徐德濤 夏玉濤 姜 偉

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

0 前言

舵系是船舶的重要安全系統(tǒng)之一，其主要作用是保證航向的穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)性。船用舵是小展弦比的平板或機(jī)翼型結(jié)構(gòu)，設(shè)置于船舶尾端。隨著舵葉的旋轉(zhuǎn)，舵葉上產(chǎn)生的水動(dòng)力的合力在垂直于船體中心線的方向上的分力相對于船體船中剖面形成轉(zhuǎn)船力矩。為保證船舶有足夠的機(jī)動(dòng)性，能夠及時(shí)規(guī)避可能發(fā)生的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，船舶應(yīng)該有足夠的舵面積，并且舵葉應(yīng)能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能夠完成從一舷旋轉(zhuǎn)至另一舷。

UI SC 246是針對舵系統(tǒng)的補(bǔ)充規(guī)范，2017年1月1日開工建造的船舶，都需要滿足該規(guī)范的要求。自2015年開始，該規(guī)范備受船東關(guān)注，許多在建船舶均提出需按照該規(guī)范要求在試航時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。本文針對該規(guī)范在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的問題及解決方法進(jìn)行探討，并針對新規(guī)范對于舵機(jī)選型及舵系設(shè)計(jì)的影響進(jìn)行分析。

1 UI SC 246的提出過程

原始提案由PTPM6801的M.Wharton提出，依據(jù)SOLAS Regulations II-1/29.3.2&29.4.2制定統(tǒng)一解釋，為在試航中不能達(dá)到最大吃水的船舶設(shè)置條件，來替代UR M42.15（i）中的相關(guān)要求。該法案于2011年6月27日獲得最終批準(zhǔn)。

2011年11月，IACS成員提出該方案中引用的ISO標(biāo)準(zhǔn)號書寫有錯(cuò)誤，對該方案進(jìn)行了修正，將方案中引用的標(biāo)準(zhǔn)號 “ISO10919∶2005”修改為“ISO 19019∶2005”。

2015年，作為PTPM6801的跟進(jìn)任務(wù)，PTPM11801對PTPM6801提出的計(jì)算方法產(chǎn)生了質(zhì)疑，認(rèn)為其在計(jì)算舵/舵機(jī)性能時(shí)所需要輸入的數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中很難確定。在IACS一名會(huì)員的來信中也證明了這一觀點(diǎn)。PTPM11801項(xiàng)目組成員在原方案基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了一個(gè)簡化公式，由于缺乏可用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以該簡化推導(dǎo)的驗(yàn)證工作是采用兩艘船舶的實(shí)際試航數(shù)據(jù)通過計(jì)算流體力學(xué)（CFD）來完成的。該方案于2015年9月3日獲最終批準(zhǔn)，并于2017年1月1日正式實(shí)施。

2 規(guī)范的要求

2.1SOLAS要求

SOLAS II-1/29.3［1］對舵機(jī)性能提出了詳細(xì)的要求，其目的是為了保證船舶操縱性。船舶在試航過程中都需要進(jìn)行舵葉的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)：在最大服務(wù)航速下，將舵葉從一舷的35°旋轉(zhuǎn)至另一舷的30°，船舶能夠在規(guī)定時(shí)間（28 s）內(nèi)完成該動(dòng)作，舵機(jī)就滿足規(guī)范要求。對于貨船來說試航時(shí)并不載貨，在試航狀態(tài)下很難達(dá)到最大吃水，在壓載狀態(tài)下，舵葉又很難做到全浸沒。

2.2 UI SC 246要求

UI SC 246的題目是“Steering gear test with the vesselnotatthedeepestseagoingdraught”。其主要目的是針對SOLAS相關(guān)要求的補(bǔ)充說明，也就是在非滿載狀態(tài)下（舵葉不能全浸沒）試航時(shí)舵機(jī)試驗(yàn)的要求。

