操縱設(shè)備及其效應(yīng)(10學(xué)時)

1、3-1 螺旋槳及其效應(yīng)螺旋槳及其效應(yīng)3-2 舵及其效應(yīng)舵及其效應(yīng)3-3 側(cè)推器及其效應(yīng)側(cè)推器及其效應(yīng)3-4 特種推進器及其效應(yīng)特種推進器及其效應(yīng)3-5 港作拖輪及其效應(yīng)港作拖輪及其效應(yīng)3-1 螺旋槳及其效應(yīng)推進器（propeller）：推動船舶運動的工具推進器的種類：螺旋槳（screw propeller）Z型推進器（schottel propeller）明輪（paddle propeller）平旋式推進器（cycloidal propeller）噴水式推進器（jet propeller ）螺旋槳螺旋槳一、螺旋槳及其工作原理螺旋槳又稱螺旋推進器特點：構(gòu)造簡單、重量輕、效率高。1、螺旋槳的主要參

2、數(shù)直徑（D）：直徑越大，效率越高。螺距（P）：螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周所前進的距離，指理論螺距，一般以螺旋槳半徑的0.7 倍處的螺距作為整個螺旋槳的螺距。螺距比（P/D）：一般在0.61.5 之間。高速淺吃水船選取的值較大，低速深吃水船選取的值較小。盤面比：槳葉投影面積與直徑為D 的圓面積之比。槳葉數(shù)目：36 2、螺旋槳 種類固定螺距槳FPP（fixed pitch propeller）可變螺距槳CPP（capable pitch propeller）可變螺距槳CPP可變螺距槳CPP3、螺旋槳工作原理螺旋槳前后流場特點吸入流（suction current）：直徑較大，流線基本平行，流速較低。排出流（d

3、ischarge current）：直徑較小，流線旋轉(zhuǎn)，流速較高。二、螺旋槳推力與轉(zhuǎn)矩機翼升力條件：來流速度V來流的沖角VaLDF1、單獨螺旋槳（敞水槳）推力與轉(zhuǎn)矩敞水槳推力（thrust）示意nPVpSrrnp p2dTdQdL b bf f1、單獨螺旋槳（敞水槳）推力與轉(zhuǎn)矩敞水槳推力（thrust） T=n2D4KT敞水槳轉(zhuǎn)矩（torque） MQ= n2D5KQ KT為推力系數(shù)， KQ為轉(zhuǎn)矩系數(shù), 由水池試驗求得。 它們都是進速系數(shù)的函數(shù)。進速系數(shù)： J=Vp/nD螺旋槳的推力和轉(zhuǎn)矩隨進速Vp的增大而減小，但螺旋槳效率隨Vp增大而增大。當(dāng)Vp為0時，其推力和轉(zhuǎn)矩最大，稱為系柱推力和最大轉(zhuǎn)

4、矩，這時螺旋槳效率也最低。1、單獨螺旋槳（敞水槳）推力與轉(zhuǎn)矩J=Vp/nD 進速系數(shù)KT00.20.40.60.81.01.20.20.40.60.810KQKTKQJ2、船體對推力的影響（伴流的影響）伴流分布：沿船體前后方向，船首最小、船尾最大，離船體越遠，伴流越??；船尾處沿螺旋槳的徑向，上大下小，左右對稱螺旋槳進速伴流對提高螺旋槳推力是個有利因素)1 ()1 (PPPVVVVVVVV3、螺旋槳對船體的影響（推力減額）船尾螺旋槳工作時，其產(chǎn)生的水流柱，引起船體尾部流速加快，壓強降低，從而使船體阻力產(chǎn)生增值，這部分增加的阻力稱為阻力增額。計算時常處理為推力減額式中：T推力減額t 推力減額系數(shù)。

5、)1 ()1 (tTTTTTTTe三、滑失比及其影響1、滑失比的概念滑失（Slip）是指槳理論上應(yīng)能前進的速度與對水的實際速度Vp之差，即：其中：n螺旋槳的轉(zhuǎn)速；P螺旋槳的螺距；p為螺旋槳處的伴流系數(shù)，約為0.20.4。)1 (PPVnPVnPS1、滑失比的概念有的文獻中，也將滑失S定義為：螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周在軸向所前進的實際距離hpVp/n（即進程）與螺旋槳螺距P的差值。1、滑失比的概念滑失與螺旋槳在理論上應(yīng)能前進的速度的比值稱之為滑失比Sr（slip ratio），即：滑失與滑失比中的螺旋槳進速Vp若用船速V代替，得出的結(jié)果分別稱為虛滑失或虛滑失比。虛滑失比是表征不同航行狀態(tài)下作用于螺旋槳負(fù)荷

