Влияние руля на управляемость судна на переднем ходу

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

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

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 , которые принято называть позиционными. При этом давление воды на наружный борт увеличивается, а равнодействующая позиционных сил (положение II) будет направлена под углом к ДП судна. Ее можно разложить на две составляющие: и . Точка приложения силы находится в центре давления (ЦД) 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 1/4 длины корпуса от форштевня.

Для анализа воздействия позиционных сил на судно приложим к его центру тяжести две противоположно направленные силы и , равные и параллельные силе . Силы и с плечом образуют пару сил, поворачивающий момент которой называется позиционным моментом.

Следовательно, при повороте судна на него действует суммарный поворачивающий момент, равный моменту руля и позиционному моменту, т. е. .

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 (положение III), приложенная в центре тяжести судна и направленная в сторону, противоположную повороту. Центробежная сила прямо пропорциональна массе судна, квадрату скорости поступательного движения и обратно пропорциональна радиусу кривизны траектории.

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

Вращательное движение судна вызывает появление статических сил сопротивления воды и (положение IV), вследствие чего образуется поворачивающий момент , 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: .