Подлодки Корабли Карта присутствия ВМФ Рейтинг ВМФ России и США
Какой способ жилищного обеспечения военных вы считаете наиболее оптимальным?
Жилье в натуральном виде
    63,75% (51)
Жилищная субсидия
    18,75% (15)
Военная ипотека
    17,50% (14)

Поиск на сайте

Влияние руля на поворотливость судна

Под поворотливостью судна подразумевается его способность изменять направление своего движения под действием сил, возникающих при изменении положения пера руля. Кроме изменения положения пера руля, на поворотливость судна большое влияние оказывает форма и размер пера руля, а также его положение относительно винта или винтов и степень погруженности в воду. Форма и размер пера руля, как и его положение, рассчитываются при проектировании судна. Степень погруженности пера руля в воду зависит от степени загрузки судна и его дифферента. У судов современных типов с крейсерской формой кормы перо руля обычно полностью находится в воде, и при изменении положения пера руля вся его площадь испытывает давление воды и следовательно, участвует в образовании тех сил, которые будут непосредственно влиять на поворотливость судна.

У старых типов судов с эллиптической кормой и высоким кормовым подзором при малой загрузке или при дифференте на нос большая часть площади пера руля может находиться выше уровня воды. При этом судно плохо «слушается руля» и не держится на курсе. При малой загрузке судна нужно стараться создать дифферент на корму, чтобы увеличить площадь пера руля, погруженную в воду. Дифферент не должен быть чрезмерным, так как при этом осадка носа судна настолько уменьшится, что он будет легко уваливаться под ветер. Для удержания судна па курсе придется часто перекладывать перо руля с борта на борт, что будет уменьшать скорость хода, создавая добавочное сопротивление его движению.

Теоретически при идеально выполненных обводах судна, отсутствии дифферента, а также воздействия на судно внешних факторов — ветра, течения, волны, вредного влияния работы гребного винта — судно должно двигаться прямо вперед при пере руля, поставленном в ДП. При этом корпус судна и перо руля равномерно обтекаются с обеих сторон струями встречной воды, оказывающими на них одинаковое давление. Никаких сил, стремящихся отклонить судно от прямолинейного движения, при этом не возникает.

В этом положении к движущемуся судну приложены только две силы: движущая сила гребного винта или винтов и сила сопротивления встречного потока воды. Сопротивление воздуха в данном случае не учитывается. Скорость хода судна таким образом будет зависеть от разности этих сил.

Силы, действующие на перо руля. Сначала рассмотрим силы, которые действуют на перо руля при выводе его из ЦП судна, имеющего ход вперед пли назад без работы винта. Если па переднем ходу судна вывести перо руля из прямого положения (рис. 23 а), отклонив его в какую-либо сторону, в данном случае вправо, то на поверхность, которая обращена навстречу потоку воды, начнет давить встречная струя йоды, а у противоположной поверхности пера руля будет образовываться разреженное пространство. Разность давления воды на одну поверхность пера руля и разреженности у другой поверхности будет стремиться отбросить перо руля и корму судна в сторону противоположную той, в которую положено перо руля.


Рис. 23. Силы, оказывающие влияние на перо руля: а — на переднем ходу; б — на заднем ходу судна; 1 — перо руля; 2 — рудерпост

Разность давления обозначим как силу встречного потока ВП. Она действует на перо руля под некоторым углом УА, называемым углом атаки, и стремится задержать поступательное движение судна вперед. Сила ВП может быть разложена на две составляющие: силу скользящего потока СП, которая будет уходить вдоль плоскости пера руля и не окажет на поворотливость судна никакого влияния и ДВ, которая будет характеризовать давление воды на перо руля, стремящееся отбросить перо руля и вместе с ним корму судна влево.

Если на заднем ходу судна отклонить перо руля в ту или другую сторону (рис. 23 б), то на его поверхность, обращенную навстречу потоку воды, также начнет давить встречная струя, а у противоположной поверхности образуется разреженное пространство. Так же как и в предыдущем случае, разность давления и разреженности будет стремиться задержать ход судна и отбросить перо руля, а вместе с ним и корму судна в ту сторону, в которую положено перо руля.

