动蜗杆3和蜗轮4转动，并通过主动齿轮5带动扇形齿轮6，再经过缓
冲弹簧7转动舵柄8（在扇形齿轮的下部），从而使舵柱9和舵叶偏
转。缓冲弹簧的作用是减轻船舶在航行中波浪对舵叶的冲击力，防
止传动装置受到损伤。
不论是扇形齿轮传动机构还是蜗杆传动机构，它们共同的特点都
是通过机械传动机构，以很高的减速比把电动机的高速转动直接传
舵角。
水流方向
转向
β F2
f1
f2
F
F1
α
航向
图13-2 舵叶偏转时作用于船舶上的力
现代船舶广泛图采14用-2流舵线叶型偏转舵时叶作。用这于种船舶舵上叶的在力转舵时所受到的 水流压力F与舵叶面积，船舶速度和舵偏转的角度之间的关系，符 合机翼升力理论，可用下式表示：
F=9.8CRρ(V2/2)S 式中：CR—对舵叶模型试验测得的升力系数，与翼型及β角有关：
图13-4液压舵机传动机构
(二)、电动—液压舵机装置 铰链的撞杆两端置入左右高压油缸内，两油缸与油泵连接，当油缸 注入高压油而油缸排出低压油时，推动撞杆（类似于活塞）向低压 端移动，从而带动舵柄、舵柱和舵叶偏转。高压油泵的排量和流向 则由操舵系统控制。
三、对舵机拖动控制系统的技术要求
（一）、从主配电板到舵机舱应采用双线供电制，并尽可能远离 分开敷设（如左、右舷两路）。在正常情况下应急配电板供电时， 其中一路可以经应急配电板供电。驾驶室与舵机舱的操舵装置应使 用同一电源。
对于一定型式的舵，转舵力
矩在最大舵角时达最大值，
而此值在船舶倒车时更大些。
随着航速和吨位的增加，转
舵力矩也将增大。若采用电
动舵机时，传动装置将出现
体大笨重，因此现代大型远
洋和近海船上电动液压舵机
获得广泛地应用。
(一)、电动—机械舵机装置
图13-3扇形齿轮传动机构
图13-3为扇形齿轮传动的电动舵机，它由电动机1通过连轴节2带
第十三章 船舶舵机装置的自动控制系统
第一节 舵与舵机装置
目前，绝大多数船舶都以舵作为保持或改变航向的设备。舵 垂直安装在螺旋桨的后方。早期船舶都采用平板舵。目前除一些内 河小船外，为了提高舵效和推进效率，大都采用钢板焊接而成的空 心舵，称为复板舵。这种舵由于水平截面呈对称机翼形，故又称流 线型舵。
舵的型式很多，图13-1示出三种典型的海船用舵。舵叶的偏 转由操舵装置（通常称舵机）来控制。舵机经舵柄1将扭矩传递到 舵杆3上，舵杆3由舵承支承，它穿过船体上的舵杆套筒4带动舵叶 7偏转。舵承固定在船体上，由滑动或滚动轴承及密封填料等到组 成此处，舵叶7还可以通过舵销5支承在舵柱8的舵托9舵钮6上。
一、舵的作用原理 如图13-2所示，舵叶处于船舶首尾线上时，水流方向与舵面一致， 不产生转船力矩，船舶保持直线航行。当舵叶离开首尾线，向某一 航侧偏转一个β角时，因舵叶面现水流流速不同，两面的压力不平
衡，在舵面上产生与其垂直的压力F。将F分解为相互垂直的两个
分力F1和F2。其纵向分力F1对船舶航行起制动作用，使船速减低，
送
到舵柱的低速偏转。这类舵机的电力拖动系统常采用直流G-M控制 系统。
电动—液压舵机装置基本上与 电动—液压起货机传动装置相 类似，有双向变量油泵，由恒 速电动机拖动，提供可逆流向 的高压油。两者不同之处在于 拖动起货机卷筒的是可连续旋 转的油马达，而转舵机构则是 左、右方向移动的液压油缸装 置，如图13-4所示。与舵柄
舵杆轴线一般就是舵叶的转动轴线。舵杆轴线紧靠舵叶前缘 的舵，称为不平衡舵图13-1（a）；舵杆轴线位于舵叶前缘后面一 定位置的舵称为平衡舵图13-1（b）而仅于下半部做成平衡型式的 舵称为半平衡舵图13-1（c）。
1
2
3
4
5
7
6
8
9
(a)不平衡舵
1
2
3
4
10
7
9 (b)平衡舵
1
2
4
3
5
6
9
(c)半平衡舵
（六）、船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时，不仅 能满足舵自一舷350转至另一舷350的最大舵角要求，还应满足自任 一舷350转至另一舷300的时间不超过28s的转舵速度要求。
（七）、舵角指示器指示舵角的误差应不大于±10。
（八）、保护和报警装置：设有舵叶偏转限位开关，实现极限位置 自动停舵；电源失压报警装置；过载声光报警，但无过载保护装置； 采用自动操舵装置时，应设有航向超过允许偏差的自动报警装置。
而横向分力F2会产生一个使船舶转向的转船力矩M。假设在船舶的
重心“0”处加上一对大小相等而方向相反的力，即f1=f2=F2，并与
F2平等。则F2与f1组成一个转船力矩M=F2×a，a为F2与f1之间的
Hale Waihona Puke 距离。而f2则引起船舶的横向漂移。
转船力矩在一定的舵角上出现最大值，这个舵角称为最大舵
角。在船舶上通常予以限定的角度（例如350）作为舵机的最大转
V—船舶速度m/s ρ—水的密度kg/m3 s—舵叶有效作用面积m2 舵角为β时产生的转船力矩M，可近似用下式表示：
M=KSV2sin2β 式中：K—常数。 在自动操舵时，舵角β通常采取小舵角，因而sin2β≈2β，则M公式 可写成
M=2KSV2sin2β=CV2β 式中 C=2KS 可见转船力矩M近似地与航速的平方成正比；航速越高舵效越好。 当航速一定时，M与舵角β（小舵角情况下）成正比。 二、舵机装置图13-3扇形齿轮传动机构 舵机按拖动方式，目前主要分为电动机械传动舵机和电动液压传 动舵机两类。舵机的转舵力矩不仅取决于舵叶上的水流压力F，而 且与舵的结构型式有关，采用平衡舵可减少舵机的负载。
1-舵柄；2-上舵轴承；3-下舵轴承；4-舵杆套筒；5-舵销；6-舵钮；7-舵叶；8-舵 1、舵柄；２、上柱舵；承9；-舵３、托舵；杆1４0-、舵舵轴杆承套筒；５、舵销；６、舵钮
后两种舵在７舵、杆舵叶轴；线８、之舵前柱有；９一、定舵托的；舵１０叶、面舵承积，转舵时水流作用在 它上面产生的扭矩可以抵消几一种部舵的分示轴意图线后舵叶面积上的扭矩，从而 减轻舵机的负荷。
（二）、舵机电动机应满足舵机的技术性要求，并能保证堵转 1min的要求。
（三）、拖动电动机组应采用双机系统，各机组可单独运行（一 机组为备用），也可同时运行。一机组故障碍时，另一机组应能自 动投入运行。
（四）、至少设有驾驶室和舵机舱两个控制站，并设有转换装置， 防止两地同时操纵。
（五）、现代船舶驾驶室多装有操舵仪，一般设有自动、随动、 应急三种操舵方式，也可只设两种。