UI SC 246的要求分兩種情況考慮：

1）如果舵葉在試航狀態(tài)下，其水下浸沒面積能夠達(dá)到95%或以上，認(rèn)為舵葉是全浸沒狀態(tài)，可以將試航數(shù)據(jù)作為檢驗(yàn)結(jié)果。船舶在試航時(shí)以最大航速前進(jìn)，舵機(jī)在只有一套泵組工作的狀態(tài)下，舵葉能夠在28 s內(nèi)從一舷的35°旋轉(zhuǎn)至另一舷30°，并且舵桿扭矩在舵機(jī)安全工作扭矩范圍內(nèi)，則認(rèn)為該舵機(jī)滿足規(guī)范要求。

2）如果舵葉在試航狀態(tài)下，其水下浸沒面積未達(dá)到95%，試航數(shù)據(jù)只能作為計(jì)算依據(jù)。通過UI SC 246中提供的換算公式，計(jì)算舵葉全浸沒狀態(tài)下的扭矩值。如果該計(jì)算結(jié)果在舵機(jī)安全工作扭矩范圍內(nèi)，則認(rèn)為該舵機(jī)滿足規(guī)范要求，見式（1）：

式中：α——換算因子；

QF——舵在滿載吃水及最大航速下的舵桿扭矩，kN·m；

QT——試航狀態(tài)下舵桿扭矩，kN·m；

AF——在滿載吃水下舵葉可活動(dòng)部分總面積，m2；

AT——在試航狀態(tài)下舵葉可活動(dòng)部分總面積，m2；

VF——滿載吃水下最大航速，kn；

VT——試航狀態(tài)下最大航速，kn

式（1）中需要用到試航狀態(tài)下的舵桿扭矩。該數(shù)據(jù)很難在試航狀態(tài)下測量。規(guī)范中提供了一個(gè)替代測量方法：用舵機(jī)泵組的工作油壓代替舵桿扭矩，見式（2）：

式中：pF——滿載狀態(tài)下舵機(jī)的安全工作油壓，MPa；

pT——試航狀態(tài)下測量的舵機(jī)油壓，MPa

舵機(jī)的工作原理是通過電機(jī)帶動(dòng)液壓單元向油缸內(nèi)注入液壓油，進(jìn)而推動(dòng)舵柄或轉(zhuǎn)葉帶動(dòng)舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)。通過舵機(jī)廠家的計(jì)算公式可以看出，舵機(jī)產(chǎn)生的扭矩與液壓單元的油壓呈線性關(guān)系。根據(jù)力的相互作用原理，舵葉旋轉(zhuǎn)時(shí)對抗水流產(chǎn)生的扭矩應(yīng)該等于此時(shí)舵機(jī)產(chǎn)生的扭矩。理論上講可以利用油壓代替舵桿扭矩進(jìn)行計(jì)算。

2.3 規(guī)范計(jì)算公式分析

在式（1）中有一個(gè)1.25的系數(shù)。UI SC 246的Technical background［2］可見這一系數(shù)的推導(dǎo)過程，見式（3）和式（4）。

首先，UI SC 246的 Technical background中 θ的定義為：

柱塞式舵機(jī)的舵角。擺缸式舵機(jī)和轉(zhuǎn)頁式舵機(jī)，此角度為0。

對柱塞式舵機(jī)而言，θF為全浸沒時(shí)出現(xiàn)最大扭矩的舵角，θT為試航時(shí)出現(xiàn)最大扭矩的舵角，θF與θT的取值范圍都為 0～35°。的最大值為=1.22。

上述式（3）式（4）是計(jì)算泵組油壓的數(shù)學(xué)模型。其計(jì)算過程非常繁瑣，涉及的參數(shù)也很廣泛，并不適合推廣應(yīng)用。所以，在UI SC 246的技術(shù)背景文件中，將其進(jìn)行了簡化。見式（5）。

去除了繁瑣的計(jì)算過程，將系數(shù)歸納在1.22～1.25之間。為了使舵機(jī)能夠滿足極端工況下正常工作的效果，進(jìn)行保守簡化，最終選擇在公式中采用上限1.25作為參數(shù)。

