содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

ДЕЙСТВИЕ РУЛЯ

Пока руль находится в диаметральной плоскости, то в идеальных условиях — при отсутствии ветра, волны, течения, крена и дифферента — и если не принимать во внимание влияния гребных винтов, корабль должен двигаться прямолинейно, так как руль вместе с корпусом корабля симметрично обтекается встречной струей воды, оставляющей за кормой хорошо видимую на поверхности воды полосу, называемую кильватерной струей. При этом к кораблю, как указывалось уже выше, будут приложены две взаимно уравновешивающие друг друга силы:

 Рис.6  схема обтекания руля водой

Рис. 7. Гидродинамические силы, приложенные к рулю при его перекладке
 

движущая сила винтов и сопротивление встречной воды. Никаких сил, уклоняющих корму корабля с курса, при этом не возникает.

Иначе обстоит дело, если руль вывести на какой-либо угол из диаметральной плоскости. Допустим, что обтекаемое перо руля симметричного профиля движется прямолинейно с некоторой скоростью У, имея небольшой угол атаки 1 а (рис. 6).

Потоки воды; располагаясь параллельно на некотором удалении от руля, в точке а разделяются, а в точке b снова сходятся.

Струи воды, обтекающие руль спереди, оказывают на
него давление, а струи воды, обтекающие руль с задней
стороны, проходят более

длинный путь и поэтому имеют большую скорость по сравнению со струями воды, обтекающими руль с передней стороны. Но известно, что возрастание скорости потока жидкости сопровождается всегда падением давления. Поэтому руль подвергается разности давлений, приводящихся к равнодействующей силе А (рис. 7). Разложим ее по правилу параллелограмма на составляющие: Ау — перпендикулярную к диаметральной плоскости корабля и Ах—лежащую в диаметральной плоскости.

Первую силу условимся именовать разворачивающей (именно эта сила вызывает уклонение кормы корабля в сторону, обратную перекладке руля). Вторая сила вызывает уменьшение скорости корабля и называется лобовым сопротивлением руля. С увеличением угла перекладки руля до некоторого предела каждая из этих сил вначале увеличивается примерно в одинаковой степени. При дальнейшем же увеличении угла перекладки обтекаемость руля водой ухудшается ввиду большого сопротивления площади руля потоку воды (рис. 8).

Рис. 8. Схема обтекания руля водой при угле перекладки более критического.

Когда угол атаки достигает критического значения, разность давлений, действующих на руль, начинает резко уменьшаться, а лобовое сопротивление, вначале умеренно возрастающее, наоборот, начинает очень быстро возрастать. Итак, при больших углах перекладки эффективность работы руля резко ухудшается. Этим объясняется, почему предельный угол перекладки руля на борт устанавливается обычно не более 30—35э.

Корабль при положенном руле не перемещается больше по первоначальному курсу и не поворачивает мгновенно в

одной точке, а описывает своим центром тяжести некоторую кривую линию, называемую циркуляцией.

Потеря скорости на циркуляции тем больше, чем больше угол перекладки руля. Поясним указанное положение.

Так как руль находится в кормовой части корабля, приложенная к нему разворачивающая сила Ау, действующая в поперечном направлении, вызывает прежде всего уклонение в сторону кормы корабля. Нос же корабля не сразу реагирует на перекладку руля и лишь через некоторое время начинает двигаться в сторону поворота. Забрасывание кормы в сторону особенно заметно, когда в строю кильватера начинает поворот передний мателот. Вместе с тем и в ту же сторону изменяет направление своего движения центр тяжести корабля. Таким образом, при перекладке руля корабль поворачивается как бы скулой имея при этом дрейф.

Угол B между направлением скорости движения центра тяжести и диаметральной плоскостью корабля называется углом дрейфа. Быстрота заноса кормы, а следовательно, и величина начального угла дрейфа зависят от скорости хода и величины угла перекладки руля и возрастают постепенно. Поскольку с началом поворота появляется боковое движение корабля, сила сопротивления воды движению корабля не остается в диаметральной плоскости, а будет действовать не только на носовые обводы, но и на борт. Таким образом, сопротивление воды движению корабля получает помимо прямой, лежащей в диаметральной плоскости составляющей, еще боковую составляющую   R2 перпендикулярную диаметральной плоскости корабля и приложенную где-то впереди центра тяжести (рис. 9).

По этой же причине растет лобовое сопротивление корпуса корабля, которое вызывает дополнительную потерю скорости. Общая потеря скорости от лобового сопротивления руля и лобового сопротивления корпуса корабля достигает иногда 15—25%.
 

Академик А. Н. Крылов силу R2 назвал силой бокового сопротивления. Она является главной силой, которая заставляет корабль произвести поворот. С ее возникновением характер движения корабля меняется: центр тяжести корабля начинает передвигаться по криволинейной траектории (по циркуляции). В результате дрейф корабля, возникший от давления воды на переложенный руль и вначале небольшой по величине, начинает быстро возрастать, что в свою очередь вызывает рост лобового, а также и бокового сопротивления воды.

С началом поворота наблюдается также возрастание угловой скорости поворота. Величина последней тем больше, чем больше скорость хода корабля и угол перекладки руля. После того как курс корабля изменится приблизительно на 45—60°, силы, действующие на корабль, приходят в состояние динамического равновесия и угол дрейфа, угловая скорость вращения и скорость хода корабля становятся постоянными.

Разберем теперь действие руля на заднем ходу. При движении корабля назад результирующая сила давления воды будет

приложена к рулю сзади. Вектор этой силы разложим на составляющие Ах и Ау. Сила Ах вызывает падение скорости, а сила Ау будет уклонять корму в сторону, в которую положен руль. Из сказанного делаем заключение: на заднем ходу нос корабля уклоняется в сторону, обратную той, в которую положен руль (рис. 10).