第四章 舵設(shè)備

第三章舵設(shè)備

第一節(jié)舵的種類和結(jié)構(gòu)

第二節(jié)操舵裝置

第三節(jié)操舵裝置控制系統(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)舵設(shè)備的檢查、保養(yǎng)和試驗(yàn)

2/2/20231第四章舵設(shè)備伍生春第一節(jié)舵的種類和結(jié)構(gòu)一、舵的種類舵是舵設(shè)備中承受水動力以產(chǎn)生轉(zhuǎn)船力矩的構(gòu)件，一般安裝在船尾螺旋槳后面。1.按舵葉的剖面形狀分1)平板舵：也稱單板舵，僅用于小船。特點(diǎn)：阻力較大，舵效

隨著舵角的增大而變差，

失速現(xiàn)象發(fā)生早。

2/2/20232第四章舵設(shè)備伍生春2)流線型舵(又稱復(fù)板舵)：海船廣泛采用。特點(diǎn)：①舵葉剖面呈流線型，強(qiáng)度高；②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；③水動力性能好，舵的升力系數(shù)大，阻力小，舵效高(舵力大)；④舵的構(gòu)造比較復(fù)雜。

2/2/20233第四章舵設(shè)備伍生春2.按舵桿軸線位置分1)不平衡舵：又稱普通舵，適用于小船。特點(diǎn)：舵葉全部位于舵桿軸線之后，舵鈕支點(diǎn)較多，

舵桿強(qiáng)度容易得到保證。

需要較大的轉(zhuǎn)舵力矩。

2/2/20234第四章舵設(shè)備伍生春2)平衡舵：海船廣泛應(yīng)用。特點(diǎn)：①舵桿軸線位于舵葉的前后緣之間；②舵桿軸線之前的舵葉起平衡作用，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。③所需的轉(zhuǎn)舵力矩小，進(jìn)而可相應(yīng)減小舵機(jī)功率。2/2/20235第四章舵設(shè)備伍生春3)半平衡舵：一般用于尾柱形狀比較復(fù)雜的船舶。特點(diǎn)：舵的下半部為平衡舵，上半部為不平衡舵，平衡比度介于平衡舵和不平衡舵之間，即0.2以下。

2/2/20236第四章舵設(shè)備伍生春3.按舵的支承方式分1)支承舵：分多支承舵和雙支承舵兩種。多支承舵：與船體尾柱連接有三個及以上支承點(diǎn)的舵。其支承點(diǎn)可分為舵承、舵鈕和舵托等。舵的重量由船體內(nèi)的支承和舵托來支承。雙支承舵：指除上支承外，在舵根處還設(shè)有一個下支承的舵。

2/2/20237第四章舵設(shè)備伍生春2)懸掛舵：只有上支承而無下支承，其舵葉全部懸掛在船體外的舵桿上。廣泛應(yīng)用。3)半懸掛舵：指下支承的位置設(shè)在舵葉中間的舵。

2/2/20238第四章舵設(shè)備伍生春4.特種舵1)一般(總)特點(diǎn)：①增加舵效；②提高推進(jìn)效率；③減小旋回圈直徑；④改善大型船舶在低速時操縱性能。2)種類：特種舵有：反應(yīng)舵、主動舵、整流帽舵、襟葉舵、導(dǎo)流管舵、組合舵、首舵和首推進(jìn)器等。(1)反應(yīng)舵(又稱迎流舵)①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：舵葉前緣以螺旋槳軸線為界分別向相反方向扭曲一定角度，使其迎著螺旋槳排出的旋狀水流。②作用：使尾流中的軸向誘導(dǎo)速度增大，減少了阻力，增加了推力。反應(yīng)舵2/2/20239第四章舵設(shè)備伍生春(2)主動舵①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：②作用：在轉(zhuǎn)舵的同時螺旋槳隨之轉(zhuǎn)動并發(fā)出推力，從而增加了轉(zhuǎn)船力矩。即使在低速甚至主機(jī)停車的情況下，這種舵也能獲得轉(zhuǎn)船力矩，大大提高了船舶的操縱性。(3)整流帽舵①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在流線型舵正對螺旋槳軸線部位，裝設(shè)一個圓錐形的流線型體，俗稱整流帽。②作用：改善螺旋槳排出流的亂流狀態(tài)，從而提高螺旋槳的推力，改善船尾的振動情況。

主動舵→整流帽舵→2/2/202310第四章舵設(shè)備伍生春(4)襟翼舵①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：②作用：所產(chǎn)生的流體動力更大，提高了轉(zhuǎn)船力矩和舵效。廣泛采用。③優(yōu)缺點(diǎn)：所需的轉(zhuǎn)舵力矩較小，可相應(yīng)減小舵機(jī)功率。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

