Учебник судоводителя-любителя

§ 45. УПРАВЛЯЕМОСТЬ

Управляемость – это способность судна двигаться по заданной прямолинейной и криволинейной траектории.

Управляемость является одним из основных навигационных качеств и маневренных элементов судна и характеризуется поворотливостью и устойчивостью судна на курсе.

Поворотливостью называется способность судна быстро изменять направление движения под действием руля.

Устойчивость на курсе – способность судна сохранять прямолинейное движение, заданное судоводителем при минимальном использовании руля.

Поворотливость и устойчивость на курсе противоположны по требованиям, предъявляемым им. Чем лучше поворотливость судна, тем оно менее устойчиво на курсе, и, наоборот, чем более устойчиво судно на курсе, тем оно менее поворотливо.

Неустойчивое на курсе судно самопроизвольно часто и быстро отклоняется от заданного курса. Это свойство называется рыскливостью. Управление склонным к рыскливости судном более сложно и для удержания его на курсе требуется частая перекладка руля. Рыскливость может быть следствием конструктивных недостатков судна, тогда она постоянна для данного судна, но может быть временной, вызванной особенностями фарватера (мелководьем, неправильностями течения, волнением). Рыскливость может появиться от неправильной загрузки судна, неправильного управления, а это полностью зависит от судоводителя. Рыскливость увеличивает путь судна, сопротивление воды, уменьшает скорость хода, иными словами, является отрицательным качеством судна и ее всеми мерами нужно устранять.

Когда перо руля находится в среднем положении в диаметральной плоскости судна, тогда вода со скоростью движения судна симметрично обтекает корпус и перо руля.

Рис. 95. Действие руля: а – на переднем ходу; б – на заднем ходу

Если на судне, движущемся в спокойной воде, переложить перо руля на некоторый угол от диаметральной плоскости судна, то вода будет оказывать давление на руль со стороны того борта, куда переложен руль. Сила давления зависит от угла перекладки руля, площади пера руля и от скорости судна. Эта сила направлена перпендикулярно к плоскости пера руля и ее можно разложить на две составляющие. Одну силу, противоположную направлению хода судна, тормозящую движение судна, называют лобовым сопротивлением. Другая сила действует перпендикулярно направлению движения судна, отбрасывает руль вместе с кормой судна в сторону пониженного давления и называется разворачивающей, поперечной или поворотной силой. Эта сила поворачивает судно в ту сторону, куда переложен руль (рис. 95).

При постоянном угле перекладки руля судно описывает циркуляцию. На большом ходу и на циркуляции судно получает крен, который для малоостойчивых судов при малом радиусе циркуляции может быть опасным. Крен на циркуляции особенно опасен для судов с мощным подвесным мотором, который поворачивается вместе с рулем. На заднем ходу принцип действия руля тот же.

Чем больше угол перекладки руля, тем больше сила давления воды на руль, тем большее сопротивление воды преодолевает судно на повороте и тем больше теряется скорость. Например, некоторые катера на циркуляции теряют 30% скорости. Максимальный угол перекладки, соответствующий наибольшему поворотному действию руля, достигает 35° от диаметральной плоскости судна. Так как с увеличением угла перекладки руля возрастает лобовое сопротивление, то перекладка руля на углы больше 35° невыгодна.

Мерой поворотливости служит диаметр циркуляции, который определяют опытным путем.

Рис 96. Определение диаметра циркуляции судна

Диаметр циркуляции измеряется расстоянием между двумя противоположными точками, находящимися наиболее близко к окружности кривой, описываемой центром тяжести судна при полном повороте судна на 360°. В практике, для следования судна на обратный курс делается поворот на 180°. Повороты на 360° почти не применяют, исключая случаи определения диаметра циркуляции и проверки показаний компаса. Обычно циркуляцию характеризуют отношением длины корпуса к диаметру циркуляции. Так, например, для одновинтовых водоизмещающих моторных катеров с наибольшей длиной корпуса 6-8 м считается нормальным, если диаметр циркуляции составляет до трех-четырех длин корпуса. Килевые суда менее поворотливы, чем плоскодонные. Длинные суда менее поворотливы, но более устойчивы на курсе, чем короткие.

Судоводитель должен знать диаметр циркуляции судна, которым он управляет.

