海洋综合试验船舵系设计

庄乐亭, 毛斌峰

(广州船舶及海洋工程设计研究院， 广东 广州 510250)



海洋综合试验船舵系设计

庄乐亭, 毛斌峰

(广州船舶及海洋工程设计研究院， 广东 广州 510250)

介绍某型海洋综合试验船舵系主要参数的选取及设计特点，针对该船因舵机舱层高度低而无法采用常规舵系布置方法的问题，采取调整舵柄位置、上舵承基座倒装与主甲板固定、降低泵组安装高度等舵系设计方法，解决舵机舱层高度低带来的舵系布置安装难题。

综合试验船；舵系设计；舵机舱

0 前言

海洋综合试验船是由广州船舶及海洋工程设计研究院负责设计、建造工程总承包，国内首艘专为试验验证海洋信息电子科学设备而研制的专用试验船。该船设计排水量3 100多吨，航速大于13 kn，双机、双桨、双舵，主机额定功率1 323 kW，采用艏楼船型，尾部设置了宽阔的试验甲板，可搭载8个科学试验方舱，并配备了大型起重机、直升机平台及搜索雷达、水声探测、无人机、无人艇等专用设备。舵系统作为船舶的一个重要操纵装置，设计可靠才能保证船舶顺利建造及长期稳定运行[1]。

1 舵系计算

本船采用2具悬挂式流线型平衡舵，其水动力特性参照美国航空咨询委员会(National Advisory Committee for Aeronautics, NACA)资料计算。在本船设计航速13 kn的条件下，按中国船级社《国内航行海船建造规范》的要求对舵系有关零部件的结构尺寸进行计算[2]。

考虑本船作为海洋试验船，对操纵性要求相对较高，结合尾部线型及船型，采用了悬挂舵，舵面积比μ较常规双桨双舵海船有所增加，取μ=2.8%。

舵杆与舵叶采取有键锥形连接，考虑铸钢舵承座强度、舵杆在锥体处的安装工艺及舵杆锻钢件的可加工性，剖面厚度比相对于常用厚度比(0.18～0.21)稍大，取t=0.25。

平衡系数β=0.225，展舷比λ=1.75，以上参数取值均处于设计手册推荐的范围内[3]。

2 舵系布置

本船舵机舱布置了2套推舵装置、2台油泵机组、1台储备油箱、连杆、舵柄、舵角限位器等设备，其中2套推舵装置和2台油泵机组互为备用。与常规舵系布置不同的是，由于本船尾部为试验甲板，上层建筑布置在艏部，固定重量也大部分集中于艏部。综合考虑浮态后，艏部线型设计比较肥大，尾部较瘦，尤其是尾部舵机舱区域线型过瘦，未能设置平台甲板，试验甲板考虑吊放试验设备的简便性也不宜加大型深，这导致整个舵机舱的层高较低。

常规舵系布置中与舵杆连接的部件从上至下通常依次为舵柄、上舵承、下舵承、舵叶[3]。小型船舶的舵系布置，由于尺度小，舵叶、舵杆、上舵承及下舵承的受力也相对较小，舵机舱的层高容易满足舵系的布置要求。中、大型船舶的舵系布置，由于尺度大，舵杆受力也较大，通常在舱底与主甲板间设有平台甲板，上舵承受力部位固定在平台甲板上，舵系主要设备也都布置于平台甲板，也不存在舵机舱层高度问题。

本船按照规范计算后，上、下舵承间距约为1 620mm，而舵承安装部位的船底板距主甲板面约为2 000mm，扣除上舵承及舵杆上端安装余量所需高度，舵杆顶部距主甲板只有约95mm，按照常规设计已无法安装舵柄及上舵承。针对舵机舱层高度不够的问题，主要采取了以下措施。

2.1 调整舵柄位置

舵柄位置由常规的顶端设置改为设于上、下舵承之间，如图1所示。在按规范对舵系进行计算时，应注意舵柄对上舵承处的舵杆产生了附加弯矩，计算过程应正确取值。安装时，舵杆先经过下舵承，穿过舵柄后到达上舵承并固定在基座上，这种设计较常规舵系来说，对舵杆的安装精度及定位提出了较高要求。这种布置方式解决了舵机舱层高度不够的问题，但是也存在缺点，如使用过程中舵柄发生损坏，需要拆卸维修时，需先拆除舵叶、舵杆后再进行舵柄的拆装修复，工程量较大。解决此类拆装难的问题，也可以考虑设计哈弗舵柄，舵柄采用螺栓紧连接，受力满足规范要求并送审认可。值得关注的是，此类设计虽解决了问题，但也存在维修困难的缺点，并不推荐作为常规舵系设计方法。

图1 海洋综合试验船的舵系布置示意图

2.2 上舵承的固定

本船未设平台甲板，且舵机舱层高度低，上舵承采用了基座倒装与主甲板焊接的方式固定，为此对上舵承基座进行了特殊设计。

基座由不规则筒形本体和压盖组成，本体下端与上舵承配合开孔，采用弹簧垫圈和螺栓与上舵承连接。本体上端与压盖配合开孔，采用橡胶垫圈和螺栓与压盖连接。本体纵、横向设肘板加强，满足强度要求，同时本体高出主甲板面约20mm，方便焊接固定。压盖上端采用水泥密封，以避免积水难以清理或产生腐蚀。本体和压盖材料均采用牌号为ZG230-450的铸钢，如图2所示。

图2 上舵承安装示意图

2.3 降低油泵机组安装高度

油泵机组若按正常方式安装于实肋板之上，则会触碰主甲板。在设计前期经优化调整后，局部降低油泵机组基座安装处实肋板的高度，并在两侧增加骨材作为油泵机组基座，解决了油泵机组安装问题。需要强调的是，该问题必须在设计前期加强各专业间的协调，在技术设计阶段做好优化，若是在后期建造阶段发现油泵机组安装不下，再修改实肋板高度，返工量会很大。

3 结论

本船舵系经过上述优化调整后，很好地解决了舵机舱层高度的问题，顺利通过了船级社审查。在实船建造、安装、系泊及航行试验中，整套舵系安装顺利，运行平稳，效果良好，也验证了舵系设计所采取的相应措施切实可行，优化设计是成功的。此方法积累了对舵机舱层高度低舵系的设计经验，以后可供类似船的舵系设计提供参考。

[1] 龚金福.一型导弹护卫艇舵装置的设计[J].船舶,1993，6：38-44.

[2] CCS.国内航行海船建造规范(2012)[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 中国船舶工业集团公司，中国船舶重工集团公司，中国造船工程学会.船舶设计实用手册(舾装分册)[M].3版.北京：国防工业出版社，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

庄乐亭(1983-)，男，工程师，主要从事船舶舾装设计工作

1000-3878(2017)02-0035-03

U662

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