Движение судна под влиянием переложенного руля. Циркуляция.

Руль (перо руля) представляет собой крыло за кормой судна, способное поворачиваться с помощью балера вокруг вертикальной оси на углы 30 - 35 градусов вправо и влево.

Основными геометрическими характеристиками, определяющими его эффективность, являются площадь S_p и высота h (по балеру), а также размеренна и форма подводной части корпуса.

За начало циркуляции судна под влиянием сил и моментов переложенного руля принимается момент начала перекладки руля.

Циркуляция характеризуется линейной и угловой скоростями, радиусом кривизны и углом дрейфа. Эти характеристики не остаются постоянными. Процесс циркуляции принято делить на три периода.

Первый период - маневренный, продолжается в течение времени перекладки руля.

Второй период - эволюционный, начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда характеристики циркуляции примут установившиеся значения.

Третий период - установившийся, начинается с момента окончания второго периода и продолжается до тех пор, пока руль остается в переложенном положении.

Переложенный на угол руль, как и всякое крыло, развивает подъемную силу - боковую силу руля. Р_ру Приложим, для наглядности, в ЦТ судна две силы, равные по модулю силе Р_ру и направленные в противоположные стороны, как показано на рис. 1. Эти две силы взаимно компенсируются, т.е. не оказывают влияния на корпус судна, но их совместное рассмотрение вместе с боковой силой руля Р_ру позволяет понять, что корпус судна одновременно испытывает воздействие поперечной силы Р_ру, приложенную в центре тяжести G и момент боковой силы руля М_р относительно вертикальной оси Z, проходящей через ЦТ.

В первый период после начала циркуляции под влиянием поперечной силы P_RV, ЦТ судна приобретает боковое перемещение водоизмещение внешнюю сторону циркуляции -обратное смещение. Возникает угол дрейфа а, а значит и поперечная гидродинамическая сила на корпусе R_y, направленная внутрь циркуляции. Ее точка приложения смещена в нос от ЦБС, положение которого при отсутствии большого дифферента можно считать совпадающим с ЦТ судна. Момент силы R_y - M_p в этом начальном периоде циркуляции имеет тот же знак, что и момент руля М_р. поэтому появляется и начинает быстро возрастать угловая скорость.

Далее, под влиянием поперечной силы R_y, траектория ЦТ начинает постепенно искривляться в сторону перекладки руля, т.е. радиус циркуляции, который вначале стремился к бесконечности, начинает уменьшаться.

Рис. 1. Силы, действующие на судно с переложенным рулем в начальной стадии циркуляции.

Рис. 2. Силы, действующие на судно при криволинейном движении на развитой стадии циркуляции.

При движении ЦТ по криволинейной траектории с радиусом R_a каждая точка по длине судна относительно общего центра циркуляции (дописывает свою траекторию, радиус кривизны которой отличается от R_o (рис. 2.). При этом каждая точка имеет свой угол дрейфа, значение которого возрастает по мере удаления в сторону кормы. Соответственно, в нос от ЦТ углы дрейфа уменьшаются.

Если из центра циркуляции О опустить перпендикуляр на ДП, то в полученной точке ПП угол дрейфа будет равен нулю. Эта точка носит название центра вращения или полюса поворота (ПП).

У большинства судов ПП располагается вблизи носовой оконечности, на расстоянии 0, 4L от мидель шпангоута (ЦТ).