文档介绍：第八章
舵机
第一节
舵的作用原理和对舵机的要求
8-1-1舵设备的组成和舵的类型
舵用作为保持或改变航向
舵垂直安装在螺旋桨的后方
早期船舶采用平板舵
为了提高舵效和推进效率,目前多用由钢板焊接而成的空心舵,称为复板舵
这种舵由于水平截面呈对称机翼形,故又称流线型舵
舵的型式很多,图8—1示出三种
舵叶的偏转由操舵装置(通常称舵机)来控制
舵机经舵柄1将扭矩传递到舵杆3上
舵杆3由舵承支承,它带动舵叶7偏转
舵承固定在船体上,由承及密封填料组成
舵叶还可通过舵销5支承在舵柱8的舵托9或舵钮6上
几种舵
不平衡舵图8-1(a) 舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵
平衡舵图8—1(b) 舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵
半平衡舵图8—1(c) 仅于下半部做成平衡型式的舵
后两种舵在舵杆轴线之前有一定的舵叶面积,转舵时水流作用在它上面产生的扭矩可以抵消一部分轴线后舵叶面积上的扭矩,从而减轻舵机的负荷
二、舵的作用原理和转舵扭矩
正舵位置,即α=0时
舵叶两侧所受的水作用力相等,对船的运动方向不产生影响
舵叶偏转任一角度α,两侧水流如图所示
水流绕流舵叶时的流程在背水面就要比迎水面长,背水面的流速也就较迎水面大,而其上的静压力也就较迎水面要小
舵叶两侧所受水压力的合力(称为舵压力)FN就将垂直于舵叶,作用于舵叶的压力中心O,并指向舵叶的背水面
除FN外,水流对舵叶还会产生与舵叶中线方向一致的摩擦力Fr
当舵叶偏转舵角α后,在舵叶的压力中心O上,就会产生一个大小等于FN与Fr合力的水作用F。
舵水作用力及其对船的影响
F可分解为与水流方向垂直的升力FL和与水流方向平行的阻力FD,
FL=1/2·CLρAυ2
FD=1/2·CDρAυ2
x = Cxb
式中:CL,CD,Cx—升力、阻力、压力中心系数,其大小随舵角而变,与舵叶几何形状有关,由模型试验测定
ρ——水的密度, A——舵叶的单侧浸水面积,
v——舵叶处的水流速度
J——舵压力中心至舵导边距离, b——舵叶平均宽度
舵水作用力F对船舶运动的影响
假设在船舶重心G处加上一对方向相反而数值均等于F的力F1、F2
那么水作用力F对船体的作用
可用水作用力对船舶重心所产生的力矩Ms和F2的作用来代替。
由F和F1形成的力矩Ms迫使船舶绕其重心向偏舵方向回转,称为转船力矩:
F2则又可分解为R和T两个分力
纵向分力R=F2sinα,增加了船舶前进的阻力
横向分力T=F2cos α,使船向偏舵的相反方向漂移
水作用力F与船舶的重心G并不在同一水平面上
船在转向的同时,还存在着横倾与纵倾力矩
8-1-2-2 转船力矩与最大舵角
转船力矩(Ms)
式中;l——舵杆轴线至船舶重心的距离
Xc——舵压力中心至舵杆轴线的距离
Ms随舵角α的增大而增大,并在达到某一舵角时出现极大值Mmax
Ms出现极大值时的舵角数值,与舵叶的几何形状有关,并主要取决于舵叶的展弦比λ(λ=舵叶高度A/舵叶平均宽度b)
λ越小, 绕流的影响就越大,即在同样舵角上所产生的舵压力越小,而达到最大转船力矩时的舵角就越大。
舵叶的λ值受到船舶吃水及船尾形状等条件限制
海船(λ=2~), Mmax的舵角多介于30º~35 º之间,规定35 º
河船(λ ~), Mmax出现在35 º ~45 º舵角之间
8-1-2-2 水动力矩和转舵扭矩
舵压力FN对舵杆轴线所产生的力矩称为舵的水动力矩,用Mα表示。
,称为压力系数,其余符号同式(8—1)
转舵扭矩M
操舵装置施加在舵杆上的扭矩
舵匀速转动时,转舵扭矩M即应等于水动力矩Ma和舵各支承处的总摩擦扭矩Mf 的代数和,即
M= Ma + Mf
普通平衡舵 Mf=(~) Ma
Mα可用经验公式或舵的模型试验资料计算
公称转舵扭矩
指在规定的最大舵角时所能输出的最大扭矩
它是根据船舶在最深航海吃水和以最大营运航速前进时,将舵转到最大舵角所需要的扭矩来确定的
公称转舵扭矩是确定舵机结构尺寸和工作参数的基本依据