第八章
舵 机
?第一节
?舵的作用原理和对舵机的要求
8-1-1舵设备的组成和舵的类型
? 舵用作为保持或改变航向
? 舵垂直安装在螺旋桨的后方
? 早期船舶采用平板舵
? 为了提高舵效和推进效率，目前多用由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 8— 1示出三种
? 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，它带动舵叶 7偏转
? 舵承固定在船体上，由承及密封填料组成
? 舵叶还可通过舵销 5支承在舵柱 8的舵托 9或舵钮 6上
几种舵
?不平衡舵图 8-1(a) 舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵
?平衡舵图 8— 1(b) 舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵
?半平衡舵图 8— 1(c) 仅于下半部做成平衡型式的舵
后两种舵在舵杆轴线之前有一定的舵叶面积，转舵时水流作用在它上面
产生的扭矩可以抵消一部分轴线后舵叶面积上的扭矩，从而减轻舵机的
负荷
二、舵的作用原理和转舵扭矩
? 正舵位置，即 α=0时
? 舵叶两侧所受的水作用力相等，对船的运动方向不产生影响
? 舵叶偏转任一角度 α,两侧水流如图所示
? 水流绕流舵叶时的流程在背水面就要比迎水面长，背水面的流速也就较迎水面大，
而其上的静压力也就较迎水面要小
? 舵叶两侧所受水压力的合力 (称为舵压力 )FN就将垂直于舵叶，作用于舵叶的压力中
心 O,并指向舵叶的背水面
? 除 FN外，水流对舵叶还会产生与舵叶中线方向一致的摩擦力 Fr
? 当舵叶偏转舵角 α后，在舵叶的压力中心 O上，就会产生一个大小等于 FN与 Fr合力
的水作用 F。
舵水作用力及其对船的影响
? F可分解为与水流方向垂直的升力 FL和与水流方向平行的阻力 FD，
FL=1／ 2·CLρAυ2
FD=1／ 2·CDρAυ2
x = Cxb
式中,CL,CD,Cx— 升力、阻力、压力中心系数，其大小随舵角而变，与舵叶
几何形状有关，由模型试验测定
ρ—— 水的密度,A—— 舵叶的单侧浸水面积，
v—— 舵叶处的水流速度
J—— 舵压力中心至舵导边距离,b—— 舵叶平均宽度
舵水作用力 F对船舶运动的影响
? 假设在船舶重心 G处加上一对方向相反而数值均等于 F
的力 F1,F2
? 那么水作用力 F对船体的作用
? 可用水作用力对船舶重心所产生的力矩 Ms和 F2的作用来代替。
? 由 F和 F1形成的力矩 Ms迫使船舶绕其重心向偏舵方向回转，称
为转船力矩：
? F2则又可分解为 R和 T两个分力
? 纵向分力 R=F2sinα,增加了船舶前进的阻力
? 横向分力 T=F2cos α, 使船向偏舵的相反方向漂移
? 水作用力 F与船舶的重心 G并不在同一水平面上
? 船在转向的同时，还存在着横倾与纵倾力矩
8-1-2-2 转船力矩与最大舵角
? 转船力矩 (Ms)
式中； l—— 舵杆轴线至船舶重心的距离
Xc—— 舵压力中心至舵杆轴线的距离
? Ms随舵角 α的增大而增大，并在达到某一舵角时出现
极大值 Mmax
? Ms出现极大值时的舵角数值，与舵叶的几何形状有关，
并主要取决于舵叶的展弦比 λ (λ =舵叶高度 A／ 舵叶平
均宽度 b)
? λ越小,绕流的影响就越大，即在同样舵角上所产生的舵
压力越小，而达到最大转船力矩时的舵角就越大。
? 舵叶的 λ值受到船舶吃水及船尾形状等条件限制
? 海船 (λ=2～ 2.5),Mmax的舵角多介于 30o～ 35 o之间，
规定 35 o
? 河船 (λ 1.0～ 2.0),Mmax出现在 35 o～ 45 o舵角之间
lAvClFXFc o nXlFM lLcDcLs 221s i n)( ??? ?????
