อุปกรณ์บังคับทิศทางอัตโนมัติเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในเรือใบเพื่อรักษาเส้นทางหรือทิศทางการแล่นเรือ ที่เลือกไว้ โดยไม่ต้องมีการกระทำของมนุษย์อย่างต่อเนื่อง^{[ 1 ]}

ระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติ แบบกลไกหรือ " ใบพัดลม " เริ่มต้นจากการเป็นวิธีควบคุมเรือใบจำลองให้แล่นไปตามเส้นทาง ก่อนการมาถึงของระบบควบคุมวิทยุ การแข่งเรือจำลอง (เริ่มต้นก่อนสงครามโลกครั้งที่ 1) มักจะแข่งขันกันในสระน้ำแคบยาว และจำนวนครั้งที่หยุดริมฝั่งจะถูกนับเป็นโทษในผลการแข่งขันสุดท้าย ในตอนแรกมีการคิดค้นระบบถ่วงน้ำหนักบนหางเสือเพื่อชดเชยแรงต้านลมเมื่อเรือจำลองเอียงไปตามแรงลมกระโชก ระบบแบบหยาบๆ เหล่านี้ได้พัฒนาเป็นระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นเรียกว่าBraine Gearตามชื่อผู้คิดค้นคือ George Braine ^{[ 2 ]}ระบบบังคับเลี้ยว Braine เป็นระบบปรับแต่งอย่างละเอียดของควอดแรนต์บนแกนหางเสือที่ขับเคลื่อนด้วยแรงตึงของ เชือกใบ เรือหลักและลดแรงสั่นสะเทือนด้วยยางรัด ต่อมาได้มีการคิดค้นระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นเรียกว่าvane gearซึ่งอาศัยใบพัดหรือปีกเครื่องบิน ขนาดเล็กขับเคลื่อน หางเสือหลักผ่านระบบเฟืองนาฬิกาที่ปรับได้ มันคล้ายคลึงกับระบบควบคุมการเดินเรืออัตโนมัติแบบใช้ใบพัดที่พบเห็นได้ในเรือยอชต์ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในภายหลัง เช่น หางเสือบังคับทิศทางอัตโนมัติของ บลอนดี ฮาสเลอร์นักเดินเรือเดี่ยวข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกบางคนใช้ระบบบังคับทิศทางอัตโนมัติแบบหยาบๆ ในการข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในช่วงทศวรรษ 1920 และ 1930 โดยที่โดดเด่นที่สุดคือ มาริน มารี (ปอล มาริน ดูรันด์ คูเปล เดอ แซงต์ ฟรองต์) ชาวฝรั่งเศส ซึ่งข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกสองครั้งในทศวรรษ 1930 ครั้งแรกด้วยเรือใบชื่อวินนิเบลล์ที่ 2และครั้งที่สองด้วยเรือยนต์ชื่ออาริเอล

ระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติบนเรือวินนิเบลล์ IIใน การข้าม มหาสมุทรแอตแลนติกจากเมืองดูอาร์เนเนซประเทศฝรั่งเศส ไปยังนิวยอร์กในปี 1933 นั้นคล้ายคลึงกับระบบบังคับเลี้ยวแบบเบรน (Braine gear) โดยใช้ใบเรือคู่ (Trinquettes jumelles) ที่เชือกเชื่อมต่อกับหางเสือผ่านรอกและสายต่างๆ เรือวินนิเบลล์ II ที่มีกระดูกงูยาว นั้นมีความเสถียรอย่างสมบูรณ์แบบในระหว่างแล่นเรือในทิศทางลมเฉียงหรือลมตาม แต่ระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติด้วยใบเรือคู่สามารถเข้ามาควบคุมได้ในทิศทางลมตามที่ยากลำบากกว่า หรือการแล่นเรือในทิศทางลมตามยาว

