3. Общие сведения об управляемости судов. Требования Российского морского Регистра судоходства к управляемости и рысканию судна. Управляемость судна на заднем ходу.

Управляемостью называется способность судна сохранять заданное направление движения, т. е. быть устойчивым на курсе или изменять его по желанию судоводителя. Таким образом, управляемость объединяет два качества судна — устойчивость на курсе и поворотливость. Устойчивостью на курсе называется способность судна сохранять прямолинейное направление движения в соответствии с заданным курсом. Поворотливость — это способность судна изменять направление движения и двигаться по заранее выбранной судоводителем криволинейной траекто­рии.

В море на судно, совершающее поступательное движение, оказывают влияние многие фак­торы: ветер, волнение, течение, неравномерность работы гребных винтов и руля и т. п. Их дейст­вие трудно поддается количественному учету, но все они стремятся внести возмущение в режим движения судна. Если бы судно под действием этих внешних сил сохраняло заданное направление движения при закрепленном, в диаметральной плоскости руле, то оно обладало бы автоматиче­ской устойчивостью на курсе. Однако в действительности такой устойчивостью ни одно судно не обладает. Практически способность судна держаться на курсе достигается путем периодической перекладки руля.

В связи с этим вводится понятие эксплуатационной устойчивости на курсе, под которой по­нимают способность судна сохранять заданное направление движения при маневрировании рулем. При этом, чем меньше углы перекладки руля и число перекладок в единицу времени, тем большей эксплуатационной устойчивостью обладает судно.

В практике эксплуатации судну довольно часто приходится совершать криволинейное движение, поэтому для судоводителя важное значение имеет вопрос об устойчивости длительного установившегося движения судна с переложенным на заданный угол рулем. Анализируя понятие устойчивости и требования по ее обеспечению, можно установить, что это качество судна находится в некотором противоречии с другим его качеством — поворотливо­стью. Как известно, всякое улучшение устойчивости на курсе связано с ухудшением поворотливо­сти и наоборот. Поэтому при проектировании судна для обеспечения наилучшей управляемости стремятся найти наиболее целесообразное сочетание устойчивости судна на курсе и его поворот­ливости, соответствующее техническому заданию, т. е. назначению судна и условиям его плава­ния.

Управляемость судна обеспечивается специальными средствами управления, назначение ко­торых — создавать силу (перпендикулярную диаметральной плоскости), вызывающую боковое смещение судна (дрейф) и поворот его вокруг продольной (крен) и поперечной (дифферент) осей. Средства управления подразделяются на основные и вспомогательные. Основные средства — ру­ли, поворотные насадки, крыльчатые движители — предназначены для обеспечения управляемо­сти судна во время его движения. Вспомогательные средства обеспечивают управляемость судна на предельно малых ходах и при движении по инерции с неработающими главными двигателями. К этой группе относятся подруливающие устройства различных типов, активные рули.

При проектировании рулевого устройства необходимо учитывать назначение судна. Так, су­да дальнего плавания проходят значительные расстояния, придерживаясь одного направления, в то время как суда, совершающие частые заходы в порты, а также портовые и другие суда, рабо­тающие на ограниченных акваториях, проходят небольшие расстояния при частых реверсах и пе­ременах курса. Очевидно, что для судов первой группы основным требованием является хорошая устойчивость на курсе, а для второй группы — хорошая поворотливость. Следует подчеркнуть, что для судов, особенно транспортных, сохранение устойчивости на курсе — это фактор, обеспечивающий их экономические показатели, так как плохая устойчивость на курсе непроизводитель­но удлиняет рейсовое время, которое служит одним из основных эксплуатационных показателей транспортных судов.

Управляемость судна на заднем ходу.

Управляемость судна на заднем ходу значительно хуже, чем на переднем. Ос­новными причинами этого являются особенности условий работы руля и корпуса при движении задним ходом. Рассмотрим эти особенности.

При движении судна назад с переложенным рулем набегающий поток воды создает поперечную силу на руле Р_ру, направленную в сторону того борта, на какой переложен руль. На рис. 1.12 показа­но направление этой силы при руле, переложенном влево.

Для объяснения возникающих при этом явлений приложим в центре тяжести G (см. рис. 1.12) две силы, равные по величине си­ле Рр_У и направленные в противоположные стороны (такие силы ничего не изменяют, так как взаимно компенсируют друг друга). Одна из этих сил вместе с силой на руле Ppy образует пару сил с моментом Ppyl, стремящимся повернуть судно вокруг вертикаль­ной оси, а другая сила, оставаясь некомпенсированной, вызывает поперечное смещение судна. При таком смещении возникает угол дрейфа а, благодаря которому на корпусе возникает поперечная гидродинамическая сила Ry, точка приложения которой смещена от центра тяжести в сторону кормы на величину l_R. Момент этой силы Ryl_R препятствует повороту судна в сторону перекладки руля. Если на переднем ходу момент поперечной гидродинамической силы в начале поворота имеет одинаковый знак с моментом руля и, следовательно, способствует повороту, то на зад­нем ходу этот момент препятствует повороту.

Кроме указанной причины, отрицательное влияние на поворот­ливость оказывает косое натекание воды на руль, за счет чего эф­фективный угол перекладки руля S, оказывается уменьшенным на угол дрейфа α_р по сравнению с геометрическим углом перекладки δ_р. На переднем ходу этот эффект сказывается гораздо меньше за счет спрямляющего влияния на поток со стороны корпуса, в то время как на заднем ходу руль находится по движению впереди, поэтому корпус не оказывает влияния на направление потока в месте расположения руля. Перечисленными причинами и объясняется в первую очередь плохая управляемость судов на заднем ходу.

Для того чтобы улучшить управляемость на заднем ходу в начале перекладки руля, необходимо уменьшить момент R_vx за счет уменьшения плеча х. Этого можно достигнуть путем уве­личения площади диаметральной плоскости судна в носовой его части, например приданием диф­ферента на нос. Обеспечить требуемую управляемость на заднем ходу за счет увеличения пло­щади руля практически не представляется возможным, так как такое увеличение приведет к соот­ветствующему увеличению силы R_v. Улучшение управляемости судна на заднем ходу может быть достигнуто применением дополнительных специальных рулевых устройств, например поворотных насадок, подруливающих устройств, активных рулей.