舵設備

舵設備是用舵使船在航行中保持所需航向、改變原來航向或進行旋迴運動的有關裝置的總稱。主要由舵、舵機及轉舵裝置、操舵裝置等設備組成，分別安裝在船尾下部、舵機間和駕駛台。

舵設備由操舵裝置、傳動裝置、動力裝置、轉動裝置、舵裝置和操縱裝置等6個主要部分組成。舵設備主要由舵葉、轉舵裝置、舵機、操舵裝置和傳動裝置等部分組成。其中舵機和轉舵裝置安裝在船尾 ^[2]  。

舵機是將操舵指令傳遞給舵的動力裝置。用電動機轉舵的叫電動舵機；用電動機拖動液壓泵進行傳動轉舵的叫電動液壓舵機。舵裝置由舵及其支承部件組成，通常位於艉部。舵由木質或金屬等材料製成的平板或流線型部面的板狀結構。具有舵角的舵面與水流作相對運動產生水動力，通過舵杆傳遞至船體，推動船舶旋轉。船舶通常裝有1個或2—3個舵 ^[3]  。

船舶舵設備按驅動動力分為人力舵設備、蒸汽舵設備、電動舵設備與電動液壓舵設備。液壓舵設備具有體積小、重量輕、轉矩大、靈敏度高的特點，工作平穩安全可靠，能緩衝風浪對舵葉的衝擊，運轉噪音低、振動小，而且可實現無級變速，功率的範圍廣。所以現代化的大中型船舶上，廣泛採用液壓舵設備。

舵設備能使船舶具有航向穩定和迴轉性能。按有無舵機可分為有舵機舵和無舵機舵兩種。有些船舶利用推進設備兼作舵設備。海船一般配有人工舵和自動舵兩種操作裝置，自動舵可根據人預先的指示轉向或保持原航向。舵設備是船舶的重要組成部分，如有故障，應及時修理，否則船舶將處於不適航狀態 ^[4]  。

舵是由槳演變而來的。早期的船是用裝在船尾的槳來控制航向。後來將槳固定在船尾中線處，成為可轉動的專用舵。舵由舵葉和舵杆兩部分組成。

舵的種類很多。根據舵葉的剖面形狀區分，有平板舵和流線型舵。平板舵舵葉由金屬板或木板製成，水平剖面呈直線形，結構簡單，在帆船上廣泛使用。流線型舵的舵葉以水平隔板和垂直隔板作為骨架，外覆鋼板製成水密的空心體，水平剖面呈機翼形，阻力小，升力大，應用廣泛。根據舵杆軸線在舵葉上的位置區分，有平衡舵、不平衡舵和半平衡舵 ^[5]  。

平衡舵的舵杆軸線在舵葉靠中前位置，舵壓力中心至舵杆軸線的距離較小，所需轉舵力矩也小，從而可減少轉舵所需的舵機功率。它的缺點是舵在工作時容易擺動，對航向穩定性不利。不平衡舵的舵杆軸線在舵葉導邊處，舵壓力中心至舵杆軸線的距離較大，所需轉舵力距也大。半平衡舵是舵葉上半部分為不平衡舵，下半部分為平衡舵。不平衡舵和半平衡舵有利於保持航向的穩定性，但需要較大的舵機功率。根據舵的支承方式區分，有多支承舵、雙支承舵、懸掛舵、半懸舵。多支承舵的舵葉由幾個舵銷同舵柱連接，一般為不平衡舵。雙支承舵的舵葉有上、下兩個支承件。懸掛舵的舵葉懸掛於船體下面，無下支承，舵杆受彎矩大，常用作多舵船的邊舵。半懸舵的舵葉上半部連接在舵柱上，下半部呈懸掛狀。根據舵板數量區分，有單板舵和雙板舵。單板舵舵葉由一層平板構成，結構簡單，航行時阻力較大，轉舵後產生的舵壓力較小，性能較差。雙板舵又稱復板舵，舵葉由兩層板製成，性能較單板舵好。

為改善船舶操縱性能和推進效率，船上常設置一些特殊形式的舵。①導流罩舵：在舵葉中部正對螺旋槳軸線處裝有一個流線型的導流罩，導流罩改善了螺旋槳後水流情況，可以提高推力和減小船尾振動。②襟翼舵：整個舵葉由主舵葉和襟翼組成，轉舵時襟翼的轉角可大於主舵葉的轉角，方向可以變換，從而提高舵效或減小舵杆扭矩。③反應舵：舵葉前部有向左右舷相反方向扭曲的部分，對經螺旋槳的水流可起導流的作用，從而減小阻力，增大推力。④主動舵：在舵葉後端裝有小螺旋槳或導管推進器，轉舵時可發出推力，增加船舶的轉向能力，也可用以推船緩行。⑤反射舵：由螺旋槳兩側各一塊可繞軸旋轉的弧形片組成，弧形片的旋轉可獨立控制，按其相對位置，在螺旋槳不逆轉的情況下，將尾流導向某一方向或變向，使船舶轉向或倒航。⑥差動舵：由多舵葉組成，利用各舵葉的不同轉動角度把尾流導向一側，以提高船舶轉向能力。⑦噴射舵：舵葉內裝有導管，後端開有噴口，利用從噴口高速噴出水流的作用來提高船舶的迴轉性能。⑧並聯舵：在同一螺旋槳尾流中由兩個同步轉動的舵並聯而成，可以增大舵面積，提高舵效。⑨多葉舵：一根舵杆上裝有兩個或兩個以上舵葉，作用與並聯舵同。

