通常船舶安裝有減搖裝置,能夠起到提高船舶的安全性,改善船舶的適航性;改善船上工作條件,提高船員工作效率;避免貨物碰撞及損傷;提高船舶在風(fēng)浪中的航速,節(jié)省燃料,延長其他船舶設(shè)備的使用壽命等作用。通常,用減搖效果來衡量減搖裝置性能的優(yōu)劣。減搖效果通常以減搖百分?jǐn)?shù)和剩余搖擺角表示??紤]到船舶在不規(guī)則波中的橫搖情況,通常用減搖前和減搖后的三一橫搖幅值來計算減搖百分?jǐn)?shù)。1
簡介艦艇在波浪中所產(chǎn)生的搖擺運動是影響武器使用和令人不適的運動,也是可采取有效措施使其受控而改善搖擺狀態(tài)的運動。減搖裝置就是控制艦艇運動,改善艦艇搖擺的有效措施。
在船舶設(shè)計和使用過程中,需要對船舶上減搖裝置的性能評估,進(jìn)而改進(jìn)設(shè)計,而用于衡量這一評估的標(biāo)準(zhǔn)便是減搖效果。2
減搖效果的表示減搖裝置的效果在實用上可以有不同的表示方法。一般減搖裝置的模型試驗是在規(guī)則波中進(jìn)行或在模擬規(guī)則波作用的搖擺臺上進(jìn)行,有時就用諧搖時橫搖幅值的減少量作為衡量減搖裝置的效果,如右圖1公式所示。3
由于上述表示方法不能估計出在不規(guī)則波中的減搖效果。一般情況下,諧搖時減搖效果是相當(dāng)高的,而在實船中得不到證實。
考慮到船舶在不規(guī)則波中的橫搖減搖裝置的效果可以用未減搖和減搖后的三一橫搖幅值的比值來表示,稱為減搖比。計算如圖2所示。模型和實船試驗結(jié)果的比較表明,用減搖比表示的減搖效果兩者是吻合的,而用諧搖時的減搖效果表示,模型試驗顯著偏高。3
減搖裝置及其減搖效果評價為了減小船舶的搖蕩,除了在裝載和操縱方面采取措施以外,在船舶設(shè)計與建造中,都裝設(shè)必要的減搖裝置。目前采用的減搖裝置有下列幾種。
舭龍骨舭龍骨是裝設(shè)在舭部外側(cè),沿著水流方向的一塊長條板(圖3)。舭龍骨的作用是減小船舶橫搖。由于減搖效果較好,制造簡單,幾乎所有的船舶均裝設(shè)舭龍骨。
舭龍骨板的長度約為1/4~1/3船長,寬度約為200~600 mm左右(大型船更大些),近似垂直于舭部列板,其外緣不超出船的半寬線與船底基線所圍的范圍,以免觸到碼頭和海底而碰損。在結(jié)構(gòu)形式上,舭龍骨有連續(xù)式的和間斷式的兩種結(jié)構(gòu)。連續(xù)式結(jié)構(gòu)簡單,適用于航速不很高的船,間斷式結(jié)構(gòu)適用于高速船,其優(yōu)點是對船舶的航行阻力較小,而對橫搖阻力較大。
舭龍骨雖然裝設(shè)在船中部很長的一段范圍內(nèi),但在結(jié)構(gòu)上它不參與船舶的總縱彎曲,僅承受船舶橫搖時的水動壓力。圖1中右圖是一條船裝設(shè)舭龍骨和無舭龍骨時的橫搖角曲線,由圖中可明顯看出舭龍骨的減搖效果,而且船在航行時舭龍骨的減搖效果更好一些。4
減搖鰭減搖鰭,一般是一個長約為3.0 m、寬為1.5 m左右的長方體,剖面為機(jī)翼形,安裝在船中央附近兩舷的舭部。在船內(nèi)設(shè)置操縱機(jī)構(gòu),根據(jù)需要可將減搖鰭收進(jìn)船內(nèi)或伸出舷外,并且可調(diào)整機(jī)翼剖面相對于水流的攻角,使兩舷的減搖鰭所產(chǎn)生的升力形成一個阻礙船舶橫搖的力偶矩(圖4)。并使力偶矩方向的改變與船舶橫搖同步,這樣可有效的減小船舶橫搖。因減搖鰭需要有自動操縱系統(tǒng),造價高,目前只有在大型豪華客船上或軍艦上才設(shè)置。4
減搖水艙如圖5所示,在船內(nèi)橫向設(shè)置“U”字形水艙,當(dāng)船在橫搖時,使水艙內(nèi)的水位移動與船的橫搖之間有一個相位差。這樣水的重力所形成的力矩可減小船舶的橫搖。
上述“U”形減搖水艙內(nèi)的水與舷外水不連通時,則稱閉式減搖水艙。若減搖水艙內(nèi)的水與舷外水相通時,稱開式減搖水艙。當(dāng)水艙內(nèi)的水左右舷流動是可以控制的,稱主動式減搖水艙;而不能控制水的流動的,稱被動式減搖水艙。4
減搖鰭是各種減搖裝置中效果最好的一種。使用表明,減搖效果最好時可達(dá)90%。減搖鰭的作用原理是:當(dāng)船舶在波浪中航行產(chǎn)生橫搖時,在自動控制系統(tǒng)的控制下,根據(jù)橫搖情況,不斷改變鰭角的大小和方向,也就是周期性地改變穩(wěn)定力矩的大小和方向,以抵消波浪對船舶的干擾力矩,從而達(dá)到減小橫搖的目的。5
本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:
胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)