不考虑外界干扰，定速直航的船舶在正舵情况下相对于水运动。水流对称地流过船体和舵叶两侧。船体两侧面所受的水动力相等，不产生舵力。船舶直航中，船体线性左右对称不产生横向水动力，只有纵向水动力；船舶无转头角速度，也无旋回阻尼力。

图1 舵力的形成及作用

当舵叶向任一舷转出一定的舵角δ（以右舵为例，下同），如图1所示，由船速、排出流、伴流合成的相对于舵叶运动的水流将以与舵角大小相当的攻角冲击舵叶。舵叶两侧的流场发生变化，迎水流一面的压力增加，而舵的背面压力降低，即产生垂直于舵平面的舵压力F_N。同时，水流沿舵叶面向后方运动，与舵叶表面摩擦产生切向力F_T。舵压力F_N与切向力F_T的合力即为舵力F。舵力F可以近似地认为是水平力，分解为沿着船舶首尾方向舵阻力F_D，将使船速下降；及垂直于船舶首尾方向的舵升力F_L，将使船尾向用舵相反一侧横移。

用右舵后，在舵力作用下，初始的直航运动发生改变，船体会出现向用舵相反一侧（即左前方）的斜航运动，水相对于船体有相当于来自左前方水流的冲击，此时将产生横向水动力。

在舵力F_R和水动力的共同作用下，船舶将产生转头角速度，随之产生转头的阻尼力。

用舵后，船舶在上述舵力、水动力、阻尼力及原有的推力、阻力的作用下，定速直航运动的状态将发生变化。

在船舶纵向上，由于斜航阻力、舵阻力、推进器的效率下降等原因，船舶的纵向移动速度将下降。

在船舶横向上，由于舵的升力作用，船尾向用舵相反一侧横移；由于横向水动力的出现，船首向用舵一侧横移。此时船舶表现为以转心为中心的自转。

在船舶垂向上，由于舵力作用中心、水动力作用中心位于水线以下的舵叶几何中心，其高度通常低于船舶重心高度，在垂向上相对于重心，产生使船舶倾斜的力矩。由于船舶的横稳性远小于纵稳性，因此上述力矩将引起船舶明显的横倾。这种横倾初始是由于舵力引起的内倾（向用舵相同一侧的横倾），随后由于水动力的增大，使内倾变为外倾（向用舵相反一侧的横倾），且外倾角明显大于内倾角。

用舵后，船体三维运动的特征在船舶操纵中的运用，包括转向、船舶制动等，本文不再赘述。下面就用舵后船舶横向移动和船舶垂向倾斜，驾引人员可能出现的直观错觉以及由其引起的错误操作，作以论述，并给出如何建立理性感知与正确应对的操纵措施。

2020年4月6日下午,日本班轮公司ONE(Ocean Network Express)下属的一艘4000TEU级大型集装箱船Milano Bridge号在靠泊釜山新港第二码头时与多台桥吊发生相撞。4月9日，韩国釜山海洋水产厅对此事故进行了调查。具有10年经验的资深引航员表示自己原计划将货轮停靠新港2号码头，但由于受刮向码头方向的强风影响，为避免与停泊在1、3号码头的船只相撞，加车外舷舵驶离码头。在驶离的过程中，货船船尾与岸边的大型起重机相撞导致了事故的发生。对此，印度籍船长称，这是领航员的失误。

本次事故原因除靠泊时船速过高、外界拢岸风较大外，最关键、最直接原因是避离码头泊位船舶时，本能地使用了加车外舷舵。直观意愿和感觉是将船舶驶离码头，但实质上船舶在用舵以后的横向运动如前文所述，其船体的大部分（转心以后的船体）是向码头方向移动的。此时，加之进车且船速过高，大舵角下的船尾的横移更明显，又有拢岸风影响的叠加，船尾触碰码头、岸吊在所难免。

图2 用舵转向时船舶横移速度

这种本能意识的操舵避离以及观察上船头转向的错觉来源有:（一）传统的船舶操纵用舵改向的提法容易让人误解。船舶改向，统称船首改向，或常说的“掉头”。而实际上是船尾向相反方向移动，准确的说法应该叫“掉尾”；（二）操船者的视觉差异。船舶用舵后，船舶横向上产生以转心为中心的自转，如图2所示。对此种自转运动，船舶操纵人员本能意识上都是以自身作为参照点，观察船舶的运动，尤其是在水面缺少其他参照物的情况下。驾引人员站在不同位置，其主观感知是不同的。通常前进旋回时，如站在转心P位置，此处距船首是1/5～1/3船长，感觉到船舶是绕自身转动。而驾驶台通常居于船舶中后部,如M点，直观感觉上，是船首向用舵一侧转动，而忽略了这主要是由于驾驶台以及船尾向用舵相反一侧横移速度导致。

船舶用舵后，除直观感觉船首向改变，更应意识到船舶的实际位置，尤其是船尾在向用舵相反一侧移动。此时，若船舶用舵相反一侧水域受限，如驶离码头或在狭水道大幅度用舵，将会造成与直观感知相反的运动效果。

作为操船者，当决定用舵转向时，应充分意识到船舶位移变化，尤其是横向位移变化。在前进旋回中，以转心为分界，转心以前船上各点的横移方向与用舵方向一致；转心以后船上各点的横移方向与用舵方向相反。离转心越远，横移速度越大。满舵旋回中，船尾的横移最大量达1/10～1/5船长。

前进中用舵时，在受限水域应充分考虑用舵相反一侧水域是否足够，同时考虑风流叠加的影响。一旦用舵相反一侧水域受限，且又必须用舵，事先应该争取上风流船位；用舵时，慢操舵，舵角分数次到位；若条件允许，可事先将船速适当降低。

2015年1月15日，“皖神舟67”轮试航过程中在长江泰州段翻扣沉没，造成 22人死亡，直接经济损失3180万元。2015年11月10日，江苏省安委会办公室公布了事故调查处理结果。认定事故的直接原因是：“皖神舟67”轮在全速航行时，采取大舵角转舵操作，船舶倾覆力矩超过复原力矩，致使船舶倾覆，船舶进水后翻扣沉没。调查结果同时披露该轮姊妹船“皖神舟66”轮在做回转试验时，当主机转速达500余转/分钟、舵角转至约10°时就发现船舶有倾覆的危险，即停止按《试验大纲》的要求继续进行试验。此后，未及时要求修改“皖神舟67”轮《试验大纲》的相应内容。根据幸存者描述，当时“皖神舟67”轮正在进行全回转试验。

回转试验的目的是测定船舶回转性能，通常做法是船舶以设定速度直航稳定后，转舵到设定舵角并保持不变，船舶进入回转，当船首向改变了540°时试验结束。

船舶回转试验中，用舵后，由于由舵力以及水动力引起垂向力矩变化，导致船舶初始的内倾变为外倾，其倾角变化规律如图3所示，且外倾角远大于内倾角。这种横倾变化的剧烈程度还受船舶自身船型、配载以及外界操纵环境的影响。尤其是满载船舶，GM较小，用舵太快，以及外界风浪引起的横倾叠加时，将出现较大的横倾。

图3 用舵后船舶横倾角变化

在实际用舵操纵中，一旦发生向用舵一侧的内倾，操作人员出于避险的本能，往往急速回舵，甚至打相反方向的大舵角抑制。此时更容易导致第一次用舵的外倾角和第二次反向用舵的内倾角叠加，使第一次用舵的外倾角进一步增大，船舶倾覆的可能性大大增加。