บนเรือยนต์ขนาดเล็กชื่อArielleซึ่งเป็นเรือยาว 13 เมตร (43 ฟุต) ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ดีเซล Baudouin ที่ผลิตในฝรั่งเศส ขนาด 65 แรงม้า (48 กิโลวัตต์) ซึ่งแล่นจากนิวยอร์กไปยังเลออาฟร์ในปี 1936 การบังคับทิศทางเรือยนต์ท่ามกลางคลื่นลมในมหาสมุทรแอตแลนติกนั้นเป็นเรื่องที่ท้าทายยิ่งกว่าArielleมีหางเสือสองอัน อันหลักอยู่ใต้ท้องเรือในบริเวณใบพัด ใช้สำหรับบังคับทิศทางด้วยมือ และหางเสือเสริมขนาดเล็กกว่าติดตั้งอยู่ที่ท้ายเรือ หางเสือเสริมนี้สามารถขับเคลื่อนได้ด้วยกลไกโดยใช้ใบพัดวัดทิศทางลมแบบพิเศษที่ติดตั้งอยู่บนหลังคาห้องโดยสาร ซึ่งประกอบด้วยปีกรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าสองอันที่วางทำมุมกันบนแกนแนวตั้งและถ่วงน้ำหนักด้วยตุ้มถ่วง มันเรียบง่ายและใช้งานได้ค่อนข้างดี แต่ไม่สามารถบังคับทิศทางเรือได้ในสภาพลมเบามากหรือในทะเลสงบนิ่ง

ขณะที่มาริน มารี กำลังตกแต่งเรืออาริเอลในนิวยอร์ก เขาได้รับการติดต่อจากนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสชื่อกาเซล ซึ่งเสนอที่จะติดตั้งระบบควบคุมการเดินเรืออัตโนมัติด้วยไฟฟ้าที่เขาคิดค้นขึ้นโดยไม่คิดค่าใช้จ่าย ระบบควบคุมการเดินเรืออัตโนมัติของกาเซลใช้เซลล์แสงอิเล็กทริกซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการในขณะนั้น และระบบแสงและกระจกสะท้อนแสงบนเข็มทิศ แม่เหล็ก หลักการทำงานของมันค่อนข้างคล้ายกับระบบควบคุมหางเสืออัตโนมัติแบบอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ยกเว้นระบบเซ็นเซอร์ฟลักซ์เกตที่ทันสมัยสำหรับระบบควบคุมการเดินเรืออัตโนมัติ ระบบควบคุมการเดินเรืออัตโนมัติของกาเซล ซึ่งรวมถึงไฟแสดงสถานะสีเขียว สีแดง และสีขาว ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าในการควบคุมหางเสือหลัก แม้ว่าหลักการพื้นฐานจะถูกต้องและมีประโยชน์ในบางช่วงของการเดินทาง แต่ก็พิสูจน์แล้วว่าโครงสร้างค่อนข้างบอบบางเกินไปสำหรับเรือเล็กที่เปียกและสั่นสะเทือน และมีปัญหามากมาย แม้ว่ามาริน มารีจะชื่นชมอุปกรณ์นี้ในบางโอกาส แต่โดยทั่วไปแล้วเธอกลับเกลียดชังอุปกรณ์ที่เอาแน่เอานอนไม่ได้นี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเขาพบว่ากาเซลได้ซ่อนไวน์บอร์โดซ์ของเขาไว้ในช่องเก็บอุปกรณ์ควบคุมการบินอัตโนมัติโดยไม่ได้ตั้งใจ ซึ่งทำให้เขาต้อง ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก โดยไม่ดื่มแอลกอฮอล์เป็นเวลาประมาณ 20 วัน

ระบบ บังคับเลี้ยวอัตโนมัติแบบอิเล็กทรอนิกส์ถูกควบคุมโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานตามเซ็นเซอร์รับสัญญาณอย่างน้อยหนึ่งตัว ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นเข็มทิศแม่เหล็กเป็นอย่างน้อย และบางครั้งอาจรวมถึงทิศทางลมหรือ ตำแหน่ง GPSเทียบกับจุดหมายปลายทางที่เลือกไว้ โมดูลอิเล็กทรอนิกส์จะคำนวณการเคลื่อนที่บังคับเลี้ยวที่ต้องการ และกลไกขับเคลื่อน (โดยปกติจะเป็นไฟฟ้า แต่ในระบบขนาดใหญ่กว่าอาจเป็นไฮดรอลิก) จะทำให้หางเสือเคลื่อนที่ตามนั้น

