对比分析吊舱推进与传统推进船舶操纵性能

刘毅敏

摘 要：针对新型吊舱推进系统，将传统的舵系统作为比较对象，结合深水铺管起重船的实际状况，开展不同推进系统的操纵性能对比试验。经过试验可知，吊舱推进系统的回转性能和应舵性能明显优于传统的舵系统船舶。在纠向和航向保持性能方面，吊舱推进系统与舵系统无太大差别。对比、分析吊舱推进与传统推进船舶的操纵性能，旨在为吊舱推进技术的应用和实际船舶操纵提供参考。

关键词：吊舱推进系统；传统舵系统；操纵性能；应舵性能

中图分类号：U661.33 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.032

相比传统落后的推进方式，无论是在设计、性能，还是在制造、维护上，吊舱推进都有显著的优势。然而，对于吊舱推进系统的操纵性能，目前国内外还没有完全统一的研究结论。对此，为了掌握吊舱推进系统所具备的各项操作性能，本文将传统的推进系统作为比较对象，开展操纵性能方面的对比试验。

1 对比试验对象和试验方案

1.1 对比试验对象

为了对比吊舱推进船舶与传统推进船舶的性能，此次对比试验将深水铺管起重船作为核心研究对象。该研究对象是一个自带双吊舱推进船舶，在开展性能对比试验的过程中，需在船舶尾端加设舵盘，而原有的推进器仅提供推进功能。试验模型参数如表1所示。

1.2 对比试验方案

性能对比项目为回转、稳定和应舵。开展对比试验以前，对不同操纵形式下的试验模型实施重心调试和惯量调试，以确保其与实际船舶相近，同时，还要精准调试舵桨的偏转速率和转舵的速率。在试验过程中，具体的试验项目包含3种，分别为回转、Z形和操舵保向。除了操纵方式不同外，航速和项目均完全相同。其中，吊舱推进条件下的回转試验舵角为±90°、±70°、±35°、±25°、±20°、±10°；Z形试验舵角为±10°/±10°、±20°/±20°；操舵保向试验舵角为±10°。传统推进舵条件下的回转试验舵角为±35°、±25°、±15°；Z形试验舵角为±10°/±10°、±20°/±20°；操舵保向试验舵角为±10°。

2 对比试验结果和结果分析

2.1 对比试验结果

对比试验结果为：回转试验，DT/L衡准值下，舵系统试验结果为2.75，吊舱系统试验结果为1.71，IMO标准≤5.0；lm/L衡准值下，舵系统试验结果为3.00，吊舱系统试验结果为2.28，IMO标准≤4.5.Z形试验，±10°/±10°舵角，ψov1衡准值下，舵系统试验结果为3.7，吊舱系统试验结果为4.1，IMO标准≤20.0°；±10°/±10°舵角，ψov2衡准值下，舵系统试验结果为5.9，吊舱系统试验结果为6.6，IMO标准≤40.0°；±20°/±20°舵角，ψov1衡准值下，舵系统试验结果为9.0，吊舱系统试验结果为8.5，IMO标准≤25.0°。操舵保向试验，f衡准值下，舵系统试验结果为0.8，吊舱系统试验结果为0.8.Z形试验，±10°/±10°舵角，ta'衡准值下，舵系统试验结果为1.79，吊舱系统试验结果为1.34，IMO标准≤2.5；±20°/±20°舵角，ta'衡准值下，舵系统试验结果为1.80，吊舱系统试验结果为1.43.

2.2 试验结果分析

由试验结果可得，相比于舵系统，在回转性能上，吊舱推进系统有显著优势，而且其应舵性能也远远超出舵系统，但二者的航向保持性能和纠向性能无明显差别。无论哪一种操作系统，它们的回转参数都随着舵角的不断增大而减小。由于吊舱推进系统具备全回转功能，所以，其回转能力比较强，可原地掉头。而对于传统舵系统而言，如果要原地掉头，还要借助侧推装备。

相比传统舵系统船舶，吊舱推进系统转首力矩主要由推进器达到指定角度以后其所给的推力产生。与传统的舵力相比，这具备更高量值。另外，由于吊舱推进系统回转时需要偏转一定角度，纵向推力因此降低，所以，稳定回转时速度相对比较低，存在速降值。正因为有不同的回转速度和转首力矩，使得吊舱推进系统在回转时回转直径很小，进而对横向倾角造成不同程度的影响。

相比传统舵系统船舶，吊舱推进系统的应舵性能具有显著的优势，其对应的衡量值可借助Z形试验过程中的无因次初转期来表示。由所得试验结果可知，在所有Z形试验中，无论舵角大小如何，吊舱推进系统的无因次初转期都比舵系统小。吊舱推进系统更有利于实现动力定位效果，动力定位作为试验对象核心定位方法，它通过声呐测定船位，然后再借助自动控制系统发出指令，控制设在船舶上的推进装置，以此固定船位。

在纠向和航向保持性能方面，2种操纵系统无明显差别。这一现象体现在Z形试验过程中，操作频率从数据上看相差不大，而且都符合IMO标准。对使用稳定性有直接影响的因素有：船体线型、装载情况和操纵方式。在此次试验过程中，虽然操纵系统不同，但是，模型、惯量和重心位置完全一致，所以，船舶的稳定性相同。另外，在10°和20°方向角下，由推进器提供的转首力矩差异也可忽略，它不会影响试验结果。

3 结论

相比传统舵系统船舶，吊舱推进最明显的优势在于其操纵灵活性和响应速度；吊舱推进系统的回转性能和应舵性能明显优于传统的舵系统船舶；在纠向和航向保持性能方面，吊舱推进系统与舵系统无太大差别；吊舱推进系统的回转横向最大倾角会随着舵角的不断增大而变大；吊舱推进系统的稳定横向倾角会随着实际偏转角度的不断增大而减小。

参考文献

[1]刘洁，李彦.吊舱推进船舶操纵性仿真研究[J].科学技术与工程，2015，11（03）：507-512.

[2]刘洪梅，许文兵，陈雄，等.吊舱推进与传统推进船舶操纵性能对比分析[J].船舶力学，2011，11（05）：463-467.

〔编辑：白洁〕