减摇装置介绍

近百余年来，人们一直致力于研究减缓船舶摇摆的措施。世界各国先后研究了近百种不同形式的减摇装置。但目前世界上广泛采用的仅是减摇水舱、舭龙骨和减摇鳍，其中居垄断地位的是减摇鳍，其减摇效果最佳。下面分别对上述三种减摇装置进行介绍。

一．减摇水舱

减摇水舱主要分为被动式减摇水舱和主动式减摇水舱两种。 A．被动式减摇水舱

将靠近船舯部两舷的水舱在底部用管道连接起来，舱内注入适量的水。利用船本身的横摇运动而引起水舱内水的物理运动来产生稳定力矩。它不要任何动力，所以称为被动式减摇水舱。它是各类减摇装置中比较简单、造价较便宜的一种。 被动减摇水舱（以下简称被动水舱）最常用的是U型水舱和槽型水舱（见右图）。

被动水舱的工作原理是使设计的水舱内振荡的固有频率等于船横摇的固有频率，这样在共振的情况下，水舱是随船一起运动，而水舱里的水的运动滞后横摇角90度。同时，当船横摇的固有频率等于波浪的扰动力距频率时，也发生共振，这时船的横摇角滞后波浪力距90度。这样水舱力的水 的运动就滞后波浪扰动力矩180度。也就是说水舱里的水的重量引起的稳定力矩方向恰好和波浪扰动力矩方向相反，从而使共振区横摇减小。这就是所谓的“双共振减摇原理”。 被动减摇水舱仅在中等海况和在船舶初稳心高h限定范围以内，以很接近船舶固有频率附近提供有限的减摇效果，最好的减摇效果可达60~70%。离开共振区效果显著下降，在较长的遭遇周期上使横摇角增加。它的优点使设备简单、费用低及在任何航速下均有一定的减摇效果。

为了改善被动水舱的减摇性能，还有一种是可控被动减摇水舱。主要是在水舱通道上安装节流阀，通过横摇传感装置调节阀门开启和关闭的程度，控制水的流量，使这种减摇水舱比被动水舱能在较宽的频率范围内有效工作。 B．主动式减摇水舱

为了克服被动式减摇水舱的一些不足，有人提出了主动式减摇水舱。

主动式减摇水舱原理是依靠角速度陀螺感应船的横摇角速度信号，控制阀伺服机构，控制阀张开的大小由泵将水从一舷打到另一舷的水量建立稳定力矩。 主动式减摇水舱所需设备很多，主要包括控制系统、伺服系统、测水舱内水头或压力、水流 速传感器、大功率的泵和原动机等（见右图）。可见装置比较复杂，并且费用比较高，所以还没有在实际中应用。

总之，减摇水舱对改善低速船、海上作业的浮动平台等特种船舶的横摇性能具有独特的优点。

二．舭龙骨

在船体舭部列板外侧，沿船长方向并垂直于舭板安装的纵向构件称为舭龙骨。船舶在波浪中航行时产生横摇，安装舭龙骨可以有效减小船舶的横摇，它是一种结构简单、应用最广的防摇、减摇装置。

A．舭龙骨的分类及其结构形式

舭龙骨的结构形式主要有两种，即单板舭龙骨和双层板空心舭龙骨（又称三角式舭龙骨），如图1所示：

图1 舭龙骨的两种类型

图2 NE044舭龙骨局部近照

一般舭龙骨宽度小于等于550mm时宜采用单板舭龙骨,单板舭龙骨的自由边缘应加筋

进行加强,多采用Φ３０mmX5~Φ40mmX6的钢管（如图1），也有用半圆钢、扁钢等的，我们公司采用的就是扁钢（见图2），

而舭龙骨宽度大于550mm时，宜采用双层板空心舭龙骨，其两腹板之间的夹角宜为20~25度,两腹板夹角的边缘用Φ40mmX6~Φ50mmX6的钢管加强（见图1） 。两腹板之间应设置支撑肘板，肘板间距为500~1000mm，肘板不得与外板相连接，而与腹板的连接可采用塞焊，即肘板边缘加扁钢或折弯边，腹板上开孔进行填塞焊接。（见图1） 无论单板舭龙骨或双层板空行舭龙骨，其腹板于船体舭板的连接必须采用扁钢过渡。过渡扁钢的厚度于靠近船体的舭龙骨腹板厚度相等，扁钢宽度应不小于10倍厚度。舭龙骨腹板与扁钢之间的焊脚尺寸应该不小于板条与外板之间的焊脚尺寸。从而保证舭龙骨破坏时，首先在腹板与过渡扁钢之间产生断裂破坏，并保护船体外板的完整性。舭龙骨的布置海应该注意与外板边接缝错开（详细可以参看图4）。

