船舶减摇装置技术综述

摘 要：船舶减摇装置的研究对于船舶航行的安全性具有重要的意义，文章综述了包括减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、舭龙骨等几种传统减摇装置的发展现状，并阐述了近年来的船舶减摇技术发展方向，指出了船舶减摇技术已由单一的减摇装置发展至综合减摇装置，并趋于实现小型化、精密化的发展方向。

关键词：减摇；横摇；减摇鳍；减摇水舱；舭龙骨；舵减摇；综合减摇装置

中图分类号：U66 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0175-02

1 概述

船舶在海上航行和工作的过程中，会遭受海浪、海风及海流等各种因素的影响，因此，船舶会产生诸如横摇、纵摇、横荡、纵荡等各种摇摆。而以上各种不规则的剧烈摇摆会严重影响船舶的安全航行、乘船的舒适性、船上各种机器设备的正常工作等。尤其对于军用舰载船舶而言，船舶在海上产生的摇荡会影响飞机的正常起飞、安全航行以及降落。因此，关于船舶减摇方面的试验和研究一直是船舶领域技术人员的主要工作。经过多年的研究发现，在船舶减摇装置中，应用最为广泛的有以下几种：舭龙骨、减摇水舱、舵减摇、减摇鳍以及综合减摇装置等。

2 船舶减摇装置简介

2.1 舭龙骨

舭龙骨的使用最早可追溯到19世纪初，当时还处于帆船时代，舭龙骨最早作为减摇装置是应用在帆船上。舭龙骨多是沿着船体长度方向，安装在船舶的舭部，其减摇原理在于，当船舶在海上产生横摇时，由于舭龙骨的存在，会在海水中产生扰动船体周围的水流场，使得船体产生一定的附加阻尼，通过增加船体的横摇阻尼，从而减小船舶受到的横摇影响。舭龙骨在船舶的任何航行状态和环境下，均会使得船舶产生一定的减摇效果，其最佳效果是在产生近似共振的状况下产生的。舭龙骨减摇的优势在于，其不涉及运动部件，结构简单，造价低，便于维护，是应用最广泛的一种减摇装置。其缺点在于装上舭龙骨会使船舶阻力略有增加。发展到后来，慢慢出现了可伸缩式舭龙骨，其在高航速时伸出进行减摇，低航速时收回，减小船舶受到的阻力。目前，几乎所有的船舶都装有舭龙骨，配合其他减摇装置共同提高船舶航行的稳定性。

2.2 减摇水舱

减摇水舱也是比较常见的一种减摇装置，根据其减摇原理，主要包括以下三种形式：被动式减摇水舱、可控被动式减摇水舱和主动式减摇水舱。对于被动式减摇水舱而言，其减摇过程为：当行驶在海上的船舶产生横摇时，同时，水舱内的水会随之产生往复摇摆运动，通过产生抵抗船舶横摇的稳定力矩达到减摇的效果。除了被动式减摇水舱，还有主动式减摇水舱，其工作过程是在船体的两舷之间增加一个可抽取水的水泵，将水舱中的水进行适时的转移和调整，从而将摇摆的船体调整至平衡状态。通常在两个水舱之间设置节流阀，从而控制水舱中水的快速转移。减摇水舱可将摇摆角度从30°降低至15°，因此，可大大降低横摇产生的不利影响。减摇水的减摇过程和减摇效果与船体的航行速度没有直接的关系，因此，减摇水舱可以应用于各种航行速度下的船舶，对于低航速甚至停泊的船舶，其上设置的减摇水舱均具备较好的减摇效果。但减摇水舱存在减摇效率比较低、占用空间大等缺点，因此其发展受到了限制。目前，国外对减摇水舱的研究已经比较成熟。

2.3 舵减摇

舵减摇于1972年首次被提出来，至20世纪90年代初国外已有定型产品出售。舵减摇的原理在于，当船体上安装有舵时，在操作舵的时候，船体会随之产生一个横倾力矩，在这个横倾力矩的作用下，可将船体本身产生的横摇扰动力矩进行一定程度的抵消，从而减小船舶横摇产生的力矩，加强船体航行的平稳性。我国关于舵减摇的研究最早始于八十年代初期，例如中国大型船舶科技研究中心就舵减摇装置的实际可行性方面进行大量的试验和研究。九十年代以来，舵减摇的研究更加深入，我国对于舵减摇方面的研究主要集中在军舰上的应用。其与减摇鳍相比，造价低，占用空间小，使用维修方便，其缺点在于所需的功率和舵速，对船舶的各项参数比较敏感，其减摇效果易受到影响。

2.4 减摇鳍

减摇鳍是一种最常用的主动式减摇装置，是目前减摇效果比较好的一种减摇装置。减摇鳍多为机翼型的翼面，在船舶航行过程中，由于水流的作用，减摇鳍的上鳍面和下鳍面的流速不同，则上下鳍面存在一定的压强差，从而产生一定的升力作用。关于减摇鳍的专利，最早是在1889年由约翰桑尼克洛夫获得的，鳍与三个臂相连，其中一个臂固定连接，一个臂可转动连接，中间的轴臂距离船最远，目的在于当轴上下移动时，可使得鳍产生倾斜。世界范围内的第一套研制成功的实体减摇鳍装置出自日本三菱重工的原良信太郎，在1923年时研制成功的减摇鳍设备经装船试验，其减摇效果取得了显著的进步。随着减摇鳍装置的进一步发展，1935年，英国的布朗兄弟公司研制成功了一套名为丹尼斯布朗的减摇鳍装置，并成功装配应用于一艘2200吨的海峡渡轮上，获得了较好的减摇效果。在接下来的几十年中，世界各国船舶领域的科研人员在减摇鳍方面进行大量的试验和研究。