6、的參數(shù)，船舶在海上航行時，船上經(jīng)常用虛滑失比來計算船速，一般以百分?jǐn)?shù)表示滑失比。nPVnPVnPnPSSPPr11、滑失比的概念影響滑失的因素滑失與船速有關(guān)，而船速與船舶的阻力有關(guān)，阻力越大，船速越低，滑失越大。因此船舶污底越嚴(yán)重、遭受的風(fēng)浪越大，滑失也越大。2、滑失的作用滑失能夠提高螺旋槳推力，回收一部分（伴流）能量滑失越大，螺旋槳的推進效率越低。 3、滑失在操縱中的應(yīng)用可利用螺旋槳的滑失提高船舶的舵效。注意避免使主機超負(fù)荷工作而損壞主機。四、主機功率與船速1、主機功率分類機器功率（Machinery Horse Power）MHP指示功率（Indicated Horse Power）IHP

7、 蒸汽機制動功率（Brake Horse Power）BHP 內(nèi)燃機軸功率（Shaft Horse Power）SHP 汽輪機收到功率（Delivered Horse Power）DHP推力功率（Thrust Horse Power）THP=TVp有效功率（Effective Horse Power）EHP =RV四、主機功率與船速2、主機功率關(guān)系螺旋槳收到功率DHP與機器功率MHP的比值稱為傳遞效率，其值通常為0.950.98。有效功率EHP與收到功率DHP之比稱為推進器效率，該值約為0.600.75。有效功率EHP與主機機器功率MHP之比稱為推進系數(shù)，該值約為0.50.7。這就是說，主機發(fā)

8、出功率變?yōu)榇巴七M有效功率后己損失了將近一半。3、船速分類額定船速（maximum speed）主機以額定功率和轉(zhuǎn)速在深水中航行的靜水船速；是船舶在深水中可以使用的最高船速。海上船速（sea speed）主機以海上常用功率和轉(zhuǎn)速在深水中航行的靜水船速；為了留有一定的儲備，主機的海上功率通常定為額定功率的 90%，主機的海上轉(zhuǎn)數(shù)通常定為額定轉(zhuǎn)數(shù)的9697%。經(jīng)濟航速（economic speed）以節(jié)約燃油、降低成本為目的，根據(jù)航線條件等特點而采用的速度。有最低耗油率船速，最低營運費用船速和最大盈利船速三種。3、船速分類港內(nèi)船速（harbour speed）主機以港內(nèi)功率和轉(zhuǎn)速在深水中航行的靜水

9、船速；也稱為備車速度或操縱速度 在港內(nèi)航行，“微速前進”的功率與轉(zhuǎn)速是主機能發(fā)出的最低功率，最低轉(zhuǎn)速；一般港內(nèi)船速要比海上船速低，其主要原因：港內(nèi)航行阻力增大，為了減小主機扭矩而降低船速；港內(nèi)機動航行時頻繁用車，為了保護主機而降低轉(zhuǎn)速；一般港內(nèi)最高主機轉(zhuǎn)速為海上常用轉(zhuǎn)速的 7080%， 港內(nèi)倒車最高主機轉(zhuǎn)速為海上常用轉(zhuǎn)速的 6070%。五、螺旋槳橫向力螺旋槳轉(zhuǎn)動時，不但產(chǎn)生控制船舶前后運動的推力或拉力，由于螺旋槳本身的特性和船體的影響，還會產(chǎn)生使船舶發(fā)生橫移和偏轉(zhuǎn)的橫向力，稱為螺旋槳橫向力YP。螺旋槳橫向力對船舶產(chǎn)生的效應(yīng)，稱為螺旋槳效應(yīng)（簡稱車效應(yīng)）。螺旋槳橫向力的方向取決于螺旋槳的轉(zhuǎn)動方向

10、，其大小取決于螺旋槳轉(zhuǎn)速、船舶載況、船體現(xiàn)狀等因素，其中與螺旋槳的轉(zhuǎn)動方向的關(guān)系最為密切。螺旋槳橫向力的成因：沉深橫向力、伴流橫向力排出流橫向力、推力中心偏位產(chǎn)生的橫向力1、沉深橫向力沉深（h）螺旋槳盤面中心距水面的垂直距離稱為螺旋槳的沉深h。沉深比（h/D）沉深h與螺旋槳直徑D之比h/D，稱為沉深比。hsDP1、沉深橫向力transverse force of propeller submergence與螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相同1、沉深橫向力成因：螺旋槳上葉和下葉的沉深不同，轉(zhuǎn)力也不同；條件：h / D0.650.75 時；淺水中可能攪動海底泥沙，橫向力更加明顯。作用方向：與槳旋轉(zhuǎn)方向相同；右旋固

11、定螺距螺旋槳船，進車時，指向右舷，倒車時，指向左舷；在沉深比較小和淺水中是較大的量。2、伴流橫向力transverse force of wake effect伴流橫向力方向：與螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相反8 . 0P7 . 06 . 05 . 04 . 03 . 02 . 01 . 02、伴流橫向力成因：受縱向伴流影響，螺旋槳上部槳葉相對于水的進速比下半部槳葉要低，水流的攻角相對較大，所受到的轉(zhuǎn)力比下部槳葉大大小：隨船速的提高而增大，隨船速的降低而減小。在船舶靜止或后退中，船尾伴流可以忽略，伴流橫向力也可以忽略。方向：與螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相反不論是進車還是倒車，伴流橫向力均是一個較小的量。3、排出流橫向力

