船舶操縱設備概論

船舶操縱設備概論2025/6/242船舶設備第一章船舶操縱設備2025/6/243第一章操船設備航行設備之一，操縱系統之一掌握的內容：舵設備的作用、種類；舵設備水動力特征計算；（流力）零件、部件強度計算；（材力，結構力學）舵機選型、舵系布置；（動力裝置）舵葉、舵桿、及其連接件等；襟翼舵、導管舵等其他操船設備。

2025/6/244第一節：操船設備概述舵設備的作用、組成和類型舵設備的構造

2025/6/245一、舵設備的作用、組成和類型舵的作用舵的組成舵的分類2025/6/246舵的作用舵的作用概述:1.舵是如何發展來的？是從什么地方演變來的？

篙槳帆櫓2025/6/247舵的作用舵的作用概述:2.舵的作用是如何體現在船舶操縱性上的？

或者說：船舶操縱性能包含哪兩個相互有關的性能？船舵和發展

“深涉南海數萬里，千萬人之命直奇于一柁”

——杜甫 舵是遠洋航行的三大要件（舵、帆、指南針）之一。 史稱“軒轅作舟，夏禹作舵” 至遲到東漢我人民已發明船舵，廣州東漢墓出土的陶船模型上有舵（拖舵）。 拖舵應用至少延至隋唐。 垂直舵至遲不遲于宋。

定義 船舶尾流控制器或操縱器舵—置于船尾的平板，用以 對船體產生橫向力，使船 舶變向、回轉。舵設備—舵和操舵裝置的 總稱。2025/6/2410舵的作用（續）2025/6/2411舵的作用（續）航向運舵狀態：

2025/6/2412舵的作用（四）舵效及產生舵效的原理：

船用舵是小展弦比的平板或機翼型結構，設置于船尾端，當舵轉動時，舵上產生的水動力合力在垂直于船體中心線的方向上的分力相對于船體舯剖面形成了轉船力矩。2025/6/2413舵的作用（續）船舶線型特點和船舶操縱性有什么關系？

內河船和海船線型的不同特點？2025/6/2414舵的作用（續）2025/6/2415舵的作用（續）2025/6/24162025/6/2417舵的作用（續）2025/6/2418舵的作用（續）2025/6/2419舵的作用（續）長鷹5號總布置圖長鷹5號型線圖2025/6/2420舵的作用（續）2025/6/2421舵的作用（續）舵的作用 在（槳）舵配合下，具有穩定航向、改變航向和作回轉運動的功能。討論：對于水下潛器的舵應該是何種型式？如何進行控制？2025/6/2422舵的作用（續）

本次作業：

除舵設備外還有哪些常用船舶操縱機構或裝置？試分析它們的作用原理。2025/6/24232.舵設備組成（一）舵操舵裝置主操舵裝置輔助操舵裝置2025/6/24242025/6/2425舵設備組成（二）

主操舵裝置：2025/6/2426舵設備組成（三）

主操舵裝置：2025/6/2427舵設備組成（四）主操舵裝置包括：操舵裝置：操舵器、舵角指示器、傳動裝置 （人力和機動）舵機：動力與轉舵機構轉舵裝置：舵柄、舵扇止舵裝置：限位開關2025/6/24282025/6/2429傳統液壓舵機——大型柱塞撥叉式液壓舵機2025/6/2430傳統液壓舵機——小型柱塞撥叉式液壓舵機2025/6/2431傳統液壓舵機——活塞式液壓舵機2025/6/2432轉葉式舵機產品特點：

1.轉葉式舵機,致密的結構,所有活動零部件組成一體,內置式自潤滑的徑向和軸向軸承.

2.液壓單元安裝在舵機兩側,避免了由管路造成的壓力損失,振動和噪聲等.

3.動力單元與執行機構,各種閥件間的管路出廠前已連好,毋須到貨后再做管路竄洗工作,有效避免各種雜質進入液壓系統.

2025/6/2433舵設備組成（五）舵：舵葉舵桿連續桿支承部件統稱舵系2025/6/2434舵葉結構和制造方法2025/6/2435船舵分類（一）

1.一般分類按舵葉截面形狀區分:

單板舵 復板舵 流線型舵

按支承方式區分

:

多支承

雙支承

單支承

按舵面積對轉軸的分布區分:

不平衡舵

平衡舵

半平衡舵

2025/6/2436船舵分類（二）

2025/6/2437船舵分類（三）稱法：支承類型＋截面形狀＋分布情況。如：多支承流線型半平衡舵普通不平衡舵裝置：舵柱后面（單槳船）呆木后面（非自航船，某些雙槳船）半懸掛舵裝置：呆木后面（雙槳單舵船）尾支架后面（舵在槳后的單槳或多槳船）2025/6/2438船舵分類（四）2.流線型舵及改進形式：流線型舵的優點：流線型舵的種類：

