DalianMaritimeUniversityMay2010文章编号:1006277365港内船舶低速航行时的舵效大连海事大学航海学院,辽宁大连116026;2.安徽地方海事局,合肥230032)摘要:为研究船舶在停车淌航时的舵效,采用MMG建模方法,将常速域和低速域数学模型相结合,建立适于港内船舶运动的数学模型,并考虑浅水、低速、漂角等因素的影响,利用MATLAB软件进行算法实现.对三种船型在港内停车淌航时的舵效进行仿真,通过对仿真结果的分析与比较,得出影响舵效的系列结论;同时,综合专家意见,得出三种船舶有舵效的最低速度,可为驾引人员在实际工作中提供参考.关键词:船舶;低速运动;数学模型;舵效中图分类号:U661.336文献标志码:ARuddereffectslow2speedshipsharborHONGBi2guangGAOXiao2ri,DAIRu2liangNavigationCollegeDalianMaritimeUniversityDalian116026China;2.AnhuiMaritimeSafetyAdministrationHefei230032,China)Abstract:studyheruddereffectheshipwhenenginestops,shipmaneuveringmathematicalmodelMMGwasusedmixedmodelcombiningnormalspeedmodelwilowspeedmodelwaspresentedwhichbeingsuitableforship’smo2tionncludingshallowwaterlowspeedlargedrifship’smotionpro2grammedusingMatlab.Threetypesship’sruddereffectharborweresimulatedwhenheenginestops,seriesofconclusionsheruddereffectwereacquired.hesametime,heminimumsteeringspeedshreetypesshipswerealsoobtainedntegratingheexpertopinions,whichcangivereferencehenavigatorpracticalwork.Keywords:shiplowspeedmotion;mathematicalmodelrud2dereffect随着水上运输业的发展,海上运输和内河运输变得日益繁忙和拥挤,船舶的大型化凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、高速化和专用化使船舶在港口内发生碰撞凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、触底等海难事故的危险性也大大增加.船舶在港内航行时往往船速较低,在某一船速下停车后,船舶将很快失去舵效.失去舵效时的航速大多依靠实际船舶试验获得,理论研究较少,更缺少基于数学模型的船舶港内停车淌航时舵效的仿真研究.因此,开展该方面的研究具有重大的理论价值和现实意义.船舶操纵运动方程按照MMG建模思想,将作用于船体上的外力及外力矩,分为裸船体凯发k8国际可人版准认来就送38、螺旋桨凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、舵的力及力矩,表示为其中:下标H表示流体动力;P表示螺旋桨力;R表示vrvr收稿日期:2009205216.作者简介:洪碧光(1955,男,辽宁本溪人,教授,E2.1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.时,采用上述两模型的内插船舶转首角速度为零时低速域船体上的流体动力和力矩螺旋桨力及力矩的求取根据本文所研究的实际工况,建立如下螺旋桨推力和转矩模型为推力减额系数;DP为桨直径;分别为桨的推力系数和转矩系数,J为螺旋桨吸收转矩.舵力及力矩的求取舵力及力矩计算模型FNsiFNcosδMR其中:FN为垂直于舵叶平面的正压力;δ为舵角;为操舵诱导船体横向力的修正因子;为操舵诱导船体横向力作用中心到船舶重心的距离;xR为作用于舵上的横向力作用点的纵向坐标.舵效与舵角密切关系.舵角越大,舵效越好,但具体航行环境不同,船员所关心的舵效的含义也不如船舶在受限航道中航行时,为了保向,船员会用小舵角来纠正船舶的偏离,此时舵效指小舵角抑制船舶偏转的效率;船舶在转向点附近进行转向或正常避让时,常采用中等舵角,此时舵效指中等舵角的变向效率;船舶进行掉头或紧急避让时,常采用大舵角,此时舵效指大舵角的旋回效率舵速越高,舵效越好.港内船舶航行有时需停车淌航,其中涉及的重要问题是船舶在低速状态下能否在有限的水域内有效地进行保向或转向.本文提出在低速情况下衡量舵效的指标———有舵效的最低船速.吃水吃水与载重量有关.满载时转动惯量大,故启动或停车均特别困难,舵效差.特别应该指出的是,船舶在港内低速停车淌航时,船舶压载时较满载时舵效要好得多.浅水随着水深变浅,惯性类流体动力和黏性类流体动力均增大,船舶旋回阻尼力矩增加,旋回半径增加,舵效变差舵机性能舵机性能好坏直接影响舵效.电动液压舵机性能较好,容易把定,舵效好;电动舵机不容易把定,舵舵面积比舵面积比越大,相对而言,舵正面压力也大,舵效相对较好.空载或压载船低速航行时,船首一舷来风,船舶逆风转向的舵效较顺风转向的能力差;顺流转向时的舵效较逆流转向时的舵效差.三种船型深水舵效仿真为使研究问题更具普遍性,本文选择三种典型船型作为研究对象.其中,“育龙”号为“Belnor”号为5“中远川崎12”号为30分别对其在不同船速凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、舵角凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、水深及载况影响下的舵效进行仿真.“育龙”号在满载、无风流、不同船速下的舵效仿真“育龙”号满载时船凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、桨、舵的几何要素如表11994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.艏吃水艉吃水重心坐标排水量方形系数舵面积舵展弦比桨直径桨螺距盘面比68118.min凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、不同船速工况下航向角的历时曲线.“育龙”号满载时不同船速下的航向角历时曲线)“Belnor”号在满载凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、无风流凯发k8国际可人版准认来就送38、不同船速下的舵效仿真“Belnor”号船凯发k8国际可人版准认来就送38、桨凯发k8国际可人版准认来就送38、舵的几何要素如表2所示.“Belnor”号船凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、桨、舵的几何要素几何要素满载艏吃水Πm11.8229艉吃水Πm11.8246重心坐标Πm85枢心坐标Πm 85方形系数 5512626449 艏艉吃水差Πm 30.15 30. 15 46舵展弦比 为“Belnor”号在满载凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、舵角35、停车淌航4 mi n凯发k8国际可人版准认来就送38、不同船速工况下航向角历时曲线. 可知:舵角一定时,船速越高,舵效越好. (3)“中远川崎12”号满载凯发k8国际可人版准认来就送38、无风流凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、不同船速下 的舵效仿线”号满载时船凯发k8国际可人版准认来就送38、桨凯发k8国际可人版准认来就送38凯发k8国际可人版准认来就送38、舵的几 何要素. “Belnor”号满载时不同船速下航向角的历时曲线 min凯发k8国际可人版准认来就送38、不同船速工况下航向角历时曲线”号满载时不同船速下航向角的历时曲线