8-1-2-2 水动力矩和转舵扭矩
? 舵压力 FN对舵杆轴线所产生的力矩称为舵的水动力矩，用 Mα表示。
式中,CN,称为压力系数，其余符号同式 (8— 1)
? 转舵扭矩 M
? 操舵装置施加在舵杆上的扭矩
? 舵匀速转动时，转舵扭矩 M即应等于水动力矩 Ma和舵各支承
处的总摩擦扭矩 Mf 的代数和，即
M= Ma + Mf
? 普通平衡舵 Mf=(0.15～ 0.20) Ma
? Mα可用经验公式或舵的模型试验资料计算
? 公称转舵扭矩
? 指在规定的最大舵角时所能输出的最大扭矩
? 它是根据船舶在最深航海吃水和以最大营运航速前进时，将
舵转到最大舵角所需要的扭矩来确定的
? 公称转舵扭矩是确定舵机结构尺寸和工作参数的基本依据
cNcDLCNa XAvCXc o n aFc o n aFXFM
2
2
1)( ?????
8-1-2-2 综上可见
? (1)水动力矩与舵叶的面积 A和舵叶处水流速度的平方
成正比，并随舵角的增大而增大
? (2)不平衡舵
? 因 X=Xc,故当船舶正航并向一舷转舵时，水动力矩将始终为
正 (指与舵叶转向相反 )，而回舵时则变为负 (指与舵叶转向相同 )
? 平衡舵因 Xc=X— Z,小舵角时由于压力中心。处于舵杆轴线的
前方，故 Ma为负，只有当舵角增大到某一数值之后,Ma才会
因 O点移到轴线之后而变为正值
8-1-2-2 综上可见
? 平衡系数
? 舵杆轴线之前的舵叶面积 A,与整
个舵叶面积 A之比，用 X表示
? X越大，舵叶的最大水动力矩越小，
即舵机所需的公称转舵扭矩较小
? 但 X也不宜过大，否则在常用舵角
(10o-20o)范围内回舵时需克服的转
舵扭矩就可能较大，从而使舵机功耗增加
? 一般舵的 X在 0.15— 0.35之间
? (3)船舶倒航时
? 舵叶后缘变成了导边，压力中心离开舵杆轴线距离增大（力臂增加）
? 同一舵角下倒航时的水动力矩会超过正却时的水动力矩
? 但实际上倒航时的最大航速将比正航
时要小得多，故倒航时的最大水动力矩不会超过正航时的水动力矩
8-1-3 对舵机的基本技术要求
? 是保持或改变船舶航向，保证安全的重要设备
? 一旦失灵，船会失去控制，甚至事故
? 因此，我国《钢质海船人级与建造规 )根据《国际
海上人命安全公约,(SOLAS公约 )的规定，对舵
机提出了明确的要求
? 基本精神要求舵机必须具有足够的转舵扭距和转舵速
度
? 并且在某一部分万一发生故障时，应能迅速采取替代
措施，以确保操舵能力
? 基本技术要求如下；
?