มีรูปแบบการเชื่อมต่อระหว่างกลไกขับเคลื่อนและระบบบังคับเลี้ยวแบบดั้งเดิมได้หลายแบบ สำหรับเรือยอชต์ ระบบที่ใช้กันทั่วไป 3 ระบบ ได้แก่:

• ระบบขับเคลื่อนโดยตรง (Direct drive) คือระบบที่ติดตั้งตัวกระตุ้น (actuator) เข้ากับส่วนควบคุมทิศทาง (steering quadrant) บริเวณด้านบนของแกนหางเสือภายในเรือ วิธีนี้เป็นการรบกวนน้อยที่สุดในการติดตั้ง
• ระบบขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ที่ติดตั้งไว้ใกล้กับพวงมาลัยและสามารถทำงานร่วมกับพวงมาลัยได้เมื่อใช้งาน โดยทั่วไปแล้วจะใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยสายพานหรือเฟืองวงแหวนที่ติดอยู่กับพวงมาลัย และเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้สำหรับการติดตั้งเพิ่มเติมในเรือยอชต์ที่มีพวงมาลัยอยู่แล้ว
• ระบบควบคุมหางเสืออัตโนมัติมักเป็นตัวเลือกเดียวสำหรับเรือขนาดเล็กที่บังคับทิศทางด้วยหางเสือโดยประกอบด้วยกระบอกไฮดรอลิกที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าซึ่งติดตั้งอยู่ระหว่างหางเสือและอุปกรณ์ที่ด้านข้างของห้องนักบิน บางระบบมีอุปกรณ์ครบครันในตัวโดยต้องการเพียงแหล่งจ่ายไฟ ในขณะที่บางระบบมีหน่วยควบคุมแยกจากตัวกระตุ้น ระบบเหล่านี้ค่อนข้างเป็นที่นิยม เนื่องจากไม่ต้องบำรุงรักษาและติดตั้งง่าย^{[ 3 ]}

ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของหน่วยควบคุม (เช่น ระบบควบคุมหางเสืออัตโนมัติ, เครื่องพล็อตแผนที่ที่ติดตั้งบนพวงมาลัย , ...) อุปกรณ์บังคับเลี้ยวอัตโนมัติแบบอิเล็กทรอนิกส์สามารถตั้งโปรแกรมให้รักษาเส้นทางเข็มทิศที่กำหนด รักษาองศาที่กำหนดต่อลม (เพื่อให้เรือใบไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนการปรับแต่งใบเรือ) บังคับเลี้ยวไปยังตำแหน่งที่กำหนด หรือฟังก์ชันอื่นใดที่สามารถกำหนดได้อย่างสมเหตุสมผล อย่างไรก็ตาม ปริมาณพลังงานที่จำเป็นสำหรับแอคทูเอเตอร์ไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากทำงานอย่างต่อเนื่องเนื่องจากสภาพทะเลและสภาพอากาศ เป็นสิ่งที่ต้องพิจารณาอย่างจริงจัง เรือสำราญระยะไกล ซึ่งไม่มีแหล่งพลังงานภายนอกและมักจะไม่ใช้เครื่องยนต์ในการขับเคลื่อน โดยทั่วไปจะมีงบประมาณด้านพลังงานที่ค่อนข้างจำกัดและไม่ใช้ระบบบังคับเลี้ยวไฟฟ้าเป็นเวลานาน เนื่องจากระบบควบคุมอัตโนมัติแบบอิเล็กทรอนิกส์ต้องใช้ไฟฟ้าในการทำงาน เรือหลายลำจึงใช้ แผง โซลาร์เซลล์ (PV) หรือกังหันลมขนาดเล็กบนเรือ ซึ่งช่วยลดมลพิษและลดต้นทุน^{[ 3 ]}

