3.Расчет нагрузки на рулевое устройство

3.1. Площадь руля, минимально необходимая для обеспечения управляемости судна вычисляется по формуле

где ; L, T, B – длина осадка и ширина судна (м).

Расчетная площадь руля принимается далее исходя из условия F . F_min .

3.2. Выбор типа профиля пера руля

Выбираем профиль типа НЕЖ, для которого относительное удлинение =h/b=2 и относительная толщина профиля t=/b=0,20;

Рисунок 3.1 – Геометрические характеристики руля

3.3. Основные геометрические характеристики руля (см. рисунок 3.1):

- высота руля м;

- ширина руля (длина хорды профиля) b = F/h=16,9/5,81=2,9 м;

- максимальная толщина профиля  = b t=2,9∙0,20=0,58 м ;

- расстояние от передней кромки пера руля до оси баллера

z = (0,2…0,3)b=0,3∙2,9=0,725 .

3.4. Скорость потока, набегающего на руль:

где V_c – скорость судна;  – коэффициент попутного потока, характеризующий влияние корпуса судна на работу руля; для транспортных и промысловых судов можно принять =0,3…0,4, принимаем =0,35.

3.5. Сила нормального давления на перо руля, отклоненное от нейтрального положения:

где C_n – коэффициент нормального давления на руль; K_B – коэффициент, учитывающий влияние винта;  – плотность морской воды кг/м³.

Отметим, что в эту формулу значения параметров должны подставляться в стандартных единицах измерения.

Коэффициент C_n рассчитывается по формуле:

где C_x=0,385 , C_y =1– коэффициенты, определяемые по таблице 3.1 при угле отклонения пера руля от нейтрального положения = 30.

Коэффициент влияния винта K_B определяется по формуле:

где f_B – доля площади руля, омываемая потоком винта, принимается из диапазона f_B=0,6…0,8; f_B=0,7; _p – коэффициент нагрузки винта по упору, принимается равным _p =0,8…1,5, _p =1,2.

3.6. Расстояние от передней кромки руля до центра давления воды:

где C_D=0,33 – коэффициент центра давления воды на руль (таблица 3.1).

3.7. Наибольший гидродинамический момент на руле:

кН∙м

Момент M_ рассчитывается при наибольшем отклонении руля =30.

3.8. Расчетный крутящий момент на баллере:

кН∙м

где k₁ =1,2 – коэффициент, учитывающий кратковременные перегрузки;

k_f – коэффициент, учитывающий трение в опорах руля: k_f =1,05…1,1, k_f =1,08 для обыкновенных рулей.

Таблица 3.1 – Гидродинамические коэффициенты изолированных рулей

	Коэффициенты Cx, Cy, Cд при углах 
		0	5	10	15	20	25	30	35
	Профиль НЕЖ
1,0	Cx Cy CD	0,030 - -	0,040 0,160 0,225	0,060 0,340 0,245	0,100 0,530 0,270	0,175 0,715 0,290	0,317 0,860 0,315	0,405 1,005 0,340	- - -
1,5	Cx Cy CD	0,045 - -	0,045 0,240 0,225	0,060 0,470 0,242	0,095 0,685 0,260	0,185 0,875 0,290	0,290 1,100 0,315	0,395 0,900 0,340	- - -
2,0	Cx Cy CD	0,030 - -	0,040 0,250 0,230	0,0.60 0,530 0,245	0,090 0,835 0,265	0,170 1,060 0,285	0,270 1,100 0,365	0,385 1,000 0,330	- - -
2,5	Cx Cy CD	0,040 - -	0,040 0,255 0,230	0,055 0,570 0,235	0,090 0,870 0,245	0,165 1,115 0,245	0,255 0,560 0,270	0,370 0,535 0,400	0,450 0,542 0,395
	Профиль NACA
1,0	Cx Cy CD	0,028 - -	0,045 0,165 0,180	0,070 0,330 0,205	0,115 0,515 0,230	0,195 0,695 0,270	0,330 0,845 0,295	0,440 0,920 0,315	- - -
1,5	Cx Cy CD	0,020 - -	0,025 0,195 0,190	0,055 0,395 0,193	0,095 0,590 0,200	0,150 0,780 0,215	0,230 0,940 0,260	0,325 0,840 0,375	0,405 0,565 0,370
2,0	Cx Cy CD	0,013 - -	0,025 0,215 0,195	0,045 0,460 0,200	0,090 0,680 0,205	0,165 0,905 0,220	0,250 0,975 0,270	0,340 0,725 0,340	0,430 0,530 0,390
2,5	Cx Cy CD	0,015 - -	0,030 0,280 0,220	0,060 0,580 0,210	0,110 0,840 0,220	0,180 0,970 0,230	0,300 0,630 0,370	0,360 0,620 0,380	0,460 0,620 0,380

3.9. Диаметр головы баллера принимается исходя из формулы Регистра:

где k₁₀ – коэффициент, равный 26,1 – для режима переднего хода судна и 23,3 – для режима переднего хода судна; _Т – предел текучести материала баллера, МПа,_Т=390МПа; M_Б – расчетный крутящий момент на баллере, подставляется в кНм.