豪华邮轮转向推进系统的技术探讨

杨 刚，孙瑞红，叶欣梁 YANG Gang,SUN Ruihong,YE Xinliang

（上海工程技术大学 管理学院，上海 201620）

改革开放以来，我国船舶工业在造船模式、总产量和国际竞争力等方面实现了快速发展，船舶建造能力和水平明显提高，造船能力国际领先，在造船三大指标方面连续保持世界第一，我国已经成为了全球瞩目的船舶制造大国。但是与欧美等造船强国相比，目前豪华邮轮的建造经验以及技术依然十分欠缺，豪华邮轮的自主设计和建造已经成为了我国由造船大国向强国转变的亟待突破的领域。

早在2015年5月，国务院发布了《中国制造2025》，这份战略性文件明确提及将突破豪华邮轮设计建造技术作为主要目标之一。2018年5月，中船动力有限公司牵头论申报成功了《邮轮动力系统及辅助系统集成及调试技术研究》项目，该项目获得了工信部的立项批复。这标志着中船动力开启了本土豪华邮轮动力技术方面的实质性研究。2018年10月，在进博会期间召开的中央企业国际合作论坛上，中船集团与嘉年华集团及芬坎蒂尼集团签订了2+4艘Vista级邮轮建造合同，合同金额高达46.2亿美元，并由上海外高桥造船厂负责承建。这意味着我国第一艘国产邮轮的建造已经进入了实质性的施工阶段，这次发展机遇将大力推动我国船舶工业的转型升级，但同时也面临较大的建造风险和挑战。

1 豪华邮轮转向推进系统的特点及要求

为满足豪华邮轮在海上转向、进出狭窄航道与入港的机动性要求，邮轮配备的转向操控装置显得极其重要。目前豪华邮轮大多数采用芬兰瓦锡兰公司的吊舱式推进器系统，同时在船的前面配备四套船首侧推器辅助船只的航行，每只船首侧推器的直径将近有4米。尽管豪华邮轮的水下部分是流线型的，但是水上庞大的船体部分却是邮轮设计建造的巨大挑战。因为船体的风速剖面较大，同时豪华邮轮还面临着海上变幻莫测的天气。在恶劣的天气条件下，船长要想操控邮轮顺利航行，邮轮的转向推进系统功不可没。吊舱式推进器可以让船只快速到达指定位置，保障了巨型船只在较小港口优良的转向控制能力。这一系统不仅使得豪华邮轮有了无与伦比的转向控制力和转向精度，还大大提升了邮轮在航行过程中的可操作性。全回转式吊舱推进器不仅是邮轮建造工业的一项革命性的成果，也是全球造船技术上的一项创举。

2 豪华邮轮转向推进技术的历史演变（如图1所示）

图1 技术演变图

（1）明轮推动技术：转向控制技术源自于英国的造船工程师露西·柯林斯的发明——明轮。在这之后，美国工程师富尔顿应用明轮技术以及结合蒸汽机技术发明了克莱蒙特轮船，这种船能够很好的行驶在江上及海上，它依靠明桨动力进行推进。由于明轮船拥有比较好的转向控制能力，使得这一时期的船只拥有了穿越大西洋的能力。但是由于海上的风浪较大，船只左右晃动时，很容易造成明轮的空转，就会浪费了很多的动力，同时明轮的体积较大、易损坏，明轮船逐渐被淘汰。

（2）螺旋桨推进技术：发明家柏内基于阿基米德螺旋泵的原理，他将这种螺旋泵的技术应用在了船只上面，螺旋桨可以在水中推动船只前进。1836年弗兰西斯·史密斯获得了旋转螺旋桨的专利，这种螺旋桨可以用来驱动重达6吨的船只，后来他发明了缩短的螺旋桨，这种推进器克服了明轮的弱点，它成了现代螺旋桨推进器的前身。此后螺旋桨转向推进系统成为海上船只的主要推进方式，这种推进技术距今已有将近180年的历史。

（3）舵桨推进技术：这一技术起源于20世纪50年代，这是由德国工程师约瑟夫·贝克尔提出的，他设计了被称为舵桨的装置，它既可以有效控制船舶的行进方向，同时还可以为船舶的行进提供推动力。放置在水下的螺旋桨可以为船只提供动力，并且有效地控制船只前进的方向，这种船舶的动力源可以高效的满足船舶的需要，这个发明是相对于螺旋桨推进技术是革命性的。

