Влияние руля на управляемость судна на переднем ходу.

В про­цессе движения судна на переднем ходу прямолинейным курсом (рис. 22, положение I) на него действуют движущая сила Fдв и сила сопро­тивления воды R, которая направле­на на подводную часть корпуса вдоль ДП (симметрично по бортам судна). При перекладке руля от ДП на угол а встречный поток воды действует на перо руля с силой гидродинамическо­го давления Р, которая раскладыва­ется на две составляющие: Ру— рулевую силу и Рх — силу торможе­ния.

Рассмотрим действие рулевой силы Ру на судно. Пусть в центре тяжести судна действуют две проти­воположно направленные силы Р1 и Р2, равные и параллельные силе Ру. Силы Ру и Р2 образуют пару сил, а расстояние α от ц. т. судна до центра пера руля будет плечом этой пары. Образуется поворачивающий момент руля Мр ==Ру а, который вызывает вращательное движение судна.

Рулевая сила реального судна зависит не только от площади пера руля, угла перекладки и скорости обтекания его окружающим потоком, но также и от конструктивных особенностей корпуса судна, его движителей и рулевого устройства.

В процессе движения по криволи­нейной траектории на корпусе судна происходит перераспределение гид­родинамических сил сопротивления воды вследствие того, что струи воды набегают на наружный борт под некоторым углом к корпусу, образуя силы I?, которые принято называть позиционными. При этом давление воды на наружный борт увеличива­ется, а равнодействующая позици­онных сил I? (см. рис. 22, положение II) будет направлена под углом к ДП судна. Ее можно разложить на две составляющие: Ry и Rx- Точка приложения силы R находится в центре давления (ц. д. ) подводной части корпуса и смещается в сторону набегающего потока тем больше, чем больше скорость судна и угол натекания струй на его корпус. Как показывают модельные испытания, эта точка находится в носовой части судна примерно на расстоянии около I4 длины корпуса от форштевня. Для анализа воздействия позиционных сил на судно приложим к его центру тяжести две противоположно направленные силы Ri и Рч, равные и параллельные силе Ry. Силы Ry и Ri

Рис. 22. Схема сил, действующих на судно при движении передним ходом с отклоненным от ДП рулем

с плечом Ь образуют пару сил, поворачивающий момент которой Мк=РуЬ называется позиционным моментом.

Значение позиционного момента зависит от формы и габаритов подводной части корпуса судна, скорости его движения и угловой скорости поворота. Следовательно, при повороте судна на него действует суммарный поворачивающий момент, равный моменту руля и позиционно­му моменту, т. е. Мс==Мр-т-Л1».

После преодоления сил инерции прямолинейного движения судно начинает двигаться по криволиней­ной траектории. В это время на судно, как на всякое тело, движущееся по кривой, действует центробежная сила С (см. рис. 22, положение III), приложенная в центре тяжести судна и направленная в сторону, противоположную повороту, , Центробежная сила прямо пропорциональна массе судна т, квадрату скорости v поступательного движения и обратно пропорциональна радиусу кривизны траектории г, т. е. c==mu²Ir.

Боковая составляющая Су цент­робежной силы С совместно с боко­вой составляющей Ry позиционной силы I?, приложенной в центре давления подводной части корпуса, вызывает образование кренящего момента Мкр (см. рис. 22, положение III ). В целях предупреждения образования опасного угла крена, создаваемого силами Су и Ry, при циркуляции необходимо уменьшать значение центробежной силы путем уменьшения скорости или увеличения радиуса циркуляции.

Вращательное движение судна вызывает появление статических сил сопротивления воды D\ и Оч (см. рис. 22, положение IV), вследствие чего образуется поворачивающий момент Мо, который носит название демпфи­рующего момента. Он направлен в сторону, противоположную на­правлению вращения судна, и препят­ствует повороту. Наибольшего значе­ния демпфирующий момент достига­ет при развороте судна на месте, чем и объясняется длительность разво­рота.

Таким образом, при движении судна передним ходом с отклоненным рулем по криволинейной траектории на него действует общий поворачива­ющий момент, равный алгебраиче­ской сумме моментов руля, позици­онного и демпфирующего, т. е. М об= М р+ mr— М о.