试验表明，在减摇鳍的作用下，船体的横摇角度约为2°，远小于无减摇鳍的船体横摇角度25°，即具备减摇鳍的船体稳定性明显优于无减摇鳍的船体。一般情况下，减摇鳍的控制系统包括电气控制部分、转动鳍的液压传动装置和机翼型的鳍三部分，其工作过程为，首先采用陀螺仪检测船舶航行时的横摇角度，根据减摇需求产生相应的控制信号。然后由液压传动装置控制减摇鳍的偏转角度和方向，使得减摇鳍产生抵消力矩，从而减小船舶的横摇幅度，达到提高船舶航行稳定性的目的。减摇鳍按照布置方式分为：固定式、收放式、折叠式。减摇鳍带襟翼的开襟式和不带襟翼的整体式。中小型船舶舵适于采用不可收放式减摇鳍，其具有较小的展舷比，多为0.5～1.0，多采用结构简单的整体式减摇鳍。对于较大型船舶而言，所需的减摇鳍展舷比较大（多为1～2），为了减小空泡腐蚀且提高升力，一般采用开襟式减摇鳍。

不可收放式减摇鳍一直伸出处于船舷外部，一般安装于船中的舭部，避免船舶航行时产生碰撞。可收放式减摇鳍可对称安装于船舷两侧，当船舶遭遇大风浪产生横摇时，将减摇鳍伸出舷外进行减摇，当不需要时，将其收入船舱内。收放式减摇鳍的展舷比大，因此鳍面积较大，减摇效果比较好。减摇鳍的劣势在于只有在高速减摇时效果比较好，而在低航速或零航速时，减摇鳍的减摇作用很小，这是因为航速较小时，流过减摇鳍上下表面的水速差异很小，不会在上下表明产生很明@的压差，因此产生的升力比较小。近几年，已经有研究者开始进行零航速或低航速的减摇鳍结构研究。零航速减摇鳍的对称性很低，且增加了舷长使其可以扫过更大的面积。哈尔滨工程大学提出了可以提高船舶零航速稳定性的T型水翼和转子翼复合减摇装置，在高速航行时减摇鳍在伸缩装置的驱动下伸出进行减摇，低航速时利用转子翼进行减摇，提高了船舶在高航速和低航速两种航行状态下的减摇效果。

2.5 综合减摇装置

减摇鳍和减摇水舱是目前船舶减摇领域应用较为广泛的两种，但由于减摇鳍和减摇水舱其各自工作原理上的限制，在船舶减摇的应用中均存在一定的局限性。例如：高航速船舶的减摇鳍在零航速或低航速时不能进行有效的减摇，因此，低航速船舶，不适合采用减摇鳍进行减摇。减摇水舱的结构简单且成本较低，对于船舶的各种航行速度，均可以有效抑制船舶摇摆。但其局限性在于被动式减摇水舱受限于船舶的谐摇频率，只有在船舶谐摇频率附近，减摇水舱才会产生较好的减摇效果，在船舶遭受低频海浪的冲击时，被动式减摇水舱甚至会增加船舶的摇荡。近年来，随着船舶及其设备功能应用的发展，船舶上采用单一的减摇装置已不能满足其使用需求。因此，国内外开始进行综合减摇装置的研制，诸如减摇鳍-被动减摇水舱综合减摇，其综合利用了减摇鳍与减摇水舱的优点，弥补了各自的不足。使得船舶在零航速状态下也具备一定的减摇能力。目前，已有减摇鳍和减摇水舱共同装配于一艘船舶的研究，其工作过程为当船舶在高航速航行时，单独采用减摇鳍进行减摇，当船舶处于低航速时，可利用减摇水舱的优势进行减摇。除了上述减摇鳍-被动减摇水舱的综合减摇装置外，减摇鳍-舵减摇也具备较好的减摇效果，早在20世纪80年代，就有人提出利用舵和鳍进行联合减摇，并经试验证明采用舵鳍综合减摇装置能够有效提高船舶的稳定性。由于船舶采用舵鳍减摇装置是将减摇鳍和减摇鳍舵的优点相结合，可以使得船舶抵抗横摇、横荡等的影响，因此是近年来船舶减摇领域的研究热点。目前的多项研究结果表明，采用综合减摇装置可合理利用各种减摇技术的优点，使得船舶在各种航行状态下均具有较好的减摇效果。目前，对减摇鳍、减摇水舱、舵减摇、舭龙骨等的研究均比较成熟，因此，各种减摇装置的综合运用将是以后研究的热点和发展趋势。

3 结束语

本文对国内外船舶减摇技术进行了综述，主要论述了舭龙骨、减摇水舱、舵减摇、减摇鳍以及综合建议装置的发展现状，通过分析比较可知，单一的减摇装置在船舶的减摇应用上存在一定的局限性，而采用综合减摇装置可以综合各种单一减摇装置的优点，使得船舶在各种航行状态下均具备良好的减摇效果。近年来，随着世界范围内船舶技术的兴起和发展，对于减摇技术会产生更进一步的需求。并且，船舶减摇装置正逐渐趋于实现小型化、精密化的发展方向，以满足船舶实现不同的功能和应用。

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