现代船舶减摇装置如何有效提升航行稳定性？-中国船舶网

船舶在海上航行时,会受到风、浪、流等环境因素的影响，产生摇荡运动，其中横摇（Roll）对船舶的安全性、舒适性、货物完好性和航行效率影响最大，现代船舶，特别是客船、滚装船、渡轮、大型邮轮、军舰以及某些特种工程船，都广泛配备了各种先进的减摇装置。

现代减摇装置主要分为两大类：被动式减摇装置和主动式减摇装置。

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被动式减摇装置

被动式装置无需外部能源输入,利用船舶本身的运动来产生与横摇相反的力矩，从而减摇，它们结构简单、可靠性高、成本低，但减摇效果和响应速度有限。

这是最常见的一种被动式减摇装置。

工作原理：
- U型减摇水舱：在船体内部左右两侧设置相互连通的水舱，中间有空气管连接，当船舶向一侧横摇时，水会因惯性流向另一侧，在船舶回到正中位置后，这些水会继续流动，产生一个与横摇方向相反的阻尼力矩，从而抑制横摇。
- 自由液面减摇水舱：在船宽方向设置一个或多个水舱，利用自由液面效应来产生稳定力矩，当船舶横摇时，水舱内的液体自由表面会始终保持水平，相对于船体产生一个与横摇方向相反的力矩。
优点：
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- 结构坚固,无需维护。
- 在中低海况下能有效减摇。
- 成本相对较低。
缺点：
- 在零航速或极低航速时效果不佳。
- 减摇效果有频率依赖性,只在船舶固有横摇频率附近最有效。
- 会增加船舶的重量和重心。

这是最简单、最普遍的减摇装置，几乎所有海船都会安装。

工作原理：安装在船体中线两侧的舵部（水下侧）的小型固定翼，当船舶航行时，水流流过鳍龙骨，产生与横摇方向相反的升力，从而形成稳定力矩，抑制横摇，它本身不产生主动控制，而是利用船舶航行时的水流来被动工作。
优点：
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- 结构极其简单,制造成本极低。
- 几乎无需维护。
- 在中高航速下能有效减摇,且航速越高，效果越好。
缺点：
- 在低航速或零航速时完全无效。
- 会增加航行阻力,略微降低航速和燃油经济性。

主动式装置需要外部能源（通常是液压或电力），通过传感器检测船舶的横摇运动，由控制系统主动驱动一个装置产生对抗力矩，它们响应快、减摇效果好，尤其是在恶劣海况和低航速下，但结构复杂、成本高、能耗大。

这是目前效果最好、应用最广泛的主动式减摇装置。

工作原理：与鳍龙骨类似，安装在船舵部的可转动的翼型鳍，但减摇鳍的鳍叶可以通过液压或电动机构主动转动，控制系统根据横摇传感器的信号，实时计算并调整鳍叶的角度，使其在水中产生一个精确、反向的升力，从而最大程度地抵消波浪的扰动力矩。
优点：
- 减摇效果极佳,最高可达90%以上。
- 响应速度快,能适应不断变化的海况。
- 在中高航速下性能卓越。
缺点：
- 系统复杂,初始投资和维护成本高。
- 在极低航速（通常低于5-7节）下，水流速度不足以产生足够的升力，效果会急剧下降。
- 收放机构复杂,不使用时需要将鳍叶收入船体内的箱体中，以减少航行阻力和避免损坏。

这是对被动式减摇水舱的升级版。

工作原理：在U型水舱的空气管路上安装强大的抽风机和阀门，控制系统根据横摇信号，主动调节水舱两侧的水位差，当船向右摇时，系统会启动风机将右侧水舱的空气抽到左侧，利用气压差将水从左侧“推”到右侧，快速产生一个巨大的稳定力矩。
优点：
- 在零航速和低航速下也能提供良好的减摇效果,这是减摇鳍无法比拟的。
- 减摇效果比被动式水舱好得多。
缺点：
- 系统复杂,能耗高。
- 重量和占用空间大。
- 噪音和振动较大。

这是一种利用物理学原理的减摇装置,常见于大型豪华游艇和部分军舰。

工作原理：在船体内高速旋转一个巨大的重型转子（陀螺仪），根据陀螺效应，当船舶试图横摇时，高速旋转的转子会产生一个垂直于横摇方向的进动力矩，通过控制转子的旋转轴方向，可以产生一个与横摇方向相反的力矩来稳定船舶。
优点：
- 减摇效果稳定,不受航速影响，在零航速下也有效。
- 不像水舱那样占用大量空间。
缺点：
- 设备非常重,成本极高。
- 系统复杂,维护困难。
- 启动和停止过程缓慢。
- 会产生高速旋转部件,带来安全隐患。

这主要用于海洋工程船、钻井平台等船舶，但其核心原理也用于减摇。

工作原理：通过船艉的推进器（如全回转推进器）精确控制推力，当传感器检测到船舶横摇时，控制系统会立即调整各推进器的推力大小和方向，产生一个反向的力矩来抵消横摇。
优点：
- 功能强大,不仅能减摇，还能实现船舶的精确定位和移动。
- 在零航速下效果显著。
缺点：
- 仅适用于本身就装有多个推进器的船舶。
- 能耗巨大,主要用于需要长时间在海上定点作业的船舶。

随着科技发展,一些新的减摇理念也在不断涌现。

工作原理：在船体艏部或舷侧安装一组喷气管，向水中高速喷射压缩空气，形成一层“空气幕”或“气泡帘”，这层气幕可以改变船体周围的流场，干扰波浪对船体的冲击力，从而起到减摇作用。
特点：主要在零航速下使用，常用于科考船、工程船等需要长时间驻泊的船舶，效果不如主动式鳍，但能耗较低。

为了结合不同系统的优点,现代船舶越来越多地采用混合式系统，最典型的组合是 “减摇鳍 + 主动式减摇水舱”。

装置类型	工作原理	航速依赖性	减摇效果	主要优点	主要缺点	典型应用船舶
鳍龙骨	被动水流升力	高航速有效	中等	极简单、可靠、便宜	低航速无效、增加阻力	几乎所有海船
减摇水舱 (被动)	液体惯性流动	中低航速有效	中等	坚固、无需能源	效果有限、增加重量	货船、散货船
减摇鳍	主动控制水流升力	中高航速有效	极佳	效果好、响应快	低航速失效、成本