第5章 舵設(shè)備(船舶結(jié)構(gòu)與設(shè)備課件)

第五章舵設(shè)備（二）新第一節(jié)舵設(shè)備的組成與作用第二節(jié)舵的種類和結(jié)構(gòu)第三節(jié)操舵裝置與控制系統(tǒng)第四節(jié)自動舵第五節(jié)自適應(yīng)舵與自動駕駛儀第六節(jié)舵令及操舵的基本方法第七節(jié)舵設(shè)備的檢查\保養(yǎng)和試驗第一節(jié)舵設(shè)備的組成與作用一、舵設(shè)備的組成1.舵通常安置在船尾，承受水流的作用，以產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)船力矩使船回轉(zhuǎn)。2.舵機及其轉(zhuǎn)舵裝置安置在尾尖艙甲板平臺上的舵機艙內(nèi)。舵機為轉(zhuǎn)舵的動力源，通過轉(zhuǎn)舵裝置(也稱傳動機構(gòu))將力矩傳給舵桿，以帶動舵葉轉(zhuǎn)動。舵機和轉(zhuǎn)舵裝置統(tǒng)稱為操舵裝置。3.操舵裝置控制系統(tǒng)主要部件設(shè)于駕駛室內(nèi)，將舵令通過電力或液壓控制系統(tǒng)由駕駛室傳遞給舵機，以控制其動作。1-舵；2-轉(zhuǎn)舵機構(gòu)；3-舵機；4-操舵機構(gòu)；5-操舵器舵設(shè)備的組成示意圖

1.操舵裝置操舵器、舵角指示器、傳動裝置2.舵機 動力與轉(zhuǎn)舵機構(gòu)3.轉(zhuǎn)舵裝置舵柄、舵扇4.止舵裝置限位開關(guān)、止舵器5.舵裝置舵裝置1.上舵承(連支承舵)2.下舵承(連接船體與舵)3.舵桿(傳遞扭矩)4.連接件(連接舵葉與舵桿)5.舵葉(產(chǎn)生水動壓力)6.舵銷(回轉(zhuǎn))7.舵托(托舵并支承)

舵與船體的連接

連接式插入連接式

整體式

1.舵壓力的產(chǎn)生

船舶前進中，當舵中與船的縱中剖面相重合時，作用在舵上的水流是對稱的，此時，如無其它外力作用，船舶應(yīng)作直線運動。

當把舵葉向右轉(zhuǎn)動，舵與船縱中剖面成一交角(稱為舵角)δ時，由于兩側(cè)水流的對稱性被破壞，舵迎流面和背流面出現(xiàn)流速不等，舵上便產(chǎn)生一水壓力P。水壓力P與r的合力即構(gòu)成舵壓力R，將舵力R按船首和橫向進行分解，則可得到轉(zhuǎn)船力A和對航行產(chǎn)生的阻力W。二、轉(zhuǎn)船的基本原理下面僅給出喬塞爾（Joessel）普通舵實驗時的近似計算式：所受力矩為：

當船長、舵葉面積、舵速一定時，轉(zhuǎn)船力矩隨舵角而變。對于一般的海船來說，舵角約等于32～35度左右，可達到最大值。若再增大時，反而下降，故除了特種舵外，一般把等于32～35度稱為使用極限舵角。船上對此使用了止舵器或限位器，能使舵角不超過35度。舵力轉(zhuǎn)船力矩及極限舵角2.轉(zhuǎn)船力矩

舵力的大小與舵角δ、舵葉面積、舵的前進速度和舵的斷面形狀等因素有關(guān)。

1）假設(shè)船舶重心位于船中，舵力作用中心距尾垂線的距離與船長相比很小，因此，可以近似地認為舵力作用中心位于尾垂線2）理論和實驗證明：舵的進速增大，舵力也就明顯增大；當舵速VR一定時，轉(zhuǎn)船力矩Mδ隨舵角δ而變，一般船舶的最大有效舵角為32o～35o左右，若再增大舵角δ，則Mδ開始開降。因此，把舵角32o～35o稱為使用極限舵角。

舵設(shè)備是操縱船舶的主要設(shè)備，其作用是使在航船舶保持所需航向、改變原來航向或進行旋回運動。三、舵設(shè)備的作用第二節(jié)舵的種類和結(jié)構(gòu)一、舵的種類（一）按剖面形狀分類

1.平板舵（又稱單板舵），舵葉為一塊平板。舵因強度低、阻力大，僅用于非自航船、帆船或小艇上。2.流線型舵(又稱復板舵)舵是在骨架的外圍用復板覆蓋而成的，強度高，舵葉剖面呈流線型；因內(nèi)部空心和水密，從而產(chǎn)生一定浮力，減少了舵承上的壓力。水動力性能好，舵的升力系數(shù)大，阻力小，舵效高。舵構(gòu)造比較復雜，但由于具有較多的優(yōu)點而被廣泛采用。二、按舵面積對轉(zhuǎn)軸的分布分類1.不平衡舵(又稱普通舵)，其舵葉全部位于舵桿軸線之后，舵鈕支點較多，舵桿強度容易得到保證。舵的水壓力中心離轉(zhuǎn)動軸較遠，轉(zhuǎn)舵時需要較大的轉(zhuǎn)舵力矩，只適用于小船。二、按舵面積對轉(zhuǎn)軸的分布分類2.平衡舵舵桿軸線位于舵葉的前后緣之間，在舵桿軸線之前的舵葉是起平衡作用的，這部分的面積與舵葉全部面積之比稱為平衡比度或平衡系數(shù)，一般在0.2～0.3之間。舵減少了舵繞軸回轉(zhuǎn)的力矩，所需舵機功率相應(yīng)可以減少，是目前海船上廣泛應(yīng)用的一種舵。二、按舵面積對轉(zhuǎn)軸的分布分類3.半平衡舵舵的下半部為平衡舵，上半部為不平衡舵，使平衡比度介于平衡舵和不平衡舵之間，即0.2以下。適用于尾柱形狀比較復雜的船舶。二、按舵面積對轉(zhuǎn)軸的分布分類

a-不平衡舵b-平衡舵c-半平衡舵d-平衡懸掛舵三、按舵葉的支承情況分類

1）雙支承舵：有兩個支承點的舵。

2）多支承舵：多于兩個支承點的舵。支承點可為舵承、舵鈕和舵托等。

3）懸掛舵：僅在船舶內(nèi)部設(shè)有支承點，舵桿受彎矩大，常用作多舵船的邊舵。

4）半懸掛舵：舵葉上半部連接在舵柱上，下半部呈懸掛狀。三、按舵葉的支承情況分類半平衡舵不平衡舵

三支點平衡舵

穿心舵軸平衡舵半懸掛舵懸掛舵

多支承舵

雙支承舵

四、特種舵1）反應(yīng)舵（reactionrudder）：又稱迎流舵，它以螺旋槳的軸線為界，舵葉的上下線型分別向左右扭曲一些，使由螺旋槳射出的水流對舵沒有沖擊作用，而離開舵時呈直線向后流去。結(jié)果舵居中時舵的上下兩部分具有舵壓力，且具有向前的分力，助船推進，即能從尾流中收回一部分旋轉(zhuǎn)的動能增加推力。

反應(yīng)舵2）主動舵（activerudder）：在舵葉后端裝有小螺旋槳或?qū)Ч芡七M器，轉(zhuǎn)舵時可發(fā)出推力，增加船舶的轉(zhuǎn)向能力；另外，即使是在低速甚至停車時，操作小螺旋槳仍可得到轉(zhuǎn)頭力，推船緩行，大大提高了船舶的操縱性。這種舵適用于對操縱能力要求高、靠離碼頭比較頻繁的船舶，例如引水船、渡輪、科學考察船等。

