噴水推進船舶二維控制手柄優化設計

陳 穎，趙 楠，孟堃宇

(1. 海軍裝備部駐上海地區第八軍事代表室，上海 200011；2. 中國船舶及海洋工程設計研究院，上海 200011)

0 引 言

噴水推進船舶普遍采用一種集首向操縱和正/倒車控制功能于一體的二維手柄，其很好融合了噴水推進操縱性能佳、機動性高的優點，具有無級調節、控制精度高、可切換多操縱模式的技術特點，能夠適應大多數場景的船舶操縱需求[1]。但針對一些特定情況的操縱要求，如提升小舵角范圍以及多工況的操縱感，增加緊急停車功能等，現有二維手柄無法直接實現，且需要操船人員具有相當的經驗。為此在現有二維手柄操縱系統的基礎上，對其硬件結構和控制策略開展優化設計，以實現新的功能，提升駕控體驗。

1 結構和控制原理

噴水推進依靠吸入與噴射水流的動量差產生推力，并經由安裝在噴口后方的操舵倒航機構偏折高速噴射流從而產生船舶操舵力和倒車力。由于這種噴射流是矢量流，可以通過控制噴水推進裝置的方向舵舵角、倒航斗位置和主機轉速的方式調節該矢量流的大小、方向，進而調節船舶的航行姿態[2]。噴水推進船舶二維手柄操縱系統基于對上述這些獨立且連續變化參數的控制實現船舶操縱。

圖1 為一種通用型噴水推進二維手柄控制單元，主要包括：1）轉舵系統，手柄本體繞垂直于水平面的Z軸旋轉至左、右最大舵角（一般為±30°），對噴水推進的方向舵實施指令控制，實現對船舶首向的操縱；2）推進系統，手柄操縱桿繞與紙面垂直的Y軸向前或向后推進多個檔位（一般為±5 檔，也可參考螺旋槳推進改為-3～+5 檔），同時對倒航斗位置和主機轉速實施聯合指令控制，實現對船舶的正/倒航、加/減速等的操控。……