船舶操縱設(shè)備概論2025/6/242船舶設(shè)備第一章船舶操縱設(shè)備2025/6/243第一章操船設(shè)備航行設(shè)備之一，操縱系統(tǒng)之一掌握的內(nèi)容：舵設(shè)備的作用、種類；舵設(shè)備水動(dòng)力特征計(jì)算；（流力）零件、部件強(qiáng)度計(jì)算；（材力，結(jié)構(gòu)力學(xué)）舵機(jī)選型、舵系布置；（動(dòng)力裝置）舵葉、舵桿、及其連接件等；襟翼舵、導(dǎo)管舵等其他操船設(shè)備。

2025/6/244第一節(jié)：操船設(shè)備概述舵設(shè)備的作用、組成和類型舵設(shè)備的構(gòu)造

2025/6/245一、舵設(shè)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(fā)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(xiàn)在船舶操縱性上的？

或者說：船舶操縱性能包含哪兩個(gè)相互有關(guān)的性能？船舵和發(fā)展

“深涉南海數(shù)萬里，千萬人之命直奇于一柁”

——杜甫 舵是遠(yuǎn)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(fā)明船舵，廣州東漢墓出土的陶船模型上有舵（拖舵）。 拖舵應(yīng)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(chǎn)生橫向力，使船 舶變向、回轉(zhuǎn)。舵設(shè)備—舵和操舵裝置的 總稱。2025/6/2410舵的作用（續(xù)）2025/6/2411舵的作用（續(xù)）航向運(yùn)舵狀態(tài)：

2025/6/2412舵的作用（四）舵效及產(chǎn)生舵效的原理：

船用舵是小展弦比的平板或機(jī)翼型結(jié)構(gòu)，設(shè)置于船尾端，當(dāng)舵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，舵上產(chǎn)生的水動(dòng)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(zhuǎn)船力矩。2025/6/2413舵的作用（續(xù)）船舶線型特點(diǎn)和船舶操縱性有什么關(guān)系？

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

本次作業(yè)：

除舵設(shè)備外還有哪些常用船舶操縱機(jī)構(gòu)或裝置？試分析它們的作用原理。2025/6/24232.舵設(shè)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(shè)備組成（二）

主操舵裝置：2025/6/2426舵設(shè)備組成（三）

主操舵裝置：2025/6/2427舵設(shè)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(dòng)裝置 （人力和機(jī)動(dòng)）舵機(jī)：動(dòng)力與轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)舵裝置：舵柄、舵扇止舵裝置：限位開關(guān)2025/6/24282025/6/2429傳統(tǒng)液壓舵機(jī)——大型柱塞撥叉式液壓舵機(jī)2025/6/2430傳統(tǒng)液壓舵機(jī)——小型柱塞撥叉式液壓舵機(jī)2025/6/2431傳統(tǒng)液壓舵機(jī)——活塞式液壓舵機(jī)2025/6/2432轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)：

1.轉(zhuǎn)葉式舵機(jī),致密的結(jié)構(gòu),所有活動(dòng)零部件組成一體,內(nèi)置式自潤滑的徑向和軸向軸承.

2.液壓單元安裝在舵機(jī)兩側(cè),避免了由管路造成的壓力損失,振動(dòng)和噪聲等.

3.動(dòng)力單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu),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(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng).

2025/6/2433舵設(shè)備組成（五）舵：舵葉舵桿連續(xù)桿支承部件統(tǒng)稱舵系2025/6/2434舵葉結(jié)構(gòu)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(qū)分:

單板舵 復(fù)板舵 流線型舵

按支承方式區(qū)分

:

多支承

雙支承

單支承

按舵面積對轉(zhuǎn)軸的分布區(qū)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(jìn)形式：流線型舵的優(yōu)點(diǎn)：流線型舵的種類：

