Рулевое устройство является основным средством управления судном, обеспечивающим его поворотливость и удерживающем его на заданном курсе. Основными его частями являются:

пост управления (штурвал или рулевой электрический манипулятор);

рулевая передача от поста управления к рулевому двигателю;

рулевой двигатель;

рулевой привод от рулевого двигателя к баллеру руля;

руль или поворотная насадка, непосредственно обеспечивающие управляемость судна.

Основной пост управления рулём находится в рулевой рубке у путевого компаса и репитера гирокомпаса. Штурвал или пульт управления рулем монтируют обычно на одной колонке с авторулевым генератором. Рулевой указатель помещается на колонке управления и на левой переборке рубки так, что капитан и вахтенный помощник имели возможность постоянно контролировать положение пера руля.

Штурвал или манипулятор. Штурвал представляет собой колесо с рукоятками, при помощи которых оно вращается на валу, поме­щающемся в специальной штурвальной тумбе.

Поворотом штурвала рулевой приводит в движение всю рулевую систему. Для простоты управления штурвал устроен таким обра­зом, что вращение его вправо соответ­ствует повороту носа корабля вправо и на­оборот.

Электрический рулевой манипулятор пред­ставляет собой рукоятку, установленную на специальной тумбе. Движение рукоятки вправо или влево через электрическую пере­дачу приводит в движение рулевой электродвигатель, с помощью которого руль пово­рачивается в соответствующую сторону. Штурвалы (манипуляторы) устанавливаются в постах управления кораблем (в рулевой поход­ной рубке, в боевых рубках, в центральном посту и в румпельном отделении).

Для обеспечения контроля за положением руля на тумбе штур­вала или манипулятора или рядом с ними устанавливаются руле­вые указатели, показывающие угол отклонения руля.

Рулевая передача. Поворот штурвала приводит в движение рулевую передачу, которая служит для управления рулевым дви­гателем, находящимся обычно в кормовой части корабля. Суще­ствует несколько систем рулевых передач.

Валиковая передача состоит из систем стальных или бронзовых валиков, соединенных друг с другом с помощью кони­ческих шестеренок или шарниров.

Валиковая передача имеет существенные недостатки: шесте­ренки довольню быстро срабатываются, деформация палуб и про­гиб валиков могут вывести из действия все рулевое устройство.

Гидравлическая передача представляет собой систему, состоящую из двух цилиндров, соединенных между собою тонкими медными трубками. Один из цилиндров расположен в нижней части штурвальной тумбы, и поршень его связан со штурвалом. Поршень другого цилиндра, находящийся у рулевой машинки, связан с ее золотником. Вся система заполнена жид­костью (смесью глицерина с водой или минеральным маслом).

Схема валиковой передачи.

1 - штурвал, 2 -конические шестеренки, 3- валики, 4 - рулевой двигатель, 5 - руль.

Схема гидравлической передачи.

1 - штурвал, 2 - манипуляторная часть, 5 - трубопроводы, 4 - поршень исполнительной части.

Штуртросовая передача.

При повороте штурвала поршень цилиндра, находящегося в штурвальной тумбе, давит на жидкость и заставляет ее перели­ваться по трубкам, а так как жид­кость в практических условиях не сжимается, то перемещается пор­шень второго цилиндра.

Гидравлическая передача мало живуча, так как, если трубка будет перебита, передача выходит из строя и для ее восстановления тре­буется много времени.

Электрическая передача в на­стоящее время должна быть призна­на наиболее совершенной системой. Она осуществляется при помощи электрических проводов. Ос­новным элементом этих передач являются контроллеры, располо­женные в штурвальной тумбе и связанные специальным электро­проводом, проложенным в наиболее защищенных частях судна, с электрической рулевой машиной, находящейся в румпельном отделении. Контроллеры поворачиваются штурвалом, ручным качающимся коромыслом или специальными ручками и приводят в движение электрическую рулевую машину

Штуртросовая передача применяется на малых судах. Она состоит из стальных тросов или цепей, связанных с одной стороны со штурвалом, а с другой - непосредственно с рулевым приводом. Главный недостаток штуртросовой пере­дачи - это значительное трение в роликах или шкивах, по кото­рым проходит штуртрос, а также ее быстрое растяжение, приводящее к образованию мертвых ходов.