12、transverse force of discharge current3、排出流橫向力成因：進車受伴流的影響，上半部排出流軸向速度較小，因此作用在舵上的沖角較大，使舵葉右側(cè)的水動力大于左側(cè)，造成推尾向左的橫向力；倒車排出流打在船尾右舷尾外板上沖角較大，面積較為寬廣，所以形成較強的沖擊力 ；條件：進車伴流存在；倒車排出流作用在船尾。方向：就右旋FPP而言，正倒車均使船首向右偏轉(zhuǎn)；總體而言，倒車排出流橫向力是較大的量4、推力中心偏位成因：船尾上升斜流推力中心將稍稍偏于旋轉(zhuǎn)方向推力中心偏位的方向與螺旋槳旋轉(zhuǎn)的方向一致。船速越高、槳轉(zhuǎn)速越高，推力中心偏位越明顯。推力中心偏位引起的橫向力較小。螺旋槳

13、的致偏作用（右旋FPP單槳船）六、螺旋槳效應(yīng)右旋固定螺距螺旋槳（FPP）單槳船的偏轉(zhuǎn)趨勢靜止中進車前進中倒車靜止中倒車1、靜止中進車開始船速較低伴流、進車排出流以及推力中心偏位的影響均較??；船舶在沉深橫向力的作用下使船首左偏。空船或輕載時，h/D較小，沉深橫向力較大，船首左偏較明顯；重載船沉深橫向力較小，則幾乎不出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。船速的提高沉深橫向力減小，伴流橫向力、排出流橫向力推尾向左的影響增強，將逐漸削弱甚至克服沉深橫向力的作用。不論出現(xiàn)左偏或右偏，均可用23舵角加以克服保證船舶直航。2、前進中倒車開始船速較高伴流橫向力的影響使船首左偏；倒車排出流橫向力使船首右偏的影響則較弱；沉深橫向力的影響使首

14、右偏；總體而言，偏轉(zhuǎn)方向不定，此時用舵就能克服偏轉(zhuǎn)。船速降低倒車排出流橫向力的影響逐漸增強，而伴流橫向力逐漸減弱，船首將出現(xiàn)明顯的向右偏轉(zhuǎn)。舵效極差，因此即使操舵也無效果。為控制船首右偏，只有在倒車前先操左舵，使船先具備左轉(zhuǎn)趨勢。3、靜止中倒車開始時伴流尚未發(fā)生倒車排出流橫向力及螺旋槳沉深橫向力的影響；船首向右偏轉(zhuǎn)。 此時，吸入流產(chǎn)生的舵力極低，操舵無法克服偏轉(zhuǎn)。退速的提高沉深橫向力的影響相對減弱排出流橫向力的影響也將因船體左側(cè)所受水動力的影響而作用減弱。此時，船首右轉(zhuǎn)減緩，偏轉(zhuǎn)速度逐漸穩(wěn)定，進行船尾向左后方的大直徑旋回。螺旋槳致偏效應(yīng)的運用*右旋固定螺距螺旋槳（FPP）單槳船，螺旋槳橫向力最

15、明顯的致偏效應(yīng)是：靜止中、低速前進中或后退中倒車時均出現(xiàn)船首右偏現(xiàn)象，且用舵難以克服。實踐運用：向右就地掉頭自力靠碼頭操縱系靠單浮或單點系泊螺旋槳致偏效應(yīng)的運用*向右就地掉頭螺旋槳致偏效應(yīng)的運用*自力靠泊操縱螺旋槳致偏效應(yīng)的運用*系靠單浮或單點系泊3-2 舵及其效應(yīng)舵是船舶控制航向的重要操縱設(shè)備舵的作用：小舵角，使船舶保持其航向中舵角，改變其航向大舵角，進行緊急避讓（或旋回）內(nèi)容：舵的種類及幾何要素舵的水動力特征舵效及舵效指數(shù)影響舵效的因素提高舵效的措施一、舵的種類及幾何要素1、舵的種類按照舵面積對轉(zhuǎn)動軸的位置分布進行分類：普通舵平衡舵半平衡舵古老的舵1、舵的種類普通舵舵的全部面積分布在舵軸的

16、后方；水動力作用中心距離舵軸較遠，故轉(zhuǎn)舵力矩較大，所需舵機功率較大。舵軸上的支撐點較多，故強度較大。1、舵的種類平衡舵舵寬的一部分分布在舵軸前方；水動力作用中心距離舵軸較近，故轉(zhuǎn)舵力矩較小；舵軸上的支撐點較少，故強度較小。1、舵的種類半平衡舵舵寬和舵高的一部分分布在舵軸之前；這種舵的性能介于普通舵和平衡舵之間。1、舵的種類按照舵拋面的結(jié)構(gòu)分類：平板舵；流線型舵；特種舵。按照舵的支撐結(jié)構(gòu)分類：多支撐舵；雙支撐舵；半懸掛舵懸掛舵等等。2、舵的幾何要素舵面積（AR）舵面積比（A R / L pp d）集裝箱船：1/55 左右大型油船：1/65 以上展弦比（）舵高（h），又稱翼展舵寬（b），又稱翼弦舵