單體舵

復體舵

半平衡復體舵

流線型改進形式：

增進推進效率

提高舵壓力

2025/6/2439船舵分類（五）增進推進效率

加導流罩整流反應舵

2025/6/2440船舵分類（六）

問題討論：

1：該舵葉導緣部分在靠近中間部分（黑色筆標出），這種結構的作用是什么？

2：該槳葉前端又增加了四個小槳片（見藍色標記）其作用是什么？

3：用綠色標記的結構其安裝在此處的作用是什么？2025/6/2441船舵分類（七）2025/6/2442船舵分類（八）提升舵壓力

蒂姆舵（魚尾舵）

希林舵

復體舵2025/6/2443船舵分類（九）2025/6/2444船舵分類（十）－特種舵主動舵、襟翼舵、轉柱舵

2025/6/2445舵的構造（自學）問題：

1.

舵鈕和舵銷是否可拆卸，它位于船舵的什么地方？

2.

舵是否需要水密？如何加工才能保證水密和強度？

3.

舵葉上注水塞、放水塞、吊環起什么作用？

4.

舵內部骨架？2025/6/2446舵之幾何要素及水動力特性第二節2025/6/2447舵之幾何要素及水動力特性

舵幾何尺度描述

舵的水動力特性2025/6/2448舵幾何尺度描述（一）外形：舵高：h舵寬：b舵面積：A舵展弦比：λ舵平衡比：e舵剖面：2025/6/2449舵幾何尺度描述（一）2025/6/2450舵幾何尺度描述（二）舵面積總面積AR――不轉舵，在中線面的投影。平衡部分面積AC――轉軸前部分面積。舵框架部分面積AP――復體舵固定部分。（舵柱）舵托架面積――半平衡復體舵固定部分。綜合舵面積AK＝AR＋AP（舵柱或托架面積）2025/6/2451舵幾何尺度描述（三）舵展弦比λ――展長同弦長比值h/b。

a）矩形：

b)任意形：

c）綜合體：（或）2025/6/2452舵幾何尺度描述（四）舵平衡比（對平衡舵而言）

e――影響舵機功率

2025/6/2453舵幾何尺度描述（五）舵剖面――垂直軸平面切出的舵葉截面

分類：對稱剖面與不對稱剖面

參數國內常用剖面形狀2025/6/2454舵幾何尺度描述（六）2025/6/2455舵的水動力特性（一）機翼上流體作用力簡述水動力換算關系影響水動力特性的因素2025/6/2456舵的水動力特性（二）機翼上流體作用力簡述

2025/6/2457舵的水動力特性（三）水動力換算關系

合力及各分力換算水動力系數――根據流體力學理論2025/6/2458舵的水動力特性（四）合力及各分力換算水動力對導邊前緣矩水動力對舵桿軸線矩（扭矩）2025/6/2459舵的水動力特性（五）水動力系數――根據流體力學理論為水動力系數

2025/6/2460舵的水動力特性問題1：為什么要引入無因次系數？

2025/6/2461舵的水動力特性問題2：引入無因次系數,是為了便于將試驗資料應用于不同尺度、速度的實際機翼上，并且便于機翼與機翼之間的水動力特性比較。為什么？

2025/6/2462舵的水動力特性（六）總結：

由流體力學相似理論可知，幾何形狀相似的機翼無論尺寸大小如何，相同流態中、、值都相等，其一組實驗值可應用于幾何形狀相似、大小不等的一系列機翼上去。選取舵時，（阻力）愈小愈好，以比值表示，即機翼效率，或，2025/6/2463舵的水動力特性（七）影響水動力特性的因素展弦比λ，厚度比，外形，剖面形狀，楔形度

2025/6/2464舵的水動力特性（八）影響水動力特性的因素－展弦比λ射流V除對舵產生升力外，在舵葉上下兩端環繞至葉背，產生渦流，在λ較小時，情況更嚴重。環繞渦流使葉面壓力差變小，舵升力下降。翼端繞流使葉面產生誘導速度ν0，其合力方向使射流角，從而極限舵角范圍內↓，故↓。所以λ的影響，實質是由于翼端繞流損失，以及舵葉上界層分離現象所產生的。2025/6/2465舵的水動力特性（九）影響水動力特性的因素----展弦比λ思考題：解釋λ對影響的原因？

