桅杆的基本参数

无论是古代的战船还是现代化的军舰，全舰的制高点——桅杆都是核心装备，由于侦察技术和电子技术的不断发展，如今军舰的桅杆上不再由人员进行观察和搜索，而是采用电子设备。俄罗斯军舰的桅杆设计比较繁琐，配有大量片状和球状天线，欧美军舰的桅杆设计比较简洁，在一体化集成技术方面有一定优势。美军最新的DDG-1000型驱逐舰就采用了先进的一体化桅杆，融合了先进的通信、雷达、隐身、电磁干扰和电磁频谱管制技术。

中国海军052D型驱逐舰诞生后，连挑剔的西方武器分析人士都承认，该舰的整体设计非常出色，中国驱逐舰被调侃为“大号导弹艇”的日子一去不复返了。在2016年的巴基斯坦防务展上，中国对外展示了自己最新的一体化桅杆技术，这项最新技术的展示也在印证中国军工的不懈努力。中国参展的两款战舰模型，都采用了一体化桅杆技术，最大特点是集成了相控阵雷达和通信天线。由于集成度较高，为了确保相控阵雷达能够稳定运行，必须采用水冷技术进行冷却。

既然中国对外进行展示，说明这两种战舰是外销产品，有力地反驳了印度方面对于中国海军战舰性能的贬低。印军称，其加尔各达级驱逐舰采用一体化桅杆技术，安装了以色列EL/M-2248 MF-STAR型有源相控阵雷达，“印度战舰在这项技术上领先于中国驱逐舰”。但事实并非如此，中国在巴基斯坦防务展上展览相关模型，显示出针对巴基斯坦市场推销的意图，巴基斯坦海军无法生产大型驱逐舰，而美国不再出售军舰给巴基斯坦，带有一体化桅杆的中国军舰加入巴基斯坦海军，可能只是时间问题。连外销战舰都采用了这项技术，说明解放军052D等先进驱逐舰必然也采用了这种先进的技术。

比052D型舰更先进的中国055大型驱逐舰，不仅采用了一体化桅杆，而且集成了双波段雷达，更突显出解放军此项技术已经非常成熟。中国选择对外出口带有一体化桅杆技术的军舰，非常符合国际潮流，中国早些年在竞标泰国军舰项目时由于没有一体化桅杆，最终没有成功，未来这样的情况不可能再发生。可以说，一体化桅杆是中国海军快速发展的一个缩影，无论什么先进技术，对于像中国这样拥有庞大而完整的基础工业的国家来说，都不是大问题。

读音：wéi gān

名词。

船上悬挂帆和旗帜、装设天线、支撑观测台的高的柱杆,木质的长圆竿或金属柱,通常从船的龙骨或中板上垂直竖起,可以支撑横桁帆下桁、吊杆或斜桁。

轮船上的桅杆用处很多。比如用它装信号灯,挂旗帜、架电报天线等。此外,它还能支撑吊货杆,吊装和卸运货物。

轮船上的桅杆用处很多。比如用它装信号灯,挂旗帜、架电报天线等。此外,它还能支撑吊货杆,吊装和卸运货物。

舰船桅杆源于帆船时代，在挂帆扬航的同时，也承担着舰船“耳目”的作用，正道是：“刁斗三更，风急旌旗乱”。随着社会进步和舰船技术发展，风帆时代的桅杆渐渐失去了动力源支柱的功能，演变为纯粹的舰船信息源载体，尤其是雷达的出现，但初期作为平台的高耸舰桥在后巨舰大炮时代不再受人青睐，相对低矮而流畅的舰桥显然无法满足“站得高、望得远”的要求。于是，此后桅杆结构形式的变换便与雷达技术的进步息息相关，由细而粗，由柱而塔，桅杆既成为舰船“列舰耸层楼”的标志性结构，也在不知不觉间完成了螺旋上升的变迁轨迹

