Сила на пере руля при его перекладке.

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.

Гидродинамика пера руля.

При перекладке руля на угол αр на передней его плоскости вследствие уменьшения скорости потока возникает область повышенного давления. На задней плоскости, где скорость потока увеличивается, давление понижается. Разность давлений приводит к возникновению результирующей гидродинамической силы Rp, направленной почти перпендикулярно к плоскости пера руля и приложенной в центре его давления(4).

Величина Rp зависит от площади пера руля, угла атаки и примерно пропорциональна квадрату скорости потока воды, набегающего на руль.

Для рассмотрения действия руля равнодействующую Rp раскладывают на составляющие в осях координат, неизменно связанных с кораблем: Rpy (подъемная сила), Rpx (лобовое сопротивление) и составляющие относительно оси баллера Rpn и Rpt (нормальная и тангенциальная соответственно) (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Гидродинамические силы, действующие на руль

Гидродинамические силы связаны с равнодействующей и между собой следующими отношениями:

Действие руля на переднем ходу (рис. 1.8, а). Перекладка руля на переднем ходу сопровождается появлением боковой гидродинамической силы Rpy. Прикладывая в центре тяжести корабля G две равные и противоположно направленные силы Rpy получают момент Rpyl. Действие момента RPyl сопровождается обратным смещением корабля и появлением угла дрейфа α. Наличие угла дрейфа приводит к образованию боковой силы Fy, приложенной в центре сопротивления корабля и обратной по направлению Rpy. Таким образом, разворачивающий момент при движении корабля на переднем ходу определится как сумма моментов от сил RPy и Fy:

Рис. 1.8. Силы, действующие на корабль при перекладке руля

Действие руля на заднем ходу (рис. 1.8,6). На заднем ходу перекладка руля также вызывает появление силы RPy действие момента RPyl и возникновение дрейфа корабля. Появление дрейфа также сопровождается возникновением силы Fy и действием момента Fyx. Однако действие Fyx противоположно по направлению действию Rpyl.

Таким образом, разворот корабля на заднем ходу будет происходить под действием разности моментов;

Поэтому управляемость кораблем под действием руля на заднем ходу значительно хуже, чем на переднем. Выход из установившейся циркуляции заднего хода с помощью одного руля практически невозможен.

Момент равнодействующей относительно оси баллера называется гидродинамическим моментом на баллере. Его величина определяется зависимостью

где а — отстояние оси баллера от передней кромки руля; Xр — отстояние центра давления от передней кромки руля.

Рис. 1.9. Гидродинамические моменты на баллере простого и балансирного руля

У балансирного руля (рис. 1.9) при малых углах перекладки центр давления располагается впереди, а при больших — позади оси баллера. У простого руля по мере увеличения угла перекладки центр давления все время удаляется от оси вращения. Это приводит к постоянному возрастанию гидродинамического момента на баллере. При этом для перекладки руля нужна рулевая машина большой мощности.