舵通常安裝在船尾螺旋槳後面，可以利用螺旋槳尾流提高舵的效率。也有裝在螺旋槳前面的舵，稱倒車舵。裝在船首部的舵，稱首舵，用以改善船舶倒航時的操縱性。多舵船上，位於船體中縱剖面的舵稱中舵；位於兩側的稱邊舵。氣墊船、水翼船等離開水面航行的船，船體上部設空氣舵操縱船舶。水下航行的船設水平舵控制船舶升降。

舵型的選擇，取決於船舶的類型、大小、尾型和推進裝置的類型。舵的數量和舵面積的大小對船舶操縱性影響很大。海船通常採用單舵，內河船則因航道彎曲而複雜常設有2～3個舵。舵面積一般根據船型、螺旋槳和舵的數目、船長和滿載吃水等確定。舵面積的大小，一般用舵面積比（舵面積同船舶長度和設計吃水乘積之比）表示。海船單螺旋槳單舵的舵面積比為1.6%～2.2%，雙螺旋槳單舵的為1.5%～2.5%；油船的為1.3%～2.0%；沿海船的為2.3%～3.3%，內河船的為2.1%～5.0%。

舵轉動時產生的迴轉力矩的大小取決於舵角，即轉舵後舵葉與正舵位置的夾角。當舵角為0°或90°時，迴轉力矩等於零，當舵角為37°時，迴轉力矩達到最大值。通常將最大舵角控制在35°以內，該舵角稱為有利舵角。

操舵裝置是保證將操舵指令及時傳遞給舵機的裝置，是將舵轉至所需角度的裝置。可分為人力操舵裝置和動力操舵裝置兩類。操舵裝置主要由通常設於船舶尾部的舵機、設在駕駛台的操縱裝置和傳動裝置組成。舵機是轉動舵的機械，有電動液壓舵機和電動機械舵機。操縱裝置是使舵機能按照駕駛者意圖及時地、準確地將舵轉到所需舵角上的裝置，有電力式、液壓式、電動液壓式和機械式等多種。傳動裝置是連接舵機和操縱裝置的機構。現代大型船舶已廣泛使用自動操舵儀。

操舵裝置通常由操縱裝置、動力裝置、傳動裝置和舵角指示裝置組成。操縱裝置一般為操舵手柄或舵輪，用以發送操舵指令，驅動動力裝置使舵按預定指令轉動。動力裝置是輸出動力使舵轉動的機械，雙支承式平衡舵懸掛式半平衡舵半懸掛式半平衡舵多支承式不平衡舵多為電動舵機和電動液壓舵機。傳動裝置是連接操縱裝置、舵機和舵的機構。轉舵時舵手轉動操縱裝置，通過傳動機械帶動舵葉轉動；或由舵手轉動操縱裝置，控制動力裝置正轉、反轉或停轉，通過傳動裝置，驅使舵葉轉動，使舵轉至預定舵角。舵角指示裝置用來指示轉舵的角度，有機械舵角指示裝置和電動舵角指示裝置兩種，機械舵角指示裝置通常安裝在舵輪座上，由機械舵輪直接帶動。電動舵角指示裝置多由自整角機帶動，其發信器與舵柄直接相連，舵柄轉動時帶動發信器轉軸轉動。收信器裝於操舵部位，由於收、發信器是同步的，所以和收信器轉軸相連的指針能準確指示實際的舵角。陸軍船艇一般裝有兩套操舵裝置：一套裝在駕駛室操縱的主操舵裝置，船艇正常航行均使用主操舵裝置；另一套裝在舵機艙內的應急操舵裝置，當主操舵裝置損壞時，應急操舵裝置立即投入使用。陸軍船艇的應急操舵裝置多為人力驅動，使用時對船艇的航速、舵角有所限制。有的陸軍船艇裝有自動操舵儀，當船艇在寬闊水域按預定航向航行時，自動操舵儀能自動測出航向參數，反饋至系統的輸入端並與給定的航向比較，求出偏差角，放大成控制信號，具有自動保持船艇航向的功能 ^[5]  。