船舶结构与设备课件 第5章 舵设备

粤海铁1号2号火车轮渡舵机
2、液压舵机
• （3）往复式液压舵机
2、液压舵机
• （4）转叶式液压舵机
二、舵机
• • • • 3、极限舵角限位器 极限舵角35° 电动舵机：限位开关 液压舵机：液缸限位、限位开关或限位旁 通阀 • 人力舵机：挡铁
第三节 操舵装置
• 三、操舵装置的基本要求 1、一般船舶应满足 主、辅操舵装置不能同时失效
一、一般自动舵
• 3、自动舵的调节 • 1）灵敏度调节 • 又叫天气调节，航摆角调节。调节舵对偏 航信号的敏感程度，即死区大小。 • 海况差时调低。
Hale Waihona Puke 3、自动舵的调节• 2）舵角调节
• • 调节 重载、空载舵叶浸水面积小、海况差时 调高。
k1
，又叫比例调节。
3、自动舵的调节
• 3）微分调节（反舵角调节或速率调节） 调节 k2 主要根据偏航惯性，重载时调高，海况 差时调小或调零。 • 4）压舵调节 无积分作用的舵设。
第五章 舵设备
• 第二节 舵的类型和结构 • 一、舵的类型 • 1、按舵杆轴线位置分：
–不平衡舵(single plate rudder); –平衡舵(balance rudder)：部分舵叶在舵杆轴 线前方，所需转舵力矩、舵机马力均小。 –半平衡舵(semi-balance rudder)
• 平衡比（平衡比度，平衡系数）： 舵的平衡部分面积与舵面积之比，平衡舵平衡比度值 在0.2～0.3之间。
自适应舵组成
1、一般自动舵 2、数学模型：自适应舵的微机内贮存着供计 算、比较、鉴别之用的船舶运动特性的模 型。 3、识辩装置：船舶运动特性的模型是随着载 重量、吃水差、船速和海况等而变化，检 测出模型的变化并形成新模型的过程称为 “辨识”。
一、舵的类型
• 3）襟翼舵flap type rudder： 主舵后加襟翼。 可相对主舵产 生转角，提高 舵效
一、舵的类型
•4 ） 反 应 舵 reaction rudder：
舵叶上下各 向左右扭曲，以迎 合排出流。可减小 阻力
一、舵的类型
• 5）组合舵：
舵叶 上下各装一块制 流板。减少绕流 损失。
• 平 板 舵 (single plate rudder);
– 失速早，阻力大，舵效差
• 流 线 型 舵 (streamlined rudder gear) （复合舵或复
数高、阻力系数低） – 舵承压力小（叶体空心）
板舵）：应用广泛。 – 水动力性能好、舵效高 （升力系 – 强度高 – 构造较复杂。
当船舶交流失电后， 直流泵机可自动启动 并投入运行。
第三节 操舵装置
• 二、舵机 stearing gear • 1、电动舵机 1）电动舵机的组 成和传动原理
2）缓冲弹簧的作 用
二、舵机
• 2、液压舵机(hydraulic stearing gear) • 1）、液压舵机的组成、特点 （1）组成：电动机、油泵、管路、转舵 机构。 （2）特点：传动平稳、无噪声、操作方 便能实现无级调速、可靠性高、尺寸小、 重量轻、布置紧凑。
第五章 舵设备
• 第四节 操舵装置控制系统 • 一、液压操舵制系统 • 液压控制系统的组成、工作原理 • 三点杠杆式追随机构的工作原理
液压控制系统
泵控型液压舵机
三点杠杆式追随机构的工作原理
阀控型液压舵机
第四节 操舵装置控制系统
• 二、电力控制系统 • 电力控制系统的特点和应用 • 随动控制系统 • 手柄控制系统
一、一般自动舵
• 2）人工操舵改为自动操舵的程序 1）压舵、航向改变置“0”，主分罗经 一致，夜间调亮照明 2）灵敏度调高些 3）操舵稳定于新航向、正舵后由“随动” 改为“自动” 4）根据海况和装载状态调节各旋纽。
第五节 自动舵
• 二、自适应舵 • 1970s，产生了基于现代控制理论的第三代自动 操舵仪——自适应自动舵(adaptive autopilot)，简 称自适应舵。 • 自动适应运动特性和海况的变化，自动确认各项 系数进行最佳控制。
一、操舵装置的设置
• 5、配置方案： 1）一套主操舵装置和一套辅助操舵装置 2）主操舵装置设置两套相同的动力设备，并设两 套操舵控制系统： a、一套随动控制 b、一套手柄控制
一、操舵装置的设置
交流舵机1# 随动控制 交流舵机2# 手柄控制 直流舵机3# 1#，2#泵机可单独或 同时工作，并互为备 用。其中一台意外停 止后，另一台能自动 启动。
随动控制系统
手柄控制系统
第五章 舵设备
• • •
• 第五节 一般自动舵 自适应舵 航迹舵
自动舵
第五节 自动舵
• 一、一般自动舵
– 随动操舵的指令机构是人工操舵的舵轮，而自 动舵是偏航信号。
• 1、一般自动舵的基本工作原理
第五节 自动舵
• 2、自动舵的种类 1）比例舵：按偏航角决定偏舵角
a = - k1j
第五章 舵设备