Аксиометр - прибор для указания положения руля относи­тельно диаметральной плоскости судна. Он установлен на штур­вальной тумбе или рядом с нею. Стрелка показывает, на сколь­ко градусов переложен руль вправо или влево, при этом загорается соответственно зеленая или красная сигнальная лампочка; при прямом положении руля горит белая лампочка.

Рулевой двигатель приводит в движение рулевые приводы. Существует очень много конструк­ций рулевых двигателей, но чаще всегона судах имеются электриче­ские и электрогидравлические машины.

На случай порчи рулевого двига­теля он снабжается удобным сред­ством для выключения его из рулевой системы и перехода к ручному упра­влению.

Рулевые приводы. Для передачи рулю усилий, развиваемых рулевыми двигателями, применяются рулевые приводы. В качестве рулевых двигателей на судах имеются электриче­ские и электрогидравлические машины.

Рулевые приводы обеспечивают передачу усилий рулевого дви­гателя к баллеру.

Секторно-румпельный привод применяется па некото­рых современных судах небольшого тоннажа. В таком приводе румпель жестко скреплен с баллером руля. Сектор, свободно наса­женный на баллер, связан с румпелем при помощи пружинного амортизатора, а с рулевым двигателем - зубчатой передачей. Пе­рекладка руля осуществляется рулевым двигателем через сектор и румпель, а динамические нагрузки от ударов волн гасятся аморти­заторами.

На современных судах рулевые машины совмещаются с руле­выми приводами, что позволяет добиться высокого коэффициента полезного действия всего устройства.

Наибольшее распростране­ние из таких комбинированных устройств получили электрогидрав­лические машины.

В отечественном судостроении применяют плунжерные электро-гидравлические машины. В них давление рабочей жидкости пре­образуется в поступательное движение плунжера, которое затем через механическую передачу преобразуется во вращательное дви­жение румпеля. В качестве рабочей жидкости в таких машинах применяется минеральное масло. Машины выпускаются в двух и четырехцилиндровом исполнении.

В такой машине с баллером руля 1 жестко связан рум­пель 2 и на нем установлен ползун, соединенный с плун­жерами 3 двух цилиндров 4. Цилиндры соединены трубопроводами с насосом 6, приводимым в действие электродвигателем 5. Масло, перекачиваемое посредством насоса из одного цилиндра в дру­гой, вызывает поступательное перемещение поршней, поворачива­ющих баллер через румпель. Амортизатором является перепуск­ной клапан 7, который посредством дополнительного трубопровода соединен с обоими цилиндрами. При ударах воли в перо руля в од­ном из цилиндров создается излишнее давление. Тогда клапан приоткрывается, и масло перемещается из одного цилиндра в другой. На крупнотоннажных теплоходах, обычно устанавливают четырехцилиндровые электрогидравлические машины, создающие большие вращающие моменты.

На баллере 1 жестко насажен румпель 2, который через ползуны 3 соединен с плунжерами 4 гидроцилиндров 5. Электродвигателями 6 приводят­ся в действие радиально-поршневые насосы переменной подачи 7. Рычагом управления 8, приводимым в действие телемоторами 9 с поста управлении через тягу 10 с амортизаторами 11, ведется регулировка работы насосов. При повороте вправо насосы подают рабочую жидкость (масло) в правый носовой, и левый кормовой цилиндры. Давлением масла через плунжеры, ползуны и румпель, вращающий момент, как указано сплошными стрелками, будет пе­редан на баллер, и руль повернется вправо. Штриховые стрелки показывают направление тока масла при повороте руля влево.

Переключением клапанов в клапанной коробке можно вводить в действие четыре или два цилиндра (носовую или кормовую па­ры). Могут быть включены два насоса или один из них. Переклю­чение производится в румпельном отделении. На некоторых судах переключение может производиться с мостика. Как правило, в стес­ненных водах, в узкостях, на подходах к портам включают оба на­соса. В открытом море в действии обычно находится один.

Штурвалом запасного управления перекладка руля осуществляется из румпельного отделения, где установлен репитер гирокомпаса. Такая система име­ет аварийный ручной насос, установленный вне румпельного отде­ления и имеющий отдельный трубопровод, который на рисунке не показан. При работе ручного насоса действует только одна пара цилиндров.

