“门舵”对船舶水动力特性的影响研究
摘要
门舵作为一种类似于加速导管的新型船舶节能和机动装置，提供额外推力的同时，
螺旋桨两旁可以单独控制的舵叶也可增强船舶的操纵性能。门舵在日本的一艘集装箱船
上实现首次全面应用，结果表明门舵在提高该船的推进效率、节省燃料的同时，还表现
出优良的操纵、噪音和振动特性。截至目前，对门舵的研究还在进一步完善当中。一方
面，针对门舵的设计、节能效果以及节能机理的研究大多是基于模型试验的方式，其在
设计精度、时间成本上有待于进一步提高；另一方面，针对门舵操纵性能的研究还处于
初步阶段。因此，本文针对JBC标模船，基于CFD和CAESES耦合方法开展了门舵的
匹配优化设计，探究了门舵的节能机理并预报其节能效果；并初步探究了计及船艉伴流
场条件下的门舵各操纵工况下的压力、诱导激振力以及流场特性。最终，通过本文的研
究形成了一套快速、完善的基于CFD的门舵匹配优化设计方法。安装门舵后，JBC船
的粘压阻力减少，在既定航速下体现出8.05%的节能效果，且门舵所产生的激振力较小。
首先对标模JBC船的阻力及自航进行数值计算，将计算结果与试验值进行对比，验
证了数值网格划分策略和数值计算方法的精度；基于CAESES实现了JBC船艉门舵的
参数化建模后，结合STARCCM+计算平台耦合实现了门舵的变参数计算，基于多元线
性回归分析方法完成了门舵特征参数的敏感度分析，并依据分析结果，得到了与JBC标
模匹配效果较优的门舵模型。
其次，对门舵-螺旋桨系统的敞水性能进行数值预报，分析门舵对螺旋桨敞水性能的
影响；再开展船-桨-门舵一体阻力及自航计算，对比船-桨-传统舵系统，分析门舵对船体
以及船后螺旋桨水动力性能的影响。
最后以船艉桨盘面处的轴向速度作为输入条件，对单独螺旋桨在伴流条件下的水动
力性能进行分析，与真实的船-桨进行比较以验证计算方法的精度；对直航工况、回转工
况下的桨-传统舵、桨-门舵系统的水动力性能进行计算比较分析；对桨-门舵系统的两种
特殊操纵工况进行计算，通过对其流场的压力、速度以及流线的分析，探究其操纵原理。
关键词：门舵；优化设计；敏感度分析；推进性能；伴流场；操纵工况
“门舵”对船舶水动力特性的影响研究
Abstract
ThegaterudderisanewtypeofMarineenergysavingandmaneuveringdevice,which
issimilartotheaccelerationductedpropulsor.Whileprovidingadditionalthrust,therudder
bladesonbothsidesofthepropellercanbecontrolledseparatelytoenhancetheships
maneuveringperformance.ThegaterudderwasfirstfullyappliedonacontainershipinJapan.
Theresultsshowedthatinadditiontoimprovingtheshipspropulsiveefficiencyandsaving
about14%offuelinseatrials,thegaterudderalsoshowedexcellentmaneuvering,noiseand
vibrationcharacteristics.Uptonow,theresearchofgaterudderisstillintheprocessoffurther
improvement.Ontheonehand,theresearchonthedesign,energy-savingeffectandenergy-
savingmechanismoftherudderismostlycarriedoutbasedonthemodeltest,a