劉毅敏

摘 要：針對新型吊艙推進系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的舵系統(tǒng)作為比較對象，結合深水鋪管起重船的實際狀況，開展不同推進系統(tǒng)的操縱性能對比試驗。經(jīng)過試驗可知，吊艙推進系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)性能和應舵性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的舵系統(tǒng)船舶。在糾向和航向保持性能方面，吊艙推進系統(tǒng)與舵系統(tǒng)無太大差別。對比、分析吊艙推進與傳統(tǒng)推進船舶的操縱性能，旨在為吊艙推進技術的應用和實際船舶操縱提供參考。

關鍵詞：吊艙推進系統(tǒng)；傳統(tǒng)舵系統(tǒng)；操縱性能；應舵性能

中圖分類號：U661.33 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.032

相比傳統(tǒng)落后的推進方式，無論是在設計、性能，還是在制造、維護上，吊艙推進都有顯著的優(yōu)勢。然而，對于吊艙推進系統(tǒng)的操縱性能，目前國內(nèi)外還沒有完全統(tǒng)一的研究結論。對此，為了掌握吊艙推進系統(tǒng)所具備的各項操作性能，本文將傳統(tǒng)的推進系統(tǒng)作為比較對象，開展操縱性能方面的對比試驗。

1 對比試驗對象和試驗方案

1.1 對比試驗對象

為了對比吊艙推進船舶與傳統(tǒng)推進船舶的性能，此次對比試驗將深水鋪管起重船作為核心研究對象。該研究對象是一個自帶雙吊艙推進船舶，在開展性能對比試驗的過程中，需在船舶尾端加設舵盤，而原有的推進器僅提供推進功能。試驗模型參數(shù)如表1所示。

1.2 對比試驗方案

性能對比項目為回轉(zhuǎn)、穩(wěn)定和應舵。開展對比試驗以前，對不同操縱形式下的試驗模型實施重心調(diào)試和慣量調(diào)試，以確保其與實際船舶相近，同時，還要精準調(diào)試舵槳的偏轉(zhuǎn)速率和轉(zhuǎn)舵的速率。在試驗過程中，具體的試驗項目包含3種，分別為回轉(zhuǎn)、Z形和操舵保向。除了操縱方式不同外，航速和項目均完全相同。其中，吊艙推進條件下的回轉(zhuǎn)試驗舵角為±90°、±70°、±35°、±25°、±20°、±10°；Z形試驗舵角為±10°/±10°、±20°/±20°；操舵保向試驗舵角為±10°。傳統(tǒng)推進舵條件下的回轉(zhuǎn)試驗舵角為±35°、±25°、±15°；Z形試驗舵角為±10°/±10°、±20°/±20°；操舵保向試驗舵角為±10°。

2 對比試驗結果和結果分析

2.1 對比試驗結果

對比試驗結果為：回轉(zhuǎn)試驗，DT/L衡準值下，舵系統(tǒng)試驗結果為2.75，吊艙系統(tǒng)試驗結果為1.71，IMO標準≤5.0；lm/L衡準值下，舵系統(tǒng)試驗結果為3.00，吊艙系統(tǒng)試驗結果為2.28，IMO標準≤4.5.Z形試驗，±10°/±10°舵角，ψov1衡準值下，舵系統(tǒng)試驗結果為3.7，吊艙系統(tǒng)試驗結果為4.1，IMO標準≤20.0°；±10°/±10°舵角，ψov2衡準值下，舵系統(tǒng)試驗結果為5.9，吊艙系統(tǒng)試驗結果為6.6，IMO標準≤40.0°；±20°/±20°舵角，ψov1衡準值下，舵系統(tǒng)試驗結果為9.0，吊艙系統(tǒng)試驗結果為8.5，IMO標準≤25.0°。操舵保向試驗，f衡準值下，舵系統(tǒng)試驗結果為0.8，吊艙系統(tǒng)試驗結果為0.8.Z形試驗，±10°/±10°舵角，ta'衡準值下，舵系統(tǒng)試驗結果為1.79，吊艙系統(tǒng)試驗結果為1.34，IMO標準≤2.5；±20°/±20°舵角，ta'衡準值下，舵系統(tǒng)試驗結果為1.80，吊艙系統(tǒng)試驗結果為1.43.