2/2/202311第四章舵設(shè)備伍生春(5)科特導(dǎo)流管舵①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在螺旋槳外圍套裝導(dǎo)流管并在其后端處裝一舵葉。有兩種形式，一種是導(dǎo)流管固定焊接在船尾骨架上，舵葉可以轉(zhuǎn)動；另一種導(dǎo)流管與舵葉可在允許角度內(nèi)一起轉(zhuǎn)動。②作用：增加推進(jìn)效率，保護(hù)螺旋槳，防止繩索纏入。

固定式導(dǎo)流管舵↓轉(zhuǎn)動式導(dǎo)流管舵↓2/2/202312第四章舵設(shè)備伍生春(6)組合舵(又稱希林舵或工字型舵)①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在流線型舵葉的上下兩端各安裝一塊制流板。舵的剖面設(shè)計成象魚的形狀，肥大部分占20%弦長。為能控制更多的尾流，舵桿中心線通常在距導(dǎo)邊40%弦長的位置處。

舵角可在±75°范

圍內(nèi)使用。②作用：減少舵葉

上下兩端的繞流損

失，提高舵壓力，

進(jìn)一步改善舵的流

體性能。③特點(diǎn)：具有低速時操縱性好，淺水中舵效無顯著下降的優(yōu)點(diǎn)。

2/2/202313第四章舵設(shè)備伍生春(7)側(cè)推器(首、尾)；舵和螺旋槳功能合二為一的螺旋槳舵及可轉(zhuǎn)動雙螺旋槳舵等。尾側(cè)推器舵、槳合一的螺旋槳舵←可轉(zhuǎn)動雙螺旋槳舵?zhèn)韧破?/2/202314第四章舵設(shè)備伍生春新型船舶推進(jìn)裝置短片短片1短片2SSP2/2/202315第四章舵設(shè)備伍生春二、舵的結(jié)構(gòu)流線型平衡舵主要由舵葉、舵桿和舵承三部分組成。1.舵葉1)制造：2)密性試驗(yàn)：試驗(yàn)前應(yīng)清潔

舵葉表面，清除焊縫處氧化

皮及焊渣，不得對水密焊縫

涂刷油漆或敷設(shè)隔熱材料及

水泥等。采用滲漏試驗(yàn)(施加的空氣試驗(yàn)壓力應(yīng)為0.015MPa)，詳見修理部分。3)防腐：舵葉內(nèi)灌涂防腐瀝青。4)附屬裝置：①舵葉上部和下部開小孔，并配有舵底塞。②繩孔或凹槽。2/2/202316第四章舵設(shè)備伍生春2.舵桿1)作用：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。2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①舵桿下端與舵葉連接，上部與轉(zhuǎn)舵裝置相連。②舵桿頂端(稱舵頭)裝有一只吊環(huán)，下端裝有法蘭接頭與舵葉上的法蘭連接，有水平法蘭連接、垂直法蘭連接和垂直嵌接三種連接形式，其中水平法蘭連接形式普遍采用。當(dāng)舵桿和舵葉各轉(zhuǎn)到相反舷的最大舵角時，上下法蘭邊緣之間有30mm的間隙，可不必拆卸舵桿而將舵卸下。一般用6只螺栓連接法蘭，安裝時螺母應(yīng)朝下，并加有防止螺母松動的保護(hù)裝置，且用水泥封搪。③舵桿磨擦處裝有青銅或其他銅質(zhì)材料的襯套，以防磨損。

2/2/202317第四章舵設(shè)備伍生春3.舵承1)作用與種類：用來支承舵桿和舵的重量及保證船體水密。分為上舵承及下舵承兩種。2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：上舵承裝在舵機(jī)間甲板上。下舵承一般安裝在舵桿筒口或舵桿筒內(nèi)，設(shè)有填料函以保證水密。懸掛舵都采用上、下兩個舵承。3)應(yīng)用：大型船舶普遍只設(shè)上舵承，全部重量和力由其承擔(dān)。這種舵葉中往往裝有可拆舵軸(穿心舵軸)，可拆舵軸的上端用法蘭固定在船尾，下端穿過尾柱承座，用螺母固定。轉(zhuǎn)舵時，舵葉繞可拆舵軸轉(zhuǎn)動。

