對(duì)比分析吊艙推進(jìn)與傳統(tǒng)推進(jìn)船舶操縱性能

劉毅敏

摘 要：針對(duì)新型吊艙推進(jìn)系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的舵系統(tǒng)作為比較對(duì)象，結(jié)合深水鋪管起重船的實(shí)際狀況，開(kāi)展不同推進(jìn)系統(tǒng)的操縱性能對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可知，吊艙推進(jìn)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)性能和應(yīng)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(jìn)系統(tǒng)與舵系統(tǒng)無(wú)太大差別。對(duì)比、分析吊艙推進(jìn)與傳統(tǒng)推進(jìn)船舶的操縱性能，旨在為吊艙推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)際船舶操縱提供參考。

關(guān)鍵詞：吊艙推進(jìn)系統(tǒng)；傳統(tǒng)舵系統(tǒng)；操縱性能；應(yīng)舵性能

中圖分類號(hào)：U661.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.032

相比傳統(tǒng)落后的推進(jìn)方式，無(wú)論是在設(shè)計(jì)、性能，還是在制造、維護(hù)上，吊艙推進(jìn)都有顯著的優(yōu)勢(shì)。然而，對(duì)于吊艙推進(jìn)系統(tǒng)的操縱性能，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有完全統(tǒng)一的研究結(jié)論。對(duì)此，為了掌握吊艙推進(jìn)系統(tǒng)所具備的各項(xiàng)操作性能，本文將傳統(tǒng)的推進(jìn)系統(tǒng)作為比較對(duì)象，開(kāi)展操縱性能方面的對(duì)比試驗(yàn)。

1 對(duì)比試驗(yàn)對(duì)象和試驗(yàn)方案

1.1 對(duì)比試驗(yàn)對(duì)象

為了對(duì)比吊艙推進(jìn)船舶與傳統(tǒng)推進(jìn)船舶的性能，此次對(duì)比試驗(yàn)將深水鋪管起重船作為核心研究對(duì)象。該研究對(duì)象是一個(gè)自帶雙吊艙推進(jìn)船舶，在開(kāi)展性能對(duì)比試驗(yàn)的過(guò)程中，需在船舶尾端加設(shè)舵盤，而原有的推進(jìn)器僅提供推進(jìn)功能。試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)如表1所示。

1.2 對(duì)比試驗(yàn)方案

性能對(duì)比項(xiàng)目為回轉(zhuǎn)、穩(wěn)定和應(yīng)舵。開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)以前，對(duì)不同操縱形式下的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)施重心調(diào)試和慣量調(diào)試，以確保其與實(shí)際船舶相近，同時(shí)，還要精準(zhǔn)調(diào)試舵槳的偏轉(zhuǎn)速率和轉(zhuǎn)舵的速率。在試驗(yàn)過(guò)程中，具體的試驗(yàn)項(xiàng)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(xiàng)目均完全相同。其中，吊艙推進(jìn)條件下的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)舵角為±90°、±70°、±35°、±25°、±20°、±10°；Z形試驗(yàn)舵角為±10°/±10°、±20°/±20°；操舵保向試驗(yàn)舵角為±10°。傳統(tǒng)推進(jìn)舵條件下的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)舵角為±35°、±25°、±15°；Z形試驗(yàn)舵角為±10°/±10°、±20°/±20°；操舵保向試驗(yàn)舵角為±10°。

2 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)果分析

2.1 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果為：回轉(zhuǎn)試驗(yàn)，DT/L衡準(zhǔn)值下，舵系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為2.75，吊艙系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為1.71，IMO標(biāo)準(zhǔn)≤5.0；lm/L衡準(zhǔn)值下，舵系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為3.00，吊艙系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為2.28，IMO標(biāo)準(zhǔn)≤4.5.Z形試驗(yàn)，±10°/±10°舵角，ψo(hù)v1衡準(zhǔn)值下，舵系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為3.7，吊艙系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為4.1，IMO標(biāo)準(zhǔn)≤20.0°；±10°/±10°舵角，ψo(hù)v2衡準(zhǔn)值下，舵系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為5.9，吊艙系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為6.6，IMO標(biāo)準(zhǔn)≤40.0°；±20°/±20°舵角，ψo(hù)v1衡準(zhǔn)值下，舵系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為9.0，吊艙系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為8.5，IMO標(biāo)準(zhǔn)≤25.0°。操舵保向試驗(yàn)，f衡準(zhǔn)值下，舵系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為0.8，吊艙系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為0.8.Z形試驗(yàn)，±10°/±10°舵角，ta'衡準(zhǔn)值下，舵系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為1.79，吊艙系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為1.34，IMO標(biāo)準(zhǔn)≤2.5；±20°/±20°舵角，ta'衡準(zhǔn)值下，舵系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為1.80，吊艙系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果為1.43.

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

由試驗(yàn)結(jié)果可得，相比于舵系統(tǒng)，在回轉(zhuǎn)性能上，吊艙推進(jìn)系統(tǒng)有顯著優(yōu)勢(shì)，而且其應(yīng)舵性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出舵系統(tǒng)，但二者的航向保持性能和糾向性能無(wú)明顯差別。無(wú)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(jìn)系統(tǒng)具備全回轉(zhuǎn)功能，所以，其回轉(zhuǎn)能力比較強(qiáng)，可原地掉頭。而對(duì)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(jìn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)首力矩主要由推進(jìn)器達(dá)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(jìn)系統(tǒng)回轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)速度相對(duì)比較低，存在速降值。正因?yàn)橛胁煌幕剞D(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)首力矩，使得吊艙推進(jìn)系統(tǒng)在回轉(zhuǎn)時(shí)回轉(zhuǎn)直徑很小，進(jìn)而對(duì)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(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)舵性能具有顯著的優(yōu)勢(shì)，其對(duì)應(yīng)的衡量值可借助Z形試驗(yàn)過(guò)程中的無(wú)因次初轉(zhuǎn)期來(lái)表示。由所得試驗(yàn)結(jié)果可知，在所有Z形試驗(yàn)中，無(wú)論舵角大小如何，吊艙推進(jìn)系統(tǒng)的無(wú)因次初轉(zhuǎn)期都比舵系統(tǒng)小。吊艙推進(jìn)系統(tǒng)更有利于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力定位效果，動(dòng)力定位作為試驗(yàn)對(duì)象核心定位方法，它通過(guò)聲吶測(cè)定船位，然后再借助自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制設(shè)在船舶上的推進(jìn)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(wú)明顯差別。這一現(xiàn)象體現(xiàn)在Z形試驗(yàn)過(guò)程中，操作頻率從數(shù)據(jù)上看相差不大，而且都符合IMO標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)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(yàn)過(guò)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(jìn)器提供的轉(zhuǎn)首力矩差異也可忽略，它不會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。

3 結(jié)論

相比傳統(tǒng)舵系統(tǒng)船舶，吊艙推進(jìn)最明顯的優(yōu)勢(shì)在于其操縱靈活性和響應(yīng)速度；吊艙推進(jìn)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)性能和應(yīng)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(jìn)系統(tǒng)與舵系統(tǒng)無(wú)太大差別；吊艙推進(jìn)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)橫向最大傾角會(huì)隨著舵角的不斷增大而變大；吊艙推進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定橫向傾角會(huì)隨著實(shí)際偏轉(zhuǎn)角度的不斷增大而減小。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