• 第一节 舵设备的作用及组成 • 1、作用：控制船首向 • 2、组成 1）舵装置 rudder：舵叶、舵杆、舵承 2）操舵装置：舵机(steering gear)及转 舵机构，位于舵机房（舵机间） 3) 操舵控制系统(steering system)
舵设备的组成
第一节
• • • •
3、自动舵的调节
• 5）航向改变调节 • 在自动工作状态下改变航向，比例旋钮放 在最小位置 • 输入新航向 • 每次改向一般不大于10度，最大不超过20 度。
3、自动舵的调节
• 6）零位修正调节 • 调节操舵台分罗经与主罗经的同步误差。
一、一般自动舵
• 4、自动舵的使用 • 1）使用自动舵的条件 （1）使出港口后，不需经常转向时用 （2）下列情况下应改由人工操舵： • 进出港、过狭水道、避让 • 雾航、大风浪天气 • 航行渔区、礁区
目前大型船一般只设上舵承
2、舵杆
第五章 舵设备
• 第三节 操舵装置 • 一、操舵装置的设置 • 1、操舵装置：提供转舵动力 • 2、主操舵装置 正常航行时控制船舶所需的机械、转舵机构、 动力设备及其附属设备。和向舵杆施加转矩的部 件。
一、操舵装置的设置
• 3、辅助操舵装置：主操舵装置失效时控制 船舶。 • 4、设置要求：除可共用舵柄或舵扇外，辅 助操舵装置不应属于主操舵装置中的任何 部分。
4）操舵方式选择开关
• ②自动操舵方式：选择此方式时，操舵仪 处于自动工作状态。 • ③应急操舵方式：这种方式一般属于单动 （手柄）操舵(Non-follow-up，NFU)方式， 一般由手柄或按钮（左、右舵各一）开关 直接控制舵机的动作而产生舵角。
– 有的自动舵操舵台上没有设手柄或按钮开关， 需将手轮轴销拔出，旋转900后置于凹槽内固定， 这时可用舵轮代替手柄进行操舵
三、操舵装置的基本要求
2、主操舵装置和舵杆 1）足够强度，最大营运进速，舵能从一舷 35度转至另一舷35度，且自一舷35度至另 一舷30度的时间不超过28秒； 2）最大退速时不致损坏。 3）舵杆直径大于120mm 时，应为动力操作。
三、操舵装置的基本要求
• 3、辅助操舵装置 1）足够强度，最大营运进速的一半或7节时， 舵能从一舷15度转至另一舷15度，且所需 时间不超过秒60秒； 2）舵杆直径大于230mm 时，应为动力操作。
船舶结构与设备
第五章
舵设备
船舶结构与设备
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• 第五章 舵设备 本章要求： 1、掌握舵设备的组成，舵的分类和各种舵 的特点； 2、掌握舵机和操舵装置控制系统的种类、 工作原理和特点； 3、掌握自动舵的种类、工作原理、特点； 4、掌握操舵方法和应急操舵的方法。
第五章
• 作业：
• 2、流线型平衡舵的特点；
第二节 舵的类型和结构
• 二、舵的结构 • 流线型平衡舵由舵叶、舵 杆、舵承组成。 • 1、舵叶 • 由水平隔板和竖直隔板按 线型组成骨架，加舵叶板 焊制而成水密结构。 • 舵叶焊制或修理后在涂油 漆或敷设其他材料之前应 进行密性试验
密性试验
每个密封部分进行密性试验：
１）灌水试验 Ｈ=1.2d+V2/60(m)、保持15min以 上 ，不得变形和渗漏 ２）充气试验 Ｐ=0.005d+0.025(N/mm2)、保持
2、按舵叶支承情况分：
• 双支承舵（double bearing rudder）两个支
承点。
– 上支承点：舵承 – 下支承点：舵托 • 多支承舵(multi-pintle rudder) • 悬挂舵(spade rudder) • 半悬挂舵(semi-spade rudder)
一、舵的类型
3、按舵叶的剖面形状分：
2）比例—微分舵：按偏航角和偏航角速度决定偏舵 角 •
dj a = - (k1j + k2 ) dt
一、一般自动舵
• 3）比例—微分—积分舵(PID自动舵) • 在比例—微分的基础上增加了积分环节， 克服不对称干扰。
dj a = - (k1j + k2 + k3 ò j dt ) dt
自动操舵仪的控制面板
舵设备的作用及组成
• 3、舵的工作原理
Pa-舵力 理论公式： Pa=Ca0.5ρSV2 Ca- 舵力系数，与舵角，
舵叶形状有关。 • V-舵速
• Joessel公式 • Pδ ＝ 107.23 Ｓ R Ｖ R2sinδ/ （0.195+0.305sinδ）
• 舵力转船力矩：
LBP 1 M S FL l L FL ( x g x cos ) FL LBP 2 2
自动舵的启用
• 当船舶航行于海上，不需要人工操舵时， 可由随动操舵方式转换为自动操舵方式。 • 压舵旋钮和自动改向调节旋钮（如设有） 归零位 • 船舶稳定在指定的航向上。 • 当处于正舵时，将选择开关从随动转至自 动位置上，船舶就进入自动操舵状态。 • 根据船舶载重情况和海况，调节主操舵台 面板上的有关旋钮。