2/2/202318第四章舵設(shè)備伍生春第二節(jié)操舵裝置一、操舵裝置分類1.按動力源分類：分電動操舵裝置和液壓操舵裝置；2.按公約和規(guī)范分類：分主操舵裝置和輔助操舵裝置。主操舵裝置：系指在正常情況下為駕駛船舶而使舵產(chǎn)生動作所必需的機(jī)械、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、舵機(jī)裝置動力設(shè)備(如設(shè)有)以及附屬設(shè)備和向舵桿施加轉(zhuǎn)矩的設(shè)施(如舵柄或舵扇)。主操舵裝置應(yīng)在駕駛室和舵機(jī)室都設(shè)有控制器。輔助操舵裝置：系指在主操舵裝置失效時，為駕駛船舶所必需的設(shè)備。這些設(shè)備不應(yīng)屬于主操舵裝置的任何部分，但可共用其中的舵柄、舵扇或作同樣用途的部件。

2/2/202319第四章舵設(shè)備伍生春二、電動操舵裝置1.組成：舵扇松套、舵柄鍵套在舵桿上。2.基本原理：3.主要組成部分的作用：1)蝸桿蝸輪：減速比大，轉(zhuǎn)矩大；其機(jī)械傳動中的自鎖作用，可防止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(hù)電動機(jī)的作用。2)緩沖彈簧：剛性大，正常情況下可順利地傳遞轉(zhuǎn)舵力矩。當(dāng)舵葉受到外界巨大沖擊力作用時，能吸收沖擊能量，起保護(hù)舵機(jī)的作用。

4.特點(diǎn)與應(yīng)用：結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、傳動可靠、維修方便，噪聲大、占用面積大。較廣泛地應(yīng)用于中小型船。2/2/202320第四章舵設(shè)備伍生春三、液壓操舵裝置1.一般原理：液壓操舵裝置主要是指液壓舵機(jī)，液壓舵機(jī)也稱電動液壓舵機(jī)或電液舵機(jī)。2.特點(diǎn)與應(yīng)用：噪聲小、

體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩

大、傳動平穩(wěn)，能實(shí)現(xiàn)

無級調(diào)速，易于遙控和

容易管理，操作方便，

在操舵次數(shù)頻繁時仍有

較高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。廣泛采用。

3.種類：有柱塞式和轉(zhuǎn)

葉式兩大類。

2/2/202321第四章舵設(shè)備伍生春1)柱塞式液壓舵機(jī)

柱塞式液壓舵機(jī)也稱往復(fù)式液壓舵機(jī)，有二缸柱塞式和四缸柱塞式。一般由動力源、轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)和操縱追隨機(jī)構(gòu)三大部分組成。①動力源：②轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)：將柱塞的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變成

舵柄繞舵桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的

裝置有：滑式(十字頭)、滾輪式及搖擺式三種，大型船均使用滑式。③操縱追隨機(jī)構(gòu)：由減速器、螺桿、滑塊、操縱桿、連桿(也稱浮動桿)、反饋桿(也稱追隨桿)等一系列拉桿組成，主要作用是控制主油泵的工作狀態(tài)。2/2/202322第四章舵設(shè)備伍生春2)轉(zhuǎn)葉式液壓舵機(jī)轉(zhuǎn)葉式液壓舵機(jī)由轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)和動力源兩大部分組成。①轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)：由油缸、回轉(zhuǎn)體組成?；剞D(zhuǎn)體鍵套在舵桿上。②動力源：由電動機(jī)、主油泵、輔油泵和安全控制閥箱等組成。

2/2/202323第四章舵設(shè)備伍生春四、舵角限位器1.作用：防止操舵時實(shí)際舵角超過最大有效舵角。2.種類：有機(jī)械、電動和角鐵架式等幾種。3.位置：機(jī)械舵角限位器一般設(shè)在舵葉上側(cè)、下舵桿與舵

柱的上部、舵柄兩側(cè)極限舵角位置處。4.限制角：流線型舵一般為32°，平板舵為35°。

五、操舵裝置的基本性能和要求1.應(yīng)配備滿意的主、輔助操舵裝置。其布置應(yīng)使兩者之一在發(fā)生故障時，不致導(dǎo)致另一裝置不能工作。2.監(jiān)控與供電要求：1)應(yīng)在駕駛室和適當(dāng)?shù)闹鳈C(jī)控制位置裝設(shè)指示其電動機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備。2)供電獨(dú)立，其中之一可以由應(yīng)急配電板供電。

2/2/202324第四章舵設(shè)備伍生春3.主操舵裝置和舵桿：1)具有足夠強(qiáng)度，并能在船舶最大航海吃水和最大營運(yùn)前進(jìn)航速時進(jìn)行操舵，能使舵自任一舷35°轉(zhuǎn)至另一舷35°，并且于相同條件下在自一舷的35°轉(zhuǎn)至另一舷30°所需的時間不超過28s；2)當(dāng)舵柄處的舵桿直徑(不包括航行冰區(qū)的加強(qiáng))大于120mm時，操舵

