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| 內容簡介： |
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《揭示船舶操控的奥秘》是一本关于船舶操控的科普书籍。《揭示船舶操控的奥秘》共分为5章：第1章介绍船舶操控的基础知识；第2章简述船舶操控设备的发展历程，让读者从起源开始，由浅入深地了解船舶操控的历史演变；第3章阐述水面船舶的航行场景与操控方法；第4章解析潜航器在水下的运动场景与控制方法；第5章介绍现代船舶智能航行技术及船舶在水面与水下集群协同操控的场景。
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目录第1章 海上驭舟1.1 多彩的海洋 21.2 大海中的“移动城堡” 41.3 船舶操控 81.3.1 汽车驾驶 81.3.2 船舶操控基础知识 101.3.3 船舶操控设备 18第2章 船舶操控设备的演进2.1 船舶操舵设备的起源与演变 242.1.1 船舵的起源与演变 252.1.2 船舶操舵仪的发展 272.2 船舶推进装置的发展 362.2.1 人力或自然力推进工具 362.2.2 机械能时期 412.3 操控设备应用示例 462.3.1 潜航器水下运动控制中的需求分析 472.3.2 潜航器操控系统 48第3章 浩瀚海洋任驰骋3.1 起航归港 553.1.1 靠泊操控 563.1.2 离泊操控 633.1.3 自动靠离泊控制 663.2 巡游四海 713.2.1 定向航行 713.2.2 航迹控制 773.3 海上穿梭 853.3.1 避让规则和主要措施863.3.2 船舶航行避让属性与会遇局面 873.3.3 避让操纵 883.4 定位控制 92第4章 水中蛟龙4.1 谁主沉浮 1084.2 水下机动 1114.3 水中悬浮 1224.4 五洋捉鳖 125第5章 驶向未来5.1 智能航行 1365.1.1 智能航运 1375.1.2 智能船舶 1415.1.3 智能航行技术 1435.2 集群协同 1465.2.1 集 群 1465.2.2 航行器集群 1475.2.3 集群协同应用实例 1495.2.4 集群协同控制展望 1505.3 跨域联合 1515.3.1 水域协同 1515.3.2 多域联合 154结束语 158
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第1 章海上驭舟 “2021年的一天，徐文茜驾驶南昌舰，在西太平洋某海域正常航行，执行训练任务。彼时，两艘外国军舰突然出现在南昌舰附近，先后大角度转向，试图穿越正常航行的中国海军舰艇编队。面对我方警告，外舰并没有回应，而是继续试图穿越中国海军舰艇编队。南昌舰不得不采取战术机动，及时阻止外舰的穿越意图。身为操舵手的徐文茜，一边听从指令，一边持续转动手中的舵轮调整舰艇航向，用*快的速度拦截住外舰。最终，外舰见无机可乘，转身远去。”这是2024年1月16日，央视节目《面对面》播出的“南昌舰？挺进深蓝”中的画面片段。 人们不禁好奇，徐文茜手中的舵轮是什么？有什么作用？一个小小的舵轮，为何能操控万吨舰艇乘风破浪、卫我海疆？ 我们知道，车辆驾驶员会通过转动方向盘来控制车辆转弯或直行。俗话说：“大海航行靠舵手”，船舶在浩瀚的大海上航行，想要改变方向时，需要靠什么来实现呢？答案就是要靠舵轮来控制舰艇航向。关于船舶操控的话题，就从多彩的海洋说起吧。 1.1 多彩的海洋 众所周知，地球的表面70%为蓝色的海洋所覆盖。蓝色的海洋是大自然一道*特的风景线，不仅以其深邃的蓝色吸引着人们的目光，还孕育了丰富的海洋生物和矿产资源。海洋对人类的重要意义主要表现在两方面：一是从物质资源角度看，海洋蕴藏着丰富的生产和生活资料，如海洋矿物资源、海水化学资源、海洋生物资源、海洋动力资源和海洋空间资源等，可以说海洋为人类的生存和发展提供了重要的物质基础；二是从文化角度看，海洋是人类文明的重要组成部分，它见证了人类与海洋的互动历程，反映了人类对海洋的认识、利用和创造过程。从古代的航海活动到现代的海洋资源开发，海洋一直是人类向往和探索的领域。 我国是临海大国，21世纪是海洋的世纪。党的二十大报告指出，要发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国。这为我国创新海洋科技、发展海洋经济、建设海洋强国指明了前进方向。船舶科技工作者就是要聚力培育海洋领域新质生产力，为提高海洋资源开发能力、维护国家海洋权益、实现向海图强的目标贡献力量，把加快推动海洋强国建设作为自己的初心与使命。 但如何有效地认识、开发、利用和保护海洋资源，让海洋更好地服务于人们的生产和生活，又是摆在我们面前必须解决的一道道难题，唯有踔厉奋发、笃行不怠，方能扬帆起航、逐梦深蓝。 1.2 大海中的“移动城堡” “世上无难事，只要肯登攀。”