單體舵

復(fù)體舵

半平衡復(fù)體舵

流線型改進(jìn)形式：

增進(jìn)推進(jìn)效率

提高舵壓力

2025/6/2439船舵分類（五）增進(jìn)推進(jìn)效率

加導(dǎo)流罩整流反應(yīng)舵

2025/6/2440船舵分類（六）

問題討論：

1：該舵葉導(dǎo)緣部分在靠近中間部分（黑色筆標(biāo)出），這種結(jié)構(gòu)的作用是什么？

2：該槳葉前端又增加了四個(gè)小槳片（見藍(lán)色標(biāo)記）其作用是什么？

3：用綠色標(biāo)記的結(jié)構(gòu)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(fù)體舵2025/6/2443船舵分類（九）2025/6/2444船舵分類（十）－特種舵主動(dòng)舵、襟翼舵、轉(zhuǎn)柱舵

2025/6/2445舵的構(gòu)造（自學(xué)）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(qiáng)度？

3.

舵葉上注水塞、放水塞、吊環(huán)起什么作用？

4.

舵內(nèi)部骨架？2025/6/2446舵之幾何要素及水動(dòng)力特性第二節(jié)2025/6/2447舵之幾何要素及水動(dòng)力特性

舵幾何尺度描述

舵的水動(dòng)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(zhuǎn)舵，在中線面的投影。平衡部分面積AC――轉(zhuǎn)軸前部分面積。舵框架部分面積AP――復(fù)體舵固定部分。（舵柱）舵托架面積――半平衡復(fù)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(jī)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(shù)國內(nèi)常用剖面形狀2025/6/2454舵幾何尺度描述（六）2025/6/2455舵的水動(dòng)力特性（一）機(jī)翼上流體作用力簡述水動(dòng)力換算關(guān)系影響水動(dòng)力特性的因素2025/6/2456舵的水動(dòng)力特性（二）機(jī)翼上流體作用力簡述

2025/6/2457舵的水動(dòng)力特性（三）水動(dòng)力換算關(guān)系

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

2025/6/2460舵的水動(dòng)力特性問題1：為什么要引入無因次系數(shù)？

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

2025/6/2462舵的水動(dòng)力特性（六）總結(jié)：

由流體力學(xué)相似理論可知，幾何形狀相似的機(jī)翼無論尺寸大小如何，相同流態(tài)中、、值都相等，其一組實(shí)驗(yàn)值可應(yīng)用于幾何形狀相似、大小不等的一系列機(jī)翼上去。選取舵時(shí)，（阻力）愈小愈好，以比值表示，即機(jī)翼效率，或，2025/6/2463舵的水動(dòng)力特性（七）影響水動(dòng)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(dòng)力特性（八）影響水動(dòng)力特性的因素－展弦比λ射流V除對舵產(chǎn)生升力外，在舵葉上下兩端環(huán)繞至葉背，產(chǎn)生渦流，在λ較小時(shí)，情況更嚴(yán)重。環(huán)繞渦流使葉面壓力差變小，舵升力下降。翼端繞流使葉面產(chǎn)生誘導(dǎo)速度ν0，其合力方向使射流角，從而極限舵角范圍內(nèi)↓，故↓。所以λ的影響，實(shí)質(zhì)是由于翼端繞流損失，以及舵葉上界層分離現(xiàn)象所產(chǎn)生的。2025/6/2465舵的水動(dòng)力特性（九）影響水動(dòng)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(dòng)力特性（十）影響水動(dòng)力特性的因素－厚度比

(=，表示舵剖面形狀的特征系數(shù))實(shí)驗(yàn)證明：對小λ翼形舵，對水動(dòng)力特性，尤其是影響大。

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

在極限舵角內(nèi)，舵角一定，舵面積大，舵效好。但面積過大，超過極限，會(huì)增加航行阻力，增大舵機(jī)負(fù)荷，影響船舶穩(wěn)定性。2025/6/2468舵的水動(dòng)力特性（十二）影響水動(dòng)力特性的因素外形2025/6/2469舵的水動(dòng)力特性（十三）影響水動(dòng)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(dòng)力特性（十四）影響水動(dòng)力特性的因素－剖面形狀前緣豐滿，外形微有凹陷，水動(dòng)力特性要好一些。但要考慮加工工藝、成本。