17、平衡系數(shù)（k）舵面積在舵軸前后的比例關(guān)系的系數(shù)。用舵軸前的面積與整個舵面積的比值表示。hbtbbrbt4br4舵軸線1/4弦線trtt二、舵的水動力特征1、單獨舵（敞水舵）的舵力2、使舵力減小的流體現(xiàn)象3、船尾舵的性能1、單獨舵的舵力舵力產(chǎn)生條件：舵速V有效攻角舵力分解舵力PR正壓力PN（舵力）阻力（縱向）D升力（橫向）L沖角不大時，PN可以表示為：sin212fAVPRNPRdXpb VLDPNPT 2、舵力減小的流體現(xiàn)象失速現(xiàn)象（Stall）隨著舵角增大，舵的升力系數(shù)CL和阻力系數(shù)CD均具有增大的趨勢，可是當(dāng)舵角達到某一舵角時，由于流經(jīng)舵背面的水流從舵的后緣之前嚴(yán)重地與舵的背面剝離，從而出

18、現(xiàn)強渦時，舵升力系數(shù)CL則將驟然下降，這種現(xiàn)象叫作失速現(xiàn)象。 2、舵力減小的流體現(xiàn)象空泡現(xiàn)象（aviation）當(dāng)使用大舵角或舵的前進速度相當(dāng)大時，特別是舵的前緣橫截面曲率較大時，舵的背面壓力出現(xiàn)劇烈下降，當(dāng)下降至或接近于該溫度下的汽化壓力時，在舵的背面將產(chǎn)生空泡現(xiàn)象?？张莠F(xiàn)象會造成舵葉的侵蝕損壞，降低舵力空氣吸入現(xiàn)象（aeration）在舵的背面吸入空氣、產(chǎn)生渦流，使舵力下降的現(xiàn)象，稱為空氣吸入現(xiàn)象。多發(fā)生在舵的上緣與水面接近或高出水面且速度較大的情況下，也是降低舵力的有害現(xiàn)象。3、船尾舵的性能舵與船體之間的相互干擾操舵后，舵周圍出現(xiàn)的壓力變化，即左右兩側(cè)的壓力差將波及到尾部船體兩側(cè)，使船體

19、也產(chǎn)生了左右的壓力差，這相當(dāng)于增加了船尾舵的舵力。 據(jù)Gawn的研究，這種船體和舵之間的相互干擾的結(jié)果將使船尾舵的舵力比單獨舵的舵力提高約2030%。船尾的鈍材（dead wood）越大，舵與船尾的間隙越小，這種效果越顯著。 3、船尾舵的性能伴流及其影響伴流是船體周圍的水部分地隨船舶運動而形成的水流，伴流方向與船舶運動方向相同者稱為正伴流；反之，則稱為負(fù)伴流。按其形成的原因可以分為摩擦伴流、勢伴流和興波伴流。 伴流影響使舵的正壓力降低。排出流的影響排出流的影響與伴流的影響相反；螺旋槳排出流增加了舵處的來流速度，從而提高了舵力。3、船尾舵的性能船舶旋回中的舵力降低旋回中的降速，導(dǎo)致舵處的來流速度

20、下降，舵力下降；旋回中舵處的有效沖角減?。从行Ф娼菧p?。?。VPOraGVGVa 三、舵效及舵效指數(shù)1、舵效的概念從廣義上，舵效泛指運動中的船舶因操舵而造成的動態(tài)變化效應(yīng)，包括控向、橫移、減速及橫傾等效應(yīng)，綜合起來稱為舵效（rudder effect）。狹義上，舵效是指舵的控向效應(yīng)（steerage）。習(xí)慣上認(rèn)為，操一舵角后船舶在一定時間、一定水域內(nèi)船首轉(zhuǎn)過的角度大小。如能在較短的時間、較小的水域內(nèi)轉(zhuǎn)過較大的角度，認(rèn)為舵效好，否則為差。三、舵效及舵效指數(shù)2、舵效指數(shù)舵效的好壞與船舶旋回性、追隨性密切相關(guān)。當(dāng)初始操舵時，回轉(zhuǎn)角加速度舵角一定時，回轉(zhuǎn)角加速度主要取決于K/T值的大小， K/T反映了

21、單位舵角所能產(chǎn)生的角加速度大小，常稱為舵效指數(shù)，即K大T小，舵效好。無因次化后，可進行比較。TteTKr/000tTKr22/VLTKTK四、影響舵效的因素舵角：一般地，舵角越大，舵效越好。舵面積比（AR/Lppd）：舵面積比越大，舵效越好。舵速r船速， 舵葉處的伴流速度， 排出流流速的軸向分量；低速時通過提高主機轉(zhuǎn)速方法來提高舵速。吃水d（排水量）：大，慣性大，舵效差縱傾與橫傾：首傾時差，適當(dāng)尾傾時好；高速航行時向低舷側(cè)轉(zhuǎn)向舵效差。舵機特性：液壓舵機性能好。其他因素：頂風(fēng)、頂流舵效好；淺水中舵效差。rxrrVVVrrxV五、提高舵效的措施降低船速的同時增加螺旋槳的轉(zhuǎn)速：降低船速舵速同時降低了