（4）全回转式吊舱推进技术：借助于舵桨的理念，造船工程师将这一设计思想运用到豪华邮轮上，发明出了全回转吊舱式推进系统。与传统固定在船体的螺旋桨轴系推进系统以及舵桨推进系统不同，全回转式吊舱可以实现垂直轴360度自由旋转。当前全球豪华邮轮主要采用的是ABB公司生产的Azipod无齿轮吊舱推进系统。根据测算，这种推进器不仅可以提升10%到15%的效率，而且还可以节约大概70万吨的燃油，一年平均可以节省相当于170万美元的燃油和能耗，同时保证了高效的转向控制和推进的性能。

3 邮轮转向推进系统的技术分析

随着技术的发展，目前豪华邮轮除依靠吊舱推进器之外，还需要借助船首侧推器完成转向控制。侧推器是一种设于邮轮首部横向管道内由电动机带动的螺旋桨，这种灵活的螺旋桨能将一舷的水排向另一舷，借助海水的反作用力助推邮轮转变方向。借助强大的转向推进系统，体型巨大的豪华邮轮能够灵活自如地从一条狭小的通道中驶离港口。

（1）模块化程度高便于安装维护

豪华邮轮配备着全回转式吊舱推进器，这种推进器可以拆分为3个模块，分别为回转模块、推进模块和吊柱模块，每一模块都可以独立加工，然后像搭乐高积木一样完成组装。邮轮的船尾有三套Azipod吊舱推进系统，也就是3只青铜螺旋桨，它们能360度转向，这种螺旋桨系统既可以推着船只前进，也可以掌控船只的方向，每只宽达6米，而且重达45吨。

（2）较高的船舶转向控制性能

每台推进器的功率将近2 000万瓦特，有着非常强劲的动力。邮轮的转向推进系统包括3台吊舱式推进器以及5.5兆千瓦的船首侧推装置，这一系统使得对船只的控制变得非常容易。例如，海洋量子号在全速的情况下，仅仅需要200米的半径就可以实现回转，而使用传统推进器的邮轮回转半径则需要达到400米。转向推进系统的螺旋桨不仅可以在水中快速的驱动豪华邮轮前进，而且让豪华邮轮同时具备小型港口的转向控制能力。这就可以让邮轮能够适应更小的港口，保持港口进出的机动性。对于普通邮轮来说，例如处女星号邮轮，它搭载的是传统的推进器，每分钟只能转角20到25度。而使用全回转式吊舱推进器的豪华邮轮即使在没有船首侧推器帮助的情况下，每分钟依然可以实现转角90到100度，它可以全方向产生助推力，帮助邮轮改变航向，满足豪华邮轮日常海上航行时调整方向的需要。

（3）提高推进效率，更加环保降噪

近几十年来，瓦锡兰公司研发的Azipod吊舱式全回转电力推进系统已经成为了全世界各种海洋船舶安全高效以及可靠的动力源。对于配备Azipod无齿轮吊舱式全回转推进系统的豪华邮轮，其电动马达位于船体外部的水下吊舱内，这样的设计保证了船舶高效可靠运转，同时也降低了噪声。它可以360度旋转来提高机动性和运营效率，与传统的轴系推进系统相比，能降低多达20%的油耗。并且得益于转向推进系统的低噪音低振动，该系统极大地改善了乘客和船员的舒适性。豪华邮轮配备Azipod吊舱式全回转电力推进系统以后，可以节省很多的燃油，这也意味着配备Azipod的邮轮每年可以减少大量的二氧化碳。配备了Azipod的邮轮能够很好地应对天气的变化，加快船舶靠港的速度和准确性。

4 结束语

豪华邮轮需要频繁停靠泊港，其特殊性要求邮轮必须具备较高的操纵能力，邮轮转向推进系统凭借优异的性能可以很好地保证转向的精度以及推进的效率。国外吊舱推进器技术已比较成熟，但是这种转向推进系统依然是我国在该领域的技术短板，我国的科研院所和造船公司应积极开展技术攻关，立足自身进行科研，掌握豪华邮轮关键制造技术，早日研发出自己的吊舱式推进系统，实现邮轮国产化，在激烈的国际竞争中立于不败之地。