2.3大海航行靠舵手……舵到底是啥，船的方向盘吗？

舵，作为船上特有的装置，离我们的日常生活仿佛有点遥远，却又无处不在——

曾有一首脍炙人口的歌曲传唱着“大海航行靠舵手”；形容一个人富有领导力，可能会说他是位优秀的掌舵者；舰船博物馆中，常常放着一座领航舵，用来表达“指引正确方向”之寓意。

舵手和舵有多重要呢？舵手直接掌控着整条船的前进方向，在舰船航行中，舰长往往和舵手待在一起甚至亲自操舵，以便随时调整船的航线；至于舵本身呢，舵装置的完好与否会直接影响到舰艇的安全机动。

汽车驾驶中，有个借用自开船的说法：将香港驾驶员靠右的方式称为“右舵”，内地驾驶员靠左的方式则叫“左舵”——

舵到底是什么，就是船的方向盘吗？

“舵”就是那个像方向盘的装置吗？

是，也不是。

舵其实是控制方向的一整套设备，除了常见的舵轮（就是舵手握着的那个像方向盘的东西），还有舵机，以及船尾的片状的“舵叶”，这全部加起来才能控制船的方向，这就是整体的舵。

说起来，舵可是一种历史丰富的部件。

我国的船舵是由船桨发展而来。早期，人们用桨在船的一边划动来让船前进。当两侧的桨力不对称时,船会转向,于是人们也学会了用桨来改变航向。

后来桨的推进和操作航向这两种功能逐渐分离：人们在船尾设置了专门的桨来控制方向，并扩大了桨叶面积；除了位置改变，操作也从原来的划动变成不离开水面的左右摆动。就这样，桨就逐步变成了舵。

早期的舵是斜伸出船尾的，在船后凸出较多。但这样的尾舵桨也存在一些缺陷，比如遇到浅滩或靠岸时不易操纵。后来人们又发明了升降舵，可以根据水深调整舵的高低。当船靠岸或驶入浅滩时，可以把舵吊起来，避免被折断；不需要改变航向时，也可以把舵升起来，以减少阻力、提高速度；遇到风浪时，把舵降到最低处，可以减少船体摇晃、降低船随风漂泊的可能性，行驶会更安全。

到了18世纪，人们发明了舵轮，也就是那个看起来像方向盘的装置，通过这个“方向盘”带动滑轮来操作后面的舵，就比以前省力多了，而且方向盘位置在甲板上的前方，也方便观察海面的情况。现在很多机械传动类的儿童玩具，都会做成船舵的形状，可见这一装置深入人心。

舵轮要带动链条，把力传导至船尾的舵叶，仍然需要人力。为了更省力，舵轮最开始也做得很大。因为中心半径大，力矩就大，用力就小。不过，即便这样，4小时一班的操舵也让水手们累得够呛。

随着技术发展，机械传动变成了液压传动，操作舵轮才变得轻松一点。目前的驾驶台都是电脑控制的电子传动同步电讯号，舵轮可以做得比方向盘还小。舵手只用手指拨动，舵轮就转到需要的角度了。而且在宽阔海面跟平稳路面一样，是可以自动驾驶的，这大大减轻了航行的困难。

图片说明：“中国环监001”号船驾驶台，驾驶台中间就是比车方向盘还小的舵轮（张志友团队 / 摄）

小小的舵如何操控大大的船？

首先要说一下，虽然随着桨的两种功能分离，慢慢变成调整方向的舵和负责推进的螺旋桨，但它们还是一对好兄弟，经常在一起。

螺旋桨作为推进器，本身也有一些改变方向的功能，比如直叶推进和喷水推进，还有可调螺距螺旋桨能调节螺距来改变航向和航速，甚至可以360°旋转的吊舱桨可把舵和桨合二为一，根据航行需要来调整推进器的角度，以实现正航、倒航以及战术机动需求。所以，螺旋桨通常也会跟舵放在一起，联合起来方便操纵。