裝置應(yīng)為動力操縱；3)在最大后退航速時不致?lián)p壞，但不需驗(yàn)證。4.輔助操舵裝置：1)具有足夠的強(qiáng)度和足以在可駕駛的航速下操縱船舶，并能在應(yīng)急情況下投入工作；2)應(yīng)能在船舶最大航海吃水和以最大營運(yùn)前進(jìn)航速的一半但不小于7kn時進(jìn)行操舵，使舵自一舷15°轉(zhuǎn)至另一舷15°，且所需時間不超過60s；3)當(dāng)舵柄處的舵桿直徑(不包括航行冰區(qū)的加強(qiáng))大于230mm時，操舵

裝置應(yīng)為動力操縱。人力操舵裝置允許裝船使用的條件是：操舵力不超過160N，且其結(jié)構(gòu)不致對操舵手輪產(chǎn)生破壞性的反沖作用。

2/2/202325第四章舵設(shè)備伍生春5.主操舵裝置和輔助操舵裝置動力設(shè)備的布置應(yīng)：1)當(dāng)動力源發(fā)生故障失效后又恢復(fù)輸送時，能自動再起動；2)能從駕駛室控制使其投入工作；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)在駕駛室里發(fā)出

聲、光警報。6.當(dāng)主操舵裝置具有2臺或2臺以上相同的動力設(shè)備時，則可不必設(shè)置輔助操舵裝置。7.操舵裝置控制系統(tǒng)的布置：1)主操舵裝置，應(yīng)在駕駛室和舵機(jī)室兩處都設(shè)有控制器；2)主操舵裝置應(yīng)設(shè)置兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，且每套系統(tǒng)均應(yīng)能在駕駛

室控制。但不要求設(shè)雙套操舵手輪或手柄。如控制系統(tǒng)是由液壓遙控傳動裝置組成，則除10000總噸及以上的油船、化學(xué)品船或氣體運(yùn)輸船外，不必設(shè)置第二套獨(dú)立控制系統(tǒng)；

3)對輔助操舵裝置為動力操縱的，則也應(yīng)能在駕駛室和舵機(jī)室進(jìn)行控

制，并應(yīng)獨(dú)立于主操舵裝置的控制系統(tǒng)。

2/2/202326第四章舵設(shè)備伍生春8.駕駛室與舵機(jī)室之間應(yīng)設(shè)有通信設(shè)施。9.舵角位置1)主操舵裝置為動力操縱的，應(yīng)在駕駛室顯示。舵角的顯示裝置應(yīng)獨(dú)立于操舵裝置的控制系統(tǒng)；2)在舵機(jī)室內(nèi)能看到舵角的指示。10.液壓動力操舵裝置應(yīng)滿足液壓系統(tǒng)的循環(huán)油箱應(yīng)設(shè)低位警報器，在駕駛室和機(jī)器處所內(nèi)易于觀察的地方發(fā)出聲、光警報。

11.安全閥：開啟壓力應(yīng)不小于1.25倍的最大工作壓力。

12.操舵裝置的應(yīng)急動力：當(dāng)舵柄處舵桿直徑大于230mm(不包括航行冰區(qū)加強(qiáng))時，應(yīng)設(shè)有能在45s內(nèi)向操舵裝置自動供電的應(yīng)急電源或位于舵機(jī)室內(nèi)的獨(dú)立動力源。在10000總噸及以上的每艘船舶上，替代動力源應(yīng)具有足夠供應(yīng)至少連續(xù)工作30min的能量，在任何其他船舶上則至少為10min。2/2/202327第四章舵設(shè)備伍生春13.10000總噸及以上的每艘油船、化學(xué)品船或氣體運(yùn)輸船和70000總

噸及以上的每艘其他船舶，其主操舵裝置應(yīng)設(shè)有兩臺或兩臺以上相同的動力設(shè)備。14.10000總噸及以上的每艘油船、化學(xué)品船、液化氣體運(yùn)輸船的操舵裝置還應(yīng)滿足：1)當(dāng)主操舵裝置的一個動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)的任何部分(除舵柄、舵扇或?yàn)橥瑯幽康姆?wù)的部件或因轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)卡住以外)發(fā)生單項(xiàng)故障以致喪失操舵能力時，能在45s內(nèi)重新獲得操舵能力；2)主操舵裝置應(yīng)包括：(1)兩個獨(dú)立和分開的動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)；或(2)至少兩個相同的動力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中同時工作時能滿足要