2025/6/2466舵的水動力特性（十）影響水動力特性的因素－厚度比

(=，表示舵剖面形狀的特征系數)實驗證明：對小λ翼形舵，對水動力特性，尤其是影響大。

2025/6/2467舵的水動力特性（十一）影響水動力特性的因素－外形舵面積與舵效

在極限舵角內，舵角一定，舵面積大，舵效好。但面積過大，超過極限，會增加航行阻力，增大舵機負荷，影響船舶穩定性。2025/6/2468舵的水動力特性（十二）影響水動力特性的因素外形2025/6/2469舵的水動力特性（十三）影響水動力特性的因素－楔形度

楔形上厚下薄，最高，有楔形提高9％。2025/6/2470舵的水動力特性（十四）影響水動力特性的因素－剖面形狀前緣豐滿，外形微有凹陷，水動力特性要好一些。但要考慮加工工藝、成本。

2025/6/2471小結舵的水動力特性及計算方法；影響水動力特性的因素。2025/6/2472第三節：舵系設計計算2025/6/24737000t散貨船總布置圖2025/6/2474本章作業完成萬噸重吊船操縱設備設計和計算1.作業任務書2.船舶的總布置圖3.船舶說明書4.船舶型線圖5.船舶性能試驗報告2025/6/2475目的、內容及步驟（一）目的計算各舵角下，舵受的流體合力及力矩。并以此作為結構設計、強度計算、零件選配、估算舵機功率之依據。按正、倒車兩種狀態進行，倒車起校核作用。原理同正車，隨邊作導邊，航速按規范取。海船取設計航速一半

2025/6/2476目的、內容及步驟（二）設計計算內容及步驟

（1）確定舵的型式與數量、相對槳的位置（2）選擇舵面積，

;（3）水動力影響規律及船體型線、確定有關要素。（剖面形狀、展弦比、外形<繪船、槳舵組合體理論圖>、厚度比、平衡系數）（4）計算水動力；（5）舵葉設計和規范計算，各種附屬件設計計算；（6）舵主要零件強度計算（強度高、重量輕、價格低）；（7）確定操舵系統、操舵裝置和舵機功率。

2025/6/2477舵型式、數量選擇、舵位置確定（1）

舵型式

舵數目舵與槳的配合――舵位置2025/6/2478舵型式、數量選擇、舵位置確定（2）

舵型式

舵型式選擇通常由船舶運行條件決定。目前常用流線型平衡舵。設置平衡舵，合理選擇平衡系數，可以得到最小的舵桿力矩值。海船：流線型平衡舵內河與淺水：懸掛敞開式（橢圓）尾：很好配合半懸掛平衡舵。2025/6/2479舵型式、數量選擇、舵位置確定（3）

舵數目

舵數目決定于船型、船舶參數，而主要是槳軸數目。舵數目多，可靠性高，展弦比相對加大，但布置復雜，重量增加，建造、維修成本增加。單舵――一般運輸船舶、機構簡單、正對槳、充分利用尾流。雙舵――內河船、吃水淺、避免太小，↑操縱性。多舵――淺吃水、操縱性要求高、工程推拖舵數目與槳數目相關，從尾流控制概念，船、槳、舵效綜合考慮。2025/6/2480舵型式、數量選擇、舵位置確定（4）

舵與槳的配合――舵位置

滿足操舵原理，遠離船舶回轉中心（近于舯），遠離船舶重心。置于槳后的高水流區，盡量靠近槳盤，以↑；有良好的保護（上、下、前后緣均保護）；舵位置應與船尾形狀配合；考慮多舵效果；2025/6/2481舵面積確定

（1）

的確定方法：問題：為什么確定舵面積是舵設計最主要的一個環節？2025/6/2482舵面積確定

（2）

的確定方法

型船換算法

統計方法經驗公式2025/6/2483確定剖面形狀、厚度比、平衡系數、展弦比，繪船、槳、舵組合體圖（1）

剖面形狀

原則（外形、剖面）

一定下，愈大愈好

小舵角下有較高的升力系數，系數曲線梯度大，λ↑，希林舵，制流板。轉舵力矩越小越好，舵機功率↓，考慮平衡、半平衡，壓力中心系數變化越小越好。阻力要小。（反應舵，迎流反應舵）最大航速及舵角范圍內無舵空泡。符合強度要求，如懸掛式：上底大的倒梯形。工藝性好，矩形。2025/6/2484平衡系數（比）e＝e影響舵機功率大小、舵的穩定性。功率：因為N↓，舵軸線與壓力中心應盡可能接近，使↓（水動力扭矩）穩定性：中心在軸后，轉舵時，壓力永遠迫使舵自行回正。反之為過平衡。