เป้าหมายหลักของระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติแบบกลไกคือการรักษาเรือใบให้แล่นไปตามทิศทางลมที่ปรากฏ และปลดปล่อยคนถือหางเสือจากภาระการบังคับเลี้ยว ผลพลอยได้ที่เป็นประโยชน์คือใบเรือจะอยู่ในมุมที่เหมาะสมที่สุดกับลมที่ปรากฏและให้แรงขับเคลื่อนที่เหมาะสมที่สุด แม้แต่ในเรือใบที่แล่นด้วยเครื่องยนต์ ระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติก็สามารถใช้เพื่อรักษาทิศทางของเรือให้เข้าหาลมเพื่อปรับหรือเปลี่ยนใบเรือได้ง่าย (ยกเว้น: หลักการทำงานจากเชือกไปยังหางเสือ) โดยมีการใช้เซ็นเซอร์วัดทิศทางลมก) ใบพัดวัดทิศทางลมที่ติดตั้งบนแกนที่เอียงไปทางเส้นขอบฟ้า (การบังคับเลี้ยวอัตโนมัติด้วยใบพัดวัดทิศทางลม) ข) แรงดันของลมในใบเรือและแรงที่กระทำต่อเชือก (การบังคับเลี้ยวอัตโนมัติด้วยเชือกไปยังหางเสือ)

หลักการทางกลศาสตร์ที่แตกต่างกันของการเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงทิศทางลมที่ปรากฏกับตัวขับเคลื่อนการเปลี่ยนทิศทาง (หางเสือ) สามารถจัดกลุ่มได้คร่าวๆ ดังนี้:

• ระบบ ทริมม์แท็บ (เฟลตเนอร์เซอร์โวแท็บ ) ซึ่งเป็นใบพัดวัดทิศทางลมที่เชื่อมต่อกับแผ่นพับขนาดเล็กที่ติดอยู่กับหางเสือหลัก หางเสือเสริม หรือหางเสือลูกตุ้มเซอร์โว
• ใบพัดบอกทิศทางลมสำหรับหางเสือเสริม (Windpilot Atlantik, Hydrovane) โดยมีใบพัดบอกทิศทางลมเชื่อมต่อโดยตรงกับหางเสือเสริม
• ใบพัดวัดทิศทางลมต่อกับหางเสือ (ใช้ได้เฉพาะกับเรือขนาดเล็กมากเท่านั้น โดยใบพัดวัดทิศทางลมขนาดใหญ่จะต่อเข้ากับหางเสือของเรือโดยตรง)
• หางเสือแบบลูกตุ้มเซอร์โว (เหมือนกับกังหันลมที่หมุนใบพัดที่จมอยู่ในน้ำรอบแกนตั้ง ใบพัดจะแกว่งออกไปด้านข้างเนื่องจากการเคลื่อนที่ผ่านน้ำ และทำให้หางเสือของเรือหมุนตามไปด้วย)
• ลูกตุ้มเซอร์โวพร้อมหางเสือเสริม (เหมือนข้างต้น แต่ใบพัดของลูกตุ้มเซอร์โวจะควบคุมหางเสือเสริม ไม่ใช่หางเสือหลักของเรือ)
• แรงต้านจากเชือกใบเรือ (แรงต้านจากสปริงที่หางเสือจะถูกหักล้างด้วยแรงดึงจากเชือกใบเรือหน้าและ/หรือใบเรือหลัก)

