陳嵐

摘 要：船舶減搖裝置的研究對(duì)于船舶航行的安全性具有重要的意義，文章綜述了包括減搖鰭、減搖水艙、舵減搖、舭龍骨等幾種傳統(tǒng)減搖裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，并闡述了近年來(lái)的船舶減搖技術(shù)發(fā)展方向，指出了船舶減搖技術(shù)已由單一的減搖裝置發(fā)展至綜合減搖裝置，并趨于實(shí)現(xiàn)小型化、精密化的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：減搖；橫搖；減搖鰭；減搖水艙；舭龍骨；舵減搖；綜合減搖裝置

中圖分類號(hào)：U66 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）20-0175-02

1 概述

船舶在海上航行和工作的過(guò)程中，會(huì)遭受海浪、海風(fēng)及海流等各種因素的影響，因此，船舶會(huì)產(chǎn)生諸如橫搖、縱搖、橫蕩、縱蕩等各種搖擺。而以上各種不規(guī)則的劇烈搖擺會(huì)嚴(yán)重影響船舶的安全航行、乘船的舒適性、船上各種機(jī)器設(shè)備的正常工作等。尤其對(duì)于軍用艦載船舶而言，船舶在海上產(chǎn)生的搖蕩會(huì)影響飛機(jī)的正常起飛、安全航行以及降落。因此，關(guān)于船舶減搖方面的試驗(yàn)和研究一直是船舶領(lǐng)域技術(shù)人員的主要工作。經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)現(xiàn)，在船舶減搖裝置中，應(yīng)用最為廣泛的有以下幾種：舭龍骨、減搖水艙、舵減搖、減搖鰭以及綜合減搖裝置等。

2 船舶減搖裝置簡(jiǎn)介

2.1 舭龍骨

舭龍骨的使用最早可追溯到19世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)還處于帆船時(shí)代，舭龍骨最早作為減搖裝置是應(yīng)用在帆船上。舭龍骨多是沿著船體長(zhǎng)度方向，安裝在船舶的舭部，其減搖原理在于，當(dāng)船舶在海上產(chǎn)生橫搖時(shí)，由于舭龍骨的存在，會(huì)在海水中產(chǎn)生擾動(dòng)船體周圍的水流場(chǎng)，使得船體產(chǎn)生一定的附加阻尼，通過(guò)增加船體的橫搖阻尼，從而減小船舶受到的橫搖影響。舭龍骨在船舶的任何航行狀態(tài)和環(huán)境下，均會(huì)使得船舶產(chǎn)生一定的減搖效果，其最佳效果是在產(chǎn)生近似共振的狀況下產(chǎn)生的。舭龍骨減搖的優(yōu)勢(shì)在于，其不涉及運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，便于維護(hù)，是應(yīng)用最廣泛的一種減搖裝置。其缺點(diǎn)在于裝上舭龍骨會(huì)使船舶阻力略有增加。發(fā)展到后來(lái)，慢慢出現(xiàn)了可伸縮式舭龍骨，其在高航速時(shí)伸出進(jìn)行減搖，低航速時(shí)收回，減小船舶受到的阻力。目前，幾乎所有的船舶都裝有舭龍骨，配合其他減搖裝置共同提高船舶航行的穩(wěn)定性。

2.2 減搖水艙

減搖水艙也是比較常見(jiàn)的一種減搖裝置，根據(jù)其減搖原理，主要包括以下三種形式：被動(dòng)式減搖水艙、可控被動(dòng)式減搖水艙和主動(dòng)式減搖水艙。對(duì)于被動(dòng)式減搖水艙而言，其減搖過(guò)程為：當(dāng)行駛在海上的船舶產(chǎn)生橫搖時(shí)，同時(shí)，水艙內(nèi)的水會(huì)隨之產(chǎn)生往復(fù)搖擺運(yùn)動(dòng)，通過(guò)產(chǎn)生抵抗船舶橫搖的穩(wěn)定力矩達(dá)到減搖的效果。除了被動(dòng)式減搖水艙，還有主動(dòng)式減搖水艙，其工作過(guò)程是在船體的兩舷之間增加一個(gè)可抽取水的水泵，將水艙中的水進(jìn)行適時(shí)的轉(zhuǎn)移和調(diào)整，從而將搖擺的船體調(diào)整至平衡狀態(tài)。通常在兩個(gè)水艙之間設(shè)置節(jié)流閥，從而控制水艙中水的快速轉(zhuǎn)移。減搖水艙可將搖擺角度從30°降低至15°，因此，可大大降低橫搖產(chǎn)生的不利影響。減搖水艙的減搖過(guò)程和減搖效果與船體的航行速度沒(méi)有直接的關(guān)系，因此，減搖水艙可以應(yīng)用于各種航行速度下的船舶，對(duì)于低航速甚至停泊的船舶，其上設(shè)置的減搖水艙均具備較好的減搖效果。但減搖水艙存在減搖效率比較低、占用空間大等缺點(diǎn)，因此其發(fā)展受到了限制。目前，國(guó)外對(duì)減搖水艙的研究已經(jīng)比較成熟。