8-1-3 对舵机的基本技术要求
? (1)必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置，或主操舵装
置有两套以上的动力设备。当其中之一失效时，另一套应能
迅速投入工作。
? 主操舵装置应具有足够的强度
? 能在最深吃水并以最大营运航速前进时将舵自一舷 35o转至另一舷的 35 o
? 自一舷的 35 o转至另一舷的 30‘所需的时间不超过 28s
? 在船以最大速度后退时应不致损坏
? 辅操舵装置应具有足够的强度
? 能在最深航海吃水，并以最大营运航速的一半但不小于 7kn前进时，能在
不超过 60s内将舵自任一舷的 15 o转至另一舷的 15 o
? 在主操舵装置有两台以上相同动力设备符合下列条件时，也可不设辅
操舵装置
? 当管系或一台动力设备发生单项故障时应能将缺陷隔离，以使操舵能力能
够保持或迅速恢复
? 客船，当任一台动力设备不工作时
? 货船，当所有动力设备都工作时，应能满足对主操舵装置的要求
8-1-3 对舵机的基本技术要求
? (2)主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器
? 当主操舵装置设置两台动力设备时，应设有两套独立的控制系统，
且均能在驾驶室控制
? 如果采用液压遥控系统，除 1万 Gt以上的油轮 (包括化学品船、液
化气船，下同 )外，不必设置第二套独立的控制系统
? (3)对舵柄处舵杆直径大于 230mm的船应设有能在 45s内向
操舵装置提供的替代动力源
? 这种动力源应为应急电源（独立动力源），其容量至少应能向一
台动力设备及其控制系统和舵角指示器提供足够的能源
? 此独立动力源只准专用于上述目的
? 对 1万 Gt以上的船舶，它应至少可供工作 30min,对其它船舶为
10min。
8-1-3 对舵机的基本技术要求
? (4)操舵装置应设有有效的舵角限位器
? 应设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住
? (5)对 1万 Gt以上的油船、化学品船,LPG船尚有如下
附加要求：
? 当发生单项故障而丧失操舵能力时，应能在 45s内重新获得
操舵能力
? 为此
? 舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组成
? 或至少有两个相同的动力转舵系统
? 其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现，有缺陷的系统应能自
动隔离，使其余动力转舵系统安全运行
8-1-3 对舵机的基本技术要求
?（ 6)能被隔断的、由于动力源或外力作用能
产生压力的液压系统任何部分均应设置安
全阀
? 安全阀开启压力应不小于 1.25倍最大工作压力
? 安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的
110％
? 在此情况下，压力的升高不应超过开启压力的
10％，且不应超过设计压力值
舵 机
?第一节
?舵的作用原理和对舵机的要求
8-1-1舵设备的组成和舵的类型
? 舵用作为保持或改变航向
? 舵垂直安装在螺旋桨的后方
? 早期船舶采用平板舵
? 为了提高舵效和推进效率，目前多用由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 8— 1示出三种
? 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，它带动舵叶 7偏转
? 舵承固定在船体上，由承及密封填料组成
? 舵叶还可通过舵销 5支承在舵柱 8的舵托 9或舵钮 6上
几种舵
?不平衡舵图 8-1(a) 舵杆轴线紧靠舵叶前缘的舵