หน่วยบังคับเลี้ยวอัตโนมัติเชิงกลผลิตโดยผู้ผลิตหลายราย^{[ 4 ​​]}แต่ระบบส่วนใหญ่ที่ผลิตในปัจจุบันใช้หลักการเดียวกัน (หางเสือลูกตุ้มเซอร์โว ดูด้านล่าง) นอกจากความต้องการพลังงานไฟฟ้าแล้ว เรือเดินสมุทรระยะไกลหลายลำยังพบว่าเครื่องจักรบังคับเลี้ยวอัตโนมัติแบบอิเล็กทรอนิกส์มีความซับซ้อนและไม่น่าจะซ่อมแซมได้หากไม่มีอะไหล่ในพื้นที่ห่างไกล ในทางตรงกันข้าม เฟืองใบพัดอย่างน้อยก็มีความเป็นไปได้ในการซ่อมแซมแบบชั่วคราวในทะเล และโดยทั่วไปสามารถสร้างใหม่บนบกได้โดยใช้ชิ้นส่วนที่ไม่เฉพาะเจาะจง (บางครั้งเป็นชิ้นส่วนท่อประปา) โดยช่างเชื่อมหรือช่างเครื่องในท้องถิ่น เพื่อลดการสูญเสียความเร็วจากเฟืองบังคับเลี้ยวอัตโนมัติ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องปรับสมดุลใบเรือของเรือโดยมีภาระบนหางเสือน้อยที่สุดก่อนที่จะพยายามใช้งานการบังคับเลี้ยวอัตโนมัติ เมื่อใบเรือได้รับการปรับแต่งอย่างถูกต้อง ความสมดุลของแรงของไม้พายเซอร์โวและหางเสือหลักหรือหางเสือเสริมจะลดลง ซึ่งจะทำให้ได้มุมการโจมตีที่ต่ำที่สุดของหางเสือและไม้พายเซอร์โวต่อกระแสน้ำ อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องมีการทดลองและการพิจารณาอย่างรอบคอบเพื่อกำหนดค่าการตั้งค่าที่เหมาะสมสำหรับเรือและกลไกการบังคับเลี้ยวที่กำหนด แหล่งข้อมูลที่เป็นที่นิยมเกี่ยวกับเทคโนโลยีใบพัดวัดทิศทางลมในปัจจุบันคือThe Windvane Self-Steering Handbook [ ^{5 ] ข้อดี}ที่สำคัญอย่างหนึ่งของหนังสือของมอร์ริสคือการครอบคลุมโลหะผสมหลากหลายชนิดที่ใช้ในการผลิตเฟืองใบพัด มอร์ริสยอมรับว่าเขามักจะตั้งเวลาจับเวลาในครัวครั้งละครึ่งชั่วโมงแล้วนอนหลับในขณะที่อุปกรณ์บังคับเลี้ยวใบพัดวัดทิศทางลมควบคุมหางเสือ แม้ในขณะที่ลมปะทะด้วยความเร็ว 25 ถึง 35 นอต ในการสัมภาษณ์เมื่อเร็วๆ นี้ เขาบอกว่าเขาเกือบถูกเรือบรรทุกสินค้าขนาดใหญ่ชนขณะนอนหลับอยู่บนใบเรือของเขาในทะเลแดง มอร์ริสชี้ให้เห็นว่า "ระบบนำร่องอัตโนมัติก็คงไม่ทำให้เกิดความแตกต่างในกรณีนี้ ถ้าผมใช้ระบบนำร่องอัตโนมัติแบบอิเล็กทรอนิกส์ เรือบรรทุกสินค้าลำนั้นก็คงยังอยู่ตรงนั้น ผมเลือกที่จะแล่นเรือคนเดียวเป็นระยะทางสองในสามของการเดินทางรอบโลก และผมยอมรับความเสี่ยงที่มาพร้อมกับการตัดสินใจนั้น ผมคิดว่าโชคชะตาอยู่ข้างผม"