22、伴流的影響，且使船舶進距有所減??；增加螺旋槳轉(zhuǎn)速不但增加了螺旋槳的滑失比，同時也使螺旋槳尾流速度增大，進而增加了舵速。由于船舶慣性較大，船速的增量在有限距離內(nèi)是有限的。船舶在港內(nèi)寬度和深度受限的直航道中航行時，船速不宜過高，可以在船尾系帶一拖船協(xié)助減速，同時增加螺旋槳轉(zhuǎn)速，以提高舵效。3-3 側(cè)推器及其效應(yīng)船舶進港船速逐漸降低的過程中，操舵產(chǎn)生的舵力轉(zhuǎn)船力矩逐漸減小，控制航向的能力逐漸變差。為了解決這個問題產(chǎn)生了另一種產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩的方法，即在船上安裝側(cè)推裝置，簡稱為側(cè)推器。主要內(nèi)容：側(cè)推器概述側(cè)推器效應(yīng)及技術(shù)指標(biāo)船舶靜止中側(cè)推器效應(yīng)船舶前進中側(cè)推器效應(yīng)船舶后退中側(cè)推器效應(yīng)一、側(cè)推器概述側(cè)推器可

23、以作為船舶的輔助操縱裝置，廣泛應(yīng)用于港內(nèi)船舶操縱：靠離碼頭中船舶的橫向移動、航道內(nèi)低速航行時調(diào)整航向、抑制倒車過程中的船首偏轉(zhuǎn)等。側(cè)推器適用于靠離泊操縱頻率較高的船舶：如滾裝船、大型客船、大型集裝箱船以及部分化學(xué)品船舶和油船等等。一、側(cè)推器概述側(cè)推器的構(gòu)造廣泛采用一種槽式側(cè)推器槽道與船舶縱舯剖面垂直，其中裝設(shè)螺旋槳側(cè)推器一般采用CPP螺旋槳一、側(cè)推器概述側(cè)推器的構(gòu)造一、側(cè)推器概述側(cè)推器的布置及功率普通船舶一般僅在船首布置一個側(cè)推器。有些船舶在首尾各裝一個至數(shù)個側(cè)推器。某8100TEU 集裝箱船配有一個首側(cè)推器和兩個尾側(cè)推器:首側(cè)推器最大可以給出294kN（30t）的推力；兩個尾側(cè)推器也總共給出

24、294kN 的推力。一、側(cè)推器概述側(cè)推器工作原理及側(cè)推力側(cè)推力的大小與槽道內(nèi)單位時間的流量有關(guān)，流量越大，側(cè)推力越大；側(cè)推器的功率越大，側(cè)推力也越大；糟式側(cè)推器在船速為零時能產(chǎn)生最大的側(cè)推力，有航速時有效推力下降（缺點）；側(cè)推力的大小還與船舶載重狀態(tài)有關(guān)：同一船速下，壓載時側(cè)推器的效率比滿載時的效率低原因：兩種狀態(tài)下側(cè)推器的沉深不同。二、側(cè)推器效應(yīng)及技術(shù)指標(biāo)側(cè)推器失效船速側(cè)推器效應(yīng)隨著船速的增加而降低。大型集裝箱船，首側(cè)推器失效船速為46kn。首側(cè)推器和尾側(cè)推器的效率受船速的影響不盡相同，一般首側(cè)推器受船速的影響要比尾側(cè)推器要大。尾側(cè)推器失效船速要高一些。船舶最大旋回角速度（船速為0時側(cè)推器作

25、用）啟動時間和換向啟動時間：側(cè)推力從0增大至最大值的時間延遲換向時間：從一側(cè)側(cè)推力最大轉(zhuǎn)換為另一側(cè)側(cè)推力最大所用的時間。三、船舶靜止中側(cè)推器效應(yīng)單獨使用一個側(cè)推器的效應(yīng)單獨使用首側(cè)推器產(chǎn)生側(cè)推力，船舶橫向運動狀態(tài)發(fā)生變化，船舶將產(chǎn)生橫向阻力，船首將繞船中位置轉(zhuǎn)動；單獨使用尾側(cè)推器時，其效應(yīng)與單獨使用首側(cè)推器的情況類似。三、船舶靜止中側(cè)推器效應(yīng)同時使用雙側(cè)推器效應(yīng)若首、尾側(cè)推力的方向相反，轉(zhuǎn)船效率比單獨使用首或尾側(cè)推器的效率高得多；若首、尾側(cè)推力的大小、方向相同，位置距離船中相等，則將不產(chǎn)生轉(zhuǎn)船效應(yīng)，僅產(chǎn)生橫移效應(yīng)。四、船舶前進中側(cè)推器效應(yīng)尾側(cè)推器的轉(zhuǎn)船力矩要大得多，其轉(zhuǎn)船效果要比首側(cè)推器好很多