3 實(shí)船案例分析

3.1 實(shí)船試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在規(guī)范生效前，部分船東已要求船廠進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。從實(shí)際的試驗(yàn)效果來看，能夠滿足要求的船舶非常少。

以上海船舶研究設(shè)計(jì)院的64 000 DWT散貨船為例：

根據(jù)CSR計(jì)算理論扭矩是768.7 kN·m，選用日系某品牌柱塞式舵機(jī)，其最大工作扭矩是1000kN·m，安全系數(shù)1.3左右。該舵機(jī)泵組的最大工作壓力是17.6 MPa，設(shè)計(jì)壓力為 22.1 MPa。

該船主尺度如下：

垂線間長LPP194.50 m

規(guī)范船長L192.035 m

船寬B32.26 m

型深H18.50 m

首吃水TF4.50 m

尾吃水TA7.60 m

舵機(jī)兩個(gè)泵組在試航狀態(tài)測得數(shù)據(jù)，見表1。

表1 試航中測得泵組壓力

通過上文的公式計(jì)算得出全浸沒狀態(tài)下的壓力數(shù)據(jù)見表2。

表2 換算全浸沒狀態(tài)下壓力數(shù)據(jù)

對比兩組數(shù)據(jù)可以看出，如果按照常規(guī)試驗(yàn)方法，可以滿足要求，但是應(yīng)用UI SC 246后，完全無法滿足。

從理論扭矩計(jì)算來看，嚴(yán)格按照CSR要求進(jìn)行計(jì)算，并且計(jì)算過程中也更偏向于保守；從舵機(jī)選型上來看，保留30%的余量已在合理范圍內(nèi)。考慮到前文提到的1.25倍系數(shù)較為保守，取消該系數(shù)后計(jì)算出舵葉全浸沒狀態(tài)下的壓力數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

表3 取消1.25系數(shù)后計(jì)算全浸沒壓力值

從表3中的數(shù)據(jù)可知，1號泵組雖超過最大工作壓力17.6 MPa，仍在設(shè)計(jì)壓力22.1 MPa范圍內(nèi)，2號泵組已不能滿足要求。所以，即便放寬檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，2個(gè)泵組也僅有1臺(tái)能夠滿足規(guī)范要求。

3.2 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

3.2.1 泵組差異分析

從設(shè)備自身數(shù)據(jù)分析，1號泵組工作壓力穩(wěn)定，無論是從左至右還是從右至左，其工作壓力都穩(wěn)定在同一數(shù)據(jù)；2號泵組波動(dòng)很大，不僅兩組數(shù)據(jù)都大大高于1號泵組，甚至2次測得的數(shù)據(jù)也有很大差異，在15%以上。

在試航狀態(tài)下，不同海況對試驗(yàn)結(jié)果會(huì)造成很大影響，但是試驗(yàn)時(shí)間間隔不長，試驗(yàn)環(huán)境不會(huì)有如此大的差異。所以對于2號泵組的狀況，用試驗(yàn)環(huán)境惡劣來解釋也并不合理。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來分析，可能造成上述因素有兩點(diǎn)：

1）2套泵組本身質(zhì)量有差異。

通常情況下，1套舵機(jī)選用的2套泵組應(yīng)為同一廠家同一批次的產(chǎn)品。泵組在出廠時(shí)一定會(huì)進(jìn)行必要檢測，所以如果出自同一廠家，其質(zhì)量不應(yīng)有如此大的差別。

2）安裝工藝有差異。

如果2套泵組出廠時(shí)質(zhì)量完全相同，那么造成測量數(shù)據(jù)差異較大的原因只能是安裝過程中出現(xiàn)問題。泵組靠驅(qū)動(dòng)液壓油對舵機(jī)進(jìn)行動(dòng)力輸出。在液壓管安裝過程中，如果焊接時(shí)操作不當(dāng)，將汗珠滲透至液壓管內(nèi)，造成管路焊接處管徑減小，也會(huì)造成泵組壓力輸出不穩(wěn)定。