?平衡舵图 8— 1(b) 舵杆轴线位于舵叶前缘后面一定位置的舵
?半平衡舵图 8— 1(c) 仅于下半部做成平衡型式的舵
后两种舵在舵杆轴线之前有一定的舵叶面积，转舵时水流作用在它上面
产生的扭矩可以抵消一部分轴线后舵叶面积上的扭矩，从而减轻舵机的
负荷
二、舵的作用原理和转舵扭矩
? 正舵位置，即 α=0时
? 舵叶两侧所受的水作用力相等，对船的运动方向不产生影响
? 舵叶偏转任一角度 α,两侧水流如图所示
? 水流绕流舵叶时的流程在背水面就要比迎水面长，背水面的流速也就较迎水面大，
而其上的静压力也就较迎水面要小
? 舵叶两侧所受水压力的合力 (称为舵压力 )FN就将垂直于舵叶，作用于舵叶的压力中
心 O,并指向舵叶的背水面
? 除 FN外，水流对舵叶还会产生与舵叶中线方向一致的摩擦力 Fr
? 当舵叶偏转舵角 α后，在舵叶的压力中心 O上，就会产生一个大小等于 FN与 Fr合力
的水作用 F。
舵水作用力及其对船的影响
? F可分解为与水流方向垂直的升力 FL和与水流方向平行的阻力 FD，
FL=1／ 2·CLρAυ2
FD=1／ 2·CDρAυ2
x = Cxb
式中,CL,CD,Cx— 升力、阻力、压力中心系数，其大小随舵角而变，与舵叶
几何形状有关，由模型试验测定
ρ—— 水的密度,A—— 舵叶的单侧浸水面积，
v—— 舵叶处的水流速度
J—— 舵压力中心至舵导边距离,b—— 舵叶平均宽度
舵水作用力 F对船舶运动的影响
? 假设在船舶重心 G处加上一对方向相反而数值均等于 F
的力 F1,F2
? 那么水作用力 F对船体的作用
? 可用水作用力对船舶重心所产生的力矩 Ms和 F2的作用来代替。
? 由 F和 F1形成的力矩 Ms迫使船舶绕其重心向偏舵方向回转，称
为转船力矩：
? F2则又可分解为 R和 T两个分力
? 纵向分力 R=F2sinα,增加了船舶前进的阻力
? 横向分力 T=F2cos α, 使船向偏舵的相反方向漂移
? 水作用力 F与船舶的重心 G并不在同一水平面上
? 船在转向的同时，还存在着横倾与纵倾力矩
8-1-2-2 转船力矩与最大舵角
? 转船力矩 (Ms)
式中； l—— 舵杆轴线至船舶重心的距离
Xc—— 舵压力中心至舵杆轴线的距离
? Ms随舵角 α的增大而增大，并在达到某一舵角时出现
极大值 Mmax
? Ms出现极大值时的舵角数值，与舵叶的几何形状有关，
并主要取决于舵叶的展弦比 λ (λ =舵叶高度 A／ 舵叶平
均宽度 b)
? λ越小,绕流的影响就越大，即在同样舵角上所产生的舵
压力越小，而达到最大转船力矩时的舵角就越大。
? 舵叶的 λ值受到船舶吃水及船尾形状等条件限制
? 海船 (λ=2～ 2.5),Mmax的舵角多介于 30o～ 35 o之间，
规定 35 o
? 河船 (λ 1.0～ 2.0),Mmax出现在 35 o～ 45 o舵角之间
lAvClFXFc o nXlFM lLcDcLs 221s i n)( ??? ?????
8-1-2-2 水动力矩和转舵扭矩
? 舵压力 FN对舵杆轴线所产生的力矩称为舵的水动力矩，用 Mα表示。
式中,CN,称为压力系数，其余符号同式 (8— 1)
? 转舵扭矩 M
? 操舵装置施加在舵杆上的扭矩
? 舵匀速转动时，转舵扭矩 M即应等于水动力矩 Ma和舵各支承
处的总摩擦扭矩 Mf 的代数和，即
M= Ma + Mf
? 普通平衡舵 Mf=(0.15～ 0.20) Ma
? Mα可用经验公式或舵的模型试验资料计算
? 公称转舵扭矩
? 指在规定的最大舵角时所能输出的最大扭矩
? 它是根据船舶在最深航海吃水和以最大营运航速前进时，将
舵转到最大舵角所需要的扭矩来确定的
? 公称转舵扭矩是确定舵机结构尺寸和工作参数的基本依据
cNcDLCNa XAvCXc o n aFc o n aFXFM
2
2
1)( ?????