Рис. 97. Действие подъемной силы глиссирующего судна при боковом перемещении

Для измерения наименьшего диаметра циркуляции маломерного судна при полном водоизмещении D (рис. 96) надо, задав двигателю число оборотов, соответствующее эксплуатационной скорости, плавно положить руль на наибольший возможный угол. После того как судно войдет в установившуюся циркуляцию, надо сбросить на воду заметную чурку, одновременно заметив курс по компасу или береговым предметам. Когда судно ляжет на противоположный курс (поворот на 180°), надо сбросить вторую чурку, после чего на малой скорости подойти кормой к одной из чурок и, став носом по направлению к другой чурке, с носа сбросить еще чурку и т. д., пока не будет пройден весь путь от первой до второй чурки. Сосчитав число сброшенных чурок, нетрудно приближенно оценить диаметр циркуляции.

Рис. 98. Силы, выбывающие крен на циркуляцию

Во время циркуляции целесообразно при наибольшем возможном угле перекладки руля оценить на глаз угол крена.

При циркуляции корма судна отклоняется во внешнюю сторону от траектории движения центра тяжести за счет приложения к рулю разворачивающей силы. При движении по кривой на судно действует центробежная сила, направленная от центра кривизны и приложенная к центру тяжести судна. Дрейфу судна под давлением центробежной силы препятствуют силы сопротивления воды – боковое сопротивление, точка приложения которого расположена ниже центра тяжести. Потому на судно будет действовать пара сил, создающая крен на борт, противоположный направлению поворота. Крен увеличивается с повышением центра тяжести судна над центром бокового сопротивления и с уменьшением метацентрической высоты (рис. 98). Увеличение скорости на циркуляции и уменьшение диаметра циркуляции могут резко увеличить крен.

Суда, у которых расстояния по вертикали между центром тяжести и боковым сопротивлением незначительны, будут при поворотах крениться во внешнюю сторону.

В отличие от обычных водоизмещающихся судов для глиссирующих обводов силы, вызывающие крен, на циркуляции будут дополнены подъемной силой, возникающей на корпусе при боковом перемещении (рис. 97).

Появление дополнительной подъемной силы при боковом перемещении объясняется особенностью глиссирующих судов крениться при движении на установившейся циркуляции во внутреннюю сторону (в сторону отклонения руля), при одновременном скольжении под действием центробежной силы – дрейфовании лагом во внешнюю сторону. Это подскальзывание-дрейф увеличивает циркуляцию глиссирующих судов.

Рулевое устройство служит для удержания судна на заданном направлении и перемены направления движения.

Рис. 99. Рулевое устройство катера

Рулевое устройство катера состоит из руля и приспособлений, обеспечивающих его перекладку на требуемый угол поворота в заданном промежутке времени. Эти приспособления (рис. 99) состоят из штурвала, рулевой передачи и рулевого привода (как правило, ручного на катерах).

Рис. 100. График для определения площади руля: I – руль под днищем; II – руль за кормой

Руль состоит из пера руля (пластины), закрепленного га металлической оси – баллере, служащем для поворачивания пера руля на задаваемые углы. Перо руля может состоять из одной пластины (пластинчатый руль) или иметь вид симметрично выпуклого крыла (обтекаемый руль). На верхнюю часть баллера – головку баллера – насаживается румпель в виде рычага или сектора. Площадь руля зависит от типа судна и приближенно подсчитывается в зависимости от длины и статической осадки судна. Для больших паротеплоходов она составляет 1/85 LT, а для малых судов от 1/15 до 1/10 LT. В частности, для судов длиной до 9,5 м площадь руля берется равной 1/12 LT, а для глиссирующих – 1/5 LT.

Для водоизмещающих маломерных судов полную площадь пера руля можно определить также по формуле:

где S – площадь пера руля, м²;

L – длина судна, м;

Т – средняя осадка на стоянке, м;

К – коэффициент, определяемый по графику * (рис. 100).

*См В. А. Понамарев. Проектирование и постройка деревянных катеров, 1946, Л. Л. Романенко и Л. С. Щербаков. Моторная лодка. Судпромгиз, 1959 и 1962

Следует иметь в виду, что руль под днищем требует меньшей площади пера руля и в два раза эффективнее руля за транцем, но при плавании на малых глубинах легко может быть сломан или потерян.

Руль по возможности должен помещаться за гребным винтом на расстоянии от него 0,15-0,20 диаметра винта так, чтобы площади пера руля выше и ниже оси винта были равны.

Перо руля обычно имеет обтекаемую форму. Отношение высоты к длине пера руля составляет 0,3-0,5.

