海洋綜合試驗船舵系設計

莊樂亭, 毛斌峰

(廣州船舶及海洋工程設計研究院， 廣東 廣州 510250)

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海洋綜合試驗船舵系設計

莊樂亭, 毛斌峰

(廣州船舶及海洋工程設計研究院， 廣東 廣州 510250)

介紹某型海洋綜合試驗船舵系主要參數的選取及設計特點，針對該船因舵機艙層高度低而無法采用常規舵系布置方法的問題，采取調整舵柄位置、上舵承基座倒裝與主甲板固定、降低泵組安裝高度等舵系設計方法，解決舵機艙層高度低帶來的舵系布置安裝難題。

綜合試驗船；舵系設計；舵機艙

0 前言

海洋綜合試驗船是由廣州船舶及海洋工程設計研究院負責設計、建造工程總承包，國內首艘專為試驗驗證海洋信息電子科學設備而研制的專用試驗船。該船設計排水量3 100多噸，航速大于13 kn，雙機、雙槳、雙舵，主機額定功率1 323 kW，采用艏樓船型，尾部設置了寬闊的試驗甲板，可搭載8個科學試驗方艙，并配備了大型起重機、直升機平臺及搜索雷達、水聲探測、無人機、無人艇等專用設備。舵系統作為船舶的一個重要操縱裝置，設計可靠才能保證船舶順利建造及長期穩定運行[1]。

1 舵系計算

本船采用2具懸掛式流線型平衡舵，其水動力特性參照美國航空咨詢委員會(National Advisory Committee for Aeronautics, NACA)資料計算。在本船設計航速13 kn的條件下，按中國船級社《國內航行海船建造規范》的要求對舵系有關零部件的結構尺寸進行計算[2]。

考慮本船作為海洋試驗船，對操縱性要求相對較高，結合尾部線型及船型，采用了懸掛舵，舵面積比μ較常規雙槳雙舵海船有所增加，取μ=2.8%。

舵桿與舵葉采取有鍵錐形連接，考慮鑄鋼舵承座強度、舵桿在錐體處的安裝工藝及舵桿鍛鋼件的可加工性，剖面厚度比相對于常用厚度比(0.18～0.21)稍大，取t=0.25。

平衡系數β=0.225，展舷比λ=1.75，以上參數取值均處于設計手冊推薦的范圍內[3]。

2 舵系布置

本船舵機艙布置了2套推舵裝置、2臺油泵機組、1臺儲備油箱、連桿、舵柄、舵角限位器等設備，其中2套推舵裝置和2臺油泵機組互為備用。與常規舵系布置不同的是，由于本船尾部為試驗甲板，上層建筑布置在艏部，固定重量也大部分集中于艏部。綜合考慮浮態后，艏部線型設計比較肥大，尾部較瘦，尤其是尾部舵機艙區域線型過瘦，未能設置平臺甲板，試驗甲板考慮吊放試驗設備的簡便性也不宜加大型深，這導致整個舵機艙的層高較低。

常規舵系布置中與舵桿連接的部件從上至下通常依次為舵柄、上舵承、下舵承、舵葉[3]。小型船舶的舵系布置，由于尺度小，舵葉、舵桿、上舵承及下舵承的受力也相對較小，舵機艙的層高容易滿足舵系的布置要求。中、大型船舶的舵系布置，由于尺度大，舵桿受力也較大，通常在艙底與主甲板間設有平臺甲板，上舵承受力部位固定在平臺甲板上，舵系主要設備也都布置于平臺甲板，也不存在舵機艙層高度問題。

本船按照規范計算后，上、下舵承間距約為1 620mm，而舵承安裝部位的船底板距主甲板面約為2 000mm，扣除上舵承及舵桿上端安裝余量所需高度，舵桿頂部距主甲板只有約95mm，按照常規設計已無法安裝舵柄及上舵承。針對舵機艙層高度不夠的問題，主要采取了以下措施。

2.1 調整舵柄位置

舵柄位置由常規的頂端設置改為設于上、下舵承之間，如圖1所示。在按規范對舵系進行計算時，應注意舵柄對上舵承處的舵桿產生了附加彎矩，計算過程應正確取值。安裝時，舵桿先經過下舵承，穿過舵柄后到達上舵承并固定在基座上，這種設計較常規舵系來說，對舵桿的安裝精度及定位提出了較高要求。這種布置方式解決了舵機艙層高度不夠的問題，但是也存在缺點，如使用過程中舵柄發生損壞，需要拆卸維修時，需先拆除舵葉、舵桿后再進行舵柄的拆裝修復，工程量較大。解決此類拆裝難的問題，也可以考慮設計哈弗舵柄，舵柄采用螺栓緊連接，受力滿足規范要求并送審認可。值得關注的是，此類設計雖解決了問題，但也存在維修困難的缺點，并不推薦作為常規舵系設計方法。

圖1 海洋綜合試驗船的舵系布置示意圖

2.2 上舵承的固定

本船未設平臺甲板，且舵機艙層高度低，上舵承采用了基座倒裝與主甲板焊接的方式固定，為此對上舵承基座進行了特殊設計。

基座由不規則筒形本體和壓蓋組成，本體下端與上舵承配合開孔，采用彈簧墊圈和螺栓與上舵承連接。本體上端與壓蓋配合開孔，采用橡膠墊圈和螺栓與壓蓋連接。本體縱、橫向設肘板加強，滿足強度要求，同時本體高出主甲板面約20mm，方便焊接固定。壓蓋上端采用水泥密封，以避免積水難以清理或產生腐蝕。本體和壓蓋材料均采用牌號為ZG230-450的鑄鋼，如圖2所示。

圖2 上舵承安裝示意圖

2.3 降低油泵機組安裝高度

油泵機組若按正常方式安裝于實肋板之上，則會觸碰主甲板。在設計前期經優化調整后，局部降低油泵機組基座安裝處實肋板的高度，并在兩側增加骨材作為油泵機組基座，解決了油泵機組安裝問題。需要強調的是，該問題必須在設計前期加強各專業間的協調，在技術設計階段做好優化，若是在后期建造階段發現油泵機組安裝不下，再修改實肋板高度，返工量會很大。

3 結論

本船舵系經過上述優化調整后，很好地解決了舵機艙層高度的問題，順利通過了船級社審查。在實船建造、安裝、系泊及航行試驗中，整套舵系安裝順利，運行平穩，效果良好，也驗證了舵系設計所采取的相應措施切實可行，優化設計是成功的。此方法積累了對舵機艙層高度低舵系的設計經驗，以后可供類似船的舵系設計提供參考。

[1] 龔金福.一型導彈護衛艇舵裝置的設計[J].船舶,1993，6：38-44.

[2] CCS.國內航行海船建造規范(2012)[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 中國船舶工業集團公司，中國船舶重工集團公司，中國造船工程學會.船舶設計實用手冊(舾裝分冊)[M].3版.北京：國防工業出版社，2013.

Steering Gear Design of Multipurpose Test Vessel

ZHUANG Leting， MAO Binfeng

(Guangzhou Marine Engineering Corporation, Guangzhou 510250, Guangdong， China)

The method of determining the general parameters and characters of steering gear of a multipurpose test vessel is introduced. According to the level height problem of the steering gear compartment，general steering arrangement methods can not be used. The level height problem to steering gear arrangement is solved by adjusting position of quadrant, reversing up rudder bearing foundation fixed to main deck, and setting height of steering pump foundation，etc.

multipurpose test vessel； steering gear design； steering room

莊樂亭(1983-)，男，工程師，主要從事船舶舾裝設計工作

1000-3878(2017)02-0035-03

U662

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