潛艇操縱面是舵和穩定翼，或是其組合體的總稱。按其控制潛艇運動的功能舵通常分為升降舵(水平舵)和方向舵(垂直舵)，舵是潛艇(也是其他船舶)的最重要又最方便的操縱裝置，而穩定翼是固定不動的操縱面，通常只布置在艇尾的水平及垂直方向，即有水平穩定翼和垂直穩定翼，穩定翼用來調節作用於潛艇的水動力，使其具有必要的運動穩定性。轉舵角為零時，舵也起穩定翼作用；如果要求穩定翼也起到舵的作用，就出現了垂直舵和垂直穩定翼合一的全動舵；如果把控制航向的垂直舵和控制深度的水平舵合一，這就是20世紀70年代末出現的“x”形舵。
潛艇技術的發展，對高速機動的控制和安靜操艇提出了更嚴格的要求。潛艇的操縱面及操艇系統對艇的操縱性能和安靜性起著關鍵作用，在研製發展新型潛艇中占有重要地位。
基本介紹
- 中文名：水動力操縱面概述
- 外文名：Hydrodynamic control surface
- 領域：潛艇
- 分類：首操縱面和尾操縱面
- 作用：操縱性能和安靜性
- 組成：舵和穩定翼
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分類
潛艇操縱面是舵和穩定翼的總稱。按控制潛艇運動的功能舵分為升降舵(水平舵)和方向舵(垂直舵)，舵是潛艇最重要又最方便的操縱裝置。穩定翼是固定不動的操縱面，通常只布置在艇尾，水平穩定翼和垂直穩定翼，穩定翼具有加強潛艇直線穩定性的作用。舵在舵角為零時也起穩定翼的作用；也有垂直穩定翼和垂直舵合一的全動舵。若把控制航向和控制深度舵合二為一，則形成了20世紀70年代末出現的x形舵。按操縱面的縱向位置分為首操縱面和尾操縱面。
首操縱面
首操縱面：首舵、中舵與圍殼舵
一般把位於潛艇水動力中心以前的各類型水平舵統稱為首操縱面。此時轉舵產生的舵力及其力矩作用效果相同。
水平舵的基本作用有三個方面：控制下潛、上浮和縱傾與深度。在近水面要求能準確地控制縱傾和深度，而在較大深度，控制深度的變化率比保持定深的穩定性更為重要。這些功能分解到首、尾水平舵是各有側重的。目前首水平舵的基本功能可歸結為：
(1)用於低速操縱，因為尾水平舵的逆速區約為2kn～3.5kn；
(2)克服近水面航行時，一定海況下的部分二階平均波浪力，使潛艇能在規定的低速下保持潛望深度的定深航行；
(3)與尾水平舵聯合作用加速潛浮(相對舵)，或作無縱傾變深或定深直航(平行舵)，或作定深迴轉運動。
首水平舵就其位置而言，可分為首端首舵(或稱常規首舵)、中舵(如俄羅斯K級艇)和圍殼舵。
尾操縱面
尾操縱面：十字形、x型舵和其他新型尾操縱面
實踐表明，主艇體和指揮室圍殼由總布置確定後，設計好尾操縱面是潛艇獲得良好操縱性的關鍵，尾操縱面的設定至今仍是人們研究的熱點之一。
在常規尾型的槳後舵淘汰後，現代潛艇的尾型、螺旋槳和操縱面三者問的基本形式是“十”字形尖尾和“X”形舵。
十字形尾操縱面是指：尾水平舵和水平穩定翼組成水平操縱面，上下垂直舵和上下垂直穩定翼組成垂直操縱面，兩者正交構成十字形的尾翼位於螺旋槳的前方，30多年來，十字形尾成為現代潛艇尾型的基本形式。
潛艇的主艇體形狀——水滴形或過渡型，採用已有半個世紀，從使用上看，迄今尚未出現需作重大改變的必要性，主艇體的錐體，尤其是尖形尾，決定了尾操縱面的建築形式。
在20世紀50年代初，歷史性變革發生在“大青花魚”號試驗艇，突出的變化有兩個方面：
(1)把槳後舵改成槳前舵；
(2)把閉式尾改成開式尾。
設計
由於艇的艏部安裝了用於探測水中目標的聲吶站，當流體流過水滴型的艏部時，會產生艏部的局部層流分離和層流與湍流之間的過渡現象，分離產生的水動力噪聲以及激勵艇體結構所產生的回響都會嚴重干擾聲吶基陣，直接影響其作用距離和解析度。
為了減少這種影響，國外一般採取最佳化艇體設計的方法，使聲吶站儘可能位於層流區。以避免過渡區和湍流區流態變化產生干擾，同時還在導流罩內部的聲吶基陣平台周圍貼上吸聲橡膠尖劈，對透聲窗表面塗刷阻尼塗料或採用高阻尼的材料，以吸收和減弱這些部位產生的混響聲和結構噪聲，並避免在此部位存在開孔結構，以保證聲吶站處於良好的工作環境。
而在艉部過渡區，由於存在結構複雜的尾操縱面、流態在此處發生了顯著的變化，出現了嚴重的分離，產生了漩渦，不但使流體噪聲加大，而且使伴流不均勻，影響螺旋槳的工作環境，使其無空泡速度降低。目前，潛艇的尾操縱面基本上都採用了十字形的操縱面，不但操縱方便，而且使艇的尾部附屬檔案結構簡單，對改善艉部的流態、降低艇的噪聲起到了很好的作用。在此基礎上又發展了水平面呈H形和x形的尾部結構，這種H形結構的作用不但能改善迴轉效果，減小螺旋槳的噪聲。而且能減少翼端繞流的作用。從而可減弱穩定翼的振動。而採用x形的結構，由於其舵效較高，使其舵面積可相應縮小，並可增大與螺旋槳之間的距離，減小附體阻力，改善伴流，使螺旋槳的噪聲降低。
通過計算機對艇的外形進行最佳化設計，使艇的外形處於最佳狀況，從而保證流體動力噪聲最小。隨著新技術、新材料的出現，新的設計方法必將使潛艇的外形設計水平進一步提高，從而使流體動力噪聲進一步降低。
設計內容
潛艇操縱性設計受到許多不利因素的制約，操縱性設計應綜合考慮各種制約因素和滿足操縱性能各項設計指標。潛艇操縱性設計的目的是研究設計潛艇的操縱面及其操縱特性，使潛艇具有良好的運動穩定性和機動性。從而具有較好的作戰性能，基本內容有：
(1)操縱面設計；
(2)潛艇水動力模型試驗；
(3)潛艇操縱性能預報；
(4)潛艇操縱性陸上聯調試驗；
(5)實艇操縱性能試驗；
(6)潛艇特殊工況操縱性研究設計。
設計步驟
根據研製任務書對操縱性能的要求、潛艇操縱性設計規範及潛艇總體設計對操縱性設計的具體約束條件進行潛艇操縱性設計。操縱性設計是整個潛艇總體設計的重要組成部分，潛艇操縱性設計與總體設計一樣一般分三個設計階段：方案設計、技術設計、施工設計。隨著設計工作的深入，操縱性設計將不斷最佳化細化，它要在總體設計方案的基礎上進行，通過操縱面設計，使艇的操縱性能達到相關標準的要求，操縱面設計有可能又會影響到總體設
計方案，因此，操縱面設計也是一個反覆疊代不斷最佳化的過程。