2025/6/2471小結(jié)舵的水動(dòng)力特性及計(jì)算方法；影響水動(dòng)力特性的因素。2025/6/2472第三節(jié)：舵系設(shè)計(jì)計(jì)算2025/6/24737000t散貨船總布置圖2025/6/2474本章作業(yè)完成萬噸重吊船操縱設(shè)備設(shè)計(jì)和計(jì)算1.作業(yè)任務(wù)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(yàn)報(bào)告2025/6/2475目的、內(nèi)容及步驟（一）目的計(jì)算各舵角下，舵受的流體合力及力矩。并以此作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算、零件選配、估算舵機(jī)功率之依據(jù)。按正、倒車兩種狀態(tài)進(jìn)行，倒車起校核作用。原理同正車，隨邊作導(dǎo)邊，航速按規(guī)范取。海船取設(shè)計(jì)航速一半

2025/6/2476目的、內(nèi)容及步驟（二）設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容及步驟

（1）確定舵的型式與數(shù)量、相對槳的位置（2）選擇舵面積，

;（3）水動(dòng)力影響規(guī)律及船體型線、確定有關(guān)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(shù)）（4）計(jì)算水動(dòng)力；（5）舵葉設(shè)計(jì)和規(guī)范計(jì)算，各種附屬件設(shè)計(jì)計(jì)算；（6）舵主要零件強(qiáng)度計(jì)算（強(qiáng)度高、重量輕、價(jià)格低）；（7）確定操舵系統(tǒng)、操舵裝置和舵機(jī)功率。

2025/6/2477舵型式、數(shù)量選擇、舵位置確定（1）

舵型式

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

舵型式

舵型式選擇通常由船舶運(yùn)行條件決定。目前常用流線型平衡舵。設(shè)置平衡舵，合理選擇平衡系數(shù)，可以得到最小的舵桿力矩值。海船：流線型平衡舵內(nèi)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(shù)量選擇、舵位置確定（3）

舵數(shù)目

舵數(shù)目決定于船型、船舶參數(shù)，而主要是槳軸數(shù)目。舵數(shù)目多，可靠性高，展弦比相對加大，但布置復(fù)雜，重量增加，建造、維修成本增加。單舵――一般運(yùn)輸船舶、機(jī)構(gòu)簡單、正對槳、充分利用尾流。雙舵――內(nèi)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(shù)目與槳數(shù)目相關(guān)，從尾流控制概念，船、槳、舵效綜合考慮。2025/6/2480舵型式、數(shù)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(yuǎn)離船舶回轉(zhuǎn)中心（近于舯），遠(yuǎn)離船舶重心。置于槳后的高水流區(qū)，盡量靠近槳盤，以↑；有良好的保護(hù)（上、下、前后緣均保護(hù)）；舵位置應(yīng)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(shè)計(jì)最主要的一個(gè)環(huán)節(jié)？2025/6/2482舵面積確定

（2）

的確定方法

型船換算法

統(tǒng)計(jì)方法經(jīng)驗(yàn)公式2025/6/2483確定剖面形狀、厚度比、平衡系數(shù)、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(shù)，系數(shù)曲線梯度大，λ↑，希林舵，制流板。轉(zhuǎn)舵力矩越小越好，舵機(jī)功率↓，考慮平衡、半平衡，壓力中心系數(shù)變化越小越好。阻力要小。（反應(yīng)舵，迎流反應(yīng)舵）最大航速及舵角范圍內(nèi)無舵空泡。符合強(qiáng)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(shù)（比）e＝e影響舵機(jī)功率大小、舵的穩(wěn)定性。功率：因?yàn)镹↓，舵軸線與壓力中心應(yīng)盡可能接近，使↓（水動(dòng)力扭矩）穩(wěn)定性：中心在軸后，轉(zhuǎn)舵時(shí)，壓力永遠(yuǎn)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(shù)、展弦比，繪船、槳、舵組合體圖（2）