2.2 試驗結果分析

由試驗結果可得，相比于舵系統(tǒng)，在回轉(zhuǎn)性能上，吊艙推進系統(tǒng)有顯著優(yōu)勢，而且其應舵性能也遠遠超出舵系統(tǒng)，但二者的航向保持性能和糾向性能無明顯差別。無論哪一種操作系統(tǒng)，它們的回轉(zhuǎn)參數(shù)都隨著舵角的不斷增大而減小。由于吊艙推進系統(tǒng)具備全回轉(zhuǎn)功能，所以，其回轉(zhuǎn)能力比較強，可原地掉頭。而對于傳統(tǒng)舵系統(tǒng)而言，如果要原地掉頭，還要借助側(cè)推裝備。

相比傳統(tǒng)舵系統(tǒng)船舶，吊艙推進系統(tǒng)轉(zhuǎn)首力矩主要由推進器達到指定角度以后其所給的推力產(chǎn)生。與傳統(tǒng)的舵力相比，這具備更高量值。另外，由于吊艙推進系統(tǒng)回轉(zhuǎn)時需要偏轉(zhuǎn)一定角度，縱向推力因此降低，所以，穩(wěn)定回轉(zhuǎn)時速度相對比較低，存在速降值。正因為有不同的回轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)首力矩，使得吊艙推進系統(tǒng)在回轉(zhuǎn)時回轉(zhuǎn)直徑很小，進而對橫向傾角造成不同程度的影響。

相比傳統(tǒng)舵系統(tǒng)船舶，吊艙推進系統(tǒng)的應舵性能具有顯著的優(yōu)勢，其對應的衡量值可借助Z形試驗過程中的無因次初轉(zhuǎn)期來表示。由所得試驗結果可知，在所有Z形試驗中，無論舵角大小如何，吊艙推進系統(tǒng)的無因次初轉(zhuǎn)期都比舵系統(tǒng)小。吊艙推進系統(tǒng)更有利于實現(xiàn)動力定位效果，動力定位作為試驗對象核心定位方法，它通過聲吶測定船位，然后再借助自動控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制設在船舶上的推進裝置，以此固定船位。

在糾向和航向保持性能方面，2種操縱系統(tǒng)無明顯差別。這一現(xiàn)象體現(xiàn)在Z形試驗過程中，操作頻率從數(shù)據(jù)上看相差不大，而且都符合IMO標準。對使用穩(wěn)定性有直接影響的因素有：船體線型、裝載情況和操縱方式。在此次試驗過程中，雖然操縱系統(tǒng)不同，但是，模型、慣量和重心位置完全一致，所以，船舶的穩(wěn)定性相同。另外，在10°和20°方向角下，由推進器提供的轉(zhuǎn)首力矩差異也可忽略，它不會影響試驗結果。

3 結論

相比傳統(tǒng)舵系統(tǒng)船舶，吊艙推進最明顯的優(yōu)勢在于其操縱靈活性和響應速度；吊艙推進系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)性能和應舵性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的舵系統(tǒng)船舶；在糾向和航向保持性能方面，吊艙推進系統(tǒng)與舵系統(tǒng)無太大差別；吊艙推進系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)橫向最大傾角會隨著舵角的不斷增大而變大；吊艙推進系統(tǒng)的穩(wěn)定橫向傾角會隨著實際偏轉(zhuǎn)角度的不斷增大而減小。

參考文獻

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[2]劉洪梅，許文兵，陳雄，等.吊艙推進與傳統(tǒng)推進船舶操縱性能對比分析[J].船舶力學，2011，11（05）：463-467.

〔編輯：白潔〕