Различают рули обыкновенные, балансирные и полубалансирные (рис. 100). Перо руля страхуется от потери цепью или тросом – сорлинем, прикрепленным к корме судна.

Вся площадь пера обыкновенного руля расположена позади оси вращения (баллера). В балансирном руле перо руля расположено впереди и позади от оси баллера.

У балансирного руля баллер является основной держащей силой и проходит через все перо руля насквозь.

Рис 101. Типы рулей a – обыкновенный; б – балансирный, в – полубалансирный

Полубалансирный руль – по форме нечто среднее между обыкновенным и балансирным рулем, так как площадь его передней балансирной части меньше, чем у балансирного руля, и составляет от 0,10 до 0,30 всей площади пера. Балансирная часть пера руля служит для уменьшения усилия, затрачиваемою на перекладку руля.

На маломерных моторных судах рули могут быть навесными или подвесными. Навесные рули просты по устройству и навешиваются за транцем моторных шлюпок и лодок без прорезания корпуса судна. К недостаткам навесных рулей относится увеличение площади пера руля и габаритной длины. Навесной руль может приводиться в движение непосредственно румпелем или штурвалом через рулевой привод и имеет закругленные углы пера. Рули могут не иметь снизу точки опоры или опираться на «пятку». На катерах большей частью устанавливаются подвесные полубалансирные и балансирные рули.

Полубалансирный руль, как и балансирный, состоит из пера руля, баллера, трубы гельмпорта, втулки трубы гельмпорта, саль ника и головки в виде квадрата в верхней части баллера. Конструкция руля приведена на рис. 102.

Рулевой привод на катере обычно ручной и состоит из секторного или продольного румпеля. Иногда применяется поперечный румпель. Продольный или поперечный румпель может быть как постоянным, так и запасным к секторному румпелю. Рулевая передача представляет собой штуртрос, который идет с барабана штурвала по роульсам или шкивам вдоль бортов катера к корме и крепится там на секторном румпеле. Штуртрос состоит из гибких стальных оцинкованных тросов диаметром 3-6 мм или на крупных катерах из цепей. Нельзя использовать пряди распущенных стальных канатов и синтетические тросы для штуртросной проводки. На барабан штурвала штуртрос навивается несколькими шлагами (витками).

Крепление штуртроса непосредственно к румпелю при перекладке руля вызывает в штуртросной проводке «слабину» в сбегающей ветви, а следовательно, и «мертвый ход» в рулевом управлении. Мертвый ход ликвидируется установкой на румпель скользящей втулки из куска трубы или кольца с обушками для крепления штуртроса. Сектор не имеет этого недостатка, если обе ветви штуртроса подходят к сектору по касательной к его дуге.

На роульсах обычно штуртрос имеет значительное трение, ввиду чего нужна постоянная смазка. Штуртросная проводка имеет существенный недостаток: она быстро вытягивается, появляется ослабление – «слабина». Это устраняется при помощи талрепов в штуртросах, но так, чтобы слишком большое натяжение штуртроса не затрудняло легкое вращение штурвального колеса.

Рис. 102. Конструкция руля 1 – перо руля; 2 – баллер; 3 – труба гельмпорта; 4 – втулка трубы гельмпорта; 5 – сальники, б -секторный румпель; 7-квадрат; 8-продольный румпель

Штуртрос проводится так, чтобы на переднем ходу вращение штурвального колеса в какую-либо сторону вызывало уклонение носовой части судна в ту же сторону. На заднем ходу нос судна катится в сторону, противоположную той, в которую положен руль.

На малых катерах штурвал представляет собой ось с насаженным на нее руле вым колесом автомобильного типа. На крупных катерах штурвальное колесо делается с рукоятками.

Выполнение ряда определенных технических требовании к рулевому устройству обеспечивает надежное управление судном.

Натяжение и прокладка штуртросов должны быть такими, чтобы исключилось его набегание на реборды роликов и сектора, а также касание его с конструкциями судна. Внутренний диаметр голиков не должен быть меньше восемнадцати диаметров троса. Штуртрос не должен препятствовать откидыванию подвесных моторов при дистанционном рулевом управлении последним.

Все вращающиеся детали необходимо своевременно смазывать, тем самым обеспечивая их легкое вращение и перекладку руля. Сальниковые уплотнения должны быть герметичны. Просачивание воды через них как на ходу, так и на стоянке не допускается.

Судоводитель должен систематически осматривать рулевое устройство и проверять состояние всех его частей. Осмотр должен производиться особенно тщательно после касания судном грунта или удара рулем.