在现代舰船的桅杆结构形式上可以大致将桅杆区分为桁格桅、塔形桅和筒形桅。下面分别就这几种结构形式对两力六性的不同贡献作简要分析。

现代舰船桅杆的最主要功能是提供雷达等探测设备的安装平台，因此从雷达的探测性能要求出发，桅杆自然是越高越好，但同时任何形式的桅杆都是一种结构体，有其自身固有的结构力学特性，桅杆的选用和设计都必须满足结构强度、振动、疲劳等力学指标，在相似载荷的前提下，几种结构形式的力学性能有较大差异。结构强度方面，塔形桅具有不可动摇的优势。塔形桅在结构上和上层建筑融为一体，本身也和船体结构一样设计有纵横骨架，壁板和骨架同时受力，都对强度作出贡献，因此相比较于依靠钢结构平衡受力的桁格桅（包括在桁格桅上敷上蒙皮的貌似塔形桅）和相对细长、横截面较小的筒形桅而言，塔形桅的结构强度最佳，承载能力也最强。当然，在大型舰载多功能相控阵雷达装舰之后，舰载雷达的数量有所减少，而且相控阵雷达融于舰桥结构之中，对桅杆的承载能力要求下降，出现了如美国 DDG51、日本16DDH上的轻型多面体桅杆，其设计要点显然和强度已经没有太大的关系。前苏联早早地在大型水面舰船上采用塔式桅，在结构方面就是看中其承载能力，这和前苏联舰载电子设备大而重的特性相匹配；即使雷达本身重量并不大，但为了“看得远”，舰艇也可能采用塔形桅在保证高度的前提下具有足够的强度。另外，较难衡量的是桅杆的动力性能，即振动、疲劳等方面的性能。在这方面，直接计算的理论和算法并没有发展到非常精确的程度，即使采用同一算法也有可能得出大相径庭的结果。前苏联在这方面依赖于其雄厚的基础科学研究能力和科技人员的丰富经验，往往在计算结果出来之前就已经能够作出比较准确地判断。在某出口艇的新型大倾角桁格桅的振动响应计算中，国内三家院校（海工、交大、哈船）的计算结果差异在一个数量级以上，对实际设计没有任何指导意义；而在提交俄罗斯专家后，在未经计算的情况下凭经验估摸了某个数量级的结果，此后的实艇测试证明了俄罗斯人的判断。近年来，由于有限元计算技术的发展，有限元动力计算软件日趋成熟，应该说在振动、疲劳等方面的计算结果已经能够满足工程实际的要求。

如果排除实际设计的影响，单从结构形式本身来判断，由于塔形桅和船体以连续结构连接，因此性能较好；而桁格桅和上层建筑的连接属于点状连接，在结构上形成应力集中，一般需要对根部特殊加强才能满足动力性能要求；筒形桅在结构连续性上和塔形桅相似，但接触面较小使其动力性能稍逊于塔形桅；轻型多面体桅杆本身重量较轻，承载较弱，受风面积也较小，而且有些可以做成“〉”型实心横截面，因此在振动、疲劳方面的性能将不亚于塔形桅。总体上看，塔形桅在承载能力、结构强度、抗振动疲劳等方面的性能都较好，具有结构上的综合优势；轻型多面体桅杆在考虑到实际使用后，应该承认在满足承载要求的同时，结构性能方面和塔形桅处于同一水平线上；筒形桅结构上可以视作塔形桅和轻型桅的中间体，性能上略逊一筹；桁格桅无论在承载能力、强度方面，还是在振动疲劳方面都和前三者有一定的差距

既然桁格桅在结构方面有众多的弱项，为什么还是有不少的舰艇要采用桁格桅？究其原因，应该是舰艇总体设计平衡协调的结果。桁格桅在以下方面具有优势：本身重量较轻，在占据舰艇最高位置的同时，对船体稳性影响较小；受风面积最小，使船体受横风影响减弱，有利于侧倾稳性；可以采用非金属材料制造，隐身性能较好（但在使用金属材料时，由于绕射等反射方式的存在，其隐身性能甚至比塔形桅要差）；工艺性较好，和民用钢结构有共通之处。如果从这些方面考察另三种桅杆，能与之相类比的仅有轻型多面体桅杆，而且在同样采用金属材料时，轻型桅的隐身能力强于桁格桅。而塔形桅的自身重量、较大的受风面积、较大的雷达反射面积等缺点则暴露无遗。前苏联肯达级巡洋舰所为人诟病的稳性问题既有干舷较低的因素，庞大的塔形桅也是诱因之一，但在承载能力要求较高的场所塔形桅仍是不二选择。美国在70年代末80年代初的主战舰船设计中，除了核动力巡洋舰采用塔形桅之外，其余大中型驱护舰以及常规动力巡洋舰均采用桁格桅，从中可以看出，在舰船总体设计中，解决桅杆的结构性能问题时其他性能牺牲的代价要低于总体性能问题，毕竟结构力学所牵涉的平衡范围和难度要远小于稳性、隐身性，从舰船设计局部服从总体的原则出发，在这些舰船上选用桁格桅应该说是水到渠成。

