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鄂州船舶動(dòng)畫——船舶是如何轉(zhuǎn)彎的?帶您了解船舶上的“方向盤”——船舵

2020-12-22 15:02 閱讀 52308

有多少小伙伴和我一樣,小時(shí)候拿泡沫做過小船?當(dāng)時(shí)用四驅(qū)賽車的馬達(dá)做動(dòng)力,舵用的木片,塑料卡片或者鐵片。當(dāng)時(shí)我一直以為船舶轉(zhuǎn)彎的原理,是通過舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度,造成由螺旋槳加速出來的高速水流偏轉(zhuǎn),而船舶就是靠著這個(gè)偏轉(zhuǎn)的水流來推動(dòng)船舶轉(zhuǎn)彎的。事實(shí)真的如此嗎?今天咱們就來聊聊船舶的舵。

大家都知道,汽車的轉(zhuǎn)彎時(shí)依靠方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)汽車車輪的方向,從而控制汽車前進(jìn)的方向。雖然輪船沒有輪子,但是它跟汽車一樣是有"方向盤"的,輪船轉(zhuǎn)彎是靠船舵來實(shí)現(xiàn)的。

船舶動(dòng)畫

什么是船舵

輪船的轉(zhuǎn)向是通過船舵來控制的,通過舵輪(方向盤)依靠液壓或機(jī)械傳動(dòng)裝置控制舵軸使舵葉方向發(fā)生改變,從而控制輪船方向。而舵葉就是控制輪船轉(zhuǎn)向的核心部件。

船舶動(dòng)畫

舵其實(shí)是由槳發(fā)展而來的。在獨(dú)木舟剛出現(xiàn)的時(shí)候,人們利用槳來推進(jìn)獨(dú)木舟的前行并控制方向。但是隨著木舟變成船,而且船越做越大,此時(shí)就需要越來越多的人來劃槳。如果要把每把槳都兼管著前行和控制方向是很不容易的,一旦合作不協(xié)調(diào)就會(huì)偏離預(yù)定方向。慢慢的人們開始制定船尾的漿負(fù)責(zé)控制方向,可以稱之為舵漿。后來通過人們的不斷研究,舵漿面積不斷增大,如果仍然靠人劃動(dòng)的話很吃力。后來人們發(fā)現(xiàn)變換槳葉的角度會(huì)影響船只的行進(jìn)方向,于是人們將其固定在一個(gè)支撐點(diǎn)上,讓其繞軸轉(zhuǎn)動(dòng),從而出現(xiàn)了舵。

船舶動(dòng)畫

現(xiàn)代輪船舵葉大都由鋼材制作而成,一般安裝在船槳后側(cè)。舵葉內(nèi)部擁有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu),通過一系列液壓裝置及機(jī)械裝置與輪船內(nèi)部的舵輪相關(guān)聯(lián)。即可通過舵輪的轉(zhuǎn)動(dòng)控制舵葉的方向。

那么舵到底是如何工作的呢?

那么舵到底是如何工作的呢?

舵的工作原理如下圖,船舶在航行時(shí),如果舵葉處于正舵位置時(shí),則舵葉兩側(cè)所受的水作用力相等,所以對船舶的運(yùn)動(dòng)方向不產(chǎn)生影響。但是當(dāng)舵葉偏轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度 δ ,這時(shí)兩側(cè)的水流就不再保持對稱了,這樣舵葉偏轉(zhuǎn)角度的這面叫迎水面,它的背面為背水面。水流再要繞流舵葉時(shí),背水面的流程就要比迎水面的要長,背水面的流速也就會(huì)更快,其上的靜壓力就會(huì)比迎水面的要低,這樣迎水面和背水面會(huì)產(chǎn)生壓力差,而兩側(cè)所受水壓力的合力就稱為舵壓力PN。舵壓力垂直于舵葉,并作用于舵葉的壓力中心O,指向舵葉的背水面。除了PN外,水流還會(huì)對舵葉產(chǎn)生一個(gè)于舵葉中心線方向一致的摩檫力PT,而PN和PT的合力就是水作用力P。舵上的水作用力P也可以分解為與水流方向的垂直的升力PL和與水流方向平行的阻力PD。

船舶動(dòng)畫

但是當(dāng)舵葉通過舵輪的控制,產(chǎn)生一個(gè)偏轉(zhuǎn)角的時(shí)候,兩側(cè)的水流就不再保持對稱了。舵葉偏轉(zhuǎn)的一側(cè)成為迎水面,它的背面則是背水面。水流在繞過舵葉時(shí),背水面的水流流程比迎水面的要長一些,背水面的水流速度也更快。而水流速度快的一側(cè)靜壓力要低一些,即背水面的壓力要比迎水面的壓力低,這樣迎水面和背水面之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力差。這個(gè)壓力成為舵壓力。舵壓力與水流和舵葉之間的摩擦力形成一種合力,稱之為水作用力。正是這個(gè)水作用力推動(dòng)著輪船轉(zhuǎn)向。

船舶動(dòng)畫

船舶動(dòng)畫

雖然這個(gè)壓力很小,但是由于它距離船的轉(zhuǎn)動(dòng)中心很遠(yuǎn),所以形成的使船轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩是不小的。就像阿基米德說的:"給我一個(gè)支點(diǎn)一個(gè)扛就能撬動(dòng)整個(gè)地球"。

大家是不是感覺輪船的轉(zhuǎn)向與我們想象的不同呢?