3.2.2 舵機(jī)工作扭矩輸出分析

泵組的最大工作扭矩是1 000 kN·m，而理論計(jì)算扭矩僅768.7 kN·m，即使考慮到系統(tǒng)本身產(chǎn)生的額外摩擦力等因素，30%的余量也能夠滿足使用要求。通過UI SC 246計(jì)算得到的1號泵組壓力為24.75 MPa，按照1 000 kN·m時(shí)泵組壓力17.6 MPa換算，1號泵組的最大工作扭矩需要達(dá)到1 400 kN·m才能滿足轉(zhuǎn)舵需求。這一數(shù)據(jù)接近理論計(jì)算扭矩的2倍。

圖1是64 000 DWT散貨船設(shè)備廠家提供的柱塞式舵機(jī)最大扭矩曲線。從圖中可以看出，柱塞式舵機(jī)扭矩是隨著舵葉轉(zhuǎn)角增大而逐步增大。當(dāng)舵葉達(dá)到35°時(shí)，舵機(jī)扭矩輸出達(dá)到峰值。

圖1 64 000 DWT散貨船柱塞式舵機(jī)最大扭矩曲線

單純從水動(dòng)力方面考慮，舵葉在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，最大扭矩并不是出現(xiàn)在35°。以NACA線型為例，常規(guī)設(shè)計(jì)的展弦比一般在1.7～1.8，按照普蘭特公式推算，對應(yīng)理論上敞水狀態(tài)下的臨界攻角為20°～25°。即使考慮船舶在轉(zhuǎn)彎時(shí)水流方向?qū)Χ嫒~附加的影響，最大扭矩值也不會(huì)出現(xiàn)在35°。從理論上講，舵機(jī)只有在20°～25°的輸出扭矩能夠大于水動(dòng)力扭矩值，才能夠滿足規(guī)范要求（如圖2所示）。

圖2 柱塞式舵機(jī)輸出扭矩曲線與水動(dòng)力曲線

舵葉的水動(dòng)力扭矩峰值與線型、展舷比等因素有關(guān)。每一艘船的臨界攻角都不相同，所以無法在設(shè)計(jì)初期就預(yù)知其臨界攻角究竟在多少度。考慮到舵系裝配時(shí)的誤差、風(fēng)浪對船體的影響、舵系系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的摩擦等因素的影響，舵機(jī)選型時(shí)預(yù)留的裕度需要更大。

4 舵機(jī)分析

4.1 舵機(jī)類型

目前常用舵機(jī)主要分3種：柱塞式、擺缸式和轉(zhuǎn)葉式。

柱塞式舵機(jī)：通過電機(jī)帶動(dòng)液壓泵組，將液壓油注入油缸推動(dòng)舵柄（如圖3所示）。其扭矩的變化主要是因?yàn)橛透醉敁芜^程中，舵柄與柱塞夾角變小，進(jìn)而使得力臂增加。所以柱塞式舵機(jī)的扭矩曲線峰值一般都出現(xiàn)在舵葉轉(zhuǎn)角最大的時(shí)候。

擺缸式舵機(jī)：與柱塞式舵機(jī)工作原理類似，但油缸缸體并不完全固定，可以圍繞固定軸擺動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)舵桿轉(zhuǎn)動(dòng)，一般應(yīng)用在較小的船舶上（如圖4所示）。

轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)：轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)是將液壓油注入油缸腔體，帶動(dòng)腔體內(nèi)的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖5所示）。

圖3 柱塞式舵機(jī)工作原理

圖4 擺缸式舵機(jī)示意圖

圖5 轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)示意圖

4.2 UI SC 246對于不同類型舵機(jī)的影響

在UI SC 246的技術(shù)背景文件中，有如下描述：θIs the rudder angle for Ram type steering gear.