在有效认识、开发、利用和保护海洋资源的历程中，我们的先辈发现并创造了利用海洋的重要工具——船舶。 船舶，顾名思义，是在水上行驶的交通工具，是人类在江河、湖泊、海洋等进行交通运输、渔业捕捞、资源勘探、应急搜救、竞技探险等活动的重要平台。船舶堪称大海中的“移动城堡”，它承载着人类的希望和梦想，在浩瀚的海洋中划出一条*特的航线，劈波斩浪、风雨兼程地向着未知的彼岸探索前行。 早在远古时期，舟（船）就已经出现，用于人们的生产、生活甚至战争，也流传下许多与船只相关的耳熟能详的词句，如顺水推船、逆水靠岸、见风使舵、水涨船高，以及逆水行舟不进则退、水能载舟亦能覆舟等，这充分反映了人们在认识自然、利用自然的过程中积累的经验。随着航海技术的不断发展，船舶的形式和功能也在不断演变和完善，从古代的木船、帆船，到今天的轮船、舰艇，船舶的发展经历了漫长的历史进程。 从历史发展来看，每一次科技变革都会带来船舶与海洋工程领域的革新，并推动船舶与海洋工程发展方式的转型升级：**次是蒸汽机的发明与蒸汽动力的应用，使得人类远洋航行从依靠自然能变为机械能，提升了船舶装载能力、航速和续航力；第二次是电磁通信与探测设备、燃气轮机、电力系统等技术的应用，极大地拓展了海上活动的深度与广度，船舶安装了“千里眼”——导航雷达、“顺风耳”——无线通信，以及自动操舵仪等导航操控设备，减轻了驾驶员的劳动强度，提升了海上驭舟的安全可靠性；第三次则是以微电子、网络技术、自动控制理论为核心的技术突破，推动自动化检测与控制系统在船舶工程领域广泛应用，使得船舶航行信息更充分、决策控制更高效，显著提升了船舶作业效率与安全保障能力。当前，以数字化、人工智能和量子通信等为代表的第四次科技与产业革命正蓬勃兴起，船舶与海洋工程领域的新变革，必将促进船舶与海洋工程新质生产力加快形成，为船舶与海洋工程事业的发展开辟更为光明的前景。 那么，如今一艘普通船舶由哪些主要部件构成呢？ 船舶的种类很多，按用途分，有民用船和军用船。人们常见的主要是民用船，如渡船、渔船、客货船等。以客货运输船舶为例，一艘船舶经过设计与建造并完成系泊和航行试验后，应具备坚固的船体、可靠的推进动力和良好的航行性能。其中，船体即为船舶的主体结构，推进动力要靠船上配置的动力系统提供，航行性能则依赖操控系统实现。因此，船舶主要由船体、动力系统、操控系统等部件构成，以液化天然气船（liquified natural gas carrier，简称LNG船）为例（见图1.2），图中螺旋桨由动力系统提供推进动力，舵叶则属于操控系统。除此之外，为了满足船舶营运的各项要求，船上还需配备各类用途的设备和装置。 下面，我们一起“拆解”船体、动力系统和操控系统，了解它们的构成部件与基本技术参数。 1.船舶主要构成部件 （1）船体 船体是船舶的主体结构，由主船体和上层建筑组成。主船体包括船底结构、船侧结构、甲板结构、舱壁结构和*尾结构。这些结构组成一个水密外壳，壳体内部被甲板、舱壁舱壁及其骨架分隔成许多舱室，包括货舱、主机舱、舵机舱等。上层建筑位于主船体之上，用于布置船员或旅客的工作、生活空间，以及安装各类设备和装置。 （2）动力系统 船舶的动力系统是船舶运行的核心，主要包括主机、发电机组、推进器等。其中，主机负责提供船舶运行所需的动力；发电机组为船舶提供电力；推进器是推进船舶前进的一套设备，包括传动设备、船舶轴系及螺旋桨等设备。主机作用船体的动力装置可以是柴油机、蒸汽涡轮或核反应堆等，其功率与船体尺寸、载重量和航速成正比。传动装置将主机的动力传递给螺旋桨，螺旋桨通过推动水流产生推进动力，从而驱动船舶前进。 （3）操控系统 操控系统主要是指用于操控船舶前进、转向、漂浮等航行工况的设备，包括舵装置、推进器、锚等。舵装置是控制船舶转向的关键部件，操纵舵装置（如舵轮）左右旋转可以保持或改变船*方向；推进器可使船舶的前进速度发生改变，它一般安装在船尾，使用螺旋桨推动水流实现动力船舶前进；锚则用于靠港停泊时，固定船舶的位置，以及紧急情况下的停船措施。 了解了船舶的主要构成部件，那船舶基本技术参数有哪些呢？ 2.船舶基本技术参数 船舶作为水上交通工具，其基本技术参数是评价船舶性能、设计、建造和运营的重要依据。船舶的基本技术参数包括船长、船宽、吃水、排水量、航速、航行能力等。船体主尺度示意图如图1.3所示。 船长是描述船体长度的参数，通常以米（m）为单位，是衡量船舶尺寸和装载能力的关键依据。船长的不同会影响船舶的航行稳定性和适航性能，船舶工程中常用的船长有三种，即总长（船舶*前端与*后端之间的水平距离）、设计水线长（设计吃水时，设计水线平面与船体型表面*、尾端交点之间的水平距离）、垂线间长（艏垂线与艉垂线之间的水平距离）。 船宽是描述船体宽度的参数，专业上称型宽，以米（m）为单位，也是评价船舶尺寸和装载能力的重要参数。较宽的船体一般具有更好的稳性和更大的空间，因此适用于货运船和客运船。
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