主動舵3）襟翼舵（flap-typerudder）：又稱可變翼形舵。襟翼舵有助于使舵葉面產(chǎn)生更大的流體動力，從而使船舶獲得較大的轉(zhuǎn)船力矩，提高了舵效或減小了舵桿扭矩，舵機功率也較??；

使用襟翼舵，航向改變可以用較小的舵角，使船舶改向時失速較小，從而減少了油耗。價格偏高，維護保養(yǎng)要求也比較高。

齒輪襟翼式舵1-舵葉（rudderblade）；2-位于舵桿筒內(nèi)的舵桿（Rudderstockinruddertrunk）；3-襟翼（flap）；4-鉸軸（hingeline）；5-舵機（steeringengine）；6-舵機座（steeringenginefoundation）；7-密封套與軸承（glandandbearing）；8-舵頂（rudderdome）；9-舵承（ruddercarrier）10-轉(zhuǎn)動襟翼的傳動裝置（flapactuator）

4）整流帽舵（bulbrudder）:即在普通流線型舵的正對螺旋槳的軸線延長部位，加一個流線型的圓錐體，俗稱整流帽，它有利于改善螺旋槳后的水流狀態(tài)。

5）轉(zhuǎn)動導流管舵拖船等船舶為了增加推進效率，在其螺旋槳外圍套裝導流管并在其后端處裝一舵葉。這類舵有兩種形式，一種是用焊接法將導流管固定在船尾骨架上，導流管不動而舵葉可以轉(zhuǎn)動；另一種導流管與舵葉可在允許角度內(nèi)一起轉(zhuǎn)動。這種舵除增加推進效率外，還可以起到保護螺旋槳，防止繩索纏入等作用。6）倒車舵（1）正車整流，加強正車舵效；（2）倒車舵效；（3）側(cè)移功能。7）全向推進器又稱Z軸螺旋槳。能繞豎軸作360度旋轉(zhuǎn)，用以推進和操縱船舶的螺旋槳或?qū)Ч芡七M器。主機輸出功率通過一級傘齒輪轉(zhuǎn)動豎軸，再通過二級傘齒輪傳遞給推進器，形成一個Z字形傳動系統(tǒng)。另設(shè)有油壓泵驅(qū)動蝸輪蝸桿，以驅(qū)使整個推器裝置作360°水平回轉(zhuǎn)。Z形軸系與導流管螺旋槳全部安裝在一個圓筒體上，整個裝置可吊出或安裝在甲板開口處。轉(zhuǎn)向螺旋槳的單位馬力推力大，操縱性能良好，裝雙全向推進器的拖輪具有就地回轉(zhuǎn)、平移、倒退等能力。后退推力與前進推力基本相同，可以駕機合一遙控作業(yè)。導管前安裝網(wǎng)罩可保護螺旋槳。這種舵適用于港作拖輪等小型船舶。8）組合舵（unitrudder）：也稱希林舵或工字型舵。在流線型舵葉的上下兩端各安裝一塊制流板，可減少舵葉兩端的繞流損失，而進一步改善舵的流體動力性能，特別適用于內(nèi)河、運河和限制航道水域船舶的小展舷比的舵型（舵高h與舵寬b的比值稱為展舷比）。其舵角可以在±75°范圍內(nèi)使用，在低速時船舶的操縱性能較為優(yōu)越，如采用雙舵并異步控制可提供向后的推力，無需倒車裝置，如采用首推器可與此種雙舵配合可以實現(xiàn)船舶橫向平移。圖

組合舵9）側(cè)推器二、選擇舵剖面和外形的原則

1.一定的舵面積，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)船力矩越大越好。

2.用小舵角，即能糾正航向上的偏差，盡量選用較大的展弦比或設(shè)法減少翼端擾流損失，如采用具有上下制流板的希林舵。

3.轉(zhuǎn)舵力矩越小越好，以便減少舵機的功率。為此可以采用半平衡舵、平衡舵。

4.阻力要小，為此一方面要選用反應(yīng)舵、迎流反應(yīng)舵以增進推進效率，另一方面選用剖面時要注意其阻力系數(shù)曲線變化越低越好。5.在最大航速及最大舵角范圍內(nèi)，舵本身無空泡現(xiàn)象發(fā)生，為此舵的導邊越肥越好。

6.選擇舵的外形應(yīng)盡可能符合強度的要求，如懸掛舵采用上底大下底小的梯形等。

7.注意工藝簡便，一般宜采用長方形等等。三、舵的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代商船的舵多采用復板的空心流線型舵，

一般流線型平衡舵的結(jié)構(gòu)主要由舵葉、舵桿、舵承三部分組成。

1-舵桿（rudderstock）；2-水平法蘭接頭（horizontalcouplingflange）；3-舵軸（ruddershaft）；4-垂直法蘭接頭（verticalcouplingflange）；5-舵頂板（rudderdome）；6-上軸承（upperruddercarrier）；7-舵板（rudderplate）；8-舵軸襯套（ruddershaftsleeve）；9-下軸承（lowerruddercarrier）；10-下軸套（lowerruddersleeve）；11-舵軸承座（ruddershaftfoundation）；12-圓螺母（acornnut）；13-舵底塞（rudderbottomplug）；14-豎向肋板（verticalfloor）；15-舵底板（rudderbottomplate）；16-橫向肋板（lateralfloor）；17-舵板（rudderplate）；18-吊環(huán)板（hoistingringplate）；19-復板舵（doubleplaterudder）

1.舵葉

按規(guī)范要求，舵葉焊成后，每個密封部分都應(yīng)進行密性試驗。常用的密性試驗方式為在一定的水柱高度條件下的灌水和充氣試驗等。

試驗水壓高度可由P=1.2d+V2/60(m)計算,其中d表示滿載吃水（m）、V的含義是船速（kn）密性試驗合格后，通常在舵葉內(nèi)灌上瀝青，以防舵葉內(nèi)部銹蝕。為了灌放水和防腐瀝青。在舵葉上部和下部開有小孔，并配有不銹金屬（黃銅）制成的栓塞，稱為舵底塞。

1.舵葉（rudderstock）

舵桿是舵葉轉(zhuǎn)動的軸，并用以承受和傳遞作用在舵葉上的力及舵給予轉(zhuǎn)舵裝置的力。其下部與舵葉連接，上部與轉(zhuǎn)舵裝置相連。

為了使舵在受損時不必拆開船體內(nèi)的部分就能修理，把舵桿分作上舵桿和下舵桿兩段制造，然后用法蘭接頭連接。上舵桿的頂端稱舵頭。舵頭通過舵桿套筒伸至舵機室與轉(zhuǎn)舵裝置相連接。上舵桿下端是法蘭接頭，與舵葉連接。

為了使萬一法蘭螺母脫落而螺栓不至滑落，安裝時，螺母應(yīng)朝下，并用水泥包搪。

2．舵桿（rudderstock）

舵桿是舵葉轉(zhuǎn)動的軸，并用以承受和傳遞作用在舵葉上的力及舵給予轉(zhuǎn)舵裝置的力。其下部與舵葉連接，上部與轉(zhuǎn)舵裝置相連。

為了使舵在受損時不必拆開船體內(nèi)的部分就能修理，把舵桿分作上舵桿和下舵桿兩段制造，然后用法蘭接頭連接。上舵桿的頂端稱舵頭。舵頭通過舵桿套筒伸至舵機室與轉(zhuǎn)舵裝置相連接。上舵桿下端是法蘭接頭，與舵葉連接。

為了使萬一法蘭螺母脫落而螺栓不至滑落，安裝時，螺母應(yīng)朝下，并用水泥包搪。

（a）垂直嵌接（verticalscarf）；（b）水平法蘭（horizontalflange）；（c）垂直法蘭（verticalflange）舵桿接3．舵承（ruddercarrier）

