挂舵臂弹性支撑的舵-舵杆系统直接计算分析

徐蓉奚君

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

大型船舶大多采用的半悬挂舵由于受到挂舵臂的影响，受力情况比较复杂。一般根据船级社规范中的简化公式计算，不考虑挂舵臂的弹性支撑，往往使构件尺寸尤其是舵销直径的计算结果偏大，带来不必要的重量，影响船舶的经济性。故有必要在舵－舵杆系统设计过程中考虑挂舵臂的弹性支撑，并引入梁的弯曲理论进行直接计算，建立舵杆的力学模型，对舵－舵杆系统进行受力分析，以确定在舵－舵杆系统设计中关键的参数，即挂舵臂在舵销处实际的支撑力B1。

1 挂舵臂弹性支撑的舵-舵杆系统力学模型分析

图1是挂舵臂弹性支撑的舵－舵杆系统的结构示意图，以1700 TEU集装箱船的半悬挂舵为例，其舵叶外形尺寸如图2所示，CR=2196.017 kN。根据德国船级社（GL）规范规定，在初步确定构件尺寸时，可忽略不计挂舵臂的柔性，支撑力B1按下述式确定：

式中：B1——支承力，N；

CR——舵力，N；

b——颈部轴承距舵面积重心的距离，mm；

c——颈部轴承距舵销中心的距，mm

假设舵销的屈服极限σeH=280 N/mm2，那么根据GL规范，按照以上支撑力B1可得舵销直径的最小值：

式中：kr——材料系数；

ReH——材料的屈服极限，N/mm2

上述支撑力B1除用来确定舵销直径以外，还可用以校核挂舵臂的构件尺寸是否满足规范要求，得到初步的挂舵臂设计尺寸，如截面面积、板厚等。如图3所示为1700 TEU集装箱船挂舵臂典型剖面的结构尺寸。

由于挂舵臂本身的柔性对舵-舵杆系统起到弹性支撑的作用，使实际的支撑力B1比按上式计算得到的结果小。……