Обозначим разность давления как силу встречного потока ВП, разложим эту силу на две составляющие. Как и в случае следования судна передним ходом, сила ВП при разложении даст силу скользящего потока СП, не отказывающую никакого влияния на поворотливость судна, и силу давления воды на перо руля ДВ которое будет стремиться отбросить перо руля и корму судна: вправо.

Влияние руля на поворотливость судна на переднем ходу. Судно следует вперед по инерции при застопоренной машине, и влияние работы винта на его поворотливость не (сказывается. Руль судна переложен вправо на произвольный угол перекладки УП. В этом положении на судно будут действовать силы различной величины? и направления (рис. 24а).


Рис. 24. Влияние руля на поворотливость судна: а — на переднем; б— на заднем ходу; ЦТ — центр тяжести судна; ПР — перо руля; УП — угол перекладки пера руля; ДВ — сила давления встречного потока воды на перо руля; ЛС — сила сопротивления пера руля движению судна (лобовое сопротивление); Ф — сила бокового усилия на перо руля (разворачивающая сила): Ф1 — сила, равная и параллельная силе Ф, образующая с ней пару сил, разворачивающих судно; Ф2 — сила, смещающая ЦТ судна в сторону, противоположную центру циркуляции; а — плечо пары сил Ф и Ф1 Ц — центробежная сила, стремящаяся сместить центр тяжести судна в направлении, перпендикулярном к траектории циркуляции; ТЦ — траектория циркуляции; П — поступательное движение судна вперед, равное разности упорного давления гребного винта и сопротивления воды движению судна; БСН — (бортовой снос) равнодействующая сил Ф2 и Ц, определяющая фактическую силу, стремящуюся сместить ЦТ судна во внешнюю сторону поворота; Р — равнодействующая, по которой фактически будет перемещаться центр тяжести судна. Равнодействующая Р является касательной к траектории циркуляции; СВ — сила сопротивления воды при движении центра тяжести судна по равнодействующей Р.

До того как был переложен руль, направление встречного водяного потока примерно совпадало с ДП судна. В первый момент после перекладки руля в ту или другую сторону направление встречного водяного потока будет также примерно совпадать с ДП судна, а центром, вокруг которого судно начнет поворот, будет ЦТ судна.

После того как перо руля ПР будет переложено на угол перекладки УП, как сказано выше, возникает сила ДВ, стремящаяся отбросить корму в сторону противоположную той, в которую переложено перо руля. Силу ДВ можно разложить на составляющие ЛС и Ф причем сила ЛС, являющаяся силой сопротивления пера руля движению судна, будет противодействовать поступательному движению судна вперед Я. Сила Ф, являющаяся силой бокового усилия на перо руля, будет стремиться отвести корму в сторону, противоположную стороне, в которую переложено перо руля. Из ЦТ судна построим две взаимно противоположные силы Ф1 и Ф2, параллельные и равные силе Ф. Силы Ф и Ф2 образуют пару сил с плечам а, которая будет стремиться развернуть судно носом в сторону переложенного ПР.

Через ЦТ судна проведем примерную траекторию циркуляции ЦТ и построим центробежную силу Ц, перпендикулярную траектории циркуляции ТЦ, которая будет стремиться сместить ТЦ судна в направлении, перпендикулярном к траектории циркуляции. Из сил Ф2 и Ц, как из двух составляющих, построим равнодействующую силу бокового сноса БСН, определяющую фактический снос судна во внешнюю сторону поворота.

Поступательное движение судна вперед П, равное разности толкающего усилия гребного винта и сопротивления воды движению судна, уменьшим на величину силы лобового сопротивления пера руля ПР движению судна ЛС. Из полученных сил П — ЛС и БСН как из двух составляющих построим равнодействующую силу Р которая, являясь касательной к траектории циркуляции ТЦ, будет проходить по тому направлению, по которому в данный момент движется ЦТ судна. В последующие моменты эта равнодействующая будет занимать положение P1, Р2 и т. д. Так как судно будет двигаться вперед не по линии ДП судна, а по равнодействующей Р, встречное сопротивление воды будет приложено не к форштевню судна, а к его скуле на борту, противоположном тому, на который переложено перо руля ПР. Сила сопротивления воды СВ давит на скулу судна и ускоряет его разворот в сторону положенного руля. Точку приложения силы СВ определить трудно, так как она будет зависеть от конструкции судна, его обводов, степени загрузки, дифферента и т. п. Однако она всегда расположена впереди ЦТ судна.