Преимуществами электрогидравлических машин являются: по­лучение больших усилий и крутящих моментов при малых массах и размерах на единицу мощности, плавное бесшумное изменение скорости в широких пределах, высокий коэффициент полезного дей­ствия, надежное смазывание трущихся частей маслом, применяе­мым в качестве рабочей жидкости, возможность надежной зашиты от перегрузок и долговечность при дублировании основных узлов.

При эксплуатации электрогидравлических машин необходимо учитывать, что их работа зависит от качества работы гидронасосов. Все замеченные неполадки в работе таких машин обычно относятся к насосам и элементам системы управления. Так, не отфильтрованное масло в системе, окалина, оставшаяся в трубах, металлическая стружка во внутренних полостях деталей могут служить причиной выхода из строя насосов и системы управления машиной. Сам же плунжерный агрегат надежен и долговечен.

В соответствии с требованиями Регистра РФ рулевое устрой­ство морских судов должно иметь три привода: основной, запасный и аварийный.

Основной привод должен обеспечивать непрерывную перекладку руля с борта на борт при максимальной скорости переднего хода, при этом время перекладки руля с крайнего положения 35° одного борта до 30° другого не должно превышать 28 с.

Запасный рулевой привод должен обеспечивать непрерывную пе­рекладку руля с борта на борт при скорости переднего хода, рав­ной половине максимальной, но не менее 7 уз. Запасный рулевой привод должен действовать независимо от основного, и его необ­ходимо устанавливать на всех судах, кроме судов с основными руч­ными приводами при наличии аварийного румпеля, судов с несколькими раздельно управляемыми рулями и судов с одной электрогидравлической рулевой машиной при наличии двух независимых гид­ронасосов. Переход с основного на запасное рулевое управление должен быть выполнен за время, не превышающее 2 мин.

Аварийный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с борта на борт при скорости переднего хода не менее 4 уз. Аварийный привод не должен располагаться ниже палубы перебо­рок. Установка его не требуется, если основной и аварийный при­воды расположены в помещении, целиком находящемся выше са­мой высокой грузовой ватерлинии.

Допускается, чтобы основной, запасный и аварийный рулевые приводы или два агрегата основного привода имели некоторые об­щие части, например румпель, сектор, редуктор или цилиндровый блок, но при условии, что конструктивные размеры этих частей бу­дут увеличены в соответствии с требованиями Регистра СССР.

Румпель-тали могут рассматриваться как запасный или аварий­ный рулевой привод только для судов валовой вместимостью до 500 per. т; если они могут присоединиться к электрическому шпи­лю или лебедке, то они будут рассматриваться как запасный при­вод, действующий от источника энергии.

Рулевое устройство должно иметь систему ограничителей пово­рота руля, допускающую его перекладку на угол не более 36,5°. Си­стема управления рулевым приводом должна быть такой, чтобы перекладка руля прекращалась раньше, чем руль дойдет до огра­ничителя, и во всяком случае не позднее момента, соответствую­щего перекладке его на угол 35°.

Около каждого поста управления рулевым приводом должен быть указатель положения пера руля. Такие указатели должны быть и в румпельном отделении. Точность показаний относительно истинного положения пера руля должна быть не менее: Г - при положении руля в диаметральной плоскости; 1,5° - при углах пе­рекладки от 0 до 5°; 2,5° - при углах перекладки от 5 до 35°.

Рули. Рулем называется та часть рулевой системы, которая под действием обтекающей корабль воды заставляет его делать пово­роты.

Рули бывают обыкновенные, балансирные и полубалансирные.

Обыкновенные и полубалансирные рули , состоят из пера 1 , рудерпнеа 4 и баллера 2 . Для облегчения перо выпол­няется в виде листовой рамы, прикрываемой стальными листами.

Рудерпис имеет ряд петель 5 , в которые вставляются штыри 6 . На рудерпосте имеются петли с отверстиями для навешивания руля. Баллер руля проходит через отверстие в корпусе корабля, называемое гельмпортом. Чтобы не допустить воды внутрь корабля, гельмпорт укупоривается сальником 9 . Самая верхняя часть баллера называется головой руля.

Обыкновенный руль.

1 - перо руля, 2 - баллер, 3- голова руля, 4 - рудерпис, 5 - петли, 6-щтыри, 7- пятка, 8 - рудерпост, 9- сальник.

Балансирный руль не имеет рудерписа. Он упирается специаль­ными выступами на петли, помещающиеся внутри корабля.