For linked Cylinder and rotary vane steering gear this value=0

該參數(shù)是在推導(dǎo)換算公式時(shí)的重要依據(jù)之一。上文中提到的公式經(jīng)過簡化后，得到1.22～1.25的系數(shù)作為公式的安全系數(shù)。但是如果在推導(dǎo)公式中θ=0，那么安全系數(shù)應(yīng)為1。所以如果選取擺缸式或者轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)，那么在進(jìn)行舵機(jī)試驗(yàn)算換時(shí)，應(yīng)將1.25的系數(shù)取消。但是規(guī)范中并沒有對不同種類的舵機(jī)進(jìn)行差別化處理。雖然這樣安全性較高，可是從船舶建造的經(jīng)濟(jì)性來講并不合理。尤其是轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)，由于其工作原理有別于柱塞式，在工作過程中轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的扭矩輸出是恒定的。如果也按照柱塞式舵機(jī)的方式進(jìn)行選型，會(huì)造成很大浪費(fèi)。

4.3 不同設(shè)備廠家間的選型差異

目前應(yīng)用最多的仍然是柱塞式舵機(jī)。柱塞式舵機(jī)有2套泵組和2個(gè)油缸，可以互為備用，所以船東認(rèn)為柱塞式舵機(jī)更加可靠，更傾向于選擇柱塞式舵機(jī)。

市場上生產(chǎn)柱塞式舵機(jī)的廠家也很多，有日系、歐系、國產(chǎn)3類。歐系設(shè)備性能可靠，但是價(jià)格較高。選配歐系設(shè)備的項(xiàng)目，一般裕度可以選擇在20%～30%。通過UI SC 246公式換算后，能夠滿足規(guī)范要求，沒有出現(xiàn)壓力超標(biāo)的問題。究其原因，一是因?yàn)樵O(shè)備性能可靠，二是因?yàn)槠湓O(shè)備的扭矩計(jì)算方法與規(guī)范的思路相互匹配。日系設(shè)備從產(chǎn)地上分為3類，日本生產(chǎn)的原裝舵機(jī)如三菱，韓國代工產(chǎn)品如YOOWON，國產(chǎn)代工產(chǎn)品如武漢船用。日系舵機(jī)通常是日本船廠自身的配套產(chǎn)品，在日企建造船舶上表現(xiàn)良好，獲得了良好的口碑，進(jìn)而逐步推廣至中國市場。日系產(chǎn)品本身性價(jià)比高，在國內(nèi)代工生產(chǎn)后，其價(jià)格優(yōu)勢更為明顯，目前是市場上選用最多的舵機(jī)。

4.4 舵機(jī)選型建議

通過我們多型船舶實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，給出如下選型建議：

如果選取柱塞式舵機(jī)，應(yīng)放大余量以避免試航時(shí)出現(xiàn)問題。由于其扭矩輸出是上升曲線，所以建議至少將余量放寬到50%～60%。

轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)扭矩輸出恒定，不存在上升變化，可以按照常規(guī)方式選擇型號。但要注意規(guī)范公式中1.25系數(shù)對于最終計(jì)算數(shù)據(jù)的影響。

5 規(guī)范計(jì)算方法分析

UI SC246公式中所要計(jì)算是一種船舶極限工況，該工況是指船舶在最大吃水下以最大航速前進(jìn)，當(dāng)舵機(jī)液壓泵組有一組失效，僅在另外一組液壓泵組能夠正常工作的情況下，船舶能夠在28 s內(nèi)完成舵葉從一舷35°到另外一舷30°的操舵動(dòng)作。在船舶營運(yùn)狀態(tài)，主機(jī)功率通常僅發(fā)揮百分之八十五，所以船舶基本不會(huì)在上述極限工況下航行。為滿足規(guī)范計(jì)算要求，在舵機(jī)選型時(shí)需要盡量選取較大的舵機(jī)扭矩，這樣在將試航數(shù)據(jù)換算后，才可能得到滿足規(guī)范要求的計(jì)算結(jié)果。選取扭矩較大的舵機(jī)，會(huì)增加建造采購成本，同時(shí)船體自重、電力負(fù)荷等也會(huì)增大。為應(yīng)對極限工況而加大舵機(jī)扭矩儲(chǔ)備，設(shè)計(jì)師要仔細(xì)分析在試航中對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不利影響的各種因素，在測量數(shù)據(jù)前盡量選擇將船舶姿態(tài)調(diào)整到最佳，做到既滿足規(guī)范要求又節(jié)省成本的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