26、四、船舶前進中側(cè)推器效應(yīng)首側(cè)推器的效應(yīng)單獨使用首側(cè)推器產(chǎn)生側(cè)推力，船舶橫向運動狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生橫移速度，即產(chǎn)生漂角，使船舶處于斜航狀態(tài)。由于船舶前進中水動力中心在船中之前，隨著船速的提高，水動力中心逐漸向前移動，且有效側(cè)推力也逐漸降低，轉(zhuǎn)船效應(yīng)也不斷降低。理論上，當(dāng)船速提高至水動力中心達到首側(cè)推器的位置時，首側(cè)推器失去效應(yīng)。實際上，隨著船速的提高，水動力中心還未達到首側(cè)推器位置之前，其已經(jīng)不能發(fā)出有效側(cè)推力，即首側(cè)推器失去轉(zhuǎn)船效應(yīng)。四、船舶前進中側(cè)推器效應(yīng)尾側(cè)推器的效應(yīng)單獨使用尾側(cè)推器時，水動力中心逐漸向前移動，力偶臂逐漸變長，雖然有效推力逐漸降低，但與首側(cè)推器比較，有效側(cè)推力相同時，尾側(cè)推

27、器的轉(zhuǎn)船力矩要大得多，其轉(zhuǎn)船效果要比首側(cè)推器好很多；故船舶前進中應(yīng)使用尾側(cè)推器來調(diào)整航向；隨著船速的增加，尾側(cè)推器也有失效的問題，這種失效不是由于力偶臂的減小引起的，而是由尾側(cè)推器附近的流態(tài)造成的。五、船舶后退中側(cè)推器效應(yīng)首側(cè)推器的轉(zhuǎn)船力矩要大得多，其轉(zhuǎn)船效果要比尾側(cè)推器好很多3-4 特種推進器及其效應(yīng)推進設(shè)備，經(jīng)過科學(xué)合理的組合后，可有舵的功能。螺旋槳經(jīng)過改善，發(fā)展出幾種特種螺旋槳：常用的有雙車推進器、轉(zhuǎn)動導(dǎo)流管裝置、Z型推進器、噴水推進裝置等。螺旋槳（screw propeller）Z型推進器（schottel propeller）明輪（paddle propeller）平旋式推進器（cy

28、cloidal propeller）噴水式推進器（jet propeller ）Z型推進器（schottel propeller）Azimuth thruster 全回轉(zhuǎn)舵槳Azimuth thruster 全回轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)舵槳明輪（paddle propeller）Voith-Schneider propeller平旋推進器Cycloidal propeller直翼推進器，也稱擺線推進器VSP 平旋推進器Cycloidal propeller直翼推進器或擺線推進器槳葉采用低阻升比和大展弦比的矩形機翼。每個槳葉除繞轉(zhuǎn)盤中心旋轉(zhuǎn)外，同時繞自身軸線按一定規(guī)律擺動，以產(chǎn)生方向相同的推力。VSP 平旋推進器

29、VSP 平旋推進器VSP 平旋推進器Azipod 吊艙式電力推進系統(tǒng)Azipod 吊艙式電力推進系統(tǒng)一、雙螺旋槳推進器及其效應(yīng)雙螺旋槳的布置FPP槳多采用外旋推進方式CPP槳多采用內(nèi)旋推進方式雙槳雙舵船的特點大大提高了船舶操縱性能及航行的安全可靠性，特別是港內(nèi)低速航行的操縱性能。載重量相同時，雙槳雙舵船吃水較淺。因此，對有些航道、港口可自由出入，無需減載。載重量相同時，雙槳雙舵航速較高。一、雙螺旋槳推進器及其效應(yīng)雙螺旋槳推進器效應(yīng)（FPP） (a)b YPP b YPS TPTS (b)b YPPb YPSTS TP 一、雙螺旋槳推進器及其效應(yīng)雙螺旋槳推進器效應(yīng)雙螺旋槳船的兩個推進器推力的大小

30、可分別進行控制；兩個螺旋槳產(chǎn)生的推力不同或旋轉(zhuǎn)方向相同時，進車推力或倒車?yán)Φ牟煌M合將對船舶產(chǎn)生不同的效應(yīng)。一槳進車，另一槳倒車，進行轉(zhuǎn)船。對于外旋式FPP雙螺旋槳船，利用一進一倒進行轉(zhuǎn)船時，螺旋槳效應(yīng)都有助于船舶的轉(zhuǎn)動。同理，CPP雙槳設(shè)為內(nèi)旋式。二、Z 型推進器全回轉(zhuǎn)推進器Z 型推進器的構(gòu)造豎軸；上下兩對錐型齒輪；導(dǎo)管螺旋槳；傳動系統(tǒng)等組成。二、Z 型推進器雙車Z 型推進器推進模式及其效應(yīng)拖船和有些操縱性要求高的船舶，大多裝有兩個Z 型推進器，分別裝置在船舶首尾中心線的兩側(cè)。雙車Z 型推進器效應(yīng)取決于兩個推進器合力的大小、方向、作用點以及船舶的運動狀態(tài)。兩個螺旋槳的推力方向為推力矢量與船