舵承是用來支持舵桿、支承舵的重量及保證船體水密的設(shè)備。按其位置可分為上舵承和下舵承兩種。舵裝置布置圖1-電動舵機（electricsteeringgear）；2-舵扇（rudderquadrant）；3-上舵承（upperruddercarrier）；4-舵桿（rudderstock）；5-舵桿套筒（rudderstocktrunk）；6-下舵承（lowerruddercarrier）

圖5-21上舵承圖5-22下舵承圖5-23只設(shè)上舵承

操舵裝置一般多設(shè)于尾尖艙平臺甲板上，按公約和規(guī)范分為主操舵裝置和輔助操舵裝置；按動力源分為電動操舵裝置和液壓操舵裝置。

主操舵裝置指在正常情況下使舵產(chǎn)生動作所必須的機械、轉(zhuǎn)舵機構(gòu)、舵機裝置動力設(shè)備及其附屬設(shè)備和向舵桿施加轉(zhuǎn)矩的部件（如舵柄及舵扇）。

輔助操舵裝置指在主操舵裝置失效時，為駕駛船舶所必須的設(shè)備。第三節(jié)操舵裝置及控制系統(tǒng)操舵裝置一、電動操舵裝置電動操舵裝置（electricsteeringgear）主要由電動機、傳動齒輪、舵扇和舵柄等組成。

其工作原理是：由操舵裝置控制系統(tǒng)控制電動機1帶動蝸桿2，蝸輪3。因為齒輪4和蝸輪3是同軸的，所以就帶動舵扇5。舵扇是松套在舵桿8上的，它的轉(zhuǎn)動通過緩沖彈簧6推動舵柄7，而舵柄7用鍵套在舵桿上，所以舵柄轉(zhuǎn)動就使舵偏轉(zhuǎn)。圖5-24齒扇式轉(zhuǎn)舵裝置與電動舵機1）蝸桿渦輪；減速比大，轉(zhuǎn)矩大；其機械傳動中的自鎖作用，可放置舵葉在受外界沖擊作用下發(fā)生逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，從而起到保護電動機作用。電動隨動操舵系統(tǒng)

2）緩沖彈簧用以吸收波浪對舵的沖擊力。舵扇下面裝有楔形塊，停泊時打上楔形塊可剎住舵扇，防止舵受浪沖擊而損壞舵機。電動操舵裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，工作可靠，適用于中小型船舶上。

電動操舵裝置的特點：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，傳動可靠，噪聲大，占用面積大，較廣泛應(yīng)用于中小型船舶。

二、液壓操舵裝置它的特點是具有傳動平穩(wěn)、無噪音、操作方便、易于遙控、能實現(xiàn)無級調(diào)速。1．往復式液壓舵機由操舵裝置控制系統(tǒng)啟動電機帶動變量泵，變量泵從一對油缸中抽油，同時向另一對油缸輸油，使活塞在油壓作用下移動，帶動舵柄，從而轉(zhuǎn)動舵葉。如果油泵改變翰油方向，舵就反向轉(zhuǎn)動。往復式液壓舵機的油缸數(shù)還可以為1個或者1對，根據(jù)SOLAS的規(guī)定要求，如果其中一個油缸出現(xiàn)故障，另一個油缸仍能正常工作。a）四缸柱塞式（b）二缸柱塞式圖5-25往復式液壓舵機示意圖（1-舵桿；2-舵柄；3-油缸；4-液壓管線；5-電動機；6-電動機和液壓電源設(shè)備之間的保護管套；7-變量油泵）2．轉(zhuǎn)葉式液壓舵機油缸體之內(nèi)有三個定葉和三個轉(zhuǎn)葉，將油缸體分成六個工作腔，工作腔內(nèi)充滿油液，定葉與缸體固接，轉(zhuǎn)葉用鍵固連在舵桿上．開動電機使變量油泵工作，遙控油泵的控制桿控制油液流向和流量，通過管路向三個對應(yīng)的工作腔送油，從另外三個工作腔排油。則轉(zhuǎn)葉按照順時針或反時針方向轉(zhuǎn)動，帶動舵桿使舵葉轉(zhuǎn)出相應(yīng)的角度。圖5-26轉(zhuǎn)葉式液壓舵機示意圖1-舵桿（rudderstock）；2-轉(zhuǎn)葉（rotaryvane）；3-帶有油管的固定分隔腔（fixeddivisionblockswithoillines）4-油缸體（cylinderbody）(轉(zhuǎn)葉式液壓航機原理圖

)三、輔助操舵裝置輔助操舵裝置（supplementsteeringgear）是在主操舵裝置（如前述電動操舵裝置、液壓操舵裝置）失效時，為應(yīng)急操舵而補設(shè)的一種操舵裝置，有時也稱應(yīng)急操舵裝置。在舵機室里的這些裝置不應(yīng)屬于主操舵裝置的任何部分，但可共用其中的舵柄、舵扇或其他等效用途的部件。四、舵角限位器

航行中船舶使用的最大有效舵角，一般流線型舵為32度，平板舵為35度。為了防止在操舵時實際舵角太大而超過有效舵角，在操舵裝置的有關(guān)部位設(shè)置舵角限位器（rudderanglestopper）。舵角限位器有機械、電動等多種類型。機械舵角限位器可以設(shè)在舵葉上或下舵桿與舵柱的上部。

圖5-27舵角限位器1-舵（rudder）；2-尾柱（sternpost）；3-舵桿（rudderstock）

另外，還有在舵柄兩側(cè)極限舵角位置處裝設(shè)角鐵架。當舵轉(zhuǎn)到滿舵時，舵柄被角鐵架擋住，不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。電動舵角限位器為裝于舵柄兩側(cè)極限位置的開關(guān)。當舵轉(zhuǎn)到滿舵時，舵柄與其相連的裝置使開關(guān)處于斷路位置，與開關(guān)串連的舵用電機即停止向某一舷繼續(xù)轉(zhuǎn)動．當舵機電機反轉(zhuǎn)時，舵柄或與其相連的裝置和開關(guān)脫離接觸，開關(guān)即在彈簧的作用下回到通路位置。五、操舵裝置的基本要求1．對一艘船舶應(yīng)滿足如果設(shè)置一個主操舵裝置和一個輔助操舵裝置，對主輔操舵裝置的布置，應(yīng)滿足當它們中的一個失效時應(yīng)不致使另一個失靈。2．主操舵裝里舵桿應(yīng)能滿足1）具有足夠的強度并能在最大營運前進航速時進行操舵，使舵自任一舷的35度轉(zhuǎn)至另一舷的35度，并且于相同條件下自一舷的35度轉(zhuǎn)至另一膠的30度所需的時間不超過28s。2）為了滿足上款的要求，當舵柄處的舵桿直徑（不包括航行冰區(qū)的加強）大于120mm時，該操舵裝置應(yīng)為動力操作。3）設(shè)計成船舶最大后退速度（指船舶在最大航海吃水情況下用設(shè)計的最大后退功率估計能達到的速度）時不致?lián)p壞。但這二設(shè)計要求不需要在試航中的最大后退速度和最大舵角進行驗證。3．輔助操舵裝置里應(yīng)能滿足1）具有足夠的強度和足以在可駕駛的航速下操縱船舶，并能在緊急時迅速投入工作。2）能在最大營運前進航速的一半但不小于7kn時進行操舵，使舵自一舷的15度轉(zhuǎn)至另一舷的15度，且所需時間不超過60s。3）為了滿足上款的要求，在任何情況下，當舵柄處的舵桿直徑（不包括航行冰區(qū)的加強）大于230mm時，該操舵裝置應(yīng)為動力操作。4）人力操舵裝置只有當其操作力在正常情況下不超過160N時方允許裝船使用。4．主、輔操舵裝置動力設(shè)備的布置應(yīng)能滿足1）當動力源發(fā)生故障失效后又恢復輸送時，能自動再啟動。2）能從駕駛室使其投人工作。3）任一臺操舵裝置動力設(shè)備的動力源發(fā)生故障時，應(yīng)在駕駛室發(fā)出聲、光警報。4）如主操舵裝置具有兩臺或幾臺相同的動力設(shè)備，則在下列條件下可不設(shè)置輔助操舵裝置：（1）對于客船，當任一臺動力設(shè)備不工作時，主操舵裝置仍能按上21）的規(guī)定進行操舵。（2）對于貨船，當所有動力設(shè)備都工作時，主操舵裝置能按上21）的規(guī)定進行操舵。（3）主操舵裝置應(yīng)布置成當其管系或一臺動力設(shè)備發(fā)生單項故障時，此缺陷能被隔離，使操舵能力能夠保持或迅速恢復。第三節(jié)操舵裝置及控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)