ในระบบเซอร์โวแบบแผ่นปรับสมดุล (trim tab) รุ่นก่อนๆ การหมุนของใบพัดเซอร์โวรอบแกนตั้งนั้นทำได้โดยใช้แผ่นปรับสมดุลซึ่งอย่างไรก็ตาม ต้องใช้แรงบางส่วนเนื่องจากแผ่นปรับสมดุลจะถูกเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อหมุนใบพัดเซอร์โว เช่นเดียวกับแผ่นปรับสมดุลที่ติดตั้งอยู่ห่างจากหางเสือของเรือมาก โดยเชื่อมต่อกับหางเสือที่ปลายบนและล่าง โครงสร้างนี้เรียกว่า "Sayes's Rigg" อีกรูปแบบหนึ่งของการบังคับเลี้ยวด้วยใบพัดลมในเรือใบเรียกว่าใบพัดแกนตั้ง (vertical axis vane) ซึ่งโดยปกติแล้ว เนื่องจากแรงบังคับเลี้ยวที่ด้อยกว่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ลูกตุ้มเซอร์โว จึงใช้แผ่นปรับสมดุลที่แขวนอยู่กับหางเสือเพื่อควบคุมทิศทางของเรือ ใบพัดจะหมุนตั้งฉากกับพื้นและสามารถล็อกกับแผ่นปรับสมดุลในตำแหน่งใดก็ได้ที่ต้องการ เมื่อเรือหันออกจากทิศทางลม ใบพัดจะถูกลมหมุนและดึงแผ่นปรับสมดุลไปด้วย ซึ่งจะทำให้หางเสือเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามและแก้ไขทิศทางได้ โดยทั่วไปแล้ว การบังคับทิศทางด้วยตนเองแบบนี้ โดยใช้แผ่นปรับมุม (trim tab) จะใช้ได้เฉพาะกับเรือที่มีหางเสือท้ายเรือ (หรือหางเสือคู่แบบแขวนท้ายเรือ) เท่านั้น เนื่องจากแผ่นปรับมุมจะต้องติดตั้งโดยตรงที่และด้านหลังของหางเสือเพื่อให้ได้ผลตามที่ต้องการ และแน่นอนว่าจะต้องควบคุมแม้ในขณะที่หางเสือแกว่งไปมา ซึ่งโดยทั่วไปจะทำได้โดยใช้แท่งที่มีร่องซึ่งการเชื่อมต่อกับชุดใบพัดสามารถเลื่อนเข้าไปได้ในขณะที่หางเสือหมุน ระบบบังคับทิศทางด้วยตนเองเหล่านี้โดยทั่วไปจะง่ายกว่าและตั้งค่าและปรับเส้นทางได้ง่ายกว่า เนื่องจากไม่ได้ใช้สายควบคุมหางเสือ แต่ควบคุมโดยตรงมากขึ้นผ่านการเชื่อมต่อที่แข็งแรง^{[ 6 ]}อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องได้ถูกนำมาใช้กับกังหันลม บางชนิด คือพัดท้าย (fantail ) ซึ่งเป็นกังหันลมขนาดเล็กที่ติดตั้งในมุมฉากกับใบเรือหลัก ซึ่งจะหมุนใบเรือใหญ่และใบเรือหลักเข้าหาลมโดยอัตโนมัติ (คิดค้นในอังกฤษในปี 1745) (เมื่อลมพัดเข้าใบพัดหลักโดยตรงแล้วพัดท้ายจะยังคงนิ่งอยู่)

มีผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายที่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาระบบที่ควบคุมหางเสือเสริมโดยตรงจากใบพัดวัดทิศทางลม (ระบบที่ไม่ใช้เซอร์โว: Windpilot Atlantik, Hydrovane) ภาพใบพัดวัดทิศทางลมที่แสดงนี้ใช้หลักการดังกล่าว โดยมีใบพัดผ้าขนาดใหญ่ติดตั้งบนแกนแนวตั้ง (โดยทั่วไปแล้วจะใช้ใบพัดวัดทิศทางลมที่มีแกนเกือบเป็นแนวนอน)

ระบบบังคับทิศทางอัตโนมัติที่แพร่หลายที่สุดคือ ระบบลูกตุ้มเซอร์โว ซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อรับมือกับกำลังที่จำเป็นในการใช้งานหางเสือขนาดใหญ่ และเป็นระบบที่พัฒนาต่อยอดมาจากหลักการของแผ่นปรับสมดุลเซอร์โว (ที่คิดค้นโดยเฮอร์เบิร์ต "บลอนดี้" ฮาส เลอร์ ) สิ่งที่เหมือนกันในระบบหางเสือลูกตุ้มเซอร์โว (หรือใบพาย) ทุกระบบคือ การใช้ความเร็วของเรือที่เคลื่อนที่ผ่านน้ำเพื่อขยายแรงเล็กน้อยที่มาจากใบพัดวัดลม เพื่อให้สามารถหมุนหางเสือได้ ใบพายเซอร์โวสามารถหมุนรอบแกนตั้งได้ และแขวนอยู่เหมือนลูกตุ้มเมื่อหมุนรอบแกนตั้ง กระแสน้ำจะสร้างแรงด้านข้างบนพื้นที่ของใบพาย และการเคลื่อนที่แกว่งไปด้านข้างอย่างแรงจะถูกนำมาใช้ในการควบคุมหางเสือ (ไม่ว่าจะเป็นหางเสือของเรือหรือหางเสือเสริมที่รวมอยู่ในระบบ) แผ่นไม้แคบๆ ที่ตั้งตรง ซึ่งเรียกว่า "ใบวัดทิศทางลม" นั้น ติดตั้งอยู่บนแกนที่เกือบเป็นแนวนอน ซึ่งแกนนั้นเองก็หมุนรอบแกนแนวตั้งของมัน เพื่อให้เมื่อเรือแล่นไปในทิศทางที่ต้องการ ใบวัดทิศทางลมจะตั้งตรงและหันขอบเข้าหาลม ใบวัดทิศทางลมได้รับการถ่วงดุลด้วยน้ำหนักเล็กๆ ใต้จุดหมุน แต่ถ้าเรือหันจนแผ่นไม้ไม่หันขอบเข้าหาลมอีกต่อไป มันจะถูกลมพัดไปด้านใดด้านหนึ่งเนื่องจากพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นปรากฏขึ้น การเคลื่อนไหวนี้ถูกส่งผ่านชุดกลไกไปยังใบพาย (หรือไม้พาย) ในน้ำ เพื่อให้ไม้พายหมุนรอบแกนแนวตั้งของมัน เมื่อใบพายหมุนจากตำแหน่งที่เป็นกลาง เมื่อใบพายที่กล่าวมาข้างต้นหมุน แรงดันของน้ำที่ไหลผ่านจะทำให้มันแกว่งออกไปด้านข้างบนปลายของก้านที่หมุนได้ พื้นที่จมน้ำ 0.1 ตร.ม. ^ที่ความยาวคันโยก 1 ม. ที่ความเร็วเรือ 2.5 ม./วินาที (ประมาณ 5 นอต) และมุมปะทะ 5° จะสร้างโมเมนต์ 180 นิวตันเมตร เมื่อไม้พายมีโปรไฟล์ NACA0012 ^{[ 7 ]}แรงบังคับทิศทางของไม้พายเซอร์โวจะถูกส่งไปยังหางเสือหลัก โดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับการจัดเรียงสายสองเส้นและม้วนสี่ม้วนขึ้นไปเพื่อนำเชือกบังคับทิศทางไปยังหางเสือหรือพวงมาลัย