2.3 舵減搖

舵減搖于1972年首次被提出來(lái)，至20世紀(jì)90年代初國(guó)外已有定型產(chǎn)品出售。舵減搖的原理在于，當(dāng)船體上安裝有舵時(shí)，在操作舵的時(shí)候，船體會(huì)隨之產(chǎn)生一個(gè)橫傾力矩，在這個(gè)橫傾力矩的作用下，可將船體本身產(chǎn)生的橫搖擾動(dòng)力矩進(jìn)行一定程度的抵消，從而減小船舶橫搖產(chǎn)生的力矩，加強(qiáng)船體航行的平穩(wěn)性。我國(guó)關(guān)于舵減搖的研究最早始于八十年代初期，例如中國(guó)大型船舶科技研究中心就舵減搖裝置的實(shí)際可行性方面進(jìn)行大量的試驗(yàn)和研究。九十年代以來(lái)，舵減搖的研究更加深入，我國(guó)對(duì)于舵減搖方面的研究主要集中在軍艦上的應(yīng)用。其與減搖鰭相比，造價(jià)低，占用空間小，使用維修方便，其缺點(diǎn)在于所需的功率和舵速，對(duì)船舶的各項(xiàng)參數(shù)比較敏感，其減搖效果易受到影響。

2.4 減搖鰭

減搖鰭是一種最常用的主動(dòng)式減搖裝置，是目前減搖效果比較好的一種減搖裝置。減搖鰭多為機(jī)翼型的翼面，在船舶航行過(guò)程中，由于水流的作用，減搖鰭的上鰭面和下鰭面的流速不同，則上下鰭面存在一定的壓強(qiáng)差，從而產(chǎn)生一定的升力作用。關(guān)于減搖鰭的專利，最早是在1889年由約翰桑尼克洛夫獲得的，鰭與三個(gè)臂相連，其中一個(gè)臂固定連接，一個(gè)臂可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中間的軸臂距離船最遠(yuǎn)，目的在于當(dāng)軸上下移動(dòng)時(shí)，可使得鰭產(chǎn)生傾斜。世界范圍內(nèi)的第一套研制成功的實(shí)體減搖鰭裝置出自日本三菱重工的原良信太郎，在1923年時(shí)研制成功的減搖鰭設(shè)備經(jīng)裝船試驗(yàn)，其減搖效果取得了顯著的進(jìn)步。隨著減搖鰭裝置的進(jìn)一步發(fā)展，1935年，英國(guó)的布朗兄弟公司研制成功了一套名為丹尼斯布朗的減搖鰭裝置，并成功裝配應(yīng)用于一艘2200噸的海峽渡輪上，獲得了較好的減搖效果。在接下來(lái)的幾十年中，世界各國(guó)船舶領(lǐng)域的科研人員在減搖鰭方面進(jìn)行大量的試驗(yàn)和研究。

試驗(yàn)表明，在減搖鰭的作用下，船體的橫搖角度約為2°，遠(yuǎn)小于無(wú)減搖鰭的船體橫搖角度25°，即具備減搖鰭的船體穩(wěn)定性明顯優(yōu)于無(wú)減搖鰭的船體。一般情況下，減搖鰭的控制系統(tǒng)包括電氣控制部分、轉(zhuǎn)動(dòng)鰭的液壓傳動(dòng)裝置和機(jī)翼型的鰭三部分，其工作過(guò)程為，首先采用陀螺儀檢測(cè)船舶航行時(shí)的橫搖角度，根據(jù)減搖需求產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。然后由液壓傳動(dòng)裝置控制減搖鰭的偏轉(zhuǎn)角度和方向，使得減搖鰭產(chǎn)生抵消力矩，從而減小船舶的橫搖幅度，達(dá)到提高船舶航行穩(wěn)定性的目的。減搖鰭按照布置方式分為：固定式、收放式、折疊式。減搖鰭帶襟翼的開(kāi)襟式和不帶襟翼的整體式。中小型船舶舵適于采用不可收放式減搖鰭，其具有較小的展舷比，多為0.5～1.0，多采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的整體式減搖鰭。對(duì)于較大型船舶而言，所需的減搖鰭展舷比較大（多為1～2），為了減小空泡腐蝕且提高升力，一般采用開(kāi)襟式減搖鰭。