操舵裝置控制系統(tǒng)是使舵機能按照駕駛者意圖及時地、準確地將舵轉(zhuǎn)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。它由發(fā)送器、接受器、液壓控制泵及電動機、電動機控制器、管路和電纜組成．現(xiàn)代船舶操舵裝置的控制系統(tǒng)主要有液壓控制和電力控制兩種。一、液壓控制系統(tǒng)液壓控制系統(tǒng)（hydraulictelemotor）實質(zhì)上是通過一充滿甘油和水的連通器將駕駛臺的操舵動作傳達到舵機上。連通器的一端放置在駕駛臺稱為發(fā)送器；而另一端設(shè)在舵機間，它接受發(fā)送器傳來的操舵信息，稱為受動器，二者之間一般用銅管相連；發(fā)送器液壓管系中不應(yīng)混入空氣，否則會導致實際舵角與發(fā)送器舵角指示器度數(shù)不一致。當操舵時，發(fā)送器動作，使一根管中液體壓力比另一根大，推動了受動器相應(yīng)動作以達到遙控操舵的目的。

轉(zhuǎn)動舵輪1，通過傳動齒輪2、軸5、小齒輪6和齒條7，使發(fā)送器液缸3里的活塞4向上移動，把液缸內(nèi)的油通過管路A，壓入受動器液缸，把受動器的活塞推向右邊。受動器液缸右邊的油液通過管路B，壓至發(fā)送器液缸。由于受動器活塞帶動活塞桿向右移動，把曲拐杠桿10拉向下方，從而控制液壓舵機的變量泵工作，使舵偏轉(zhuǎn)。如果舵輪向相反方向轉(zhuǎn)動，使曲拐杠桿10被向上推，舵就向相反方向轉(zhuǎn)動。舵輪停止轉(zhuǎn)動時，在舵機隨動裝置反饋作用下，舵機油泵停止抽油，使舵能停留在所操的舵角上。圖5-28液壓控制系統(tǒng)示意圖1-舵輪（steeringwheel）；2-傳動齒輪（transmissiongear）；3-液缸（liquidcylinder）；4-活塞（piston）；5-軸（shaft）；6-小齒輪（pinion）；7-齒條（gearrack）；8-彈簧（spring）；9-活塞桿（pistonrod）；10-杠桿（lever）；A，B-液壓管路（hydraulicpipeline）

第三節(jié)操舵裝置及控制系統(tǒng)二、電力控制系統(tǒng)目前海船一普遍采用電力控制裝置，因它輕便靈敏，線路易于布置，對船體變形和溫度變化可不受影響，工作可靠，維修方便，并有利于操舵自動化。采用電力控制裝置的船舶，都有兩套獨立操舵系統(tǒng)的線路布置．當一套操舵系統(tǒng)發(fā)生故障后，立即可以轉(zhuǎn)換另一套操舵系統(tǒng)。這兩套系統(tǒng)分別稱為隨動操舵系統(tǒng)和手柄操舵系統(tǒng)。電力控制系統(tǒng)1．隨動操舵系統(tǒng)

是裝有舵角反饋發(fā)送器，能進行追隨控制的操舵系統(tǒng)。隨動控制系統(tǒng)由電阻r1和r2組成電橋，而船電供給交流電。由舵輪控制的電阻滑動觸臂L1可在電阻電橋r1上移動，而舵角反饋發(fā)送器控制的電阻滑動觸臂L2可在電橋電阻r2上移動。當駕駛臺的舵輪位于正舵（零度）和船尾的舵也位于正舵（在首尾線上），即電阻滑動觸臂L1和L2分別處于各自電阻的中點時，因位于相等的電位點，電橋的電位平衡，L1和L2引人放大器接線端a與b兩點的電壓為零，這時舵機不工作。

如果轉(zhuǎn)動舵輪，滑動觸臂L1在電阻r1上移動后使電橋失去平衡，L1和L2的電位點不一樣而出現(xiàn)電位差，放大器a，b兩點便輸入操舵信號電壓．經(jīng)放大整流后輸出直流控制電壓至繼電器J。操左舵時，繼電器J左（觸點閉合）接通，舵機直流電源經(jīng)J左啟動舵機工作，帶動舵葉轉(zhuǎn)出左舵角。同時，通過機械連接使舵角反饋發(fā)送器轉(zhuǎn)動，并通過電路使舵角反饋接受器也同步轉(zhuǎn)動，帶動電阻滑動觸臂L2在r2上移動，直至L2和L1同位，電橋恢復平衡狀態(tài)，輸人放大器信號電壓為零，舵機停止工作。這時舵葉便處在舵輪所給出的指令舵角上。回舵時，反向?qū)⒍孑嗈D(zhuǎn)回零位，舵機也反向轉(zhuǎn)動，使舵回到正中位置。由此可見，改變操舵手輪的轉(zhuǎn)動方向，便可改變舵葉的偏轉(zhuǎn)方向。這種操舵方式的舵輪轉(zhuǎn)動角和舵葉的偏轉(zhuǎn)角度是相當?shù)?，操舵時比較直觀。電動舵機的隨動控制原理圖2．手柄控制系統(tǒng)手柄控制系統(tǒng)也稱直接控制系統(tǒng)，它是直接控制繼電器使舵機轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)。它沒有舵角反饋裝置，手柄或撳鈕相當于繼電器的開關(guān)。操舵時，當舵角指示器上到達所需的舵角時，要立即將手柄回復到中間位置或松開撳鈕。該線路布置簡單，一般作為隨動控制系統(tǒng)失靈時的備用控制系統(tǒng)。手柄控制系統(tǒng)工作原理圖

1-操舵手柄（steeringhandle）；2-舵機電源（powersupply）；3-舵機（steeringgear）

該系統(tǒng)由直流船電供電。操縱手柄位于中間斷電位置時，舵機不工作。手柄向左，繼電器J左接通．左舵觸點閉合，舵機電源經(jīng)左舵觸點啟動舵機轉(zhuǎn)出左舵角。當左舵角將轉(zhuǎn)至所需角度時，就先將手柄立即放回中間斷電位置。這樣舵機停止工作，舵葉保持在已轉(zhuǎn)出的舵角上。如果需加大舵角，可將手柄再向左偏轉(zhuǎn)?；囟鏁r，應(yīng)將手柄向右偏轉(zhuǎn)，使繼電器J右接通，右舵觸點閉合，舵機電源經(jīng)右舵觸點啟動舵機，使舵向右回轉(zhuǎn)．當舵角指示器的指針接近零度時，應(yīng)將手柄提前放在中間位置。使用直接控制系統(tǒng)操舵時，應(yīng)注意掌握船的回轉(zhuǎn)慣性的作用，要及時斷電，才能使舵葉準確到達所需的舵角。三、應(yīng)急操舵