求。3)非液壓型式的操舵裝置應(yīng)能達(dá)到同等的標(biāo)準(zhǔn)。17.對10000總噸及以上但小于100000載重噸的油船、化學(xué)品船或液化氣體運(yùn)輸船的操舵裝置，舵機(jī)制造廠應(yīng)使其產(chǎn)品符合IMO通過的《非雙套轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)的驗(yàn)收準(zhǔn)則》的要求，并經(jīng)船級社認(rèn)可。2/2/202328第四章舵設(shè)備伍生春第三節(jié)操舵裝置控制系統(tǒng)操舵裝置控制系統(tǒng)是指將舵令由駕駛室傳至舵機(jī)裝置動力設(shè)備之間的一系列設(shè)備。由發(fā)送器、接受器、液壓控制泵及其電動機(jī)、電動機(jī)控制器、管系和電纜等組成。主要有電力和液壓兩種。一、電力控制系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)有：輕便靈敏，便于遙控和操舵自動化，線路易于布置，不受溫度變化和船體變形的影響，工作可靠，維修管理方便。具有自動、隨動和應(yīng)急操舵三種功能。海船都應(yīng)配備隨動操舵控制系統(tǒng)和應(yīng)急操舵系統(tǒng)。且兩套系統(tǒng)的線路獨(dú)立布置，當(dāng)一套系統(tǒng)發(fā)生故障時，可立即轉(zhuǎn)換使用另一套。2/2/202329第四章舵設(shè)備伍生春1.隨動操舵系統(tǒng)設(shè)有舵角反饋裝置，并能進(jìn)行追隨控制的操舵系統(tǒng)稱為隨動操舵系統(tǒng)。有液壓舵機(jī)的隨動操舵系統(tǒng)和電動舵機(jī)的電動操舵系統(tǒng)。1)液壓舵機(jī)的隨動控制原理舵角信號→放大→力矩馬達(dá)→伺服電機(jī)→傾斜盤傾斜→油泵排出高壓油→柱塞→舵柄轉(zhuǎn)舵→反饋信號→力矩馬達(dá)→伺服電機(jī)→傾斜盤非傾斜→舵葉停在所需位置2/2/202330第四章舵設(shè)備伍生春2)電動舵機(jī)的隨動控制系統(tǒng)

主要是通過舵角反饋來控制電橋平衡。

電動舵機(jī)的隨動控制原理圖

2/2/202331第四章舵設(shè)備伍生春2.手柄控制系統(tǒng)又稱直接或應(yīng)急控制系統(tǒng)。在自動和隨動操舵裝置發(fā)生故障時使用。電源

獨(dú)立(由直流船電供電)，操舵手柄、開關(guān)或按鈕直接控制繼電器或其他相

應(yīng)裝置來啟動舵機(jī)，無反饋裝置，開關(guān)合上舵機(jī)轉(zhuǎn)動，左開關(guān)合上左轉(zhuǎn)，

右開關(guān)合上右轉(zhuǎn)，開關(guān)脫開舵機(jī)停止。一般應(yīng)急操舵裝置在駕駛室和舵機(jī)間各設(shè)有一套應(yīng)急操舵的開關(guān)或手柄。操舵時，應(yīng)注意掌握：①按舵角操舵：舵角到及時松開手柄；②按航向操舵：應(yīng)結(jié)合改向大小，船舶的回轉(zhuǎn)慣性，合理使用舵角，及時

斷電，才能使船舶準(zhǔn)確到達(dá)所需的航向。

2/2/202332第四章舵設(shè)備伍生春二、液壓控制系統(tǒng)

1.組成與適用：主要由發(fā)送器和受動器組成，發(fā)送器在駕駛室，受動器在舵機(jī)艙，兩者之間由充滿液體的管路(甘油和水的混合液,用于傳遞壓力)連結(jié)。港內(nèi)小船使用。2.基本原理：…曲拐杠桿控制舵機(jī)油泵開始排吸油…。3.反饋：轉(zhuǎn)舵的同時，舵機(jī)的三點(diǎn)杠桿式反饋裝置作用下(見下圖)→油泵停止排吸油→舵葉停在所需的舵角上。

2/2/202333第四章舵設(shè)備伍生春第四節(jié)自動舵優(yōu)點(diǎn)：①減輕勞動強(qiáng)度；②及時糾正偏航；③長時間較準(zhǔn)確地保持在指定航向上；④相應(yīng)縮短航程，節(jié)約燃料；⑤提高了營運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益。一、自動舵的種類

