舵减摇装置的发展

舵减摇装置的发展

舵减摇是基于正确利用下述两条规律发展起来的：

在操舵时，舵除产生一个使舰船转向的艏摇力矩以外，还产生一个横摇力矩；

一般舰船的艏摇响应周期大约是横摇固有周期的一倍左右。

舵减摇装置可以在控制操舵系统完成保持航向功能的同时，还能进行更高频率（舰船横摇固有频率附近）的操舵，使舵产生横摇力矩而不影响舰船的正常航行。

与鳍减摇装置相比，舵减摇装置具有造价低、所占船内空间小、使用和维修方便，以及便于对原来没有配备减摇控制装置的现役舰船进行加装改造等优点。

早在1972年，就有人探讨了用舵作为稳定装置的可能性，并在一艘商船上试验成功。

早期美国舰船一般都不采用减摇鳍。后来为了提高舰船在风浪中的特殊作业功能（例如直升机的起降作业，保持拖曳线列阵有尽可能多的时间正常工作，以及补给作业等），设法寻找提高舰船耐波性的途径才考虑安装减摇装置。利用原有的舵机作为执行机构，加上相应的控制器达到减小横摇的目的，无疑是一个极好的可行的方案。1974年美国泰勒舰船研究发展中心（DTNSRDC）开始研究在军舰上安装减摇装置的可能性，并研制了两台样机。主要设计思想是：

供舰船作业期间短期使用（半小时左右）。

将舵减摇系统和自动驾驶仪分成两个独立的系统，简化舵减摇装置的设计与制造。

在使用舵减摇时，用人工操舵保持航向，一旦舵减摇装置发生故障，便可转换到自动舵。控制原理是采用了有自适应性的角速度模拟控制。这两台样机分别安装在两艘115米长、30 00吨的哈密尔顿级巡逻舰上，于1976年和1979年进行了海上试验。在横浪中，当有义波高为2.14~2.44米，航速为14节时，横摇角有义值从4.83度减小到2.45度，减摇效果达49.3%，此外横荡加速度也有所减小。

早期的舵减摇装置都是采用控制规律简单的模拟系统，鉴于当时技术水平，不可能实现更为复杂的控制规律，加之舰船原有舵机性能的限制，因此减摇效果不总是那么理想。1986年至1987年美国泰勒舰船研究发展中心和海军科技部又相继推出第一代和第二代数控舵减摇装置，第一代是利用原有舵机加上数字控制器使减摇性能又有提高。第二代不仅采用了数字控制器而且配上了为舵减摇而专门研制的新舵机，使减摇效果大幅度提高，甚至达到70%的减摇水平。由于原来的舵机操舵角速度只能在4度/秒以下，为了增大减摇力矩，如果舵机允许操舵角速度大于8度/秒，则舵减摇装置的性能将会有明显提高。另外，新研制的舵机将满足功率、结构载荷以及对磨损等新的要求。美国已经在斯普鲁恩斯级上进行了成功的试验，并研制了在航母上采用的舵减摇装置。

在美国获得试验成功的鼓舞下，80年代荷兰、瑞典等国也开展了舵减摇装置的研究。1984年瑞典哥德堡船模试验水池（SSPA）着首研制型号为ROLL-NIX的舵减摇装置。1987年在瑞典皇家海军两艘舰艇上进行了试验。一艘为巡逻艇（艇长35米，排水量170吨，航速27节），一艘为布雷舰（舰长105米，排水量3300吨，航速16节）。舵机速度都是8度/秒，在蒲氏风级4~6级的横浪和尾斜浪中减摇效果达40~60%。ROLL-NIX采用了基于现代控制理论的自适应滤波器和调节器，可适应海况和航速的变化。它的硬件有摩托罗拉MC 68000微机、角速度陀螺、自动舵控制、ROLL-NIX控制和电源控制器。共组成两个部件：主设备和控制单元。主设备约重12千克，体积约为0.5×0.2×0.3立方米。控制单元重约13千克，体积约为0.2×0.1×0.1立方米。可将它用于对现役舰船的原操舵装置进行改装，也可用于新船建造，只要1到2天就可以完成安装和调试。该装置利用微机对信号进行数字滤波，提高了控制质量。它也兼有航向自适应操舵仪的功能，在启用舵减摇时可任意选择用手舵和自动舵保持航向。当要求改变航向时，减摇控制会自动脱开。待进入指定方位后马上又

重新开始工作，ROLL-NIX型舵减摇装置至1990年已生产了60余套，安装在吨位从160~ 11000吨级的各种客船、舰艇以及工作船和救生船上。

荷兰在舵减摇方面获得了十分丰富的研究成果。1981年荷兰皇家海军向DELFT大学咨询能否用舵减摇替代减摇鳍。1982年荷兰皇家海军、DELFT大学和Van Rietschoten & Ho uwens公司签订了共同设计舵减摇自动驾驶仪的协议书，为期4年。他们用一年时间与MA RIN研究所合作，通过数学模拟计算、物理模拟试验、8米长的遥控模型海上试验和实船试验，证实了用舵来替代减摇鳍的功能是可行的，明确了舵机和船型方面影响减摇效果的关键因素。当时的试验是采用简单的固定增益控制仪，所以对不同的海况，要有人工加以仔细调解。为此，用了3年时间进一步解决舵减摇自动驾驶仪对海况、操纵系统（舵角、舵角速度）限制的自适应，得到了许多有价值的成果，研制成ASSA型舵减摇自动驾驶仪，并按计划于1990年6月底安装在M级护卫舰的首制舰上。