8-1-2-2 综上可见
? (1)水动力矩与舵叶的面积 A和舵叶处水流速度的平方
成正比，并随舵角的增大而增大
? (2)不平衡舵
? 因 X=Xc,故当船舶正航并向一舷转舵时，水动力矩将始终为
正 (指与舵叶转向相反 )，而回舵时则变为负 (指与舵叶转向相同 )
? 平衡舵因 Xc=X— Z,小舵角时由于压力中心。处于舵杆轴线的
前方，故 Ma为负，只有当舵角增大到某一数值之后,Ma才会
因 O点移到轴线之后而变为正值
8-1-2-2 综上可见
? 平衡系数
? 舵杆轴线之前的舵叶面积 A,与整
个舵叶面积 A之比，用 X表示
? X越大，舵叶的最大水动力矩越小，
即舵机所需的公称转舵扭矩较小
? 但 X也不宜过大，否则在常用舵角
(10o-20o)范围内回舵时需克服的转
舵扭矩就可能较大，从而使舵机功耗增加
? 一般舵的 X在 0.15— 0.35之间
? (3)船舶倒航时
? 舵叶后缘变成了导边，压力中心离开舵杆轴线距离增大（力臂增加）
? 同一舵角下倒航时的水动力矩会超过正却时的水动力矩
? 但实际上倒航时的最大航速将比正航
时要小得多，故倒航时的最大水动力矩不会超过正航时的水动力矩
8-1-3 对舵机的基本技术要求
? 是保持或改变船舶航向，保证安全的重要设备
? 一旦失灵，船会失去控制，甚至事故
? 因此，我国《钢质海船人级与建造规 )根据《国际
海上人命安全公约,(SOLAS公约 )的规定，对舵
机提出了明确的要求
? 基本精神要求舵机必须具有足够的转舵扭距和转舵速
度
? 并且在某一部分万一发生故障时，应能迅速采取替代
措施，以确保操舵能力
? 基本技术要求如下；
?
8-1-3 对舵机的基本技术要求
? (1)必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置，或主操舵装
置有两套以上的动力设备。当其中之一失效时，另一套应能
迅速投入工作。
? 主操舵装置应具有足够的强度
? 能在最深吃水并以最大营运航速前进时将舵自一舷 35o转至另一舷的 35 o
? 自一舷的 35 o转至另一舷的 30‘所需的时间不超过 28s
? 在船以最大速度后退时应不致损坏
? 辅操舵装置应具有足够的强度
? 能在最深航海吃水，并以最大营运航速的一半但不小于 7kn前进时，能在
不超过 60s内将舵自任一舷的 15 o转至另一舷的 15 o
? 在主操舵装置有两台以上相同动力设备符合下列条件时，也可不设辅
操舵装置
? 当管系或一台动力设备发生单项故障时应能将缺陷隔离，以使操舵能力能
够保持或迅速恢复
? 客船，当任一台动力设备不工作时
? 货船，当所有动力设备都工作时，应能满足对主操舵装置的要求
8-1-3 对舵机的基本技术要求
? (2)主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器
? 当主操舵装置设置两台动力设备时，应设有两套独立的控制系统，
且均能在驾驶室控制
? 如果采用液压遥控系统，除 1万 Gt以上的油轮 (包括化学品船、液
化气船，下同 )外，不必设置第二套独立的控制系统
? (3)对舵柄处舵杆直径大于 230mm的船应设有能在 45s内向
操舵装置提供的替代动力源
? 这种动力源应为应急电源（独立动力源），其容量至少应能向一
台动力设备及其控制系统和舵角指示器提供足够的能源
? 此独立动力源只准专用于上述目的
? 对 1万 Gt以上的船舶，它应至少可供工作 30min,对其它船舶为
10min。
8-1-3 对舵机的基本技术要求
? (4)操舵装置应设有有效的舵角限位器
? 应设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住
? (5)对 1万 Gt以上的油船、化学品船,LPG船尚有如下
附加要求：
? 当发生单项故障而丧失操舵能力时，应能在 45s内重新获得
操舵能力
? 为此
? 舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组成
? 或至少有两个相同的动力转舵系统
? 其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现，有缺陷的系统应能自
动隔离，使其余动力转舵系统安全运行
8-1-3 对舵机的基本技术要求
?（ 6)能被隔断的、由于动力源或外力作用能
产生压力的液压系统任何部分均应设置安
全阀
? 安全阀开启压力应不小于 1.25倍最大工作压力
? 安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的
110％
? 在此情况下，压力的升高不应超过开启压力的
10％，且不应超过设计压力值
