為無舵潛艇導航的新型內置——旋轉輪系

易家康

據英國《新科學家》報道，巧妙安裝的飛輪系統可以為新一代流線型潛艇導航。潛艇依靠水平舵和方向舵在陰森恐怖的海洋深處航行，這和魚總要利用鰭和魚尾游動原理相類似。然而空間技術正在提供一種可供選擇的替代方法，不僅使潛艇操縱更加靈活，還可以使潛艇處于靜止狀態。

兩名美國海洋工程師宜稱，采用軌道衛星導航技術可使潛艇廢除水平舵和方向舵，還同時避免相關流體力學拉力造成消耗燃料的問題。

另外，這種太空時代的控制系統使潛艇易于獲得最艱難的水下調遣：保持靜止狀態。這種調遣能力很實用，例如科學家乘坐這種潛艇有利于拍攝海底地層上稱為“黑煙囪”的深海火山噴發壯觀奇景。

保持靜止狀態似乎毫不費力，但在海下卻非易事，那兒作用力不大的暗流就會造成潛艇轉向。通常鰭狀水平舵用以補償這種轉向力，水平舵可供發揮最大導向力，是和潛艇速度平方呈正比的。因此在潛艇航速不足每小時1海里的情況下，水平舵幾乎不起作用。以此看來，保持潛艇靜止的精確調遣就成為一項需要精湛技術才能辦到的事情。

美國弗吉尼亞理工學院和普林斯頓大學兩名海洋工程師伍爾西和倫納德提出用旋轉“反應輪”取代胸鰭和尾鰭導向舵——它類似保持通訊衛星乃至哈勃太空望遠鏡對準正確航向的裝置。

該輪系工作原理十分簡單。按嚴格要求安裝潛艇內的一臺電機把扭力矩傳送到一個鋼輪上，使之旋轉。同時鋼輪反向對潛艇輸出等量扭力矩，使潛艇逆向轉動。這有點兒像發動機使直升機前后螺旋漿轉動的方式。

因此，如果一艘潛艇安裝上3個互為直角的圓盤，各自擁有一個轉動軸，悉心改變圓盤系轉速，用以生成有效組合力，就可以準確地控制船舶航向。伍爾西認為潛艇能夠逆流而上以利于保持穩定方位。

自動水下艦船擁有多個可供轉向的推進器，它們協調運作達到控制船位的目的，這些裝置已經完成遙控測試。裝有反應輪系的潛艇卻只需一部推進器就能發揮同樣功效。

新型導航系統不必采用龐大笨重的設備。發動機組如果可以提供足夠加速度，一套相對小的反應輪就能勝任導航任務。

輪系導航系統不同與鰭狀水平舵和方向舵，在于它安裝在潛艇內部既安全又干燥，因此它可以獲得更有效的保護，免遭碰撞和侵蝕。伍爾西指出：“這表明這種船舶更不容易發生故障而且更加趨向流線型外觀設計，使航行更穩健。”這類潛艇將有利巡航，既能勻速航行又能保持靜止。

伍爾西在《自動化》雜志上稱，他主持的模擬實驗已證實反應輪系將按原理工作。他領導的研究小組正在建造樣機準備作實地測試。

內部導航系統另一項優勢是它不像擺動的尾鰭會擾動周圍環境。參與英國南安普頓大學自動化潛艇工程的研制人員史蒂夫·麥克費爾評論說：“遙控潛艇顯然是個眾所周知的難題。由于你總要設法控制潛艇方位和姿態，所以你是不斷從海底掀起沉積物以致一時無法看清任何東西。”這艘研制中的新型潛艇不久將在南極巨大冰層下自動遠航。