СИЛЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ОТ ПЕРЕКЛАДКИ РУЛЯ И РАБОТЫ ВИНТОВ

При прямолинейном движении на судно действует сила Fд (рис. 59) упора движителя и сила Rо сопротивления воды движению судна. Вследствие их на руль и подводную часть корпуса с обеих сторон одинаково, судно сохраняет направление своего движения.

Если на переднем ходу судна руль переложить на некоторый угол а вправо, то сила Ро встречного потока воды, называемая рулевой силой, будет давить на перо руля и стремиться отклонить его, а вместе с ним и корму судна влево.

Для объяснения действия рулевой силы на судно в центре тяжести судна G приложим две силы P1 и P2 (см. рис. 59), равные по величине силе Р(действующей на перо руля), параллельные ей и противоположные друг другу. По закону механики это не окажет какого-либо действия на судно. Силы Р и P2 образуют момент относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести судна.

Рис. 59. Схема сил, действующих на судно при отклонении пера руля

Складывая силы P1 и Fд по правилам параллелограмма, получаем равнодействующую R1 , которая стремится сдвинуть судно в направлении своего действия. Под действием момента Мр=Рlк судно приобретает вращение и будет двигаться по кривой, уклоняясь носом вправо. Таким образом, на переднем ходу от перекладки руля на правый борт судно идет вправо, а при перекладке на левый борт — влево.

Характеристикой вращения служит угловая скорость w, т. е. изменение угла поворота в единицу времени.

При движении судна по криволинейной траектории возникает центробежная сила, приложенная в центре тяжести и действующая нормально к траектории его движения, которая создает дрейф и креп судна.

При движении судна задним ходом действие на перо руля рассмотренных сил аналогично их действию при движении судна передним ходом. Когда судно идет задним ходом, корма его будет отклоняться в ту же сторону, в которую переложен руль. Если судоводитель будет стоять лицом к корме, т. е. по ходу судна, то при перекладке руля на правый борт корма будет уклоняться влево, а нос — вправо; при перекладке руля на левый борт корма пойдет вправо, а нос — влево.

Поворотливость судна зависит не только от действия руля, но в значительной степени и от работы гребного винта. Если на стоящем судне переложить руль и пустить в ход машину, то струя воды, образуемая при работе винта, встречает на своем пути перо руля, давит на него и заставляет корму отклоняться в сторону.

Рис. 60. Схема сил, действующих на судно при работе гребного винта

В зависимости от направления вращения винта при движении судна передним ходом различают гребные винты правого и левого шага. На одновинтовых судах устанавливаются винты правого или левого шага. На двухвинтовых судах гребные винты расположены перед рулем по обе стороны от диаметральной плоскости, симметрично по отношению к ней, и вращаются в разные стороны (обычно «наружу»), т. е. шаг винта одноименен борту судна. На трехвинтовых судах средний гребной винт устанавливается в диаметральной плоскости, а два других — по бортам, симметрично к диаметральной плоскости судна и несколько выше среднего винта. Стороны вращения бортовых винтов обычно одноименны с бортами судна, а средний винт имеет правый (или левый) шаг.

На судно при работе гребного винта действуют три силы: сила набрасываемой струи С, сила реакции R и сила попутного потока В (рис. 60,а).

На переднем ходу при вращении гребного винта по часовой стрелке (рис. 60,б) лопасть I отбрасывает воду с силой С1. Эта сила направлена вниз и в сторону от судна и на отклонение кормы действия не оказывает. Лопасть // отбрасывает воду справа налево, на нижнюю часть пера руля с силой С2 , которая стремится отклонить корму влево. Лопасть III отбрасывает воду вверх и в сторону от судна с силой Сз и на отклонение кормы влияния не оказывает. Лопасть IV отбрасывает воду с силой С4 вправо, на верхнюю часть пера руля. Эта сила стремится отклонить корму вправо. Вследствие того что давление в нижней части руля больше, чем в верхней, сила С2 больше силы С4 и корма пойдет влево, а нос — вправо.

Силы реакции R3 и R4 для лопастей // и IV будут направлены соответственно вверх и вниз и на поворотливость судна влияния оказывать не будут. Сила реакции R1 , действующая на лопасть /, направлена влево и стремится отбросить корму судна также влево, а сила R3 , действующая на лопасть ///, направлена вправо. Так как давление в нижней части больше, то сила реакции, действующая на лопасть ///, будет больше. В результате под действием этой силы корма судна стремится уклониться вправо.

При движении судна за его кормой образуется разреженное пространство, в которое устремляется находящаяся сзади судна вода, образуя попутное течение.

Сила попутного потока В имеет вообще незначительную величину, но совместно с силой набрасывания струи будет больше силы реакции, т. е. С+В>R.

Таким образом, на судно при работе винта действуют три силы, причем сила набрасываемой струи и сила попутного потока стремятся отклонить корму влево, а сила реакции — вправо. Вследствие того что сумма сил набрасываемой струи и попутного потока больше, чем сила реакции, корма судна пойдет влево.

На заднем ходу при вращении винта против часовой стрелки под действием сил реакции и набрасываемой струи корма будет стремиться отклониться влево.

Поэтому одновинтовые суда, имеющие винт правого шага, при положении руля прямо на установившемся переднем и заднем ходу уклоняются вправо. У судов с винтом левого шага при этих же условиях наблюдается уклонение влево.

При работе двух винтов хотя и возникают те же силы, что при работе одного винта, но влияния на отклонение кормы они не оказывают, поскольку действуют в противоположных направлениях. Вследствие этого согласованная работа двух винтов не окажет влияния на поворотливость судна.

Если число оборотов винтов будет различно, то нос судна при прямом положении руля будет отклоняться в сторону винта, имеющего меньшее число оборотов.

Наличие двух винтов позволяет судну легко разворачиваться в любую сторону; для этого нужно дать одной машине передний ход, а другой — задний. Такая работа машин называется работой «враздрай». В этом случае создается пара сил, которая поворачивает судно в сторону машины, работающей задним ходом.

При трех винтах обеспечивается еще лучшая управляемость и упрощается маневрирование судном. Когда средний винт работает на полных оборотах на переднем ходу, а бортовые винты вращаются враздрай, то при руле, положенном на борт, сила набрасываемой струи от среднего винта будет действовать на перо руля и корма судна будет отклоняться в ту или другую сторону, ускоряя поворот судна.