當操舵裝置控制系統(tǒng)或主操舵裝置發(fā)生故障而又不能在駕駛室進行輔助操舵裝置的控制時，則應(yīng)脫開駕駛室的控制系統(tǒng)，改由在舵機室控制操舵。這時應(yīng)利用駕駛室與舵機室的通信設(shè)施來進行應(yīng)急操舵。按規(guī)定至少每三個月應(yīng)進行一次應(yīng)急操舵演習，以練習應(yīng)急操舵程序，操演應(yīng)包括在操舵裝置室內(nèi)的直接控制，與駕駛室的通信程序及交替動力供應(yīng)的操作。應(yīng)急操舵裝置演習的日期和詳細內(nèi)容應(yīng)記人主管機關(guān)規(guī)定的航海日志內(nèi)。四、操舵控制系統(tǒng)的要求1．對主操舵裝置，應(yīng)在駕駛室和舵機室兩處都設(shè)有控制器。2．當主操舵裝置是由兩臺或幾臺相同的動力設(shè)備組成不設(shè)輔助操舵裝置時，應(yīng)設(shè)置兩個獨立的控制系統(tǒng)，且每個系統(tǒng)均應(yīng)能在駕駛室控制。3．對于輔助操舵裝置應(yīng)在舵機室進行控制。若輔助操舵裝置是用動力操縱的，則也應(yīng)能在駕駛室進行控制，并應(yīng)獨立于主操舵裝置的控制系統(tǒng)。4．能從駕駛室操作的主、輔操舵裝置的控制系統(tǒng)應(yīng)符合下列要求

（1）在舵機室應(yīng)設(shè)有能將駕駛室操作的控制系統(tǒng)與其所服務(wù)的操舵裝置脫開的設(shè)施。（2）此控制系統(tǒng)應(yīng)能在駕駛室某一位置被投入操作。5．當控制系統(tǒng)的電源供應(yīng)發(fā)生故障后，應(yīng)在駕駛室發(fā)出能視聽的警報。6．駕駛室與舵機室之間應(yīng)備有通信設(shè)施。7．舵角位置應(yīng)在駕駛室及舵機室顯示。舵角指示應(yīng)與操舵裝置控制系統(tǒng)獨立。8．駕駛室和舵機室應(yīng)固定展示帶有原理框圖的適當操作說明。此說明表明操舵裝置控制系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換程序。五、幾種控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

盡管舵機及其控制系統(tǒng)近幾年來在設(shè)計和建造上都有了很大的變化，但是其基本的功能沒有改變，雖然側(cè)推器和可控噴水螺旋槳等設(shè)備的應(yīng)用在某種程度上削弱了舵機在保向和轉(zhuǎn)向方面的絕對優(yōu)勢。但這些設(shè)備目前仍然不能取代舵機。當前大多數(shù)船舶都配備自動舵，在自動舵的面板上具備了上述介紹的幾種主要控制方式的轉(zhuǎn)換，即自動方式、隨動方式（包括遠距離控制方式）、非隨動方式、緊急舵柄控制方式、船尾操舵之間的轉(zhuǎn)換。1．隨動方式（follow-upmodeorFU）當舵工旋轉(zhuǎn)舵輪，舵將開始并保持轉(zhuǎn)動一直轉(zhuǎn)動到舵角指示器所指示的舵角后自動停止；如果舵輪回到正舵或其它位置，舵將立即跟隨并執(zhí)行新的舵令，舵葉會轉(zhuǎn)到正舵位置或者一個新的位置與其對應(yīng)。2．非隨動方式（non-follow-upmodeorNFU）轉(zhuǎn)換到非隨動方式相當于轉(zhuǎn)換到舵柄操舵，舵的轉(zhuǎn)動完全依靠激活舵柄來完成。要想使舵葉回到新的位置必須再次向左或向右掰動舵輪上方的控制手柄，接通電路，從而再次激活舵，轉(zhuǎn)動舵柄，使舵轉(zhuǎn)動到預定的位置，然后立即松開手柄，斷開電路。事實上，NFU屬于應(yīng)急操舵的一種。3．遠距離控制（remotecontrol）為方便船長或引航員靠離碼頭，有的船在駕駛臺兩翼配有舵的遠距離控制裝置，一般先在主站選擇“自動”操舵方式，然后在側(cè)翼的控制面板上按“接受”按鈕。主站立刻轉(zhuǎn)換為準備位置，而船長或引航員可以在側(cè)翼的舵的控制裝置上自行操舵了（大多數(shù)系統(tǒng)在側(cè)翼采用非隨動方式）。這種裝置常見于自動化程度較高、操縱性好、人員較少的船上。4．自動方式（automaticmode）這是一種通過計算船舶的各種動態(tài)參數(shù)，例如計算船舶的航向，航速，外界的風流和其它對船舶運動的影響的參數(shù)，進行計算機處理，從而自動控制船舶航向的操舵模式。其主要特點是一直采用了最小的舵角來控制船舶，比較安全和經(jīng)濟。5．應(yīng)急舵柄直接控制方式這是一種最后的操舵方式。當舵控制裝置完全失靈時，可以轉(zhuǎn)到舵機房控制。操舵人員可以啟動備用泵，將一根短磁棒插入所設(shè)定的孔中，進行操舵。駕駛員可以通過駕駛臺和機艙的專用電話或其它通訊工具下達舵令。6．船尾操舵（poopmanoeuvering）有的老船仍舊保留船尾操舵的裝置，即利用船尾的絞纜機通過機械方式帶動舵葉轉(zhuǎn)出舵角。駕駛臺如果要轉(zhuǎn)到船尾操舵，應(yīng)該盡可能使舵處于正舵位置。

船尾操舵裝置1-舵葉（rudderblade）；2-移動甲板板（deckplateremoved）；3-系船絞車（dockingwinch）；4-舵扇（rudderquadrant）；5-舵柄（tiller）；6-填料箱（stuffingbox）；7-舵承（ruddercarrier）；8-舵桿（rudderstock）；9-軸隧（shafttunnel）

實際上，廣義的應(yīng)急操舵的范疇不僅包括了以上介紹的幾種方式，還包括了當所有的操舵方式都失敗時，利用雙螺旋槳的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)頭力、拖錨轉(zhuǎn)向等能使船轉(zhuǎn)動的應(yīng)急方法。操舵系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換及其應(yīng)急操作可以參考上圖。舵工操舵，報告船長并通知機艙人員進行必要修理。舵機控制方式非隨動方式（NFU）隨動，在駕駛臺中央位置自動操舵方式“A”自動操舵方式“B”自動操舵故障隨動操舵系統(tǒng)故障應(yīng)急轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換到NFU操舵由駕駛員決定是否進行舵機房操舵。報告船長并通知機艙人員進行必要修理。圖5-32操舵控制裝置發(fā)生故障時的轉(zhuǎn)換舵工操舵，報告船長并通知機艙人員進行必要修理。舵機控制方式非隨動方式（NFU）隨動，在駕駛臺中央位置自動操舵方式“A”自動操舵方式“B”自動操舵故障隨動操舵系統(tǒng)故障應(yīng)急轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換到NFU操舵由駕駛員決定是否進行舵機房操舵。報告船長并通知機艙人員進行必要修理。否是是否是第四節(jié)自動舵

自動舵是在隨動舵基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種自動操舵裝置控制系統(tǒng)。為了大大減輕舵工的勞動強度，及時地糾正偏航，使船較準確地長時間保持在指定的航向上，一般海船都裝有自動操舵裝置控制系統(tǒng)，簡稱自動舵。

它與人工操舵比較，其優(yōu)點是：自動糾正偏航角，減輕人員的勞動強度，航向精度高，提高航速，減少燃料消耗，縮短航程。

第一臺1920年。第一代為機械式自動操舵儀，第二代為50年代出現(xiàn)的機電式自動操舵儀，第三代是70年代出現(xiàn)的自適應(yīng)自動操舵儀。

一、自動舵基本工作原理

自動操舵中船與舵之間關(guān)系1．船在給定航向上，偏航角φ=0，偏舵角α=0，2．船向右偏航，接著向左偏舵。這時由于P信號電壓大于α信號電壓，繼續(xù)偏航．3．φ，α都達到最大值，偏航、偏舵停止。4．船向原航向回轉(zhuǎn)，回舵。這時φ信號電壓小于α信號電壓。5．船接近回到給定航向時，舵已向右偏一舵角Δd（穩(wěn)舵角），以克服向左回轉(zhuǎn)慣性。6．船回轉(zhuǎn)到給定航向（φ=0），舵也回到零位（α=0）

