围壳舵

布置在指挥塔围壳上的装置

围壳舵是布置在指挥塔围壳上的装置，因此普遍称为围壳舵。

发展沿革

潜艇虽然属于海军舰艇的范畴，但是潜艇的运行方式却与一般的水面舰船有很大的区别。水面舰船的航行仅限于在水面上的两维运动，而潜艇在水下必须进行三维运动。因此，潜艇除了装备水面舰船所具备的用于控制方向的垂直舵(方向舵)之外，还必须装备可以改变潜艇的水下深度以及使潜艇保持在某一深度的水平舵。早期的潜艇上只有一套水平舵，装在潜艇艉部的垂直舵附近。现代的大型潜艇都装备两套水平舵，即艉水平舵和艏水平舵。顾名思义，艉水平舵装在潜艇的艉部，而艏水平舵或者装在指挥台围壳上，或者装在潜艇艏部距潜艇艏端约为全艇长度的1/8位置上。其中，装在指挥台围壳上的艏水平舵又被称作围壳舵。常规艇型双推进轴的常规动力潜艇，其方向舵与水面舰船的方向舵非常相似，只是舵板的面积要小一些。在现代的所有核潜艇上以及具有水滴形线型的常规动力潜艇上，如英国的“支援者”级潜艇、荷兰的“海象”级、以色列的“海豚”级、日本的“亲潮”级以及俄罗斯的“阿穆尔”级等潜艇，其垂直舵有上下两块舵板，与艉水平舵的两块舵板成“十”字形结构，且这四块舵板的尺寸大体相等，形成左右的均匀对称配置，从而使潜艇具有全方位的、良好的操纵性。

潜艇的水平舵有三种作用：使潜艇下潜/上浮以及对潜艇的纵倾和深度实施控制。当潜艇接近潜望镜深度时，对其的深度和纵倾的控制必须十分精确，否则潜艇可能会有局部露出海面，从而暴露潜艇的方位。当潜艇在较大深度上时，潜艇的机动性则显得更为重要。如果潜艇一旦在大深度上失控，随时都可能沉人深渊。因此，对于处于这种状态下的潜艇，控制其深度的变化情况要比保持特定的深度上的稳定性更为重要。利用舵角和舵面积所产生的舵力和舵力矩一方面与垂直向上或垂直向下的力成正比，另一方面又与距潜艇重心的距离(力臂)成正比。当潜艇在水下进行回转时，特别是进行高速回转时，作用在潜艇垂直舵、指挥台围壳以及水平舵上的力是相互影响的，有时作用力的情况甚至是极为复杂的。世界上大多数潜艇的水平舵的控制都是通过舵的摆动来实现的，即通过改变水平舵的攻角来实现水平舵升力的改变。但是前西德的吕贝克工程设计局设计的柴―电潜艇，其艏水平舵角相对于艇体是固定的，但可以缩进或伸出该艇的非耐压艇体。艏水平舵所产生的舵力与艏水平舵露出非耐压艇体外的面积成正比。利用这种水平舵控制潜艇在水下的姿态，只需操纵其中的一个舵。当潜艇以高速在水下航行时，艏水平舵产生的副作用是使潜艇在垂直面内发生纵摇和摆动。为了解决这种不稳定现象，当时德国在潜艇的艉部安装了特殊的稳定面。二战之后由西德的吕贝克工程设计局设计的潜艇上一直保留着这种稳定面。基于同样的原因，美国海军战后的“加皮”型潜艇在进行水下高速航行时也没有出现在垂直面上的纵摇现象。对于一艘潜艇而言，无论是它的水平舵还是垂直舵，都具有有限的使用寿命，因此在非战争期间潜艇应该尽量避免使用急速操舵的方式。英国的潜艇上装有使用舵的计数器，以指示出潜艇上对各种舵的使用次数。

当一艘潜艇位于水面状态时，位于水线面以下的艏水平舵在形成舵角时可使潜艇下潜的速度加快。不过这样的艏水平舵同时也是一种阻力源，它降低了潜艇的水面航速。装在水线面以上的艏水平舵虽不会降低潜艇的水面航速，但在其没有足够浸入水中之前，将无法发挥应有的作用。还有一点引人注意的是，当潜艇停靠码头或者进坞时，艏水平舵容易与岸壁发生碰撞而受到损伤。因此，许多国家海军采取的折衷办法是在潜艇上装设可折叠式的艏水平舵。美国海军绝大部分的核潜艇上没有装设艏水平舵，而是采用了围壳舵。由于围壳舵向两侧伸出的宽度没有超过潜艇的最大宽度，所以不会发生碰舵损坏事故。美国海军使用核潜艇的经验表明，围壳舵虽然面积较小，但它仍有足够的面积对处于水下状态的潜艇进行有效的控制，且可以十分容易地做到无纵倾地保持在潜望镜深度上。另外，由于艏水平舵安装在指挥台围壳上，从而避免了在靠近潜艇艏部声纳位置上产生流体噪声，提高了艏部声纳的工作效率。但是，当潜艇在带有浮冰的海域活动时，一旦需要从水下破冰上浮时，至少要保证潜艇的指挥台围壳露出冰面时，围壳舵将会对潜艇的破冰上浮造成一些麻烦。尽管设计师们把围壳舵设计‘成可以转动90度的结构，防止其在潜艇破冰上浮时被撞受损，但是围壳舵在潜艇破冰上浮时的强度问题仍是必须给予密切关注的问题。