При увеличении угла перекладки УЯ резко возрастает сила ДВ, а также её составляющие ЛС и Ф, равная Ф2, а следовательно, и равнодействующая сила бокового сноса БСН. Поступательное движение П уменьшится на величину ЛС. Уменьшенная величина П вместе с силой БСН образует равнодействующую Р, которая сделается меньше и пойдет под большим углом к ДП судна. Сила сопротивления воды СВ увеличится, несмотря на уменьшение скорости продвижения судна по равнодействующей Р, так как встречному потоку воды будет подставляться большая площадь борта. Следовательно, скорость поворота судна увеличится, но резко уменьшится поступательное движение судна вперед и увеличится боковой снос судна.

Влияние руля на поворотливость судна на заднем ходу. Так же как и в предыдущем случае, судно следует по инерции при застопоренной машине. Руль переложен вправо на произвольный угол УП. Расположение сил и их взаимодействие при этом показано на рис. 24б.

Первоначально, если не учитывать работу винта, судно будет двигаться прямо назад и направление струй встречного потока воды будет равномерно обтекать перо руля и корпус судна с обеих сторон.

После перекладки пера руля ПР на угол перекладки УП возникает сила давления воды ДВ, стремящаяся отбросить корму судна в ту сторону, в которую отклонено перо руля. Силу давления воды ДВ, так же как и в предыдущем случае, при следовании судна передним ходом можно разложить на две составляющие. Сила сопротивления пера руля движению судна ЛС будет замедлять поступательное движение судна назад, которое в этом случае будет равняться П — Л С.

Сила Ф будет стремиться отвести корму в ту сторону, в которую положено перо руля.

Так же как и в предыдущем случае, построим из ЦТ две взаимно противоположные силы Ф1 и Ф2, равные силе Ф и параллельные ей. Силы Ф и Ф1 образуют пару сил с плечом а, стремящуюся развернуть судно кормой в сторону поворота пера руля. Из ЦТ построим центробежную силу Ц, перпендикулярную траектории циркуляции ТЦ. Центробежная сила будет стремиться отбросить ЦТ судна во внешнюю сторону циркуляции.

Из сил Ф1 и Ц как из двух составляющих построим равнодействующую БСН, которая будет являться силой, стремящейся отбросить центр тяжести судна в сторону, противоположную перекладке руля.

Вынесем отдельно узел сил, возникающих около центра тяжести судна ЦТ. Сила БСН, представляющая собой равнодействующую сил Ф1 и Ц, будет стремиться отбросить ЦТ судна во внешнюю сторону циркуляции. Одновременно сила Ф2 будет стремиться сдвинуть ЦТ судна во внутреннюю сторону циркуляции.

Построим равнодействующую из составляющих сил Ф1 и БСН и убедимся, что она будет совпадать по направлению и будет равна по величине центробежной силе Ц.

Следовательно, на заднем ходу с переложенным на какой-то угол перекладки УП пером руля ПР судно будет испытывать усилие Ц, равное центробежной силе и стремящееся отбросить ЦТ судна во внешнюю сторону циркуляции.

Из сил П — ЛС и Ц как из двух составляющих построим равнодействующую Р, касательную к траектории циркуляции. На каждый данный момент ЦТ судна будет смещаться по равнодействующим Р1 Р2 и т. д., двигаясь вдоль траектории циркуляции.

Смещаясь по траектории циркуляции и одновременно разворачиваясь кормой в сторону положенного руля, судно будет испытывать давление воды СВ в левую (в данном случае) раковину, которое ускорит разворот судна, но замедлит его поступательное движение.

При увеличении угла перекладки УП пера руля ПР возрастает сила ДВ и, следовательно, возрастут силы ЛС и Ф. Рост силы ЛС уменьшит поступательное движение судна П — ЛС, а рост силы Ф увеличит его стремление повернуть кормой в сторону положенного руля. Следствием увеличения стремления судна к развороту будет увеличение силы Ц, а следовательно, и силы БСН. Таким образом, скорость разворота судна увеличится, но одновременно увеличится его боковой снос и уменьшится скорость его поступательного движения.

Вперед
Оглавление
Назад


Главное за неделю