舵系设计分析 孙程程摘 要 随着船型开发工作的进行，舵系设计越来越引起设计人员的重视但是由于我们在这方面积累的数据、经验不多，使我们在设计的过程中遇到很多问题因此通过查阅资料、规范，汇总出现在造船界常用的十种类型的舵系布置，并且针对十种类型的舵系布置分别建立了数学模型关键词 舵系布置；数学模型；受力分析；弹性系数：U664.36 ：A ：1671-7597（2014）02-0106-021 计算符号说明L：舵叶的高度（m）；l10，l20，l30，l40：舵系系统中各个单元的长度（m）；l50：舵踵的长度（m）；J10，J20，J30，J40：舵系系统中各个单元相对于x轴的惯性距（cm4）；J50：舵踵相对于Z轴的惯性距（cm4）；CR：作用在舵叶上的舵力（N）；CR1，CR1：作用在舵叶单元上的舵力（N）；E：弹性模数（N/m2）E=2.061011 N/m2；G：剪力弹性模数（N/m2）G=7.851010 N/m22 不同舵系布置的数学模型及受力分析类型一：作用在舵叶上单位长度的舵力（单位：N/m）：（1）舵系结构的受力情况：1）舵杆上的最大的弯距（N/m）：MB=02）各支点处的支反力（N）：FA1=FA2=FA3=CR/3，FA4=0。
3）对于流线型的舵叶，作用的舵叶上的弯距（N.m）：MR=CRl/24类型二：作用在舵叶单位长度上的舵力PR10和PR20（N/m）：对于弹性支点处的弹簧系数Zp按照公式（6）进行计算类型三：作用在舵叶单位长度上的舵力PR（N/m）：作用在舵系结构上的力：1）舵杆上的最大的弯距（N/m）：MB=02）各支点处的支反力（N）：FA1= FA2= CR/2 FA3=0类型四：作用在舵叶单位长度上的舵力PR（N/m）：对于弹性支点处的弹簧系数Zc按照公式（5）进行计算类型五：作用在舵叶单位长度上的舵力PR（N/m）：（2）其中：z—在l10范围内舵叶剖面距舵叶底面的距离（m）；PRZ—在Z剖面上单位距离作用的力（N/m）；PR1—在Z=0剖面上单位距离作用的力（N/m）；PR2—在Z=l10剖面上单位距离作用的力（N/m）对于这种类型的舵系布置，我们也可以按照下面的近似的公式进行计算1）作用在舵杆上的最大弯距（N/m）：2）支反力（N）：（3）（4）3）最大剪应力（N）：QR=CR类型六：作用在舵叶单位长度上的舵力PR10和PR20（N/m）：其中：l=l20对于弹性支点处的弹簧系数Zp按照公式（6）进行计算。
类型七：作用在舵叶单位长度上的舵力PR10和PR20（N/m）：其中：l=l20对于两个弹性支点处的刚度系数按照3.3的公式进行计算3 支点处的弹性系数的确定原则3.1 舵踵对于舵踵处的弹簧系数：（5）3.2 挂舵臂设有一个弹性支点在弹性支撑处的弹簧系数（N/m）：（6）其中：fB—单位的力（N）作用在挂舵臂的质心上产生的单位便移（N/m）计算： （7）fT—如果挂舵臂有一个薄臂圆筒的横截面，那么由于扭转产生的单位偏移（8）式中：d-挂舵臂高度（m）；JN-挂舵臂相对于x轴的惯性距（cm4）；e-挂舵臂的扭转力距（m） （取植在Z=d/2处）；FT-在挂舵臂截面中外壁和内壁所包围面积的平均值（m2）；ui-按照薄壁圆筒计算时，构成挂舵臂的各个封闭单元的周长（mm）；ti—各个封闭单元的板厚（mm）3.3 挂舵臂设有两个弹性支点当挂舵臂设有两个弹性的支点时，定义如下：1）在下舵销轴承处：y1=-K12FA2-K22FA12）在上舵销轴承处：y2=-K11FA2-K12FA1其中：y1，y2—上下舵销轴承处的水平偏移（m）；FA1，FA2—在上下舵销轴承处的水平支反力（N）；K11，K22，K12-挂舵臂的柔性系数（m/N），按照下面的公式进行计算：（9）（10）（11）d—挂舵臂高度（m），在示意图中为从挂舵臂的过度区域到下舵销的中线区域；λ-挂舵臂从过度区域到上舵销的中心线的距离（m），当λ=0时，则此时转化为具有一个弹性支点的问题，按照3.2进行计算；e—挂舵臂的扭转力距（m）（取值在Z=d/2处）；J1h—挂舵臂在λ长度范围内相对于x轴的惯性距（m4）（为在λ长度范围内惯性距的平均值）；J2h—挂舵臂在上下舵销轴承长度范围内相对于x轴的惯性距（m4）（为在d-λ长度范围内惯性距的平均值）；Jth—扭转惯性距（m4）。
对于薄壁圆筒按照下面的公式进行计算：（12）其中：FT—在挂舵臂截面中外壁和内壁所包围面积的平均值（m2）（按照薄壁圆筒的惯性距计算公式计算）；ui—按照薄壁圆筒计算时，构成挂舵臂的各个封闭单元的周长（mm）；ti—各个封闭单元的板厚（mm）；Jth为在整个挂舵臂的范围内的扭转惯性距的平均值参考文献[1]刁玉峰.船舶舾装工程[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006.[2]周宏.船舶设备[M].人民交通出版社，2011.[3]余建兴.船舶与海洋工程设备[M].天津大学出版社，2011.endprint -全文完-。