2025/6/2485展弦比λ在未發(fā)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(shù)、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(shí)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(hù)措施。確定剖面形狀、厚度比、平衡系數(shù)、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(shí)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(yuǎn)；2)求出舵平均寬度;3)根據(jù)艉部形狀、舵保護(hù)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(shù)e，決定平衡面積；5)舵截面試?yán)L。6)槳、船、舵間布置間隙及影響因素參閱《船舶設(shè)計(jì)原理》

確定剖面形狀、厚度比、平衡系數(shù)、展弦比，繪船、槳、舵組合體圖（5）

2025/6/2488水動(dòng)力特性計(jì)算計(jì)算目的計(jì)算思路舵壓力及力矩實(shí)用算法確定舵機(jī)功率2025/6/2489計(jì)算思路

根據(jù)設(shè)計(jì)船提供的主要尺度和參數(shù)，以及槳的參數(shù)，針對設(shè)計(jì)舵的型式、尺度、數(shù)量、剖面形狀及所處的流態(tài)：

利用試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料或者近似計(jì)算公式，決定敞水水動(dòng)力系數(shù)、、以及壓力中心系數(shù)。列表計(jì)算，敞水狀態(tài)的P，?？紤]各種影響因素（包括機(jī)械損耗、舵結(jié)構(gòu)影響、水流影響、船槳影響）計(jì)算出實(shí)際實(shí)、實(shí)、實(shí)……

估算舵機(jī)功率。2025/6/2490舵壓力及力矩實(shí)用算法壓力及壓力中心計(jì)算法（近似法或模型試驗(yàn)資料法）力矩計(jì)算

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

2025/6/2492力矩計(jì)算2025/6/2493考慮影響水動(dòng)力的因素，換算實(shí)船水動(dòng)力、力矩

在船、槳、舵綜合作用下，水動(dòng)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(guān)系）伴流影響（尾波情況）重點(diǎn)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(jié)構(gòu)）2025/6/2494確定舵機(jī)功率

根據(jù)表格計(jì)算結(jié)果作P.M.正倒車曲線

估算功率

2025/6/2495第四節(jié)：舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（一）舵之結(jié)構(gòu)――多為流線型復(fù)板舵

單板舵復(fù)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(huán)。

水密性保證方法：一側(cè)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(fù)板，外板開槽，條形塞焊，尾端塞板（隨邊），首端加無縫管（導(dǎo)邊）。

2025/6/24962025/6/2497舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（二）舵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（結(jié)構(gòu)尺寸）

規(guī)范要求：

1.舵桿、舵葉、舵銷、舵銷襯套；

2.舵桿及舵葉聯(lián)接件（法蘭、螺紋、鍵……）

3.舵承、舵角限制器。2025/6/2498舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（三）舵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（結(jié)構(gòu)尺寸）

1、強(qiáng)度理論計(jì)算問題如何計(jì)算，如何確定（許用應(yīng)力、安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)）彎矩的計(jì)算（舵桿）許用應(yīng)力、安全系數(shù)

2025/6/2499舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（四）舵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算方法理論計(jì)算方法規(guī)范計(jì)算方法

2025/6/24100舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（五）2025/6/24101舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（六）舵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（結(jié)構(gòu)尺寸）

2、規(guī)范計(jì)算法以《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》舵桿舵葉舵銷舵軸連接零件舵扇與舵柄

2025/6/24102舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（七）2025/6/24103舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（八）2025/6/24104舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（九）2025/6/24105舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（十）2025/6/24106舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（十一）2025/6/24107舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（十二）2025/6/24108舵結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度（十三）2025/6/24109第五節(jié)：舵機(jī)及其基本要求2025/6/241101.舵機(jī)有哪些種類？

各有什么特點(diǎn)？2.各自的原理是什么？3.舵機(jī)有哪些基本要求？自學(xué)舵機(jī)及其基本要求舵機(jī)的工作原理舵機(jī)的轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)對舵機(jī)的基本要求2025/6/24111舵機(jī)的工作原理

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