至于筒形桅，应用场合并不多，由于外形细长，并不适于作为舰船的主桅安置于舰桥之上，往往直接安装于舯部甲板或甲板室上，在设计上往往更多地是考虑到实用性。除了能够分散雷达等电子设备的分布从而改善整体的电磁兼容性之外，如果本舰动力为CODOG形式且桅杆位置合适，则可用于容纳巡航用柴油机组和发电用柴油机组的排气管；在综合通信系统中，筒形桅还能兼作宽带桅杆天线的发射体（如英国ICS-3系统）；从美学角度，筒形桅和主桅一起能起到平衡视觉焦点的作用。另外，筒形桅和塔形桅都具有足够的封闭空间以形成全天候的维护平台，可维性较好；而且，封闭空间也有利于高频电缆等雷达附属设施的保护，不必受风吹雨打和各种海洋腐蚀的影响。

综上，塔形桅的承载能力最强，结构强度较高，可维性较好，在选取合适的壁板倾角和涂敷吸波材料后隐身性能尚可，但自重、迎风面积较大，结构复杂；桁格桅承载能力一般，结构强度在优化设计后可以满足使用要求，设备完全露天安装，但自重、迎风面积小，结构简单；轻型多面体桅杆除了承载能力最小外，其余性能指标均较优，是目前新兴的一种桅杆结构形式。但随着雷达技术的进一步发展，和舰桥围壁共形的多波段雷达天线的研制成功将颠覆传统桅杆的样式，甚至导致桅杆的消失

从钻机工况来分析，桅杆受力有以下几种情况：

（1）正常钻进，桅杆受动力头回转转矩的反力同时承受液压缸给进力的反力。

（2）液压缸提升钻具，动力头同时回转。桅杆承受液压缸最大提升力和动力头回转转矩的反力。

（3）主卷扬提升：主卷扬最大提升力。

（4）强力起拔，液压缸和主卷扬同时工作，桅杆承受液压缸最大提升力和主卷扬最大提升力。

从上述工况可知，强力起拔时桅杆受力最大。设计桅杆时要确定桅杆导轨运动件上作用力方向和位置，因为作用力方向和位置对导轨工作情况有很大影响。

图3-24 导轨作用力计算图

图3-24为桅杆导轨作用力计算图，当作用力（液压缸与主卷扬提升力的合力）F与运动件轴线不重合时，会产生一力偶，使桅杆受弯矩，也会加剧动力头拖板与导轨面间的磨损，所以在设计时要尽量使动力头回转中心轴线靠近导轨中心。图中作用力平行于导轨运动件轴线。如作用力与轴线相距h，如导轨中产生支反力为N，于是平衡条件有：

液压动力头岩心钻机设计与使用

由支反力产生的摩擦力Ff应为：

液压动力头岩心钻机设计与使用

式中：f为动力头拖板与导轨间的摩擦系数。

从上式可知，要减小作用在桅杆上支反力N和减小摩擦力，必须减小h，增大L值，即应使h/L值小些。在实际设计中，动力头回转中心轴线尽量靠近导轨运动轴线，动力头拖板长度适当加长。

有些船在甲板上竖立一根圆柱杆，这个圆柱杆就是检杆。其实桅杆最早起源于帆船时代。为了方便架设风帆，人们在船上竖起 桅杆来悬挂风帆。许多帆船上还架设有三根桅杆。三桅帆船的船体容量大， 在风帆时代十分流行。

随着船舶的发展和演变，桅杆不再用来悬挂风帆， 它的作用和性质也随之发生改变。 目前普通的桅杆一般是由木材和金属制成的，竖立在船的龙骨或中板 上。桅杆的作用有很多，人们可以在桅杆上挂旗帜、装信号灯和装设天线等。