5.1 試航數(shù)據(jù)記錄方法

在試航過程中，不同海況下會(huì)造成試驗(yàn)結(jié)果有偏差，準(zhǔn)確記錄試航試驗(yàn)數(shù)據(jù)是計(jì)算的關(guān)鍵。

首先是公式中的兩個(gè)基本參數(shù)：吃水和航速。吃水是換算舵葉浸沒面積的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，但是通常狀況下，通過首尾傳感器讀得的吃水并不十分準(zhǔn)確。由于波升效應(yīng)，實(shí)際舵葉浸沒面積往往是大于計(jì)算浸沒面積的。此外試航狀態(tài)時(shí)的風(fēng)速、波浪等因素，是影響航速的主要原因。在淺吃水狀態(tài)下，船舶往往可以跑得更快，如果試航航速比計(jì)算的最大航速大的話，對于平衡1.25系數(shù)也會(huì)非常有利。面積比值和航速比值看起來在這個(gè)公式中微乎其微，但是否能滿足規(guī)范要求，往往就在毫厘之間。

其次是泵組油壓數(shù)據(jù)記錄。由于海況復(fù)雜，波浪等因素對于轉(zhuǎn)舵時(shí)的影響也很明顯，在記錄油壓時(shí)，盡量選擇海況較好時(shí)進(jìn)行，并且盡量多進(jìn)行幾次試驗(yàn)，記錄幾組數(shù)據(jù)取平均值，更接近真實(shí)情況。

油壓是對扭矩的替代數(shù)據(jù)，理論上來說是線性的。但是如果設(shè)備安裝時(shí)出現(xiàn)問題，例如液壓油管被焊珠阻塞等，可能會(huì)造成油壓與扭矩不匹配。所以如果可以直接測量扭矩，試驗(yàn)結(jié)果可以更加準(zhǔn)確。

5.2 計(jì)算方法

目前已計(jì)算的船舶約七成不能夠嚴(yán)格滿足UI SC 246的要求。主要是由于這些項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段UI SC 246并未生效，仍然沿用之前的舵機(jī)選型方式。新造船項(xiàng)目雖然已經(jīng)開始考慮UI SC 246要求，逐漸增大舵機(jī)扭矩余量，但是由于經(jīng)驗(yàn)不足及船廠成本控制等問題，并不能保證試航結(jié)果一定能滿足要求。

針對上述問題，可以采用如下解決方案：

5.2.1 舵扭矩?fù)Q算

通過試驗(yàn)記錄的吃水可以換算出舵葉在水中的浸沒面積AT。將AT代入式（1）可以計(jì)算出這一吃水狀態(tài)下舵扭矩QT。利用UI SC 246規(guī)范中扭矩與油壓線性等比關(guān)系，通過計(jì)算試航扭矩QT與舵系計(jì)算得到的全浸沒扭矩Q及試航狀態(tài)時(shí)的油壓pT，可以計(jì)算出舵葉全浸沒狀態(tài)下的油壓pF，見式（6）。

計(jì)算得到的壓力值pF如果在舵機(jī)的安全工作油壓范圍內(nèi)，則可以認(rèn)為滿足規(guī)范要求。這一計(jì)算方法以扭矩反推泵組油壓數(shù)值，合理地避開了規(guī)范公式中關(guān)于1.25系數(shù)的要求。

5.2.2 采用詳細(xì)臨界攻角計(jì)算

在試航狀態(tài)下記錄泵組油壓最大時(shí)舵葉的角度θ1，該角度可以看作試航狀態(tài)下的臨界攻角，再通過普蘭特公式換算出全浸沒時(shí)的臨界攻角θ2，通過cosθ2/cosθ1代替公式中 1.25 系數(shù)，見式（7）。