31、舶首尾線之間的交角；不同的組合不但可以改變合力的方向，而且可以改變合力的大小。前進方向的推進橫向與轉(zhuǎn)動方向的推進3-5 港作拖輪及其效應(yīng)螺旋槳、舵和側(cè)推器都是船舶所配備的常規(guī)控制設(shè)備，當(dāng)外界影響超過這些設(shè)備的控制能力時，需要外部力量的協(xié)助。目前，廣泛用于船舶操縱運動控制的外部手段是拖船。尤其是在港內(nèi)操縱時，水域受限，船舶低速操縱性較差，拖輪是必要的助操手段。3-5 港作拖輪及其效應(yīng)主要內(nèi)容拖船的種類及特點港作拖船的種類港作拖船的特點拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式船舶靜止中的拖船效應(yīng)船舶前進中的拖船效應(yīng)拖船作用能力及其限制港內(nèi)操船所需拖船功率和數(shù)量一、拖船的種類及特點拖船的種類按航區(qū)進行分類外海拖

32、船遠洋拖船：海上救助等沿海拖船港作拖船按用途進行分類運輸拖船港作拖船救助拖船一、拖船的種類及特點古董拖輪蒸汽機明輪一、拖船的種類及特點加拿大軍用拖輪一、拖船的種類及特點拖船基本特點：較大的拖力、良好的操縱性拖船工作性質(zhì)所決定的主要特點：船型特點：拖船船體較短港作拖船L/B，一般在2.53.5 之間。外海拖船L/B，在3.55.0 之間。水線面較大港作拖船船體水下呈半橢圓體形狀，且水下側(cè)面積集中于船中附近。外海拖船船體水下呈細(xì)長體形狀，且水下側(cè)面積分布于整個船長。一、拖船的種類及特點推力特點：推進器功率較大港作拖船的單位排水量分配的主機功率（kW）一般為4.0 以上外海拖船一般在1.82.9 之

33、間。 操縱性特點：旋回直徑（D）小于運輸船舶港作拖船 D一般小于2L。外海拖船 D接近運輸船舶，23L。船型特點二、港作拖船的種類按照推進器的數(shù)量、推進器的類型和推進器的位置等主要特征進行分類：1、推進器的數(shù)量單槳拖船單槳拖船操縱性較差，很少用于港作拖船，主要用于拖帶無動力船多數(shù)單槳拖船為導(dǎo)管螺旋槳，有的還有側(cè)推器雙槳拖船絕大部分港作拖船為雙推進器二、港作拖船的種類2、推進器的類型傳統(tǒng)拖船固定螺距螺旋槳（FPP）拖船可變螺距螺旋槳（CPP）拖船可進行頂推、傍拖和直拖，操縱性差現(xiàn)代拖船Z 型推進器（ZP）拖船平旋推進器（VSP）拖船港內(nèi)船舶操縱應(yīng)用最廣泛，操行優(yōu)良二、港作拖船的種類3、推進器的位

34、置首推進拖船拖曳拖船（tractor tug）如VSP 拖船及少數(shù)ZP 推進器推進器位于船中之前，拖纜出自船尾尾推進拖船頂推拖船（pushing tug）傳統(tǒng)拖船及多數(shù)ZP 推進器推進器位于船中之后，拖纜出自船首多用途拖船既適用于頂推，又適用于拖曳全回轉(zhuǎn)尾推進拖船ASD（azimuth stern drive tug），與ZP 拖船區(qū)別不大，船首和后甲板各裝有一個絞纜機，有的ASD 拖輪用一個拖鉤代替尾部絞纜機。三、港作拖船的特點1、港作拖船的船型尺度及特性參數(shù)船型尺度較小，但船寬相對較大L32m，B12m機器功率較大便于提供較大拖力自航船速較低一般不超過15kn三、港作拖船的特點2、港作拖船

35、的推力特性以系柱推力（bollard pull）表示最大推力，簡記為BP；導(dǎo)管定距槳或變距槳進車推力最大，但倒車推力只有進車推力的45%（最大可達65%），并且不能產(chǎn)生橫向推力；其次是ZP 拖船，倒車推力可達進車推力的9095%，且可產(chǎn)生較大的橫向推力；VSP 拖船進車推力最小，但倒車推力可達進車推力的90%以上，且各方向的推力分布較為均勻。四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式1、拖船在操縱中的作用協(xié)助船舶通過航道或受限水域從航道或港外進入港內(nèi)回旋掉頭水域、泊位前沿水域；通過水上橋下通航孔或船閘等。協(xié)助船舶靠泊或離泊操縱接近泊位或泊位前沿回旋掉頭水域；回旋掉頭以及靠泊或離泊等操縱。具體來說，拖船協(xié)

