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1、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
2、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前后流场特点螺旋桨工作原理 吸入流吸入流(suction current)的特点：的特点： 流速较慢；流速较慢； 范围较宽；范围较宽； 流线几乎相互平行。流线几乎相互平行。 排出流排出流(discharge current)的特点：的特点： 流速较快；流速较快； 范围较小；范围较小； 水流旋转激烈。水流旋转激烈。螺旋桨推力与转矩 机翼升力
3、条件：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与转矩 敞水桨敞水桨推力(thrust)示意敞水桨推力与转矩敞水桨推力与转矩 敞水桨推力敞水桨推力(thrust)(thrust) T=T= n n2 2D D4 4K KT T 敞水桨转矩敞水桨转矩(torque) MQ= MQ= n n2 2D D5 5K KQQ K KT T为推力系数为推力系数，K KQQ为转矩系数为转矩系数, , 由水池试验求得由水池试验求得敞水桨推力与转矩敞水桨推力与转矩J=Vp/nD 进速系数螺旋桨推力与转矩螺旋桨推力与转矩 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
4、 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与滑失比 滑失滑失S S是指桨理论上应能前进的速度与对水的实是指桨理论上应能前进的速度与对水的实 际速度际速度VpVp之差之差, ,即：即：S SnPnPVpVpnPnPVs(1Vs(1pp) ) 其中，其中， n n为螺旋桨的转速；为螺旋桨的转速； P P为螺旋桨的螺距；为螺旋
5、桨的螺距； VpVp为螺旋桨对水的实际速度；为螺旋桨对水的实际速度； VsVs为船对水的速度；为船对水的速度； pp为螺旋桨处的伴流系数，其值大约在为螺旋桨处的伴流系数，其值大约在0.20.20.40.4之间之间 。滑失与滑失比滑失与滑失比 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轴向所前进的实际距离hphpVp/nVp/n即进程与螺旋桨即进程与螺旋桨 螺距螺距P P的差值。的差值。滑失与滑失比滑失与滑失比 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 之为滑失比之为滑失比SrSr（sli
6、p ratioslip ratio），即：），即：SrSrS/S/nPnP（nP-VpnP-Vp）/ /nPnP1 1Vp/nPVp/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
7、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 主机功率分类主机功率分类 机器功率机器功率(Machinery Horse (Machinery Horse Power)MHPPower)MHP 指示功率（指示功率（Indicated Horse PowerIndicated Horse Power）IHPIHP 制动功率（制动功率（Brake Horse PowerBrake Horse Power）BHPBHP 轴功率（轴功率（Shaft Horse PowerShaft Horse Power）SHPSHP 收
8、到功率收到功率Delivered Horse PowerDelivered Horse Power）DHPDHP 推力功率（推力功率（Thrust Horse PowerThrust Horse Power）THP=THP=TVpTVp 有效功率（有效功率（Effective Horse PowerEffective Horse Power）EHP EHP = =RVsRVs主机功率 主机功率关系主机功率关系 螺旋桨收到功率螺旋桨收到功率DHPDHP与机器功率与机器功率MHPMHP的比值称的比值称 为传递效率，其值通常为为传递效率，其值通常为0.950.980.950.98。 有效功率有效功率
9、EHPEHP与收到功率与收到功率DHPDHP之比称为推进器之比称为推进器 效率，该值约为效率，该值约为0.600.600.750.75。 有效功率有效功率EHPEHP与主机机器功率与主机机器功率MHPMHP之比称为推之比称为推 进系数，该值约为进系数，该值约为0.50.50.70.7。这就是说，主机。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发出功率变为船舶推进有效功率后己损失了将 近一半。近一半。船速分类 额定船速额定船速 主机以额定功率和转速在深水中航行的静水船速；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。是船舶在深水中可以使用的最高船速
10、。 海上船速海上船速 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 功率的功率的 9090, ,主机的海上转数通常定为额定转数的主机的海上转数通常定为额定转数的9696 9797 经济航速经济航速 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。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
11、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
12、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横向力 螺旋桨沉深横向力螺旋桨沉深横向力 伴流横向力伴流横向力 排出流横向力排出流横向力 推力中心偏位产生的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的致偏作用螺旋桨横向力螺旋桨横向力 沉深沉深 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 。螺旋桨横向力螺旋桨横向力 沉深横向力沉深横向力 与桨旋转方向相同螺旋桨横向力螺旋桨横向力 沉深横向力 机理：螺旋
13、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。螺旋桨横向力螺旋桨横向力 伴流分布特伴流分布特 点：点： 左右对称左右对称 、上大下、上大下 小。小。 伴流横向力伴流横向力 与桨旋转与桨旋转 方向相反方向相反螺旋桨横向力螺旋桨横向力 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
14、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。螺旋桨横向力螺旋桨横向力 排出流横向力排出流横向力螺旋桨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
15、向力螺旋桨横向力 推力中心偏位推力中心偏位 船尾上升斜流船尾上升斜流 推力中心将稍稍偏于旋转方向。推力中心将稍稍偏于旋转方向。螺旋桨横向力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 静止中进车静止中进车 开始船速较低开始船速较低 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；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。船舶在沉深横向力的作用下使船首左偏。 空船或轻载时，螺旋桨的沉深比空船或轻载时，螺旋桨的沉深比h/Dh/D比较小，沉深横向力较大，船首比较小
