为无舵潜艇导航的新型内置——旋转轮系

易家康

据英国《新科学家》报道，巧妙安装的飞轮系统可以为新一代流线型潜艇导航。潜艇依靠水平舵和方向舵在阴森恐怖的海洋深处航行，这和鱼总要利用鳍和鱼尾游动原理相类似。然而空间技术正在提供一种可供选择的替代方法，不仅使潜艇操纵更加灵活，还可以使潜艇处于静止状态。

两名美国海洋工程师宜称，采用轨道卫星导航技术可使潜艇废除水平舵和方向舵，还同时避免相关流体力学拉力造成消耗燃料的问题。

另外，这种太空时代的控制系统使潜艇易于获得最艰难的水下调遣：保持静止状态。这种调遣能力很实用，例如科学家乘坐这种潜艇有利于拍摄海底地层上称为“黑烟囱”的深海火山喷发壮观奇景。

保持静止状态似乎毫不费力，但在海下却非易事，那儿作用力不大的暗流就会造成潜艇转向。通常鳍状水平舵用以补偿这种转向力，水平舵可供发挥最大导向力，是和潜艇速度平方呈正比的。因此在潜艇航速不足每小时1海里的情况下，水平舵几乎不起作用。以此看来，保持潜艇静止的精确调遣就成为一项需要精湛技术才能办到的事情。

美国弗吉尼亚理工学院和普林斯顿大学两名海洋工程师伍尔西和伦纳德提出用旋转“反应轮”取代胸鳍和尾鳍导向舵——它类似保持通讯卫星乃至哈勃太空望远镜对准正确航向的装置。

该轮系工作原理十分简单。按严格要求安装潜艇内的一台电机把扭力矩传送到一个钢轮上，使之旋转。同时钢轮反向对潜艇输出等量扭力矩，使潜艇逆向转动。这有点儿像发动机使直升机前后螺旋浆转动的方式。

因此，如果一艘潜艇安装上3个互为直角的圆盘，各自拥有一个转动轴，悉心改变圆盘系转速，用以生成有效组合力，就可以准确地控制船舶航向。伍尔西认为潜艇能够逆流而上以利于保持稳定方位。

自动水下舰船拥有多个可供转向的推进器，它们协调运作达到控制船位的目的，这些装置已经完成遥控测试。装有反应轮系的潜艇却只需一部推进器就能发挥同样功效。

新型导航系统不必采用庞大笨重的设备。发动机组如果可以提供足够加速度，一套相对小的反应轮就能胜任导航任务。

轮系导航系统不同与鳍状水平舵和方向舵，在于它安装在潜艇内部既安全又干燥，因此它可以获得更有效的保护，免遭碰撞和侵蚀。伍尔西指出：“这表明这种船舶更不容易发生故障而且更加趋向流线型外观设计，使航行更稳健。”这类潜艇将有利巡航，既能匀速航行又能保持静止。

伍尔西在《自动化》杂志上称，他主持的模拟实验已证实反应轮系将按原理工作。他领导的研究小组正在建造样机准备作实地测试。

内部导航系统另一项优势是它不像摆动的尾鳍会扰动周围环境。参与英国南安普顿大学自动化潜艇工程的研制人员史蒂夫·麦克费尔评论说：“遥控潜艇显然是个众所周知的难题。由于你总要设法控制潜艇方位和姿态，所以你是不断从海底掀起沉积物以致一时无法看清任何东西。”这艘研制中的新型潜艇不久将在南极巨大冰层下自动远航。