Действие руля. Когда судно стоит неподвижно, то перекладка руля в ту или другую сторону никакого действия на корабль не окажет. На ходу, если руль стоит прямо, т. е. в средней про­дольной (диаметральной) плоскости, судно будет идти прямо. Происходит это от того, что струя встречной воды равно­мерно с обоих бортов обтекает корпус

Положение руля на переднем ходу. а - вправо, б - влево.

судна и перо руля. Но как только руль будет положен на переднем ходу в сторону, на­пример, вправо, то струи воды, идущие вдоль правого борта, встретят на своем пути перо руля и начнут на него давить. С ле­вого же борта вода никакого препятствия встречать не будет. Под давлением водяных струй справа руль, а вместе с ним и корма начнут подаваться влево, нос пойдет в противоположную сторону, и судно покатится вправо.

При положении руля влево будем наблюдать отклонение кормы вправо, а носа - влево

На заднем ходу произойдет обратное явление: при перекладке руля вправо встречные струи воды будут давить на левую сто­рону пера руля и толкать корму вправо, а нос - влево, при перекладке руля, влево корма пойдет влево, а нос вправо.

Положение руля на заднем ходу. а- вправо, б - влево.

Отсюда следует, что на переднем ходу корабль катится в ту же сторону, в которую положен руль, а на заднем - в сторону, обрат­ную положению руля.

Причины, влияющие на поворотливость. При управлений ко­раблем необходимо считаться с влиянием на поворотливость работы винтов, инерции, крена, ветра, волны.

При разборе влияния на поворотливость корабля работы вин­тов нужно знать наименование шага последних. Винт, вращаю­щийся по часовой стрелке, если смотреть на него, с кормы в нос, называется винтом правого шага (рис. 147); винт, вращающийся против часовой стрелки, - винтом левого шага (рис. 148).

На одновинтовых кораблях ставят винты правого шага, я на двухвинтовых так, чтобы они работали наружу, т, е. справа - винт правого шага, а слева - левого (рис. 149).

Под действием винта правого шага одновинтовой корабль стремится уклониться носом вправо: на переднем ходе немного, а на заднем - сильно. Поэтому при разворачивании в узкости всего лучше делать поворот вправо, если это возможно.

На двух винтовом судне действие винтов взаимно уравновешивается, если они работают с одинаковой силой.

Насадка на винт, установленная вместо руля, зна­чительно улучшает поворотливость судна. Применение ее обеспе­чивает также увеличение скорости хода судна на 4-5% при постоянной мощности главного двигателя. Насадка представляет

собой надетое на винт и укрепленное на баллере кольцо, которое разворачиваться в горизонтальной плоскости. Отбрасываемая гребным винтом струя создает реактивную силу, обеспечиваю поворот судна. В хвостовой части насадки в плоскости оси баллера имеется стабилизатор, усиливающий рулевое действие насадки

Дополнительно к основным средствам управления могут быть установлены также средства активного управления (САУ) , причем некоторые из них нe только улучшают поворотливость, но и обеспечивают перемещение судна лагом.

Средства активизации управ­ления (САУ) нашли широкое при­менение на флоте, так как они, во-первых, обеспечивают маневрирование судна на малых ходах, и, во-вторых, улучшают маневренность судна при швартовке.

К наиболее часто встречающимся САУ на судах относятся: активные рули (АР), подруливающие устройства (ПУ), вспомогательные движительно-рулевые колонки (ВДРК).

Активный руль имеет вспомогательный винт в насадке на задней кромке кормового руля. Электрический двигатель вспомогательного винта заключен в каплевидный кожух, питание к нему подается по пустотелому баллеру, а управление выведено в ходовую рубку. На некоторых судах этот двигатель, смонтированный в торце баллера, находится в румпельном отделении и соединен с винтом с помощью вала, находящегося внутри баллера. При работе вспомогательного винта создается сила упора.

Поворот активного руля на некоторый угол к диамет­ральной плоскости создает момент, разворачивающий корму в сторону, противоположную перекладке руля. При этом намного уменьшается диаметр циркуляции, а поворотливость судна не зависит от скорости хода -
гребной винт от главного двигателя может вообще не вращаться.

При прямом положении руля вспомогательный винт активного руля обеспечивает судну ход до 3 узлов.