按自動舵的調(diào)節(jié)規(guī)律可分為三種：1.比例舵按偏航角的大小來調(diào)節(jié)偏舵角，調(diào)節(jié)關(guān)系為：

=-K1式中：K1——比例系數(shù)，負(fù)號表示偏舵的方向與偏航方向相反，用以消除偏航。偏舵角和偏航角成正比，K1根據(jù)船舶類型、海況、裝載情況加以選擇和調(diào)整。沒有考慮偏航角速度即船舶偏航慣性的影響，也沒有考慮風(fēng)流或螺旋槳不對稱排出流等原因產(chǎn)生的恒值干擾的影響，航跡呈“S”形。基本不用。2/2/202334第四章舵設(shè)備伍生春2.比例一微分舵按偏航角和偏航角速度的大小來調(diào)節(jié)偏舵角。調(diào)節(jié)關(guān)系為：

=-(K1+K2d/dt)式中：K2——微分系數(shù)。偏舵角與偏航角和偏航角速度d/dt成正比，K1、K2根據(jù)船舶種類、裝載和偏航慣性等加以選擇和調(diào)整。由于增加了航向變化率d/dt(即考慮了船舶偏航慣性的影響)，因而加快了給舵速度，能更好地克服船舶的回轉(zhuǎn)慣性，使船舶較快地穩(wěn)定在原定航向上，大大提高了維持航向的精確度。這種類型的自動舵比較接近人工操舵。使用仍較普遍(增加一人工調(diào)節(jié)的壓舵旋鈕)，國產(chǎn)紅旗5型屬這一類型。在安裝試航時需將參數(shù)K1、K2選擇調(diào)節(jié)合適，否則反而會影響航行質(zhì)量。2/2/202335第四章舵設(shè)備伍生春3.比例一微分一積分舵在自動舵的調(diào)節(jié)規(guī)律中增加了與偏航角成積分關(guān)系的積分功能，調(diào)節(jié)規(guī)律為：

=-(K1+K2d/dt+K3∫dt)式中：K3一積分系數(shù)，根據(jù)外界恒值干擾調(diào)節(jié)。偏舵角與偏航角、偏航角速度d/dt和偏航角積分∫dt成正比。積分調(diào)節(jié)功能的增加，能將風(fēng)流或螺旋槳不對稱排出流等原因產(chǎn)生的恒值干擾影響積累起來，并以此信號控制舵機(jī)，施反向舵角來平衡恒值干擾力矩的影響，使船舶穩(wěn)定在指定的航向上航行，進(jìn)一步提高了船舶航行質(zhì)量。目前，各國新型自動舵大多數(shù)采用這種類型的自動舵，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高。國產(chǎn)紅旗7型、航舵5L型為此類舵。

2/2/202336第四章舵設(shè)備伍生春二、自動舵的操作使用

1.操舵?zhèn)鲃臃绞?/p>

有隨動、自動和應(yīng)急三種操舵?zhèn)鲃臃绞健?)隨動操舵(又稱人工操舵)2)自動操舵3)應(yīng)急操舵：在自動和隨動操舵系統(tǒng)發(fā)生故障時使用。2/2/202337第四章舵設(shè)備伍生春2.自動舵調(diào)節(jié)旋鈕的使用1)轉(zhuǎn)入自動開關(guān)：首先把壓舵與自動改向調(diào)節(jié)旋鈕歸零。2)比例旋鈕：又稱舵角調(diào)節(jié)旋鈕，用以調(diào)節(jié)糾正偏航的舵角大小。根據(jù)海況、裝載和舵葉浸水面積等情況確定。重載或空載舵葉露出水面或海況惡劣時一般應(yīng)調(diào)大些。3)微分旋鈕：又稱反舵角調(diào)節(jié)或速率調(diào)節(jié)，是根據(jù)偏航慣性來調(diào)節(jié)的。大船、重載及旋回慣性大時應(yīng)調(diào)大些；輕載時應(yīng)調(diào)小一些；惡劣海況調(diào)小或零。4)靈敏度旋鈕：又稱天氣

調(diào)節(jié)旋鈕或航擺角調(diào)節(jié)，

是調(diào)節(jié)自動舵開始投入工

作的最小偏航角。

注意：當(dāng)航擺角大時，靈

敏度低。2/2/202338第四章舵設(shè)備伍生春5)壓舵旋鈕：6)自動改向旋鈕(航向改變調(diào)節(jié))：先把比例旋鈕放最小位，且每次只能進(jìn)行小度數(shù)改向，若需大角度改向，則應(yīng)分幾次進(jìn)行，一般每次不超過10o。7)零位修正調(diào)節(jié)旋鈕：用于修正自動舵分羅經(jīng)與主羅經(jīng)同步誤差。方法為：先取下螺帽，