อุปกรณ์ควบคุมทิศทางอัตโนมัติแบบลูกตุ้มเซอร์โวสมัยใหม่ที่มีระบบส่งกำลังที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมและกลไกแรงเสียดทานต่ำกำลังถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับการแล่นเรือใบในเวลากลางวันและการล่องเรือ โดยก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการเดินทางข้ามมหาสมุทรระยะไกล ความสามารถในการแล่นเรือในสภาพลมเบาที่เพิ่มขึ้นของอุปกรณ์สมัยใหม่ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมช่วยให้สามารถควบคุมทิศทางตามลมได้แม้ในสภาพลมปรากฏที่ความเร็ว 1.3 เมตร/วินาที และความเร็วเรือ 1.5 นอต^{[ 8 ] [ 9 ]}ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ทำให้อุปกรณ์ควบคุมทิศทางอิเล็กทรอนิกส์แทบจะไม่มีความจำเป็นและช่วยให้สามารถข้ามเขตลมสงบได้โดยใช้การควบคุมทิศทางอัตโนมัติด้วยใบพัดวัดลม นักแล่นเรือใบในการแข่งขันระยะไกลจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ใช้การควบคุมทิศทางอัตโนมัติด้วยใบพัดวัดลม เนื่องจากใบเรือจะอยู่ในมุมที่เหมาะสมที่สุดกับลมเสมอ ดังนั้นความเร็วของเรือจึงคงอยู่ที่ระดับสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้

คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของการบังคับเลี้ยวอัตโนมัติของเซอร์โวใบพัดลมแนวนอนครอบคลุมความสัมพันธ์ของข้อผิดพลาดของเส้นทางกับมุมหางเสือคงที่เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดของเส้นทาง พลวัตอธิบายโดยสมการการเชื่อมโยงแรงและโมเมนตัม^{[ 10 ] [ 11 ]}โดยหลักแล้วมีการใช้หลักการส่งผ่านเชิงกลที่แตกต่างกันสามแบบ ได้แก่ ข้อต่อบล็อกเลื่อน Murray, เฟืองเอียง 90° และเพลา Z ซึ่งเนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตทำให้มีการเปลี่ยนแปลงแรงบังคับเลี้ยวที่แตกต่างกันตามการเปลี่ยนแปลงข้อผิดพลาดของเส้นทาง^{[ 12 ]}

