中国古代的先民早就知道用舵来改变船舶的航向。舵是用来控制航向的船尾操纵工具。它由木浆演变而来,经历了托浆、拖舵和轴舵等技术进化阶段。
早期的桨在船舷侧划动,用以推动船舶前进,当两侧桨力不对称时,船舶发生转向,因此桨也具有操纵航向的功能。后来桨的推进和操作航向的功能逐渐分离,设在船尾的桨专门用来控制船舶航向,并扩大桨叶面积,逐渐演变成舵。
陶船模型船尾的不规则舵
中国在东汉时已经出现舵。1955年,广州一座东汉墓中出土一艘陶船模型,船尾中央有一只拖舵,其特点是舵杆位置在舵面中部,舵面呈不规则的四方形,但还不能沿垂直的舵杆轴线转动,这是一种原始形态的舵。唐代开元年间(公元713年——741年),郑虔的一幅山水画中展现了转轴舵的形象,它的特点是舵柱垂直入水,舵叶面垂直于水面,可以绕轴转动,这才是真正意义上的船尾舵。这说明在唐之前,中国已经出现舵叶面绕轴转动的船尾舵。
北宋时期,转轴舵得到普遍应用。《清明上河图》中描绘的船舶尾部,全部使用了转轴舵,并且已经发展成为平衡舵。
清明上河图中的船舶尾舵
平衡舵的特点,就是在舵杆朝向船头的方向上也有一部分舵叶,舵力的作用点离转动轴更近,从而使转舵时更为省力。
中国古代还有一种开孔舵,其特点是舵面上有许多小孔,也可以起到转舵更省力的效果,并且由于水的表面张力作用,也不会对舵的性能造成影响。
开孔舵
中国古代船尾是安装在船尾封板上,因此称为尾板舵,大船的尾部修建了舵楼,专门用来操纵舵。由于船航行时水域深浅不一,舵后来又演变成升降舵,根据水深调整舵的高低位置,用辘轳对大型舵进行升降。
郑和宝船船尾的升降舵
郑和下西洋乘坐的“福船”就是使用了轱辘升降舵。
西方的船尾舵安装在尾柱上,称为尾柱舵,从13世纪时开始使用,比中国晚5个世纪。船尾舵是中国古代造船技术的最重要发明之一,它的发展历程和技术形态表明了古代航海技术的高超成就,对世界造船、航海事业也产生了重大影响。
平衡舵和螺旋桨结构图
现代船舶的操舵仪、舵轮、舵机和舵叶是一套系统中的不同设备。因为操舵仪的控制,通过机械转动舵轮,同步伺服马达的信号传递给了舵机,舵机通过液压系统,转动了舷外的舵叶。舵叶产生的转船力矩,让船改变了航向。
现代船舶科技发展到了以螺旋桨整流罩改变排出流方向,以起到船舵的作用。
螺旋桨整流罩作为船舵
这是现代船舶的航向控制系统的工作原理。
舵机液压系统、各类船舵