那舵本身是如何调整航行方向的呢？

图片说明：航行中转动舵叶改变航行方向

航行中操纵舵时，它两边的水流就会出现不对称。比如上面这张图中，如果舵偏向右，那右边就是迎流面，左边就是背流面。水流过时，背流面（左边）的流程比迎流面（右边）的流程要长，速度也更快，而流速快就意味着左边的压力更低，这时候两边就会有压力差，这股压力差就会推动船体顺时针转动。

速度越快，舵越灵敏。静止时舵就比较笨拙了，没办法让船转动。而且航行的时候，只要转舵，就相当于增加了阻力，速度就会减小，所以我们要尽量少动舵、小动舵。

话说回来，驾驶室中那个操纵舵的手柄看起来小小的，那它到底如何影响并操纵万吨巨轮呢？

舵装置由舵叶、舵机、转舵机构、传动装置、操舵控制系统构成。这一整套装置一起工作，才能在规定时间内，将舵转到需要的角度并保证其有效工作。

rId8图片说明：船舶完整舵装置

其中，舵叶通常安装在船尾，使船转动；舵机及转舵机构一般安装在舵机舱内，舵机是动力来源，通过转舵机构将力矩传递给舵杆，从而带动舵叶进行转动；传动装置一般有机械式、液压式以及电动式，它传递操作系统的信号来驱动舵机；操舵控制系统则由舵手或船长操纵舵轮或者手柄。

相对于大船来说，舵叶虽然是小小一片，但由于位于船尾，它与船的重心相距很远，形成的力矩是相当大的，可以很便捷地改变航向。

为了应对一些紧急情况（比如船舶主电源失效），船上还会设置备用或应急操舵装置，通常由蓄电池或应急发电机等应急电源供电。这样可以在紧急情况下也能操纵船舶，临时控制船舶航向，确保船舶的航行安全。另外，在满足使用要求的前提下,为了减少水流的力并提高舵的刚度和强度，要尽量减小舵的各部分的外形尺寸和质量。

顺便说一下，不仅水面上的船有舵，潜艇上也有舵，而且舵的结构更加复杂。因为潜艇不只是在水面或某一水平面上运动，还要在垂直面内上浮或下潜，而且两种运动可能会同时进行，所以对舵的要求也更高：在航行中，潜艇不仅要保持、还要能迅速改变航向或深度。

图片说明：潜艇舵示意图

为了控制垂直面内的运动，潜艇上一般都装有两对升降舵：首升降舵和尾升降舵；同时，为增加航行稳定性，尾部也设有水平稳定翼。要操控潜艇在水平面内的运动，则要用到方向舵和垂直稳定翼。方向舵用来改变水平面内的运动方向；垂直稳定翼用于保持水平面内的航向稳定性。当方向舵和首尾升降舵成各种不同的舵角组合时，就能灵活地控制潜艇在水面和水下的运动。

掌舵有多难？

我们判断船好不好开，一般会用稳定性和回转性来衡量。稳定性就是船保持既定航向，作直线运动的能力；回转性是指船由直线航行进入曲线运动的能力——

通俗一点来总结，就是船走得直不直，弯拐得顺不顺，能在多大范围内规避碰撞等。

首先，为什么稳定性这么重要？因为在海上的不稳定因素太多了。外界干扰如风、浪、流等，都会让船偏离航向。这跟车不一样，开车的时候，默认状态就是直走，但船要保持直行向前，需要驾驶者不断地操舵。所以，操舵的频次、角度是衡量稳定性的标准。

航向稳定性好的船，不用经常去操舵，航迹接近直线。而稳定性不好的船，会需要不断纠正航向，航线更曲折，实际的航行距离更长。通常，如果平均操舵频率不大于每分钟4-6次，平均转舵角不超过3°到5°，就可以认为船的航向稳定性是符合要求的。