Подруливающее устройство (ПУ) представляет собой движитель, заключенный в поперечный туннель ниже ватер­линии и создающий упор в перпендикулярном диаметральной плоскости направлении. Туннель обычно расположен в носовой части судна, но на некоторых судах подруливающее устройство и туннель устроены и в носу, и в корме; в этом случае судно может перемещаться лагом. Рабочим органом ПУ могут быть винты (одиночные и парные), крылатые движители или насосы. Входные отверстия туннеля закрыты жалю­зи, а в туннельной трубе помещены редуктор и два винта, враща­ющиеся в разные стороны. Реверсивный электродвигатель через редуктор передает вращение на гребные валы ПУ.

Выдвижная движительно-рулевая пово­ротная колонка, которую вместе с винтом и на­садкой можно вращать по всему горизонту, что дает возмож­ность создать упор в любом направлении. На ходу судна уст­ройство убирается в специальную шахту в корпусе и не оказывает дополнительного сопротивления движению судна.

Назначение технических средств управления

На судах ВВП и их типы.

Основные требования к технических средствам управления для судов внутреннего и смешанного (река-море) плавания определяются правилами Российского речного Регистра (РРР), Федерального органа классификации судов внутреннего и смешанного (река-море) плавания. В этих требованиях учитывается тип и класс судов.

Технических средства управления предназначены для обеспечения движения, управления и удержания судна на заданной линии пути. К ним относятся:

Система управления двигательно–движетельной установкой;

Рулевое устройство;

Якорное и швартовое устройства.

Одним из основных элементов технических средств управления является рулевое устройство.

Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна и удержания судна на линии заданного пути.

Оно состоит:

Из органа управления (штурвал, джойстик);

Системой передачи;

Исполнительных элементов.

Управляемость судов обеспечивается с помощью исполнительных элементов рулевых устройств. В качестве исполнительных элементов рулевых устройств на судах ВВП могут применяться:

Рули различных типов;

Поворотные винтовые насадки;

Водометные движетельно-рулевые устройства.

Кроме того на некоторых типах судов могут применяться:

Подрулевающие устройства;

Крыльчатые движетельно-рулевые устройства;

Активные и фланкирующие рули.

Рули судов, их формы и типы.

Наибольшее распространение в качестве исполнительного элемента получили рули различных типов.

В состав руля может входить: перо руля, опоры, подвесы, баллер, румпель и др. вспомогательные устройства (сорлинь, гельмпорт, рудерпис).

Р у л и в зависимости от его формы и расположения оси вращения подразделяют на простые, полубалансирные и балансирные; по количеству опор – на подвесные, одноопорные и многоопорные. У простого руля все перо расположено сзади от оси баллера, у полубалансирного и балансирного рулей часть пера расположена впереди от оси баллера, образуя полубалансирную и балансирую части (рис.4.1).

По форме профиля рули подразделяются на пластичные и обтекаемые (профилированные). Наибольшее распространение на судах внутреннего плавания нашли балансирные обтекаемые прямоугольные рули.

Руль характеризуется: высотой h p – расстоянием, измеренным по оси баллера, между нижней кромкой руля и точкой пересечения оси баллера с верхней частью контура руля; длиной l p руля; смещением Δ l p части площади руля вперед относительно оси баллера (у полубалансирных рулей обычно Δ l p до 1/3 l p , у балансирных Δ l p до 1/2 l p ).

Рис.4.1 Рули

Важнейшей характеристикой пера руля является его суммарная площадь ∑S p . Фактическая площадь руля характеризуется выражением

S p ф = h p · l p (4.1)

Суммарная требуемая площадь руля, обеспечивающая управляемость судна выражается уравнением

∑S p т = LT (4.2)

где - коэффициент пропорциональности;

L – длина судна;

Т – наибольшая осадку судна.

Для обеспечения управляемости судна требуемая суммарная площадь руля должна быть равна фактической площади руля, т.е.

Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна, обеспечивая перекладку пера руля на некоторый угол в заданный промежуток времени. Основными его частями являются:

· Пост управления;

· Рулевая передача от поста управления к рулевому двигателю:

· Рулевой двигатель;

· Рулевой привод от рулевого двигателя к баллеру руля;

· Руль или поворотная насадка, непосредственно обеспечивающие управляемость судна.

Основные элементы рулевого устройства показаны на рис. 3.10.