由此可見，自動舵實際上是一個航向、舵角的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它除了和隨動操舵同樣有一個內(nèi)部的舵角閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)外，還增加了一個外部的航向閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。二、自動舵的種類1．比例舵這種自動舵采用比例控制系統(tǒng)，偏舵角a和偏航角P成正比關(guān)系，即：式中：k1—比例系數(shù)；

——表示偏舵的方向與偏航方向相反。

比例系數(shù)k1可以根據(jù)船舶類型、海況、裝載情況加以選擇和調(diào)整。

這種類型的自動舵舵一般出現(xiàn)在機械式自動操舵儀上，結(jié)構(gòu)簡單，它通過機械系統(tǒng)對偏航信號進行處理，然后實現(xiàn)操舵，比較直觀。但不能克服偏航角速度的影響，航向穩(wěn)定的過程較慢，航跡易成“S”形曲線，它的靈敏度低，質(zhì)量差，僅在為數(shù)不多的大型客船上使用過，現(xiàn)已被淘汰。2．比例一微分舵這種自動舵采用比例一微分控制系統(tǒng)。其偏舵角α和偏航角φ之間的關(guān)系為：式中：k1-比例系數(shù)；

k2-微分系數(shù)。

比例系數(shù)k1和微分系數(shù)k2則根據(jù)船舶種類、裝載和偏航慣性等加以選擇和調(diào)整。

這種自動舵除了有與偏航角成比例的舵角成分外，還有與偏航速度成比例的舵角成分。偏航速度越快，舵角給出越大，因此可以及早克服船舶慣性。相對機械式自動操舵儀，它減少了偏擺、穩(wěn)定航向的過程比較快，提高了靈敏度和精度，也減輕舵機頻繁工作的負擔。但未考慮到對單側(cè)偏航的自動調(diào)節(jié)，現(xiàn)在海船上這種自動舵也基本被淘汰了。3．比例-微分-積分舵將比例-積分-微分控制器（簡稱PID控制器）應(yīng)用在自動操舵儀上，由電子線路對偏航信號進行處理，從而實現(xiàn)操舵。舵機的控制信號有三種：

①與偏航角成比例的偏舵角信號，用以使船首返回原航向，對重載船取比例小些的。

②與偏航角對時間的微分（導數(shù)）成比例的信號，用以克服由慣性引起的偏航，又稱反舵角，對重載船取微分作用強、給舵快些的。

③與偏航角對時間的積分成比例的信號，用以抵消不對稱偏航，又稱壓舵，按風浪實際情況調(diào)整。它的偏舵角和偏航角的關(guān)系是：式中：k1-比例系數(shù)；

k2-微分系數(shù)；

k3-積分系數(shù)。

PID控制器使操舵性能有很大提高，但他有兩個缺點:①當船舶裝載、航速等狀態(tài)或風、浪、流等航行環(huán)境發(fā)生變化，船舶的操縱性能隨之發(fā)生變化時，自動操舵儀的控制特性不能隨之自動作相應(yīng)變化。②為了提高船的航向保持的精度，自動操舵儀對偏航信號極為敏感，因而操舵頻繁且舵的擺動幅度較大。這樣，不僅增加操舵的能源消耗和舵機磨損，還將引起水阻力的增加，導致船速降低，影響經(jīng)濟效益。

三、自動舵的調(diào)節(jié)1．靈敏度調(diào)節(jié)（sensitivitycontrol）又稱天氣調(diào)節(jié)，也叫航擺角（yawing）調(diào)節(jié)。它是調(diào)節(jié)自動舵系統(tǒng)開始投人工作的最小偏航角，也就是調(diào)節(jié)系統(tǒng)死區(qū)的大小，死區(qū)調(diào)得很小，即偏航角很?。ㄒ话銥?.2度~0.5度），舵機就開始工作，這樣靈敏度就高。在良好海況下，靈敏度可以調(diào)高，這樣偏舵角可用得小，船舶的偏航也能及時克服，航跡可走得直；反之，在惡劣海況下，航向偏擺厲害，靈敏度太高，勢必使舵機頻繁啟動，不斷工作而容易受到損壞。2．舵角調(diào)節(jié)（rudderanglecontrol）舵角調(diào)節(jié)又稱比例調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的是自動舵的偏舵角和偏航角的比例。比例系數(shù)一般為0.5~4。萬噸船在實際使用中比例系數(shù)以2~3為宜?？潭鹊臋n次越高，比例系數(shù)越大，偏舵角越大。調(diào)節(jié)時應(yīng)根據(jù)海況、船舶裝載情況和舵葉浸水面積等不同情況而定。海況惡劣、空載、舵葉浸水面積小，應(yīng)選用高檔；風平浪靜、船舶操縱性能好時用低檔。

3．反舵角調(diào)節(jié)（counterruddercontrol）在船舶偏航用舵克服，使它向原航向回轉(zhuǎn)時，還必須再操一個反舵角來克服船舶回轉(zhuǎn)時的慣性。因此，使用反舵角調(diào)節(jié)可給出反舵角的大小，以阻止船舶向另一側(cè)的偏擺。有微分環(huán)節(jié)的自動舵則設(shè)微分調(diào)節(jié)，即通過調(diào)節(jié)偏舵角中與偏舵角速度成比例的舵角部分。在0.1度/秒的偏航角速度下，這個舵角約1度~3度?？潭鹊摹?”檔，表示沒有微分作用，檔次越高，微分作用越強。大船、重載，旋回慣性大時微分要調(diào)大；反之，要調(diào)小．海況惡劣，微分作用要調(diào)小或調(diào)至0。4．壓舵調(diào)節(jié)（checkingcontrol）用一固定信號使舵葉偏轉(zhuǎn)一個固定的角度，以抵消單側(cè)偏航的作用。在有不對稱偏航情況下，設(shè)有積分環(huán)節(jié)自動壓舵的自動舵，使用壓舵調(diào)節(jié)向左或向右進行壓舵。壓舵的大小根據(jù)實際需要，所壓的舵角可以從舵角指示器上讀出。5．航向改變調(diào)節(jié)（coursecontrol）1/6

在使用自動舵時用來改變航向。若要向右改變航向5度，按下旋鈕，向右轉(zhuǎn)到5度處，待船舶轉(zhuǎn)到給定航向時，指針能自動回零，不需人工復位。航向改變調(diào)節(jié)只供小角度的改向，因此比例舵應(yīng)放在最小一檔。如需改變較大角度．應(yīng)分次進行，一般每次只改變10度。6．零位修正調(diào)節(jié)（zerosetcontrol）用來修正自動舵中航向指示刻度盤與陀螺羅經(jīng)的同步誤差。自動舵的指令來自航向信號。船舶航向以陀螺羅經(jīng)（主羅經(jīng)）為準。自動舵上的航向指示器（分羅經(jīng)）若／與主羅經(jīng)不同步，將產(chǎn)生誤差。調(diào)節(jié)時，應(yīng)先取下螺帽，用專門鑰匙插人，旋轉(zhuǎn)刻度盤，使它的讀數(shù)與陀螺羅經(jīng)一致，然后將調(diào)節(jié)旋鈕的指針撥回零位。四、自動舵的使用操作程序

