基本介紹
- 中文名：平衡舵
- 外文名：balanced rudder
- 類型：造船技術
- 發明地：中國天津市
- 特點：所需轉舵力矩小
- 實質：舵桿軸線位於舵葉中前位置的舵
簡介,起源及發展,發現,發展,平衡舵的結構,舵葉,舵桿,舵承,相關概念,不平衡舵,半平衡舵,平衡舵葉,
簡介
根據舵桿軸線在舵葉上的位置，可分為平衡舵、不平衡舵和半平衡舵。平衡舵的舵壓中心至舵桿軸線的距離小，故轉舵力矩小，但舵在水流作用下易擺動，是中國造船技術一項重要的技術發明。
平衡舵轉舵時，由於軸線前後部分所受的水動力對軸線的力矩，方向相反，因此轉舵力矩小，可以配用功率較小的舵機。軸線之前的舵葉，在轉舵時起平衡作用，故稱平衡部分，整個舵也因此稱作平衡舵。平衡舵多採用懸掛支承，其舵軸所受彎矩大，要求有較高的強度。此外，其平衡部分向軸線之前伸延，對船尾線型影響較大。懸掛式平衡舵多用於有兩個以上螺旋槳的艦艇。
起源及發展
發現
1978年，在天津市靜海縣元蒙村古運河舊道發現了北宋末年木船。該船方頭、齊尾、平底，長14.62米，最大寬4.05米。船內由12道隔艙板分為13艙。船尾設平衡舵，舵桿粗糙，只是一根修整過的樹幹，殘高2.19米。舵扇呈不等邊三角形，框線內豎行排列14條木板；舵扇斷面積為858平方厘米。舵桿安插在舵扇後半部。這種平衡舵能夠縮小舵扇平面的擺動力矩，可使轉舵較為省力，對控制船隻航向有較好的效果。靜海宋船的平衡舵，是世界上最早的平衡舵發現。
古畫中的平衡舵
古畫中的平衡舵發展
早期船舵，舵桿多固定在舵面的一側，舵桿與舵面重心有一定距離，轉動時力矩較大，費力且不靈活j中國人在宋代以後發明了平衡舵，即將舵桿固定在舵面重心所在的垂線上，可以縮短舵壓力中心與舵軸的距離，減少轉舵力矩，使轉動的靈活度大大增加。
宋朝平衡舵的大小和結構可以從一些出土的宋船文物中看出。1978年，在天津市靜海縣元蒙村古運河舊道發現了北宋末年木船。該船方頭、齊尾、平底，長14.62米，最大寬4.05米。船尾設平衡舵，舵桿粗糙，只是一根修整過的樹幹，殘高2.19米。舵扇呈不等邊三角形，底邊長3.9米，高1.14米，舵葉總面積為2.223平方米。舵桿安插在舵扇後半部。此舵葉的形狀與《清明上河圖》中的船舵非常相似，這也從另一個側面說明此時平衡舵的使用已經相當普及了。這種平衡舵能夠縮小舵扇平面的擺動力矩，可使轉舵較為省力，對控制船隻航向有較好的效果。
目前世界上發現最早的平航舵是靜海宋船的平衡舵，歐洲直到18世紀才出現類似的平衡舵j平衡舵這項重要技術，即使是在今天的船舶設計中仍然不失其意義。
平衡舵的結構
舵的種類繁多，其結構也不盡相同，現代海船普遍採用流線型舵，而流線型舵的種類也較多，結構亦不同，因此，這裡著重介紹一般流線型平衡舵的結構。一般流線型平衡舵的結構主要由舵葉、舵桿、舵承組成。
舵葉
為了保證舵葉的強度和線型，用水平隔板和垂直隔板按線型的組成骨架，將兩塊流線型舵的外殼直接焊在骨架外面。
按規範要求，舵葉焊成或修復後，每個密封部分都應進行密性試驗。密性試驗前應將舵表面清潔乾淨，焊縫應清除氧化皮及焊渣，不得對水密焊縫塗刷油漆，敷設隔熱材料及水泥等。常用的密性試驗方法為灌水和充氣等。密性試驗合格後，通常在舵葉內灌上瀝青，以防舵葉內部鏽蝕。
舵桿
舵桿是舵葉轉動的軸，並用以承受和傳遞作用在舵葉上的力及舵給予轉舵裝置的力。其下部與舵葉連線，上部與轉舵裝置相連(圖1)。為了使舵在受損時不必拆開船體內的部分就能修理，把舵桿分作上舵桿和下舵桿兩段製造，然後用法蘭接頭連線。
圖1 舵裝置布置圖
圖1 舵裝置布置圖舵承
舵承是用來支持舵桿、支承舵的重量及保證船體水密的設備。按其位置可分上舵承和下舵承兩種。上舵承裝在舵機甲板上；下舵承裝在舵桿筒口或舵桿筒內。
相關概念
不平衡舵
整個舵葉在轉動軸線之後的舵，稱為不平衡舵。其舵葉由多個支承承托，比較牢固。由於舵葉在軸線之後，所以舵對船尾線型影響較小。其缺點是舵壓中心離軸線較遠，轉舵所需的力矩大，因此要配用功率較大的舵機，此外，在大風浪中容易出現轉舵不靈的現象。不平衡舵多用於單螺旋槳單舵船舶。
半平衡舵
平衡部位在舵葉下半部，且其兩積小於舵葉總面積25—30%的舵，稱為半平衡舵，多採用半懸掛式支承。半平衡舵的優缺點，介於平衡舵和不平衡舵之間，即轉舵所需力矩、舵軸所受彎矩較小，而對船尾線型的影響則大於不平衡舵。半平衡舵多裝於大型艦船。
平衡舵葉
平衡舵的舵葉剖面形狀一般都是流線型的。流線型舵的特點是，舵葉產生的水動壓力大，阻力小、強度高，但結構較複雜。
目前船上廣泛採用的都是這種流線型剖面的平衡舵。舵葉是由水平隔板和垂直隔板組成的骨架，在骨架的外面用鋼板包起來，形成一個空心水密結構。為防止生鏽，在舵葉內部塗有瀝青。舵葉的上下端板上開有小孔，並配有栓塞，供灌入瀝青和作水密試驗用。