Руль - основной орган, обеспечивающий работу устройства. Он действует только на ходу судна и в большинстве случаев располагается в кормовой части. Обычно на судне один руль. Но иногда для упрощения конструкции руля (но не рулевого устройства, которое при этом усложняется) ставят несколько рулей, сумма площадей которых должна быть равной расчетной площади пера руля.

Основной элемент руля - перо. По форме поперечного сечения перо руля может быть: а) пластинчатым или плоским, б) обтекаемым или профилированным.

Рис.3.10 Рулевое устройство

1 – перо руля; 2 – баллер; - 3 – румпель; 4 – рулевая машина с рулевым приводом; 5 – гельмпортовая труба; 6 – фланцевое соединение; 7 – ручной привод.

Преимущество профилированного пера руля в том, что сила давления на него превосходит (на 30% и более) давление на пластинчатый руль, что улучшает поворотливость судна. Отстояние центра давления такого руля от входящей (передней) кромки руля меньше, и момент, необходимый для поворота профилированного руля, также меньше, чем у пластинчатого руля. Следовательно, потребуется и менее мощная рулевая машина. Кроме того, профилированный (обтекаемый) руль улучшает работу винта и создает меньшее сопротивление движению судна.

Форма проекции пера руля на ДП зависит от формы кормового образования корпуса, а площадь - от длины и осадки судна (L и d), У морских судов площадь пера руля выбирается в пределах 1,7-2,5% от погруженной части площади диаметральной плоскости судна. Ось баллера является осью вращения пера руля. Баллер руля в кормовой подзор корпуса входит через гельмпортовую трубу. На верхней части баллера (голове) крепится на шпонке рычаг, называемый румпелем, служащий для передачи вращательного момента от привода через баллер на перо руля.

Судовые рули принято классифицировать по следующим признакам:

По способу крепления пера руля с корпусом судна различают рули:

а) простые - с опорой на нижнем торце руля или со многими опорами на рудерпосте;

б) полуподвесные – с опорой на специальном кронштейне в одной промежуточной точке по высоте руля;

в) подвесные – висящие на баллере.

По положению оси вращения относительно пера руля различают рули:

а) небалансирные – с осью, размещенной у передней (входящей) кромке пера;

б) балансирные – с осью, расположенной на некотором расстоянии от передней кромки руля.

Рис.3.11 Простой небалансирный руль.

Рис.3.12 Полуподвесной небалансирный руль.

Рис.3.13 Подвесной небалансирный руль.

Рис.3.14 Простой балансирный руль.

Рис.3.15 Полуподвесной балансирный руль (полуподвесной)

Рис.3.16 Подвесной балансирный руль.

Рулевой привод предназначается для передачи команд от штурмана из рулевой рубки к рулевой машине в румпельном отделение. Наибольшее применение находят электрическая или гидравлическая передачи. На малых судах применяются валиковые или тросовые приводы, в последнем случае этот привод называют - штуртросовым.

Контрольные приборы следят за положением рулей и -исправным действием всего устройства.

Приборы управления передают приказания рулевому при управлении рулем вручную.

Рулевое устройство - одно из самых важных устройств, обеспечивающих живучесть судна. На случай аварии рулевое устройство имеет дублирующий пост управления рулем, состоящий из штурвала и ручного при­вода, расположенных в румпельном отделении или вблизи от него.

При малых скоростях судна рулевые устройства становятся недостаточно эффективными и порой делают судно совершенно неуправляемым. Для повышения маневренности на современных судах некоторых типов (промысловых, буксирах, пассажирских и специальных судах) устанавливают активные рули, поворотные насадки, подруливающие устройства или крыльчатые движители. Эти устройства позволяют судам самостоятельно выполнять сложные маневры в открытом море, а также проходить без вспомогательных буксиров узкости, входить на акваторию рейда и гавани и подходить к причалам, разворачиваться и отходить от них, экономя на этом время и средства.

Активный руль (рис.3.17) представляет собой перо обтекаемого руля, на задней кромке которого установлена насадка с гребным винтом, приводящимся в движение от валиковой конической передачи, проходящей через пустотелый баллер и вращающийся от электродвигателя, установленного на голове баллера. Существует тип активного руля с вращением винта от электродвигателя водяного исполнения (работающего в воде) вмонтированного в перо руля. При перекладке активного руля на борт, работающий в нем винт создает упор, разворачивающий корму относительно оси поворота судна. При работе гребного винта активного руля на ходу судна скорость судна увеличивается на 2-3 узла. При остановленных главных двигателях от работы гребного винта активного руля судну сообщается малый ход до 5 узл.

