTLOT,,左旋单车船：推艉向右前进中倒车时推艉向左正车前进时LOTLOT,,在实际船舶设计中，尽量使船尾线型水流平行于螺旋桨轴而流向螺旋桨，以提高其效率，所以实际上力较弱，对操纵影响不大。LOT3．影响因素：（1）（2）型船型船VULOTLOTLOTVS五．螺旋桨吸力效应横向力SST1．SST产生原因SST该吸力的横向分力即为力差与背螺旋桨一侧形成压生吸力螺旋桨负压面对舵叶产存在某一舵角螺旋桨反转,0从吸流的产生过程可知：负压力（吸力）在吸流产生之前最大，即在倒车开出时最大，其压力中心接近舵叶形心，所以，对舵杆形成的力矩最大，容易产生“飞舵”现象。飞舵：人力舵船或舵机失灵而启用人力应急舵的船，若倒车前没有将舵放在正舵的位置，倒车开动时因吸力作用会使舵叶向满舵方向急剧旋转，反映在舵轮上的力也很大，此现象叫飞舵。飞舵的害处：因具有猝发性，故易伤人，损坏舵设备。为避免其危害，倒车前应通知舵工正舵。2．SST的作用方向（以右旋单车船为例）船首向右偏吸船尾向左操左舵船首向左偏吸船尾向右操右舵螺旋桨反转,,,,,SSTSST对船舶作用不明显所以螺旋桨功率船舶较大惯性作用时间短弱因吸流的作用由强负压力吸力因为正转反转SSTPP:%60:,)(:3．影响SST大小的因素：（1）船尾线型，（2）螺旋桨转速，（3）螺旋桨与舵叶之间的间隙，（4）舵角、舵面积，0VUSSTSSTSSTnSST间隙0,0,,SSTSSTAR则若4．船舶操纵技术应用（1）若某回转水域较小，右旋单桨船向右掉头的操纵方法：A.停车淌航至①，右满舵，前进三，此时滑失大，舵效好，船尾向左，船首右偏。船速不大，前进距离不多。B.停车，倒车退三，待船开始后退时，操左满舵，则：首右偏艉左偏首向右偏推艉向左首向右偏推艉向左首向右偏推艉向左首向右偏舵压力,,,,,SSTRSTSWTC.交替使用（1）、（2）步骤，船舶可在有限的水域完成掉头操纵。船舶到达位置②（2）倒车后退稳首操船法倒车减速或后退时，不希望船首右偏过大的方法：（1）前进中倒车时，可在倒车前使用左舵，使船产生左转趋势后再倒车；（2）静止中倒车，宜采取右满舵，利用吸入流及船后退速度增大提高舵压力，但实践表明，静止中倒车时的右偏比较难克服。（3）自力靠泊操纵—右单左舷靠：接近泊位时，调整入泊角度，控制余速，泊位前倒车，使船停，船首外偏，减小靠拢角度，近乎平行靠泊。右舷靠：应稍加大船岸间距，尽量减小靠拢角，或倒车前先用左舵使船首有左偏趋势后再倒车，抑制船尾外偏。（4）系靠单浮时的应用A.风流较弱时，将浮筒置于船首右侧，（1—1.5B）入泊。B.接近浮筒前，倒车，减速，首右偏，可恰好使浮筒在船首下方以便系浮操作。以上介绍了、、、等效应力，下面讨论船舶（右单）从启动到常速航行各阶段的受力情况：SWTWTLOTRST但仍右偏艉偏右现象减弱但非主要因素推尾右偏能力有所增强船尾线形斜流相反且二力作用方向与而艉右偏推艉右偏能力较弱较小船尾线型斜流较小致艉右偏大负荷大螺旋桨进速低启动时,,,,,;,,,,,LOTSWTRSTWTSWTLOTSWTSWTSV六．螺旋桨斜流效应横向力SOT斜流：与螺旋桨轴成某一夹角的相对水流。产生斜流的原因：a.船改变航向/旋回运动；b.风致漂移；c.遭遇横流/局部性水流；d.船舶倒航时舵叶导流。1．产生原因A.如下图：若船舶（右单，正转）受到右侧斜流时dudrdTrdTuruTruTQQSOTFnUVUVFnUVUV,)(,)(相对速度合速度方向相同与下桨叶切线速度相对速度合速度方向相反与上桨叶切线速度B.如下图：若船舶（右单，正转）受到左侧斜流时uduruTrdTdrdTruTQQSOTFnUVUVFnUVUV,)(,)(相对速度合速度方向相反与下桨叶切线速度相对速度合速度方向相同与上桨叶切线速度2．作用方向：推艉顺流（顺）方向偏转。TV3．SOT对船舶运动的影响（1）螺旋桨正转时A.对航向稳定有利：当船首受到斜流作用偏离航向时，船尾相应产生SOT，抑制首偏，从而稳定航向；B.阻碍旋回；C.侧风航行时，逆风掉头不利。（2）螺旋桨停转时A.SOT=0；B.螺旋桨横向阻力SOT（本质不同）；螺旋桨转动时，螺旋桨横向阻力。SOT（3）螺旋桨反转时A.无船体整流作用，SOT显著些；（∵桨正转时，船体具有整流作用，使前进时，斜流效应横向力SOT不显著）B.舵叶导流致斜流，SOT与相反，舵效下降；NPC.倒航尾找风，倒航轨迹成“S”型（只考虑SOT）。4．影响SOT大小的因素（1）螺旋桨的直径：；（2）螺旋桨的转速：；（3）；（4）船尾形状：DSOTDnSOTnSOTVT