36、助船舶操縱的功能：控制航向、減速、橫移和提供動力四個功能。四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式2、拖船在操縱中的協(xié)助方式拖帶（pulling）直拖（direct pulling），俗稱吊拖或拎拖。斜拖（indirect pulling），也稱為非直拖。傍拖提供動力協(xié)助船舶保向頂推（pushing）直推側(cè)推四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式3、拖帶（pulling）及其作用直拖（direct pulling）四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式3、拖帶（pulling）及其作用斜拖（indirect pulling）四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式3、拖帶（pulling）及其作用普通FPP 和CPP 拖

37、船由于其推進器推力方向僅為前后兩個方向，故僅適用于直拖方式，不適用于斜拖方式。VSP 和ZP 拖船由于其推進器推力方向是全方位的，故不但適用直拖方式，也適用于斜拖方式。為了充分發(fā)揮拖船的效率，保證操縱的靈活性，并免拖纜負(fù)荷過大，應(yīng)使拖纜有較小的俯角：一般情況下俯角應(yīng)小于15，即拖纜長度應(yīng)大于被拖船拖纜出口至水面高度的4倍；即使被拖船拖纜出口至水面的高度很低，拖纜也不應(yīng)少于1.5倍拖船長度。四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式3、拖帶（pulling）及其作用當(dāng)船舶無動力時，拖船系在被拖船船首，為被拖船提供動力；拖船系在被拖船船尾，協(xié)助船舶減速或后退；在受限水域，當(dāng)船舶轉(zhuǎn)向困難，同時需要減速時，拖船

38、系在被拖船船尾或尾舷側(cè)，協(xié)助船舶減速、轉(zhuǎn)向；當(dāng)大型船舶進行離泊操縱時，或吹攏風(fēng)較大離泊時，兩艘或多艘拖船系在被拖船舷側(cè)，協(xié)助船舶橫向移動；在受限水域，當(dāng)船舶需要掉頭回轉(zhuǎn)時，單拖船或兩艘拖船系在被拖船舷側(cè)，協(xié)助船舶掉頭。四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式4、頂推（pushing）及其作用Notch tug 槽口拖船四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式4、頂推（pushing）及其作用四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式4、頂推（pushing）及其作用四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式4、頂推及其作用四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式4、頂推及其作用利用頂推的幾種形式：船舶進速較低時，單拖船系在被拖船艉部舷側(cè)

39、，保持拖船始終與被拖船首尾線垂直，協(xié)助被拖船轉(zhuǎn)向或回轉(zhuǎn)掉頭；船舶退速較低時，單拖船系在被拖船艏部舷側(cè)，協(xié)助被拖船轉(zhuǎn)向或回轉(zhuǎn)掉頭；大型船舶進行靠泊操縱，拖船在被拖船舷側(cè)協(xié)助船舶橫向移動；在受限水域，兩艘拖船或多艘拖船分別系在接近船首和船尾的相反舷側(cè)，協(xié)助船舶回旋掉頭。四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式5、傍拖及其作用四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式5、傍拖及其作用利用傍拖的形式：拖船系在被拖船的兩舷，為被拖船提供動力；在受限水域航行或通過航道時，拖船系在被拖船船尾兩舷側(cè)向推進，協(xié)助船舶保向；接近泊位過程中，拖輪在船舶一舷傍拖，協(xié)助保持船位。四、拖船在操縱中的作用及協(xié)助方式6、組合拖曳五、船舶靜止中

40、拖船效應(yīng)1、單拖船頂推效應(yīng)五、船舶靜止中拖船效應(yīng)2、單拖船拖帶效應(yīng)平移和轉(zhuǎn)船效應(yīng)取決于拖力作用點、拖力角以及拖力的大小五、船舶靜止中拖船效應(yīng)3、雙拖船頂推效應(yīng)六、船舶前進中的拖船效應(yīng)1、單拖船頂推效應(yīng)六、船舶前進中的拖船效應(yīng)1、單拖船頂推效應(yīng)拖船推力作用點在船中之前，水動力中心也在船中之前，水動力的橫向分力的力矩與拖輪拖力相反；拖船推力作用點在船中之后，水動力中心越遠離船中，轉(zhuǎn)船力矩越大；由此可見，單拖船在舷側(cè)頂推前進中的船舶時，拖船位于船尾比位于船首的轉(zhuǎn)船效應(yīng)大，船速越高，兩者的差別越大。六、船舶前進中的拖船效應(yīng)2、單拖船拖帶效應(yīng)拖力作用點 位于船尾的艏艉線上效果好船尾拖帶效果好六、船舶前進中的拖船效應(yīng)3、單斜拖船舶一端拖帶的方向與船舶移動方向并不一致；縱向阻力小于橫向，縱向移動速度大于橫向；大船運動方向相對拖纜更靠近首尾線。七、拖船作用能力及其限制1、拖船效應(yīng)的極限船速船速較高時，拖船一般很難保持垂直頂推姿態(tài)；拖輪的系柱推力最大，船速增加，推力下降；頂首時，船速越高，水動力中心越遠離船中，轉(zhuǎn)