各種類型的自動舵都和羅經(jīng)、舵機組合起來，并且都具有自動、隨動和手柄（應(yīng)急）三種操舵方式。下面以圖5-34所示國產(chǎn)紅旗-4型自動操舵儀為例，說明自動舵的使用操作程序。1-選擇開關(guān)（selectorswitch）；2-分羅經(jīng)調(diào)節(jié)孔（compasslouver）；3-靈敏度（sensitivity）；4-壓舵（meetingrudder）；5-微分調(diào)節(jié)（differentialcoefficientcontrolling）；6-分羅經(jīng)（compassrepeater）；7-舵角指示器（helmindicator）；8-燈光（lighting）；9-航向改變（coursechanging）；10-比例調(diào)節(jié)（proportionalcontrolling）；11-機組開關(guān)（unitswitch）；12-電源開關(guān)（powerswitch）；13-應(yīng)急舵控鈕（juryruddercontrolling）圖5-34紅旗－4型操舵儀1．隨動操舵1）通知機艙接通駕駛室自動舵電源，然后把駕駛室上的雙電源開關(guān)（即機組轉(zhuǎn)換開關(guān)）放在“1”或“2”的位置上。一般較大型船舶操舵裝置都使用有兩套相同動力的機組，航行時只使用一套，另一套備用。2）將操舵儀的電源開關(guān)放在自（隨）動位置。3）將操舵儀上的操舵方式選擇開關(guān)放在“隨動”位置。4）轉(zhuǎn)動手輪即可操舵。2．自動操舵1）注意壓舵及航向改變旋鈕均應(yīng)放在“0”位上。分羅經(jīng)刻度應(yīng)與主羅經(jīng)刻度一致。夜間用燈光調(diào)節(jié)旋鈕將面板的照明亮度調(diào)至恰當程度。

2）先將靈敏度調(diào)高一些。

3）操手輪使船首正好在要求的航向上。駕駛臺上及操舵儀上的舵角指示器均正好在“0”上時，將選擇開關(guān)從“隨動”轉(zhuǎn)至“自動”。4）根據(jù)具體海況及船舶裝載情況，轉(zhuǎn)動“天氣調(diào)節(jié)”、“比例調(diào)節(jié)”及“微分調(diào)節(jié)”等旋鈕使之配合得當，得到以最小的偏舵角和最小的偏航次數(shù)，而有最好的航向穩(wěn)定性。3．應(yīng)急操舵1）將操舵儀的電源開關(guān)放在“手柄＂位置。2）將手輪軸銷拔出，旋轉(zhuǎn)90度后置于凹槽內(nèi)固定，便可將手輪當做手柄一樣，進行操舵。4．用畢關(guān)機1）各種調(diào)節(jié)旋鈕處于零位或最小位置。2）選擇開關(guān)及舵輪處于隨動位置。3）將電源開關(guān)放在斷開位置。

隨著自適應(yīng)控制理論的發(fā)展和微處理機在船舶上的應(yīng)用﹐出現(xiàn)了自適應(yīng)自動操舵儀。它是把具有自適應(yīng)操舵程序的模塊并入機電式自動操舵儀而成。自適應(yīng)自動操舵儀在船舶的載貨和航速等狀態(tài)或風﹑浪﹑流等航行環(huán)境發(fā)生變化而引起船舶操縱性能變化時﹐能感測這些變化并按事先設(shè)定的性能指標自動調(diào)整控制參數(shù)﹐使自動操舵儀保持在最佳狀態(tài)。因此，自適應(yīng)自動操舵儀不但能減少人工操作﹐提高航行安全性﹐而且還有明顯的經(jīng)濟效益，一般它比機電式自動操舵儀可節(jié)省燃料約1％。第五節(jié)自適應(yīng)舵與自動駕駛儀自適應(yīng)舵

一、自動舵的特點1、自動舵可以自動糾正偏航角，大大減輕人員的勞動強度，很大程度上提高了航向精度和航速。

2、自動操舵儀上的各調(diào)節(jié)旋鈕是根據(jù)船員的經(jīng)驗而用手動方式進行調(diào)節(jié)和修正。直接影響舵角的精確度。3、自動操舵次數(shù)較多，增加了阻力。轉(zhuǎn)舵后船舶阻力增大，加大了主機負荷，導致主機轉(zhuǎn)速下降。為防止轉(zhuǎn)速下降，調(diào)速器將開始工作，即增加了燃油消耗量顯然，

4、減少轉(zhuǎn)舵次數(shù)和所受阻力，保持船舶沿原航向行駛，以節(jié)省油耗，船舶采用具有自動適應(yīng)控制功能的自動舵，簡稱自適應(yīng)舵。二、自適應(yīng)舵優(yōu)點能適應(yīng)船舶運動特性和海況的變化，自動地確定各項系數(shù)，從而可以進行最佳控制，減少操舵次數(shù)，減少舵角，彌補了一般自動舵存在的不足。三、自適應(yīng)舵基本上由以下主要部分組成估算出轉(zhuǎn)舵時船舶的偏航角產(chǎn)生舵角指令檢出模型變化形成新模型(載重量、吃水差、船速、海況變化)計算、比較、鑒別船舶運動特性改善卡爾曼濾波檢測的精度1、一般自動舵

自適應(yīng)舵包含了自動舵控制器、舵機和反饋裝置等一般自動舵的部件和功能。2、數(shù)學模型

自適應(yīng)舵是一般自動舵加上微機控制。微機內(nèi)貯存著供計算、比較、鑒別之用的船舶運動特性的模型。3、辨識裝置

由于船舶運動特性的模型是隨著載重量、吃水差、船速和海況等而變化的，當各種因素變化時必須建立最新的數(shù)學模型。這種檢測出模型的變化并形成新模型的過程稱為“辨識”。而這種辨識是在當船舶離港用手動操舵和自動舵時就已開始識別，并在操縱過程中不斷更新模型。4、卡爾曼濾波器

其功能是有效地濾除羅經(jīng)輸出信號中所包含的不規(guī)則噪聲成分，并估算出船在某一舵角下何時開始轉(zhuǎn)向。用統(tǒng)計方法處理新模型輸出的船舶偏航與由羅經(jīng)所觀測的偏航角不同的差值，從而估算出轉(zhuǎn)舵時船舶的偏航角。5、最佳控制器

將卡爾曼濾波器檢出的偏航角加到最佳控制器，經(jīng)其處理后．產(chǎn)生使船舶回到原航向的舵角指令。6、增益調(diào)節(jié)器

當海況惡劣、波浪等噪聲增大時，噪聲對船舶轉(zhuǎn)向的影響也隨之增大，會導致卡爾曼濾波檢測的精度下降，為減少這種影響并改善操縱性能，需設(shè)置增益調(diào)節(jié)器來調(diào)整增益參數(shù)。

自動駕駛儀是以自動舵為基礎(chǔ)，以計算機為核心，并連接綜合導航儀或船位接受機的一個自動航行控制系統(tǒng)，也有稱航跡舵。

其主要作用為，當初始人工輸入相關(guān)航路數(shù)據(jù)后，能使船舶自動沿著計劃航線航行，并能在預定的轉(zhuǎn)向點上自動轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)船舶駕駛的高度自動化。第五節(jié)自適應(yīng)舵與自動駕駛儀自動駕駛儀自動駕駛儀的工作原理1．基本工作原理自動航行控制系統(tǒng)實際上是通過一臺微處理器，將人工輸入的轉(zhuǎn)向點經(jīng)緯度與通過定位傳感器得到的實時船位等數(shù)據(jù)進行計算、比較分析和處理，并得到一個可供自動舵執(zhí)行的航向（也稱指標航向Cs）。在執(zhí)行過程中，由于船舶受風流壓的影響，船位還會偏離計劃航線，此時，全自動駕駛儀就立即給出一個新的指標航向，因此，指標航向是一連串變化的，一般過15～30min進行一次風流壓修正計算；通常指標航向修正量的小數(shù)點位處理為：0.1～0.5取0.5，0.6～0.9取1.0；這樣，能確定轉(zhuǎn)向時刻與均勻地改變指標航向，從而，達到自動保持在航跡帶內(nèi)所需航向和在轉(zhuǎn)向點自動轉(zhuǎn)向的目的。（1）計劃航向的確定當計劃航線一旦確定后，即可向全自動駕駛儀輸入各轉(zhuǎn)向點的經(jīng)緯度，微處理器便能計算出各轉(zhuǎn)向點之間的航向線航法的計劃航向，若采用大圓航法，則可確定在某一段時間內(nèi)認為是不變的計劃航向。（2）實時船位的獲取

