軍艦遠航，離不開舵。作為艦船上特有的裝置，舵的效能直接影響到艦船的安全機動。舵手，則直接掌控著整條船的前進方向。在艦船航行中，艦長往往和舵手待在一起甚至親自操舵，以便隨時調整船的航線。
汽車駕駛中，有個借用開船的說法：駕駛員靠左的方式叫「左舵」，駕駛員靠右的方式則稱為「右舵」。那麽，舵到底是什麽，是船的方向盤嗎？請看本期解讀。
說說「舵」的那些事兒
■張誌友
考察歸來的「雪龍」號極地考察船。新華社圖片
舵是船的方向盤嗎
很多人會有這樣的疑問：舵就是那個像方向盤的裝置嗎？
是，也不是。
舵其實是控制方向的一整套器材，除了常見的舵輪（就是舵手握著的那個像方向盤的東西），還有舵機，以及船尾的片狀「舵葉」。這些全部加起來才能控制船的方向。
說起來，舵的歷史可謂源遠流長。
最早的船舵，是由船槳發展而來的。古代，人們用槳在船的一邊劃動來讓船前進。當兩側的槳力不對稱時，船會轉向，於是人們也學會了用槳來改變航向。
後來，槳的推進和操作航向這兩種功能逐漸分離：人們在船尾設定了專門的槳來控制方向，並擴大了槳葉面積；除了位置改變，操作也從原來的劃動變成不離開水面的左右擺動。就這樣，槳逐步變成了舵。
早期的舵是斜伸出船尾的，在船後凸出較多。但這樣的尾舵槳也存在一些缺陷，比如遇到淺灘或靠岸時不易操縱。後來，人們又發明了升降舵，可以根據水深調整舵的高低。當船靠岸或駛入淺灘時，可以把舵吊起來，避免被折斷；不需要改變航向時，也可以把舵升起來，以減少阻力、提高速度；遇到風浪時，把舵降到最低處，可以減少船體搖晃、降低船隨風漂泊的可能性，行駛會更安全。
到了18世紀，人們發明了舵輪，也就是那個看起來像方向盤的裝置。透過這個「方向盤」帶動滑輪來操作後面的舵，就比以前省力多了，而且方向盤位置在甲板上的前方，也方便觀察海面的情況。
舵輪要帶動鏈條，把力傳導至船尾的舵葉，仍然需要人力。為了更省力，舵輪最開始都做得很大。因為中心半徑大，力矩就大，用力就小。不過，即便這樣，通常數小時定期換班的操舵，也讓水手們累得夠嗆。
隨著技術發展，機械傳動變成了液壓傳動，操作舵輪才變得不再費力。目前的駕駛台都是電腦控制的電子傳動同步電訊號，舵輪可以做得比方向盤還小。舵手只用手指撥動，舵輪就轉到需要的角度了。而且在寬闊平穩的海面還可以實作自動駕駛，這大大降低了航行的難度。
「中國環監001」號船駕駛台，駕駛台中間就是比汽車方向盤還小的舵輪。圖片由作者提供
小小的舵如何操控大大的船
首先要說一下，雖然隨著槳的兩種功能分離，慢慢變成調整方向的舵和負責推進的螺旋槳，但它們往往需要聯合在一起發揮作用。
螺旋槳作為推進器，本身也有一些改變方向的功能。比如，直葉推進和噴水推進；還有可調螺距螺旋槳，能透過調節螺距來改變航向和航速；甚至有一種可以360°旋轉的吊艙槳，能實作舵和槳的合二為一，根據航行需要來調整推進器的角度，以實作正航、倒航以及戰術機動需求。
那舵本身是如何調整航行方向的呢？
航行中操縱舵時，它兩邊的水流就會出現不對稱。如果舵偏向右，那右邊就是迎流面，左邊就是背流面。水流過時，背流面（左邊）的流程比迎流面（右邊）的流程要長，速度也更快。流速快則意味著壓力更低，這時候兩邊就會有壓力差，這股壓力差就會推動船體轉動。
速度越快，舵越靈敏。靜止時舵就比較笨拙了，沒辦法讓船體轉動。而且航行的時候，只要轉舵，就相當於增加了阻力，速度就會受到影響。所以，航海中有一個通則，就是盡量「少動舵、小動舵」。
話說回來，駕駛室中那個操縱舵的手柄看起來小小的，它到底如何影響並操縱萬噸巨輪呢？
舵裝置由舵葉、舵機、轉舵機構、傳動裝置、操舵控制系統構成。這一整套裝置一起工作，才能在規定時間內改變船舶的航向，並保證其正常航行。
其中，舵葉通常安裝在船尾，使船轉動；舵機及轉舵機構一般安裝在舵機艙內，舵機是動力來源，透過轉舵機構將力矩傳遞給舵桿，從而帶動舵葉進行轉動；傳動裝置一般有機械式、液壓式以及電動式，它傳遞作業系統的訊號來驅動舵機；操舵控制系統則由舵手或船長操縱舵輪或手柄，對整個舵裝置進行控制。
