轮船在水里是如何转弯的?

大家都知道,汽车的转弯时依靠方向盘转动汽车车轮的方向,从而控制汽车前进的方向。虽然轮船没有轮子,但是它跟汽车一样是有"方向盘"的,轮船转弯是靠船舵来实现的。

什么是船舵

轮船的转向是通过船舵来控制的,通过舵轮(方向盘)依靠液压或机械传动装置控制舵轴使舵叶方向发生改变,从而控制轮船方向。而舵叶就是控制轮船转向的核心部件。

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舵其实是由桨发展而来的。在独木舟刚出现的时候,人们利用桨来推进独木舟的前行并控制方向。但是随着木舟变成船,而且船越做越大,此时就需要越来越多的人来划桨。如果要把每把桨都兼管着前行和控制方向是非常不容易的,一旦合作不协调就会偏离预定方向。慢慢的人们开始制定船尾的浆负责控制方向,可以称之为舵浆。后来通过人们的不断研究,舵浆面积不断增大,如果仍然靠人滑动的话非常吃力。后来人们发现变换桨叶的角度会影响船只的行进方向,于是人们将其固定在一个支撑点上,让其绕轴转动,从而出现了舵。

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现代轮船舵叶大都由钢材制作而成,一般安装在船桨后侧。舵叶内部拥有着复杂的结构,通过一系列液压装置及机械装置与轮船内部的舵轮相关联。即可通过舵轮的转动控制舵叶的方向。

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船舵的原理

相对于庞大的轮船来说,舵的大小可以说是微不足道。但是它却能使庞大的船体自由转弯,其中有何奥妙呢?

船舶航行时,当舵叶平行于船舶行进方向时,舵叶两侧受到的水作用力是相等的。此时不会对船舶的运动方向产生影响。

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但是当舵叶通过舵轮的控制,产生一个偏转角的时候,两侧的水流就不再保持对称了。舵叶偏转的一侧成为迎水面,它的背面则是背水面。水流在绕过舵叶时,背水面的水流流程比迎水面的要长一些,背水面的水流速度也更快。而水流速度快的一侧静压力要低一些,即背水面的压力要比迎水面的压力低,这样迎水面和背水面之间会产生一个压力差。这个压力成为舵压力。舵压力与水流和舵叶之间的摩擦力形成一种合力,称之为水作用力。正是这个水作用力推动着轮船转向。

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虽然这个压力很小,但是由于它距离船的转动中心很远,所以形成的使船转动的力矩是不小的。就像阿基米德说的:"给我一个支点一个扛就能撬动整个地球"。

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吊舱式推进器

而在一些豪华游艇和渡船上,船体转弯的方式有的则使用的是吊舱推进器。吊舱式推进器将螺旋桨和控制器等集为一体,采用悬挂的方式与机座连接。这种推进器可以控制螺旋桨360度旋转,因此可以向任意水平方向发出推力,这个推力则类似于舵压力。这个力与水作用在船舶的力产生一个合力矩,使船发生转向。


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