ในกรณีที่ระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติแบบลูกตุ้มเซอร์โว (เนื่องจากระบบหางเสือไฮดรอลิกต้องใช้แรงมหาศาลในการหมุนหางเสือ) ไม่สามารถใช้งานได้ จะใช้ระบบหางเสือเสริมแทน ระบบเหล่านี้ประกอบด้วยหางเสือแบบลูกตุ้มเซอร์โวที่เชื่อมต่อโดยตรงกับหางเสือเสริมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติ ในกรณีเช่นนี้ หางเสือหลักจะใช้ในการ "ปรับ" เส้นทางหลัก และระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติจะบังคับเรือ "รอบ ๆ" เส้นทางหลักนั้นตามการเปลี่ยนแปลงของลมที่ปรากฏ

นอกเหนือจากการบังคับทิศทางอัตโนมัติแบบกลไกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยใช้ใบพัดวัดทิศทางลมที่เชื่อมต่อกับหางเสือหรือหางเสือแบบเซอร์โวแล้ว ยังมีหลักการบังคับทิศทางอัตโนมัติแบบกลไกอีกแบบหนึ่งที่เรียกว่า "การบังคับทิศทางด้วยเชือก" โรลโล เกบฮาร์ดข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกด้วยเรือ Solveig ยาว 5.6 เมตรของเขาโดยใช้วิธีนี้ การบังคับทิศทางอัตโนมัติแบบเชือกต่อหางเสือประกอบด้วยการเชื่อมต่อระหว่างหางเสือที่มีสปริงและเชือก โดยใช้แรงลมที่พัดผ่านใบเรือเพื่อบังคับทิศทางเรือ

เป็นเวลานานพอสมควรที่ระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์มีการพัฒนาน้อยมาก การพัฒนาใหม่ส่วนใหญ่มาในรูปแบบของระบบที่สร้างเอง บทบาทสำคัญตกอยู่กับ Walt Murray ชาวอเมริกันที่เผยแพร่การออกแบบของเขาบนเว็บไซต์ของเขา^{[ 13 ]}และ Jan Alkema ชาวดัตช์ผู้พัฒนากังหันลมแบบใหม่ที่เรียกว่ากังหันลมกลับหัว (เรียกสั้น ๆ ว่า USD ซึ่งวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์จากเพียงสองยี่ห้อ) และระบบลูกตุ้มเซอร์โวแบบใหม่ที่สามารถติดตั้งกับเรือที่มีหางเสือแบบแขวนท้ายเรือได้ สำหรับสิ่งประดิษฐ์ชิ้นสุดท้ายนี้ Jan Alkema ได้รับรางวัล John Hogg-Price จาก AYRS (Amateur Yacht Research Society) ในปี 2005 Jan Alkema ได้เผยแพร่สิ่งประดิษฐ์ของเขาจำนวนมากบนเว็บไซต์ของ Walt Murray ^{[ 13 ]}

ในปี 2010 Joern Heinrich ได้เพิ่มกลไก^{[ 14 ]}โดยใช้มุมม้วนของเรือในสถานการณ์ตามลมเพื่อแก้ไขมุมการโจมตีของไม้พายเซอร์โว ซึ่งจะเพิ่มเสถียรภาพของเส้นทางและลดความเสี่ยงของการพลิกคว่ำในทะเลที่มีลมตาม^{[ 15 ]} Joern Heinrich ยังได้เผยแพร่กลไก^{[ 16 ]}ซึ่งใช้ครีบในน้ำเพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงของลมที่ปรากฏระหว่างการเร่ง/ลดความเร็วของ เรือยอชต์ หลายลำตัวที่มีศักยภาพความเร็วสูง เช่นเรือคาตามารันและเรือไตรมารันในขณะที่มีลมกระโชก Heinrich ใช้ซอฟต์แวร์จำลองพาราเมตริกของเขาเอง VaneSim ^{[ 17 ]}เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์บังคับเลี้ยวอัตโนมัติของใบพัดลมตามคุณสมบัติของเรือ

เรือใบที่มีระบบบังคับเลี้ยวอัตโนมัติที่โดดเด่นบางลำ ได้แก่:

• Son of Town Hall คือ แพไม้ซุงที่บังคับทิศทางได้เองซึ่งเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในปี 1998
• ผีเสื้อยิปซี IV
• ตัวตลก

• เครื่องพล็อตแผนที่
• ยานพาหนะพื้นผิวไร้คนขับ