平板舵(single-plate rudder),舵叶剖面呈平板状,其主体为一单板,故也称单板舵。舵叶两侧设有交替安装的横向加强筋的舵臂,以增加其强度。这种舵阻力较大,其舵效随着舵角的增大而变差,失速现象发生得早。所以仅用于非自航船、帆船或小艇上。
简介
舵的构造按其截面形状之不同,有平板舵与
流线型舵两种。
平板舵由舵板、舵臂、上舵杆、下舵杆的舵销和
连接法兰等构件组成。
舵通常布置在船体的艉部下,由于舵离开船舶重心较远,这样可以获得最大的转船力矩。此外,舵布置在艉端也可受到良好的保护。
舵的具体布置方式如图1所示。各类船舶根据实际需要,选择舵的布置和舵的数量。舵的数量是根据各类船舶操纵性要求而定的,其中要求船体回转性能高的船舶,通常是设置多舵结构的,如客船或专业性船舶,尤其在军舰上最为多见;而以航向稳定性要求为主的船舶,则采用单舵结构的较多,如大中型货船、油轮等。
实践证明,舵所产生的转船力矩大小,与船舶航速、舵叶的剖面形状以及舵角有关,但最大舵角应受到限制、否则会使转船力矩减少,因此舵角一般取±35°以下为宜。舵所产生的转船力矩不同于转舵的力矩。
提高平板舵应舵措施
根据《
内河船舶设计手册》介绍,平板舵的升力并不比同样外型的流线型舵低,特别是小舵角时,其升力甚至超过流线型舵。但它的缺点是舵的阻力大,压力中心变化幅度大,力矩系数Cm大。装在丰满船尾处不能消减漩涡,对正车叶的平板舵又不能对尾流起整流作用(不能提高推进效率)。由于平板舵的造价低廉,施工简易,且小舵角时的舵效高,所以在内河小型船舶上还广泛使用。漓江旅游客船均为小型内河船舶,且吃水浅,静态下还有一部分舵叶露出水面,能不能消减漩涡或提高推进效率对其要求并不重要,实际上也做不到,只能选择放弃,把着重点放在发挥平板舵的优势。尤其是小角度时,其升力大,舵的回转性能好,对航道狭窄、浅水的漓江船舶来说防止碰撞、搁浅、触礁极为有利。
为了提高舵效和推进性能,建议在平板舵的上端和下端加设盖板,既有压浪和整流作用,又可减少空泡现象的发生,对提高舵效和保护舵叶不受空泡腐蚀是大有好处的。另外还可将舵叶上的水平加强筋加工为纵向整流板,以加强整流作用,对有部分舵叶露出水面的漓江旅游客船来说,在低速航行或靠离码头时,舵效可获最佳。
增大舵面积也是提高舵效的有力措施,但舵面积A不宜太大,否则会使正常航行时操舵次数过于频繁,造成航向不稳定,同时也增大了舵机功率消耗和船舶航行的阻力
根据《广西内河船舶回航稳性研究》项目中的“广西航运管理01-001船舶回航试验报告”,舵面积系数μ建议可按下式确定:
式中:Fr为傅氏数,;V为船舶设计航速(m/s);g为
重力加速度,g=9.81m/s2;L为船长(m)。
平板舵结构方面改进建议
平板舵舵叶厚度
舵叶强度计算,可将平板舵视作一边完全自由(舵叶后缘),三边刚性固定(舵板与舵杆连接处及舵板与加强筋连接处)的刚性板,并承受水流的均布载荷(摩擦阻力)。根据材料力学,最大弯矩产生在长边中点处,即:
式中:K为力矩系数,差《船舶设计实用手册》,取K=0.0139;P为单位舵面积上水压力,kg/m2。
根据傅汝德公式计算摩擦阻力Rm为:
其中f为摩擦阻力系数,按下式计算:
其中t为水温,单位舵面积水压力,取,按,得舵板厚度t=1.25SV(V为kn/h)。所以内河规范取t=0.6SV,海船规范取t=1.5SV。
为此,可设定单板舵舵板厚度t按下式计算:
式中:S为水平加强筋间距,m;V为船舶设计最大航速,km/h。
舵叶水平加强筋
《钢质内河船舶建造规范》(2009)规定,单板舵叶与水平加强筋在舵杆处的带板剖面模数W应不小于按下式计算所得之值:
式中:V为船舶设计最大航速,km/h;b为舵叶后缘至舵杆中心线的水平距离,m;