随着雷达技术的使用，桅杆成了雷达等设备的安装平台。为了更好地对船 舶进行雷达定位，桅杆也变得越来越高。在船舶停靠码头时，桅杆也可以 用来支撑吊货杆

，方便装卸货物。

现代化的军舰上更设有一体化桅杆，这 种桅杆又叫作封闭式桅杆，它不再是一根简单的圆杆了，它的设计较为复杂, 是由多个连接面组成，可以进行电磁干扰以偏离无线波，具有极强的隐身 效果。

舰船桅杆源于帆船时代，在挂帆扬航的同时，也承担着舰船“耳目”的作用，正道是：“刁斗三更，风急旌旗乱”。随着社会进步和舰船技术发展，风帆时代的桅杆渐渐失去了动力源支柱的功能，演变为纯粹的舰船信息源载体，尤其是雷达的出现，但初期作为平台的高耸舰桥在后巨舰大炮时代不再受人青睐，相对低矮而流畅的舰桥显然无法满足“站得高、望得远”的要求。于是，此后桅杆结构形式的变换便与雷达技术的进步息息相关，由细而粗，由柱而塔，桅杆既成为舰船“列舰耸层楼”的标志性结构，也在不知不觉间完成了螺旋上升的变迁轨迹

在现代舰船的桅杆结构形式上可以大致将桅杆区分为桁格桅、塔形桅和筒形桅。下面分别就这几种结构形式对两力六性的不同贡献作简要分析。

现代舰船桅杆的最主要功能是提供雷达等探测设备的安装平台，因此从雷达的探测性能要求出发，桅杆自然是越高越好，但同时任何形式的桅杆都是一种结构体，有其自身固有的结构力学特性，桅杆的选用和设计都必须满足结构强度、振动、疲劳等力学指标，在相似载荷的前提下，几种结构形式的力学性能有较大差异。结构强度方面，塔形桅具有不可动摇的优势。塔形桅在结构上和上层建筑融为一体，本身也和船体结构一样设计有纵横骨架，壁板和骨架同时受力，都对强度作出贡献，因此相比较于依靠钢结构平衡受力的桁格桅（包括在桁格桅上敷上蒙皮的貌似塔形桅）和相对细长、横截面较小的筒形桅而言，塔形桅的结构强度最佳，承载能力也最强。当然，在大型舰载多功能相控阵雷达装舰之后，舰载雷达的数量有所减少，而且相控阵雷达融于舰桥结构之中，对桅杆的承载能力要求下降，出现了如美国DDG51、日本16DDH上的轻型多面体桅杆，其设计要点显然和强度已经没有太大的关系。前苏联早早地在大型水面舰船上采用塔式桅，在结构方面就是看中其承载能力，这和前苏联舰载电子设备大而重的特性相匹配；即使雷达本身重量并不大，但为了“看得远”，舰艇也可能采用塔形桅在保证高度的前提下具有足够的强度。另外，较难衡量的是桅杆的动力性能，即振动、疲劳等方面的性能。在这方面，直接计算的理论和算法并没有发展到非常精确的程度，即使采用同一算法也有可能得出大相径庭的结果。前苏联在这方面依赖于其雄厚的基础科学研究能力和科技人员的丰富经验，往往在计算结果出来之前就已经能够作出比较准确地判断。在某出口艇的新型大倾角桁格桅的振动响应计算中，国内三家院校（海工、交大、哈船）的计算结果差异在一个数量级以上，对实际设计没有任何指导意义；而在提交俄罗斯专家后，在未经计算的情况下凭经验估摸了某个数量级的结果，此后的实艇测试证明了俄罗斯人的判断。近年来，由于有限元计算技术的发展，有限元动力计算软件日趋成熟，应该说在振动、疲劳等方面的计算结果已经能够满足工程实际的要求。