確定剖面形狀、厚度比、平衡系數、展弦比，繪船、槳、舵組合體圖（2）

2025/6/2485展弦比λ在未發生界層分離以前，同一下，λ越大，愈高。反之，翼端損失大。常用船展弦比，λ平均。

確定剖面形狀、厚度比、平衡系數、展弦比，繪船、槳、舵組合體圖（3）

2025/6/2486繪制船槳舵組合體圖，以保證實施。

要保證：①槳、舵、船體之間保持最合適的間隙；②槳迎受良好的水流；③考慮槳、舵的保護措施。確定剖面形狀、厚度比、平衡系數、展弦比，繪船、槳、舵組合體圖（4）

2025/6/2487繪制船槳舵組合體圖，以保證實施。

繪制過程：1)各種因素決定后，由尾部高度條件定出舵高h；2)求出舵平均寬度;3)根據艉部形狀、舵保護條件和舵型式繪舵葉輪廓，要求簡單，工藝性好。4)由選定的平衡系數e，決定平衡面積；5)舵截面試繪。6)槳、船、舵間布置間隙及影響因素參閱《船舶設計原理》

確定剖面形狀、厚度比、平衡系數、展弦比，繪船、槳、舵組合體圖（5）

2025/6/2488水動力特性計算計算目的計算思路舵壓力及力矩實用算法確定舵機功率2025/6/2489計算思路

根據設計船提供的主要尺度和參數，以及槳的參數，針對設計舵的型式、尺度、數量、剖面形狀及所處的流態：

利用試驗統計資料或者近似計算公式，決定敞水水動力系數、、以及壓力中心系數。列表計算，敞水狀態的P，?？紤]各種影響因素（包括機械損耗、舵結構影響、水流影響、船槳影響）計算出實際實、實、實……

估算舵機功率。2025/6/2490舵壓力及力矩實用算法壓力及壓力中心計算法（近似法或模型試驗資料法）力矩計算

考慮影響水動力的因素，換算實船水動力、力矩2025/6/2491力矩計算對轉軸之力矩磨擦力矩舵頭扭矩對轉舵力矩的基本要求：最大正車扭矩>0，且值最小。最大正車負扭矩Ⅱ＝最大倒車負扭矩Ⅲ（最大扭矩需小，以減輕舵重）無負扭矩，穩定性好。

2025/6/2492力矩計算2025/6/2493考慮影響水動力的因素，換算實船水動力、力矩

在船、槳、舵綜合作用下，水動力情況與敞水舵有所不同，要考慮的影響因素主要有：自由表面影響（與λ關系）伴流影響（尾波情況）重點因素涉及v的取法槳尾流影響（尾流情況）船底影響艉框影響（結構）2025/6/2494確定舵機功率

根據表格計算結果作P.M.正倒車曲線

估算功率

2025/6/2495第四節：舵結構與強度舵結構與強度（一）舵之結構――多為流線型復板舵

單板舵復板舵：空心，水密上舵桿、舵骨架（代替單板舵下舵桿）、舵頭、舵鈕、注入塞、放水塞、吊環。

水密性保證方法：一側板與水平板先施焊，水平板出舌頭，周圍焊后切之，或水平板加復板，外板開槽，條形塞焊，尾端塞板（隨邊），首端加無縫管（導邊）。

2025/6/24962025/6/2497舵結構與強度（二）舵結構強度（結構尺寸）

規范要求：

1.舵桿、舵葉、舵銷、舵銷襯套；

2.舵桿及舵葉聯接件（法蘭、螺紋、鍵……）

3.舵承、舵角限制器。2025/6/2498舵結構與強度（三）舵結構強度（結構尺寸）

1、強度理論計算問題如何計算，如何確定（許用應力、安全系數標準）彎矩的計算（舵桿）許用應力、安全系數

2025/6/2499舵結構與強度（四）舵結構強度計算方法理論計算方法規范計算方法

2025/6/24100舵結構與強度（五）2025/6/24101舵結構與強度（六）舵結構強度（結構尺寸）

2、規范計算法以《鋼質海船入級與建造規范》舵桿舵葉舵銷舵軸連接零件舵扇與舵柄

2025/6/24102舵結構與強度（七）2025/6/24103舵結構與強度（八）2025/6/24104舵結構與強度（九）2025/6/24105舵結構與強度（十）2025/6/24106舵結構與強度（十一）2025/6/24107舵結構與強度（十二）2025/6/24108舵結構與強度（十三）2025/6/24109第五節：舵機及其基本要求2025/6/241101.舵機有哪些種類？

各有什么特點？2.各自的原理是什么？3.舵機有哪些基本要求？自學舵機及其基本要求舵機的工作原理舵機的轉舵機構對舵機的基本要求2025/6/24111舵機的工作原理

目前船舶一般采用電動液壓舵機，它可以分為閥控型和泵控型兩大類。（1）閥控型舵機：在舵機工作時泵按既定方向連續運轉，吸、排方向和排量不變，由液壓閥件控制舵機的供油方向和流量大小。（2）泵控型舵機：采用兩臺雙向變量