制流板舵的水動(dòng)力性能分析與實(shí)船應(yīng)用

歐禮堅(jiān)+馬梓聰

摘要：研究開發(fā)性能優(yōu)良的舵型，改善舵的水動(dòng)力性能，對(duì)提高船舶操縱性十分重要。對(duì)某28000DWT MPC輪設(shè)計(jì)了制流板舵，并采用CFD軟件FLUENT分別計(jì)算了舵球舵、制流板舵的水動(dòng)力性能系數(shù)，制流板舵的升力系數(shù)比舵球舵高約7.1%。根據(jù)實(shí)船操縱性試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，在舵葉面積不變的情況下，采用制流板舵比普通舵球舵穩(wěn)定回轉(zhuǎn)直徑減少大約4.3%。制流板舵可有效地減少橫向繞流，提高升力和舵效，改善船舶的操縱性能。制流板舵結(jié)構(gòu)簡單且基本不增加舵機(jī)功率，因此非常適用于船舶的技術(shù)改造。

關(guān)鍵詞：制流板舵；水動(dòng)力性能；計(jì)算流體力學(xué)

中圖分類號(hào)：U667.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Analysis on Hydrodynamic Performances of Swash Plate Rudder and Application in Ship

OU Lijian1 ， MA Zicong2

（1.South China University of Technology， Guangzhou 510640；

2.Dalian University of Technology， Dalian 116024）

Abstract： The maneuverability of a modern ship is guaranteed by rudders. A good performance rudder is very important for maneuverability of a ship. In this paper， a swash plate rudder is designed for a 28000DWT MPC， and the hydrodynamic performances of rudder-bubble rudder and swash plate rudder are researched based on CFD software FLUENT. The result shows that lift coefficient of swash plate rudder is about 7.1% higher than that of rudder-bubble rudder. The maneuverability trail shows that the stable turning diameter decreases about 4.3% when swash plate rudder is used. Swash plate can effectively decrease the cross flow and improve the lift， rudder effects and the maneuverability. Because swash plate rudder has a simple structure and almost no need to increase the power of actuator with the same rudder area， swash plate rudder can be widely used for ship technical transformation.

Key words： Swash plate rudder； Hydrodynamic performance； CFD

1 引言

研究開發(fā)性能優(yōu)良的舵型，改善舵的水動(dòng)力性能，對(duì)提高船舶操縱性十分重要。為了提高舵的性能，國內(nèi)外專家設(shè)計(jì)了一系列組合舵，如：舵球舵；制流板舵；魚尾舵；襟翼舵等。

船舶的舵葉通常為展弦比小于2的對(duì)稱剖面短翼，舵葉上、下兩端存在強(qiáng)烈的橫向繞流，使升力下降。制流板舵是在普通流線型舵葉上、下端面加裝制流板，可有效地減少橫向繞流，提高升力和舵效，改善船舶的操縱性能。制流板舵結(jié)構(gòu)簡單且基本不增加舵機(jī)功率，因此非常適用于船舶的技術(shù)改造。

某28000DWT MPC輪：總長166.50m、垂線間長158.32m、型寬27.40m、型深14.20m、設(shè)計(jì)吃水8.50m；單機(jī)、單槳、單舵；舵球舵面積為28.7m2。其尾部側(cè)視圖如圖1所示。該輪于2011年交付營運(yùn)，船公司認(rèn)為該輪操縱性能較差，2015年提出改造舵葉，以提高舵效。

該輪原采用舵球舵，經(jīng)過與船公司充分討論后，建議采用制流板舵，并設(shè)計(jì)了制流板如圖1所示。為了更好地預(yù)報(bào)制流板舵提高舵效的效果，采用CFD方法對(duì)比分析舵球舵和制流板舵的水動(dòng)力性能。

4 實(shí)船應(yīng)用效果及結(jié)論

2016年夏天，某28000DWT MPC輪進(jìn)塢特檢期間，將原舵球舵上、下端面安裝上、下制流板，改造為制流板舵，如圖8所示。

根據(jù)實(shí)船操縱性試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比（見表2）可以看出：在舵葉面積不變的情況下，采用制流板舵比普通舵球舵穩(wěn)定回轉(zhuǎn)直徑減少約4.3%，故采用制流板舵可改善船舶的操縱性。

由上可知，制流板舵可有效地減少橫向繞流，提高升力和舵效，改善船舶的操縱性能。制流板舵結(jié)構(gòu)簡單且基本不增加舵機(jī)功率，因此非常適合應(yīng)用于船舶的技術(shù)改造。

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