如果排除实际设计的影响，单从结构形式本身来判断，由于塔形桅和船体以连续结构连接，因此性能较好；而桁格桅和上层建筑的连接属于点状连接，在结构上形成应力集中，一般需要对根部特殊加强才能满足动力性能要求；筒形桅在结构连续性上和塔形桅相似，但接触面较小使其动力性能稍逊于塔形桅；轻型多面体桅杆本身重量较轻，承载较弱，受风面积也较小，而且有些可以做成“〉”型实心横截面，因此在振动、疲劳方面的性能将不亚于塔形桅。总体上看，塔形桅在承载能力、结构强度、抗振动疲劳等方面的性能都较好，具有结构上的综合优势；轻型多面体桅杆在考虑到实际使用后，应该承认在满足承载要求的同时，结构性能方面和塔形桅处于同一水平线上；筒形桅结构上可以视作塔形桅和轻型桅的中间体，性能上略逊一筹；桁格桅无论在承载能力、强度方面，还是在振动疲劳方面都和前三者有一定的差距

既然桁格桅在结构方面有众多的弱项，为什么还是有不少的舰艇要采用桁格桅？究其原因，应该是舰艇总体设计平衡协调的结果。桁格桅在以下方面具有优势：本身重量较轻，在占据舰艇最高位置的同时，对船体稳性影响较小；受风面积最小，使船体受横风影响减弱，有利于侧倾稳性；可以采用非金属材料制造，隐身性能较好（但在使用金属材料时，由于绕射等反射方式的存在，其隐身性能甚至比塔形桅要差）；工艺性较好，和民用钢结构有共通之处。如果从这些方面考察另三种桅杆，能与之相类比的仅有轻型多面体桅杆，而且在同样采用金属材料时，轻型桅的隐身能力强于桁格桅。而塔形桅的自身重量、较大的受风面积、较大的雷达反射面积等缺点则暴露无遗。前苏联肯达级巡洋舰所为人诟病的稳性问题既有干舷较低的因素，庞大的塔形桅也是诱因之一，但在承载能力要求较高的场所塔形桅仍是不二选择。美国在70年代末80年代初的主战舰船设计中，除了核动力巡洋舰采用塔形桅之外，其余大中型驱护舰以及常规动力巡洋舰均采用桁格桅，从中可以看出，在舰船总体设计中，解决桅杆的结构性能问题时其他性能牺牲的代价要低于总体性能问题，毕竟结构力学所牵涉的平衡范围和难度要远小于稳性、隐身性，从舰船设计局部服从总体的原则出发，在这些舰船上选用桁格桅应该说是水到渠成。

至于筒形桅，应用场合并不多，由于外形细长，并不适于作为舰船的主桅安置于舰桥之上，往往直接安装于舯部甲板或甲板室上，在设计上往往更多地是考虑到实用性。除了能够分散雷达等电子设备的分布从而改善整体的电磁兼容性之外，如果本舰动力为CODOG形式且桅杆位置合适，则可用于容纳巡航用柴油机组和发电用柴油机组的排气管；在综合通信系统中，筒形桅还能兼作宽带桅杆天线的发射体（如英国ICS-3系统）；从美学角度，筒形桅和主桅一起能起到平衡视觉焦点的作用。另外，筒形桅和塔形桅都具有足够的封闭空间以形成全天候的维护平台，可维性较好；而且，封闭空间也有利于高频电缆等雷达附属设施的保护，不必受风吹雨打和各种海洋腐蚀的影响。

综上，塔形桅的承载能力最强，结构强度较高，可维性较好，在选取合适的壁板倾角和涂敷吸波材料后隐身性能尚可，但自重、迎风面积较大，结构复杂；桁格桅承载能力一般，结构强度在优化设计后可以满足使用要求，设备完全露天安装，但自重、迎风面积小，结构简单；轻型多面体桅杆除了承载能力最小外，其余性能指标均较优，是目前新兴的一种桅杆结构形式。但随着雷达技术的进一步发展，和舰桥围壁共形的多波段雷达天线的研制成功将颠覆传统桅杆的样式，甚至导致桅杆的消失，正所谓：“长剑几时天外倚，真是崆峒”。

日本军舰是沿用的美军舰艇的设计，外观几乎一样，美军的巡洋舰和伯克级驱逐舰的舰岛桅杆天线也都这样斜着的，美军航母的桅杆天线外观和伯克级的差不多，据说能减少探测雷达波。

不过美日军舰高大的舰岛桅杆天线很漂亮，很有军舰该有的威武霸气的气质，中国军舰的舰岛桅杆天线都很低矮，严重影响了军舰该有的威武气质和颜值。