1) Основные понятия и определения

Управляемостью называется способность судна сохранять заданное направление движения, т.е. быть устойчивым на курсе или изменять его по желанию судоводителя под действием руля. 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 возбуждение в режим движения судна. Практически способность судна держаться па курсе достигается путем периодической перекладки руля. При этом, чем меньше углы перекладки руля и число перекладок в единицу времени, тем большей устойчивостью на курсе обладает судно. Анализируя понятие устойчивости судна па курсе 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. Потому 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 ДП), 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 неработающим г. д. 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 непроизвольно удлиняет рейсовое время, которое служит одним из основных эксплуатационных показателей транспортных судов.

2) ДЕЙСТВИЕ РУЛЯ НА СУДНО.

При движении судна в результате перекладки пера руля на угол α, на нем, под действием потока воды будет возникать результирующая разности давлений со стороны потока на внутреннюю и внешнюю поверхности крыла. Кроме сил давлений на всю поверхность крыла вдоль хорды профиля действуют силы сопротивления, обусловленные вязкостью жидкости. Результирующие всех сил давления и сил сопротивления можно заменить одной равнодействующей Р, которая называется равнодействующей гидродинамических сил, действующих на крыло. Силу Р принято характеризовать ее проекциями на направление скорости невозмущенного потока и направление, перпендикулярное ему. Проекция силы Р на направление скорости потока V₀ называется лобовым сопротивлением Р_х, а проекция той же силы на направление, перпендикулярное скорости потока - подъемной силой Р_у . Очевидно, что сила лобового сопротивления Р_х, направленная в сторону, противоположную движению судна, вызывает торможение судна и уменьшение, таким образом, его скорости. Сила Р_y направлена перпендикулярно ДП и вызывает на переднем ходу смещение кормы судна влево. Сила Р_y - полезная сила, обеспечивающая разворот судна при перекладке руля.

При перекладке пера руля на угол, больший 35°, подъемная сила Р_у становится незначительной, а сила лобового сопротивления Р_х, уменьшающая скорость судна, увеличивается. Поэтому на практике угол перекладки руля, как правило, не бывает больше 35°. Практика плавания показывает, что управляемость на заднем ходу всегда значительно хуже, чем на переднем, а во многих случаях суда почти не управляются даже в условиях спокойной воды.