原公式中1.25系數(shù)就是根據(jù)舵葉攻角數(shù)據(jù)簡化而來。由于取值略保守，所以造成計(jì)算結(jié)果偏大。將被簡化步驟重新代入公式中，計(jì)算結(jié)果會(huì)更加準(zhǔn)確。由于轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)、擺缸式舵機(jī)θ=0，所以該方法僅適用于柱塞式舵機(jī)。

5.2.3 取消1.25系數(shù)后計(jì)算

前面提到轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)、擺缸式舵機(jī)θ=0，所以對這2種舵機(jī)來說整體的計(jì)算公式可以進(jìn)一步簡化如下，見式（8）。

如果采用的轉(zhuǎn)葉舵機(jī)或擺缸式舵機(jī)，建議與船級社商議將公式簡化處理。

6 舵系設(shè)計(jì)建議

UI SC 246的生效，對于舵系設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響很大。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案并不涉及到如此惡劣的極限工況，對于舵機(jī)的要求也沒有如此嚴(yán)苛。規(guī)范中對于扭矩的安全系數(shù)是出于偏安全考慮，那么在利用泵組油壓進(jìn)行近似計(jì)算的時(shí)候還保留1.25的安全系數(shù)則有待商榷。在舵機(jī)設(shè)計(jì)過程中，泵組作為主要?jiǎng)恿卧呀?jīng)保留了1.25的安全系數(shù)，也就是“設(shè)計(jì)壓力=1.25×最大工作壓力”，最大工作壓力對應(yīng)的是舵機(jī)最大扭矩。如果在計(jì)算過程中再增加1.25倍的系數(shù)，相當(dāng)于泵組的設(shè)計(jì)壓力至少要達(dá)到1.56倍的最大工作壓力，這直接導(dǎo)致了全浸沒狀態(tài)壓力換算后設(shè)計(jì)壓力無法滿足要求。

為了避免上述問題，在舵系設(shè)計(jì)過程中推薦轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)。首先是其扭矩輸出恒定，并且不存在臨界攻角問題，可以與船級社探討取消1.25系數(shù)。這樣在舵機(jī)選型、舵葉設(shè)計(jì)、扭矩計(jì)算方面都可以沿用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。

如果船東堅(jiān)持選擇柱塞式舵機(jī)，在設(shè)計(jì)過程中要盡量采用較大平衡比舵葉，在保證舵力的同時(shí)，盡可能的減小舵機(jī)扭矩。處理好升力和阻力的負(fù)面影響，為舵機(jī)選型留有足夠的裕度。

此外，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意，如果設(shè)計(jì)的項(xiàng)目在試航狀態(tài)下舵葉無法達(dá)到全浸沒狀態(tài)，那么舵機(jī)一定要采用定量泵。UI SC 246的所有計(jì)算都是針對定量泵要求，并不適用于變量泵，并且明確要求采用變量泵舵機(jī)一定要進(jìn)行舵葉全浸沒試驗(yàn)。

7 結(jié)語

總體來看，UI SC 246主要是針對舵機(jī)性能方面提出的新的要求。為保證船舶航行的安全，在極限工況下能夠緊急規(guī)避危險(xiǎn)，是偏安全性的考慮。為了增加普遍適用性而刻意增大安全系數(shù)，導(dǎo)致規(guī)范公式的通用性并不是很強(qiáng)。規(guī)范推出至今，各大船級社也沒有給出較為合理性的解讀。

對于該規(guī)范，設(shè)計(jì)方、船東方、建造方、船級社各個(gè)方面都還在一個(gè)摸索試探的階段。希望經(jīng)過一段時(shí)間的檢驗(yàn)，對于規(guī)范執(zhí)行過程中出現(xiàn)的問題，IACS方面能夠做出更為合理的修正。