同时，不断操作也增加了操纵装置和推进装置的功率消耗。由于操舵增加的功率消耗，一般占主机功率的2%-3%，而稳定性不好的船，此处增加的功耗可能高达20%。

第二个衡量标准“回转性”，则与船的避让、靠离码头、灵活掉头等密切相关。主要指标是“定常回转直径”，这个指标很重要，甚至曾是衡量船舶操纵性的唯一指标。

我们可以通过下图来理解回转直径的概念。

如果船先以零度舵角作直线航行，然后转到某一舵角，并保持角度不变，船的轨迹将会是什么样呢？

图片说明：定常回转直径示意图。这个过程，可以理解成船前行、变向、再画圆。

从上图可以看到：船重心的轨迹会是先保持一段直线，然后发生弯曲，最后为接近圆形，像一个倾斜的大写字母P。根据过程中运动参数的变化，回转过程分三个阶段：转舵、过渡和定常回转。这个过程，我们可以简单理解成船前行、变向、再画圆的轨迹。

首先是转舵阶段：以转右舵为例，从开始执行转舵命令，到实现指定舵角为止的这个阶段称为转舵阶段，通常约8-15秒，航行半个船长。这个时间依赖于船和舵机功率大小。由于惯性很大，船开始几乎按原方向航行，但阻力增加，航速开始减小。

然后是过渡阶段：随着时间的增长，舵力开始产生作用，但是并不是马上转向右舷，而是向相反方向（左舷）方向横移。这是为什么呢？

图片说明：舵力的分解示意图

原因可以从船体的受力来理解（如上图）：舵力的横向分解力会使船体向转舵的反方向横移，当横移至最大时，这一段横移就叫做反横距；同时，横移速度与船前进的速度会叠加，这样船的合速度就指向了左前方，于是漂角出现了（可以理解成你此刻正在前行的方向和船头的夹角），如同舵的受力一样，这时船的左右舷也产生了压力差，因此在船体上形成了指向右舷的水动力。由于船体要比舵叶大很多，所以船体上的水动力要远大于舵力，由此，在船体水动力的作用下，反向横移会逐渐转为向转舵一侧的正向横移，而船首一直保持向右回转。

也正是由于这段反横距的存在，所以假如当船上有人左舷落水后，不要向右舷打舵，因为船很可能会因为反横距向左运动，撞击落水人员造成二次伤害。正确的做法是向落水人员的同一舷方向打满舵，拉开安全的反横距距离，保证人员安全后，快速开展救援。

最后是定常回转阶段：船的受力达到新的平衡，以一定的角速度作匀速回转运动，重心运动轨迹为圆形。船进入到定常阶段后的回转圈的直径，称为定常回转直径（常用D表示）。满舵条件下的定常回转直径称为最小回转直径，定常回转直径与船长的比值称为相对回转直径。

怎么判断回转性好不好呢？可以根据最小相对回转直径来判断，“5”可以说是个分界线，比如对于回转性极佳的小型快艇，这个值只有3，而船型细长、掉头困难的驱逐机则可能达到10。事实上，大部分船的这个值都在5-7之间。

图片说明：各种船舶的相对回转直径

回转可不只是像图中画的那样“掉个头再转一圈”。回转时，船的速度会降低，在小舵角回转时，航速变化不大；但在满舵回转时，因为阻力增大，大大消耗了螺旋桨的推力，船速甚至会减小到回转初速的40%左右。

而且，在回转时还会出现横倾，这是由于船体水动力、舵力、离心力等不是作用在同一高度而造成的，就像大客车转弯过快时会翻一样，如果横倾角过大，甚至会造成船倾覆。所以，回转时转舵的速度，直接关系到船的安全。船在海上遇到困难需要变向、掉头，或在靠离码头时要灵活转身，都是在这个看似简单的动作基础上来做的，这也是回转性这么重要的原因。

值得注意的是，船的稳定性和回转性还会互相制约，所以在舰艇设计时，应根据其用途和航行区域对操纵性的要求而定。比如，对于近岸航行及反水雷舰艇，由于航向变动频繁，对回转性要求更高；而设计驱护舰时，则需要考虑到它常常以较高的航速保持直航，因此对稳定性要求更高。

理解了稳定性和回转性之后，也就不难理解“掌舵开船比想象中要难很多”吧——大海航行靠舵手，舵手则靠高超的技能和强大的勇气。

来源: 海军大连舰艇学院

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