用專用鑰匙插入，旋轉(zhuǎn)刻度盤，

使其與主羅經(jīng)一致。然后將自

動改向調(diào)節(jié)旋鈕指針拔回零位。2/2/202339第四章舵設(shè)備伍生春3.使用自動操舵儀(自動舵)的注意事項(xiàng)1)在大風(fēng)浪中航行時應(yīng)改用人工操舵。2)避讓、改向、過轉(zhuǎn)向點(diǎn)，航行于狹水道、漁區(qū)、礁區(qū)、航道復(fù)雜水域、進(jìn)出港和靠離泊位，在能見度受限制的情況下以及在所有其他航行危險的情況下，應(yīng)盡可能立即改為人工操舵。3)使用自動舵航行時，每一航行班次(即每4小時)至少應(yīng)檢查一次隨動操舵裝置是否正常。4)在隨動操舵狀態(tài)下，自動操舵的有關(guān)各調(diào)節(jié)旋鈕不起作用，但當(dāng)隨動轉(zhuǎn)入自動操舵時，應(yīng)先將壓舵旋鈕和自動改向旋鈕調(diào)至零位。2/2/202340第四章舵設(shè)備伍生春第五節(jié)自適應(yīng)舵與自動駕駛儀一、自適應(yīng)舵一般自動舵各調(diào)節(jié)旋鈕是人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用手動方式進(jìn)行調(diào)節(jié)和修正的，由此帶來的后果是：精度差→操舵次數(shù)多→阻力增大→主機(jī)負(fù)荷加大、轉(zhuǎn)速下降→為阻止轉(zhuǎn)速下降→調(diào)速器工作→油耗增加。從節(jié)能的角度來看，一般自動舵在操作中仍有不足之處。自適應(yīng)舵的優(yōu)點(diǎn)為：能根據(jù)船舶運(yùn)動特性和海況的變化，自動地確定各項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行最佳控制，達(dá)到了減少操舵次數(shù)、減小舵角的目的，彌補(bǔ)了一般自動舵存在的不足。即能通過計算軟件自動地選擇節(jié)能方式和保向方式運(yùn)行。自適應(yīng)舵的主要組成部分及各組成部分的作用如下：2/2/202341第四章舵設(shè)備伍生春1.一般自動舵包含了一般自動舵的部件和功能。2.數(shù)學(xué)模型

是供貯存、計算、比

較和鑒別船舶運(yùn)動特

性之用的組件。3.辨識裝置

是自動辨識船舶運(yùn)動

特性如載重量、吃水

差、船速和海況等的

組件。這種辨識是在船舶離港用手動操舵時就已開始，并在操縱過程中不斷更新模型。

卡爾曼濾波器

最佳控制器

偏航角速度

數(shù)學(xué)模型

辨識裝置

增益調(diào)節(jié)器

自動舵控制器

舵機(jī)

計程儀

羅經(jīng)

2/2/202342第四章舵設(shè)備伍生春4.卡爾曼濾波器

是從不規(guī)則噪聲信號中提取所需信息(如羅經(jīng)輸出信號)并計算出船舶偏航角的組件。5.最佳控制器

是利用偏航角發(fā)出舵

角指令，使船舶回到

原航向的組件。6.增益調(diào)節(jié)器

是調(diào)節(jié)增益參數(shù)、

改善操縱性能，自

動選擇節(jié)能方式和

保向方式，并在海

況惡劣時自動轉(zhuǎn)到

保向方式上運(yùn)行的組件。

卡爾曼濾波器

最佳控制器

偏航角速度

數(shù)學(xué)模型

辨識裝置

增益調(diào)節(jié)器

自動舵控制器

舵機(jī)

計程儀

羅經(jīng)