相對於大船來說，舵葉雖然是小小一片，但由於位於船尾，它與船的重心相距很遠，形成的力矩是相當大的，可以很便捷地改變航向。
為了應對一些緊急情況（比如船舶主電源失效），船上還會設定備用或應急操舵裝置，通常由蓄電池或應急發電機等應急電源供電。這樣，在緊急情況下也能操縱船舶，臨時控制航向，確保航行安全。另外，在滿足使用要求的前提下，為了減少和應對水流的力，要盡量減小舵各部份的外形尺寸和質素，提高舵的剛度和強度。
不僅水面上的船有舵，水下的潛艇上也有舵，而且舵的結構更加復雜。因為潛艇不只是在水的某一水平面上運動，還要在垂直面內上浮或下潛，兩種運動可能會同時進行，所以對舵的要求也更高：在航行中，潛艇不僅要保持、還要能迅速改變航向或深度。
為了控制垂直面內的運動，潛艇一般都裝有兩對升降舵：首升降舵和尾升降舵。同時，為增加航行穩定性，尾部還設有水平穩定翼。要操控潛艇在水平面內的運動，則要用到方向舵和垂直穩定翼。方向舵用來改變水平面內的運動方向；垂直穩定翼用於保持水平面內的航向穩定性。當方向舵和首尾升降舵成各種不同的舵角組合時，就能靈活地控制潛艇在水面和水下運動。
船舶完整舵裝置。圖片由作者提供
海上掌舵有多難
我們判斷船好不好開，一般會用穩定性和回轉性來衡量。穩定性就是船保持既定航向，做直線運動的能力；回轉性是指船由直線航行進入曲線運動的能力——通俗一點說，就是船走得直不直，彎拐得順不順，能在多大範圍內規避碰撞等。
為什麽要首先強調船的「穩定性」？這是因為海上的不穩定因素太多了。外界幹擾如風、浪、流等，都會讓船偏離航向。其復雜程度，遠非開車能比擬——開車的時候，預設狀態就是直走，但船要保持直行向前，需要駕駛者不斷地操舵。所以，操舵的頻次、角度是衡量穩定性的重要標準。
穩定性好的船，操舵的頻次相對更低，航跡也更接近直線。而穩定性不好的船，需要更高頻次地糾正航向，航線也因此更曲折，實際的航行距離更長。通常，如果平均操舵頻率不大於每分鐘4~6次，平均轉舵角不超過3°到5°，就可以認為船的航向穩定性是符合要求的。
同時，不斷操作也增加了操縱裝置和推進裝置的功率消耗。由於操舵增加的功率消耗，一般占主機功率的2%~3%。而穩定性不好的船，此處增加的功耗可能高達20%。
第二個衡量標準「回轉性」，則與船的避讓、靠離碼頭、靈活掉頭等密切相關。船的回轉性好不好，要看「定常回轉直徑」。這個指標很重要，甚至曾是衡量船舶回轉性的唯一指標。
船進入到定常階段後的回轉圈的直徑，稱為定常回轉直徑。滿舵條件下的定常回轉直徑稱為最小回轉直徑，定常回轉直徑與船長的比值稱為相對回轉直徑。
怎麽判斷回轉性好不好呢？可以根據最小相對回轉直徑來判斷。「5」是個分界線。對於回轉性極佳的小型快艇，這個值只有「3」；而船型細長、掉頭困難的驅逐艦則可能達到「10」。事實上，大部份船的值都在「5~7」之間。
回轉可不只是「掉個頭再轉一圈」那麽簡單。回轉時，船的速度會降低。在小舵角回轉時，航速變化不大；但在滿舵回轉時，因為阻力增大，大大消耗了螺旋槳的推力，船速甚至會減小到回轉初速的40%左右。對於軍艦來說，回轉性靈活與否，直接決定著其戰鬥力的高低，特別是在近距離海戰的情況下。
在回轉時，船還會出現橫傾。這是由於船體水動力、舵力、離心力等不是作用在同一高度而造成的。就像大客車轉彎過快時會翻一樣，如果橫傾角過大，甚至會造成船舶傾覆。所以，回轉時轉舵的速度，直接關系到船的安全。船在海上遇到困難需要變向、掉頭，或在靠離碼頭時要靈活轉身，都是在這個看似簡單的動作基礎上來做的，這也是回轉性這麽重要的另一個原因。
值得註意的是，船的穩定性和回轉性還會互相制約，所以在艦船設計時，應根據其用途和航行區域對操縱性的要求做出不同的選擇。比如，對於近岸航行及反水雷艦艇，由於航向變動頻繁，對回轉性要求更高；而設計驅護艦時，則需要考慮到它常常以較高的航速保持直航，因此對穩定性要求更高。
理解了穩定性和回轉性之後，也就不難理解掌舵開船比想象中要難很多吧。
來源：中國軍網-解放軍報
