[科普中国]-平板舵

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。1

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）。2

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。2

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；2