
- •3.1. Классификация рулевых устройств
- •3.2. Рулевые устройства пассивного типа
- •3.2.1. Руль как крыло малого удлинения
- •3.2.2. Геометрические характеристики рулей.
- •3.2.3. Гидродинамические характеристики рулей
- •3.2.4. Влияние геометрии руля на его гидродинамические характеристики
- •3.2.4. Увеличение эффективности руля путем создания новых форм
- •3.3. Рулевые устройства активного типа и поворотные насадки
- •3.3. Математическое описание гидродинамических характеристик руля
ЦИКЛ ЛЕКЦИЙ ПО ДИНАМИКЕ КОРАБЛЯ
Лекция 3. СИЛЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ НА РУЛЕ СУДНА
3.1. Классификация рулевых устройств
Рулевое устройство, как мы его определили на первой лекции, представляет собой средство управления судном. Рулевое устройство включает рулевую машину и перо руля, соединенные вертикальным валом, носящим название «баллер руля». Баллер руля пропущен вовнутрь корпуса через гельмпортову трубу.
Рис. 3.1. движительно-рулевой косплекс
одновинтового судна.
Руль устанавливается в кормовом подзоре судна, как правило, за гребным винтом. Комплекс гребной винт и руль получил название движительно-рулевого комплекса (рис.3.1).
Рулевые машины унифицированы. Тип выбранной рулевой машины определяется только максимальным значением крутящего момента на баллере руля. В отличие от рулевой машины, перо руля может иметь различные формы и размеры. Это объясняется тем, что при проектировании руля стремятся обеспечить максимальную боковую силу при минимальном моменте на баллере.
Рулевые устройства принято разделять на активные и пассивные.
К рулевым устройствам активного типа относят устройства, обеспечивающие разворот судна за счет подвода дополнительной энергии.
К рулевым устройствам пассивного типа относят устройства, обеспечивающие разворот судна за счет гидродинамической силы, возникающей на руле за счет скорости перемещения судна.
Большая часть судов оборудована устройствами пассивного типа с анализа которых мы начнем.
3.2. Рулевые устройства пассивного типа
3.2.1. Руль как крыло малого удлинения
Общим для всех устройств пассивного типа является использование в качестве управляющей силы гидродинамическую силу, возникающую на пере руля.
Перо руля представляет собой крыло малого удлинения, для которого углом атаки является угол перекладки руля. При этом роль подъемной силы крыла будет играть боковая сила на руле.
Как
на крыле малого удлинения, боковая сила
на пере руля будет пропорциональна его
площади
(называемой, по аналогии с крылом,
площадью руля в плане) и скоростному
напору
,
рассчитанному по скорости набегающего
на руль потока. Точка приложения боковой
силы, отстоит от носика руля примерно
на
.
Таким образом, для увеличения боковой силы на руле необходимо увеличивать площадь руля, а для снижения момента на баллере руля приближать ось баллера руля к точке приложения гидродинамической силы.
б) подвесной
балансирный руль
в) полуподвесной
балансирный руль
а) Небалансирный
руль
взять из справочника
Рис. 3.2. Эскизы рулей, различных типов.
По месту положения оси баллера руля относительно передней кромки руля различают рули небалансирные и рули балансирные.
Небалансирный или навесно руль – руль, баллер которого размещен в носике руля (рис.3.1.а).
Балансирный руль – руль, ось которого с целью снижения момента на рулевой машины размещена на расстоянии 0.2 – 0.25 хорды от носика (рис. 3.1.б,в).
По способу присоединения руля к корпусу: простые, подвесные и полуподвесные.
Простой руль присоединен к корпусу на ахтерштевне с помощью множества петель и обычно выполняется небелансирным.
Подвесной руль имеет одну точку крепления в верхней части руля (рис. 3.1.б). Подвесные рули имеют относительно малую площадь и устанавливаются на судах или на судах с малой осадкой. Речные суда, как правило, оборудуются подвесными судами.
Полуподвесной руль имеет две точки крепления. Первая точка крепления расположена в верхней части руля, а вторая в районе середины его высоты (рис. 3.1.в).
Подвесные рули обычно имеют большую площадь. Обычно подвесными рулями оборудованы морские суда. Для судов очень большого водоизмещения (супертанкеры, газовозы, рудовозы …) может устанавливаться третья дополнительная опора.
Рис. 3.3 Кормовая оконечность супертанкера «Ессо Осака»
Другим важным параметром, определяющим величину изменения боковой силы на руле, является форма профиля пера руля. Известны различные формы профиля, изменение которого ставит целью увеличение боковой силы на пере руля за счет затягивания срыва потока. Различные варианты рулей показаны в приложении 1. Ниже на рис. 3.3 приведено сечение руля профиля NACA и кривая иллюстрирующая распределение давления по профилю. Благодаря хорошему распределению давления и технологичности в изготовлении (простота формы и отсутствие заостренной кормовой кромки) руль с профилем NACA наиболее часто используется как на речных, так и на морских судах.
Рис. 3.4 Форма профиля руля NACA.
Управление
судном осуществляется путем перекладки
руля. За исходное положение руля
принимается его положение в диаметральной
плоскости. Изменение положения руля
относительно диаметральной плоскости
определяется углом перекладки, который
обозначается буквой
.
Силы и моменты, измеряемые на модели
либо рассчитываемые по эмпирическим
формулам, принято представлять в
зависимости от угла перекладки.