2/2/202343第四章舵設(shè)備伍生春二、自動駕駛儀自動駕駛儀是以自動舵為基礎(chǔ)、計算機(jī)為核心，并連接綜合導(dǎo)航儀或船位接收機(jī)的一個自動航行控制系統(tǒng)，也稱航跡舵。主要作用為：當(dāng)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(yù)定的轉(zhuǎn)向點(diǎn)上自動轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)船舶駕駛的高度自動化。自適應(yīng)自動舵基本含有這些功能。1.基本工作原理通過一臺微處理器，將人工輸入的轉(zhuǎn)向點(diǎn)經(jīng)緯度與通過定位傳感器得到的實(shí)時船位等數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)航向Cs)。綜合導(dǎo)航儀航路數(shù)據(jù)微處理器計程儀羅經(jīng)自動舵船舶顯示器報警系統(tǒng)選擇開關(guān)操舵裝置舵舵角反饋器船舶動態(tài)2/2/202344第四章舵設(shè)備伍生春指標(biāo)航向?qū)嶋H上是受風(fēng)流影響的一連串變化的航向，一般過15～30min修正一次風(fēng)流壓；指標(biāo)航向小數(shù)點(diǎn)的處理：0.1～0.5取0.5，0.6～0.9取1.0。船舶只能自動航行在規(guī)定的航跡帶內(nèi)，并按Cs自動轉(zhuǎn)向。1)計劃航向的確定：2)實(shí)時船位的獲?。河蒅PS、LORAN-C、DECCA等獲得，其中廣泛采用GPS。船位信號的三項(xiàng)處理：坐標(biāo)系統(tǒng)誤差的修正、船位數(shù)據(jù)的濾波和較大誤差的剔除。3)航跡帶寬度的設(shè)置：位置偏移量d0的計算是以計劃航線為基準(zhǔn)的。如果船舶不能保持在計劃航線的±dmax之內(nèi)時，則認(rèn)為不能自動保持航

跡，需要人工處理。

2/2/202345第四章舵設(shè)備伍生春自動駕駛儀還能根據(jù)轉(zhuǎn)向點(diǎn)的位置、當(dāng)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(自動地確定轉(zhuǎn)向時刻與均勻地改變指標(biāo)航向)，從而自動轉(zhuǎn)到下個計劃航向上。2.使用注意事項(xiàng)1)全自動駕駛儀能否正常工作的關(guān)鍵在于連續(xù)輸入的船位數(shù)據(jù)。因此，應(yīng)經(jīng)常檢查綜合導(dǎo)航儀或船位接收儀是否工作正常，并確認(rèn)操舵儀上的RCready等指示燈亮。如較長時間無船位或有其他情況時，應(yīng)及時提醒駕駛員轉(zhuǎn)到其他操舵方式。2)與普通自動舵一樣，遇大風(fēng)浪、避讓等情況時，也不能使用自動駕駛儀。當(dāng)避讓等操縱結(jié)束，需要重新使用這一系統(tǒng)時，應(yīng)確認(rèn)下一轉(zhuǎn)向點(diǎn)的正確性和下一個計劃航向的度數(shù)，必要時調(diào)整船舶的航向，使航向基本對準(zhǔn)下一個轉(zhuǎn)向點(diǎn)。3)駕駛?cè)藛T必須充分了解周圍的海域、船位、使用的航跡帶寬度(應(yīng)根據(jù)航行區(qū)域與海況確定)以及轉(zhuǎn)向前后的海面狀況等情況。只有在確認(rèn)安全的情況下，才可自動轉(zhuǎn)向。2/2/202346第四章舵設(shè)備伍生春三、主機(jī)、舵機(jī)和側(cè)推器聯(lián)合控制裝置通常配備有主機(jī)、舵機(jī)和首尾側(cè)推器的船舶，其幾個操作系統(tǒng)需分開操作，但目前已有高度自動化的大型船舶配備了主機(jī)、舵機(jī)和側(cè)推器的聯(lián)合控制裝置(單手柄操作系統(tǒng))，

通過一個單手控制柄即可在主駕駛室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對上述幾個操作系統(tǒng)的控制。我國海南客貨火車輪渡“粵海鐵系列船”使用的就是該項(xiàng)技術(shù)。其兩臺主機(jī)、兩臺舵機(jī)及三臺側(cè)推器由一個手柄控制。2/2/202347第四章舵設(shè)備伍生春第六節(jié)舵設(shè)備的檢查、保養(yǎng)和試驗(yàn)開航前檢查；平時檢查保養(yǎng)；安裝或修理后，按規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn)。一、檢查與保養(yǎng)1.日常檢查保養(yǎng)船舶開航前12h之內(nèi)，進(jìn)行核查和試驗(yàn)。試驗(yàn)程序一般包括下列操作：1)主、輔操舵裝置及操舵裝置遙控系統(tǒng)；2)駕駛室內(nèi)的操舵位置；舵角指示器；應(yīng)急動力；3)操舵裝置遙控系統(tǒng)動力故障報警器；操舵裝置動力設(shè)備故障報警器；和自動隔斷裝置及其他自動設(shè)備。核查和試驗(yàn)應(yīng)包括：1)操滿舵；操舵裝置及其聯(lián)結(jié)部件的外觀檢查；和2)駕駛室與舵機(jī)室間的通信手段。對于定期從事短期航行的船舶，主管