不可收放式減搖鰭一直伸出處于船舷外部，一般安裝于船中的舭部，避免船舶航行時(shí)產(chǎn)生碰撞。可收放式減搖鰭可對(duì)稱安裝于船舷兩側(cè)，當(dāng)船舶遭遇大風(fēng)浪產(chǎn)生橫搖時(shí)，將減搖鰭伸出舷外進(jìn)行減搖，當(dāng)不需要時(shí)，將其收入船艙內(nèi)。收放式減搖鰭的展舷比大，因此鰭面積較大，減搖效果比較好。減搖鰭的劣勢(shì)在于只有在高速減搖時(shí)效果比較好，而在低航速或零航速時(shí)，減搖鰭的減搖作用很小，這是因?yàn)楹剿佥^小時(shí)，流過(guò)減搖鰭上下表面的水速差異很小，不會(huì)在上下表明產(chǎn)生很明顯的壓差，因此產(chǎn)生的升力比較小。近幾年，已經(jīng)有研究者開(kāi)始進(jìn)行零航速或低航速的減搖鰭結(jié)構(gòu)研究。零航速減搖鰭的對(duì)稱性很低，且增加了舷長(zhǎng)使其可以掃過(guò)更大的面積。哈爾濱工程大學(xué)提出了可以提高船舶零航速穩(wěn)定性的T型水翼和轉(zhuǎn)子翼復(fù)合減搖裝置，在高速航行時(shí)減搖鰭在伸縮裝置的驅(qū)動(dòng)下伸出進(jìn)行減搖，低航速時(shí)利用轉(zhuǎn)子翼進(jìn)行減搖，提高了船舶在高航速和低航速兩種航行狀態(tài)下的減搖效果。

2.5 綜合減搖裝置

減搖鰭和減搖水艙是目前船舶減搖領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的兩種，但由于減搖鰭和減搖水艙其各自工作原理上的限制，在船舶減搖的應(yīng)用中均存在一定的局限性。例如：高航速船舶的減搖鰭在零航速或低航速時(shí)不能進(jìn)行有效的減搖，因此，低航速船舶，不適合采用減搖鰭進(jìn)行減搖。減搖水艙的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本較低，對(duì)于船舶的各種航行速度，均可以有效抑制船舶搖擺。但其局限性在于被動(dòng)式減搖水艙受限于船舶的諧搖頻率，只有在船舶諧搖頻率附近，減搖水艙才會(huì)產(chǎn)生較好的減搖效果，在船舶遭受低頻海浪的沖擊時(shí)，被動(dòng)式減搖水艙甚至?xí)黾哟暗膿u蕩。近年來(lái)，隨著船舶及其設(shè)備功能應(yīng)用的發(fā)展，船舶上采用單一的減搖裝置已不能滿足其使用需求。因此，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始進(jìn)行綜合減搖裝置的研制，諸如減搖鰭-被動(dòng)減搖水艙綜合減搖，其綜合利用了減搖鰭與減搖水艙的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的不足。使得船舶在零航速狀態(tài)下也具備一定的減搖能力。目前，已有減搖鰭和減搖水艙共同裝配于一艘船舶的研究，其工作過(guò)程為當(dāng)船舶在高航速航行時(shí)，單獨(dú)采用減搖鰭進(jìn)行減搖，當(dāng)船舶處于低航速時(shí)，可利用減搖水艙的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行減搖。除了上述減搖鰭-被動(dòng)減搖水艙的綜合減搖裝置外，減搖鰭-舵減搖也具備較好的減搖效果，早在20世紀(jì)80年代，就有人提出利用舵和鰭進(jìn)行聯(lián)合減搖，并經(jīng)試驗(yàn)證明采用舵鰭綜合減搖裝置能夠有效提高船舶的穩(wěn)定性。由于船舶采用舵鰭減搖裝置是將減搖鰭和減搖鰭舵的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，可以使得船舶抵抗橫搖、橫蕩等的影響，因此是近年來(lái)船舶減搖領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前的多項(xiàng)研究結(jié)果表明，采用綜合減搖裝置可合理利用各種減搖技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使得船舶在各種航行狀態(tài)下均具有較好的減搖效果。目前，對(duì)減搖鰭、減搖水艙、舵減搖、舭龍骨等的研究均比較成熟，因此，各種減搖裝置的綜合運(yùn)用將是以后研究的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外船舶減搖技術(shù)進(jìn)行了綜述，主要論述了舭龍骨、減搖水艙、舵減搖、減搖鰭以及綜合建議裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，通過(guò)分析比較可知，單一的減搖裝置在船舶的減搖應(yīng)用上存在一定的局限性，而采用綜合減搖裝置可以綜合各種單一減搖裝置的優(yōu)點(diǎn)，使得船舶在各種航行狀態(tài)下均具備良好的減搖效果。近年來(lái)，隨著世界范圍內(nèi)船舶技術(shù)的興起和發(fā)展，對(duì)于減搖技術(shù)會(huì)產(chǎn)生更進(jìn)一步的需求。并且，船舶減搖裝置正逐漸趨于實(shí)現(xiàn)小型化、精密化的發(fā)展方向，以滿足船舶實(shí)現(xiàn)不同的功能和應(yīng)用。

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