實時船位一般由GPS、LORAN-C等船位定位儀獲得。目前，被廣泛采用的是GPS定位儀，其定位連續(xù)性好，精度較高。當微處理器收到船位信號后，還要作坐標系統(tǒng)誤差的修正、船位數(shù)據(jù)的濾波處理和較大誤差的剔除處理，從而得到更精確的船位。（3）航跡帶寬度的設(shè)置

當?shù)玫接媱澓较蚝蛯崟r船位數(shù)據(jù)后，微處理器將二者進行比較，并計算出船舶到下一轉(zhuǎn)向點應(yīng)駛的航向。然而，由于羅經(jīng)精度和自動舵保持航向的誤差等因素的影響，如果采用實時船位連續(xù)不斷地去修正或改變航向并保持在計劃航向上是極其困難的。例如，到下一轉(zhuǎn)向點的航程500nmile，實時船位距計劃航線的垂直距離為（位置偏移量）1nmile，則航向的偏差僅為0.1o，而用這樣小的偏差角度去修正自動舵的執(zhí)行航向，使船保持在計劃航線上是難以實現(xiàn)的。

因此，在實際操作中，駕駛?cè)藛T需要根據(jù)海況等因素，設(shè)定個允許在計劃航線附近一定距離范圍內(nèi)的位置偏移量（d0）與這個偏移量的限制值（dmax）。圖5-38所示，這里，位置偏移量（d0）的計算是以計劃航線為基準的，±dmax稱為航跡帶寬度。當船舶航行在±d0范圍時，就認為船舶基本保持在計劃航線上，當船舶偏移在計劃航線的±（dmax-d0）區(qū)域時，微處理器計算出風流壓差，操舵裝置開始工作，修正Cs，使船回到±d0內(nèi)。如果船舶不能保持在計劃航線的±dmax之內(nèi)時，則認為不能自動保持航跡，需要駕駛員進行人工處理。

自動駕駛儀還能根據(jù)轉(zhuǎn)向點的位置、當時航速、航向改變量和轉(zhuǎn)向允許的速率，自動確定提前開始轉(zhuǎn)向的距離或時間，從而自動轉(zhuǎn)到下個計劃航向上。圖5-38航跡帶寬度示意圖2．使用航跡舵應(yīng)注宜的事項（1）

自動駕駛儀是自動舵中的一種，因此，在規(guī)定不能使用自動舵的場合，同樣不要使用航跡舵。（2）在進行避讓操船時，應(yīng)中止使用自動駕駛儀。待駛過讓清以后，需重新啟動航跡舵時，必須提醒駕駛員確認下一個轉(zhuǎn)向點的正確性．同時，還應(yīng)指示下一個計劃航向的數(shù)值，要求駕駛員調(diào)整船舶的航向使其基本對準下一個轉(zhuǎn)向點。（3）當定位傳感器長期無船位時，航跡舵應(yīng)指示提醒駕駛員轉(zhuǎn)到其他的操舵方式。對作為定位儀所給出的船位，要與其他定位方式予以比較，確認其可靠性。如發(fā)現(xiàn)船位不可靠時，應(yīng)立即轉(zhuǎn)到其他的操舵方式。（4）在利用航跡舵自動轉(zhuǎn)向時，駕駛員必須對周圍的海域、船位與所采用的航跡帶寬度、對轉(zhuǎn)向前后的海面狀況均了解清楚（包括對轉(zhuǎn)向后的轉(zhuǎn)向點的確認）。（5）航跡帶寬度應(yīng)根據(jù)航行區(qū)域與海況確定。（6）當在自動校正風流壓影響及航向修正量過大（例如大于10度）時，應(yīng)同時發(fā)出報警指示。

當然，在使用航跡舵的過程中也會出現(xiàn)一些問題，例如當由于某種原因，船舶的GPS不能接受到信號時，航跡舵就會失去船位輸入，這時，預先輸入的航線和各種固定物標的位置就會產(chǎn)生錯誤的變化，駕駛員應(yīng)該果斷地變航跡舵為隨動舵，采用物標定位或利用船位推算的方法正確地推算自己的船位，然后才可以恢復自動舵的航行，當確認其它一切正常后，才能再次恢復航跡舵的使用。

船舶操舵控制裝置或舵設(shè)備及其它附屬設(shè)備的失靈也必然導致航跡舵的失靈。這時應(yīng)立即設(shè)法控制好船舶的航向，然后再發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的設(shè)備以便維修。

下圖5-39為當航跡舵出現(xiàn)偏航報警后應(yīng)采取的措施。是偏航報警啟動打開2號舵機電源轉(zhuǎn)換到非隨動控制（NFU）以保持航向船舶應(yīng)舵舵機良好舵機故障使用2號控制系統(tǒng)船舶應(yīng)舵船舶應(yīng)舵轉(zhuǎn)換到舵機房應(yīng)急操舵對損壞的電路或舵的控制裝置進行修理電羅經(jīng)和舵機工作正常手舵以保持航向電羅經(jīng)故障船尾操舵并進行損壞修理使用磁羅經(jīng)手動操舵修理電羅經(jīng)兩個舵機系統(tǒng)都故障，電羅經(jīng)有可能故障預備船尾操舵否是否是否圖5-39航跡舵出現(xiàn)偏航報警后應(yīng)采取的措施第六節(jié)操舵基本方法

一、舵令所有發(fā)出的舵令應(yīng)由舵工復誦，并且，值班駕駛員應(yīng)保證這些舵令被正確、立即執(zhí)行。所有舵令應(yīng)一直保持到被撤消：如果舵不靈，舵工應(yīng)立即報告。二、操舵要領(lǐng)

船舶在航行中，駕駛?cè)藛T根據(jù)航行的需要，對舵工下達舵令，舵工根據(jù)口令進行操舵，以控制船舶的航行方向。值班駕駛員下達舵令時，應(yīng)考慮到船舶在各種不同情況下的應(yīng)舵性能和舵工的操舵水平。所下達的舵令應(yīng)確切、明了和清楚。舵工在操舵時應(yīng)有高度的責任感，思想集中、動作準確。當聽到值班駕駛員下達舵令后，應(yīng)立即復誦（以防聽錯）并執(zhí)行，如遇舵工復誦舵令錯誤或操作不當，值班駕駛員應(yīng)立即加以糾正。舵工在未聽清舵令或不理解值班駕駛員下達的舵令時，可要求重復一遍。

三、操舵的基本方法為：1、按舵角操舵船舶在進出港和靠離泊時通常采用按舵角操舵。2、按羅經(jīng)操舵船舶在海上及大多數(shù)狹水道航行時，大都按羅經(jīng)操舵的方法使其保持所需的航向上。3、按導標操舵

在近岸航行時，特別是在狹水道或進出港時，經(jīng)常利用船首對準某個導標航行。舵工根據(jù)駕駛?cè)藛T所指定的導標，操舵使船首對準該目標，并記下航向度數(shù)，報告給駕駛?cè)藛T。4、大風浪中操舵由于船舶在大風浪天氣下左右前后搖擺顛簸劇烈，航向很難穩(wěn)定。此時，應(yīng)由有經(jīng)驗的人員操舵，應(yīng)細心觀察風流影響的綜合結(jié)果，要提前回舵或壓舵。四、操舵注意事項1．舵工在接到舵令后→應(yīng)立即復誦并立即執(zhí)行舵令操舵→當?shù)竭_所要求的舵角（指舵角指示器所指示的船尾舵葉所到達的實際舵角）/航向