潜艇的水平舵和垂直舵有时会发生意外事故，在各种事故之中，最为严重的事故是艉水平舵卡死事故。因为艉水平舵对潜艇造成下潜纵倾角的影响最大，效果最为明显。当潜艇在水下高速航行中发生艉水平舵卡舵事故时，如果此时艉水平舵恰恰控制潜艇艏倾姿态时，潜艇便有可能以非常高的速度向更大的深度冲去，并将很快达到潜艇的破坏深度。特别是当潜艇在冰冠下面航行时，一旦发生艉水平舵卡舵，潜艇还有可能向水面冲去并与水面上的冰层发生剧烈的碰撞，其后果可能会更为严重。在艉水平舵发生卡舵事故时，有时需要利用尚未发生事故的艏水平舵所产生的力矩来挽回潜艇的危险状态。潜艇艉水平舵的面积要比艏水平舵大得多，而且它的作用也比艏水平舵大得多。当潜艇处于水下深处并且纵倾不是很大时，或者当潜艇在水下航速超过12节时，只需使用艉水平舵即可控制潜艇水下姿态。艉水平舵以铰接的方式安装在艉水平稳定翼的后部，并且其伸展长度要比潜艇的艇体直径长许多。现代潜艇的典型最大宽度为10米，而它的艉水平舵的伸展长度则为13-14米。为了能使潜艇安全地进入干船坞，一般地说潜艇的艉水平舵总是要被限制在某个尺度之内。

1963年，当美国海军的“长尾鲨”级攻击型核潜艇沉没之后，对潜艇水下控制的设计问题引起了世界各国的关注。美国海军早在50年代初期便在“大青花鱼”号试验潜艇的指挥台围壳后面安装了下潜制动器，并在该艇的艉部采用了X形艉舵结构。不过，X形艉舵的不足之处是艉舵所产生的力矩对潜艇运动姿态的影响是十分复杂的，必须要把普通的艉舵角和下潜指令转换成X型艉舵相应的舵板运动，但是这样的计算和转换工作是非常烦琐的，这样就必须利用计算机进行计算和转换。但美国海军在“洛杉矶”级攻击型核潜艇处于设计阶段时经过反复论证与斟酌之后认为，计算机的可靠性是一个令人担心的问题。因此，为了安全起见，美国海军最终放弃了x形艉舵结构，而在“洛杉矶”级核潜艇上仍然沿用了传统的十字形艉舵结构。

各国发展

美国以往的核潜艇布局偏爱围壳舵，其全部的战略核潜艇和洛山矶级以前的核潜艇大部分攻击核潜艇大多采用了围壳舵，后来由于破冰和其它方面的需要在后期建造的洛山矶级核潜艇和后来的海狼、弗吉尼亚级核潜艇转而采用类似苏联核潜艇的首水平舵。美国早期的核潜艇都是采用围壳舵，这样的结构相比首水平舵要简单，缺点是由于指挥塔的内部空间有限使围壳舵不能收进艇体内。为了解决围壳舵破冰易损的问题，美国人设计了一种围壳舵转动机构，在破冰时把围壳舵转动90度角。这样不仅减少了围壳舵垂直方向的受力面积，同时也增加了垂直方向的承力强度，这样就解决了围壳舵破冰时容易破损的问题。但是现代潜艇的指挥塔围壳的发展趋势是减小高度和体积--来减小水下航行的阻力、流体噪音，而围壳舵的转动机构必须要占用一定的空间，因此如果再在不断缩小体积的围壳内安装转动机构将是越来越困难的，所以近些年来美国的美国的新型核潜艇又转而采用类似苏联的首水平舵布局。另外中国新型的039、040常规潜艇采用的是围壳舵的布局，原因可能是我国的潜艇的储备浮力要小于苏联的潜艇，双壳体舷间空间不足，加上我国的常规潜艇不存在类似俄罗斯那样的冰下作战任务，因此没有采用苏联的首水平舵，而是采用了欧、美国家那样的围壳舵布局。

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