图4 NE044舭龙骨详细尺寸图 舭龙骨纵向端部应在船体刚性构件附近结束，并且端部应在其3~4倍宽度得范围内逐渐减小舭龙骨得宽度，以减小结构突变引起得应力集中。 B．舭龙骨的位置、尺寸对减摇效果的影响分析 “舭龙骨”顾名思义是安装在船体舭部的，但为什么是安装在舭部而不是安装在船底或是舷侧呢？这个问题值的我们思考。

早在百余年前，贝克等人曾在船的侧面、舭部和底部等处装舭龙骨进行试验，试验表明装在舭部的舭龙骨减摇效果最好。分析原因是舭部距船重心G最远；舭部曲率大，此处流速较大，因此提高了舭龙骨引起的阻尼力矩。

对减摇效果有影响的另一个因素是舭龙骨的尺寸。首先，舭龙骨的宽度对其减摇效果有影响。因为舭龙骨引起的附加阻尼随宽度增加而增大，下图是我们公司NE044舭龙骨安装图：

图5 NE044舭龙骨安装简图

从上两图很容易看出舭龙骨（BILGE KEEL）不应超出船横剖面的最大边框线，它平均是取（3~5%）B，一般在0.3~1.2米 之间（图中为400mm）。

其次是长度对减摇效果的影响。通常舭龙骨的长度约为L/4~L/2，但因各类船型不同，其长度存在一有效值。当超过有效值时再增加其长度，舭龙骨效能变化不大。原因是靠船首尾的舭龙骨处在船舭部曲率减小的位置，故阻尼力矩很小。

三．减摇鳍

减摇鳍是各种减摇装置中减摇效果最好的一种，效果最好的可达90%以上。例如，1985年英国“玛丽皇后”号船在大风浪条件下进行了减摇鳍性能试验。当减摇鳍工作时，船的横摇角平均2度左右，而减摇鳍不工作时，横摇角25度。可见减摇效果是相当可观的。 减摇鳍是属于主动式减摇装置，其构造主要包括机翼型的鳍、转鳍传动装置、控制系统等部分。

A．鳍的分类和应用特点

减摇鳍分为开襟式（或称带襟翼的）鳍和非开襟式（整体式）鳍，如图6所示。对于1000吨以下的中小型船舶，多采用不可收放鳍，鳍展弦比较小（λf=0.5~1.0）,可转大角度提升升力，又考虑鳍结构尽量简单，所以常常选择非开襟式鳍。对于大型船舶的减摇鳍，鳍展弦比较大（λf=1~2），鳍角受升力失速和空泡限制。为了提高升力和抑制空泡，常常采用后缘开襟式鳍，在提供同样升力情况下，开襟式鳍的转鳍功率比非开襟式鳍要小，但结构简

单。

图6 鳍的分类

B．鳍的安装

鳍在船上最理想的位置是船舯的舭部。原因是鳍和横摇中心之间的距离最大；舭部是唯一可提供安装不可收放鳍的地方，使鳍限制在船外框线以内，避免鳍遭遇碰撞。一般对不可收放式鳍的安装有一要求，保证避碰角βf不大于5度，（如图7）。

β

图7 鳍安装简要示意图

鳍在船舯位置，避免船舶操舵运动的相互影响。

为了避免鳍上发生空泡，鳍应位于水下尽可能深的位置。 当鳍因其他原因不能位于船舯时，鳍的位置向前比向后好，因为船体前半部分的周围流场受扰动较小，边界层较薄，因此对有效鳍面积影响较小。 上面谈到的两点是对减摇鳍整体的把握，其实影响减摇鳍减摇效率有很多因素，结构也比较复杂。减摇鳍是国内外研究人员对减摇装置研究的主要对象，设计出的形状也很多。但

目前，国外主要采用以下几种典型的减摇鳍：

（1）沃斯泼（VOSPER)中小型舰船不可收放式减摇鳍，见图9.2.9。

（2）丹尼-布朗（DEANY-BROWN)中型舰船可伸缩减摇鳍，见图9.2.10。 （3）丹尼-布朗-AEG可收放式减摇鳍，见图9.2.11。 （4）斯贝利（SPERRY)可收放式减摇鳍。

需要指出的是由于减摇鳍装置复杂，造价昂贵，一般只用于军船和一些对减摇要求非常高的船舶。

我国从六十年代中期开始从事减摇鳍的研究和制造，现在已有相当的发展。大批舰船装备了自行设计制造的减摇鳍。值的一提的是，著名的“哈尔滨”号上的减摇鳍就是由哈尔滨工程大学自行研究设计的。

最后特对赵部长助理、罗主事、黄主事、何工及其他同事的帮助表示衷心的感谢！

生技舾装 杨勇爱

2006．12．25