Рис.3.17 Активный руль с конической передачей на винт .

Поворотная насадка , установленная вместо руля, при перекладке на борт отклоняет отбрасываемую гребным винтом струю воды, реакция которой вызывает разворот кормовой оконечности судна. Поворотные насадки представляют собой направляющую насадку гребного винта, укрепленную на вертикальном баллере, ось которого пересекается с осью гребного винта в плоскости диска винта (рис.29). Поворотная направляющая насадка является частью движительного комплекса и одновременно служит органом управления, заменяя руль. Выведенная из ДП насадка работает как кольцевое крыло, на котором возникает боковая подъемная сила, вызывающая поворот судна. Возникающий на баллере насадки гидродинамический момент (как на переднем, так и нa заднем ходу) стремится увеличить угол ее перекладки. Чтобы снизить влияние этого отрицательного момента, в хвостовой части насадки устанавливается стабилизатор с симметричным профилем. Угол поворота насадки относительно ДП корабля составляет, как правило, 30-35°.

Рис.3.18. Поворотная насадка.

Подруливающие устройства выполняются обычно ввиде туннелей, проходящих через корпус, в плоскости шпангоута в кормовой и

Рис.3.19 Принципиальная схема подруливающего устройства

Ранее указывалось, что главным средством, обеспечивающим управляемость судна, является рулевое устройство (см. § 9). В состав рулевого устройства входят: руль с баллером; рулевой привод и рулевая машина.

Типы рулей . Рули, применяемые на судах, можно классифицировать по трем признакам: по форме профиля, форме боковой проекции и расположению площади пера руля относительно оси вращения. По форме профиля, т. е. по контуру фигуры, образуемой при сечении руля горизонтальной плоскостью, различают плоские и профилированные рули. Плоские, или однослойные, рули из-за плохого взаимодействия их с гребным винтом и снижения вследствие этого скорости судов в настоящее время почти не применяются. Профилированные, или двухслойные, рули имеют обтекаемую форму, контуры которой получают при испытании моделей пера руля в аэродинамической трубе. Форма боковой проекции, или боковой контур пера руля, в значительной степени определяет эффективность руля при обеспечении максимальной поворотливости судна. Характеристикой бокового контура является отношение высоты пера руля к его ширине. Для современных рулей это отношение составляет 1,0-3,0.

В зависимости от того, каким образом площадь пера руля располагается относительно оси его вращения, различают обычные, балансирные и полубалансирные рули. Обычный, или небалансирный, руль (рис. 106, а) отличается тем, что у него ось вращения практически совпадает с его передней кромкой. Обычные рули могут быть как однослойными, так и двухслойными. Устройство и крепление обычного однослойного (плоского) руля были показаны на рис. 12.

Рис. 106. Основные типы рулей.

Плоский руль имеет перо, изготовленное из стального листа с приваренными к нему ребрами жесткости. Такие рули сохранились лишь на судах старой постройки, а также на небольших несамоходных судах. Двухслойные обтекаемые рули имеют полое перо, образуемое двусторонней обшивкой, подкрепленной двумя вертикальными и несколькими горизонтальными диафрагмами. В диафрагмах выполняют отверстия, которые облегчают конструкцию и в то же время позволяют заполнить всю внутреннюю полость каким-либо легким пористым материалом, предотвращающим попадание воды внутрь руля. Верхнюю и нижнюю торцевые диафрагмы изготовляют сплошными; они служат для закрепления в них отливок, образующих верхний горизонтальный фланец (поз. 5 на рис. 12) и нижний штырь (поз. 17 на рис. 12). Как у однослойных, так и у двухслойных рулей верхний фланец предназначен для соединения пера руля с баллером, а нижний штырь - для крепления руля в пятке ахтерштевня.

Балансирные рули (рис. 106) бывают простые (б), типа Симплекс (в) и подвесные (г). Ось вращения у всех балансирных рулей смещена на некоторое расстояние от передней кромки пера руля к его середине, что значительно уменьшает вращающий момент, необходимый для поворота баллера.

Наибольшее распространение получил балансирный руль типа Симплекс (рис. 107). Руль опирается на съемную ось 5, неподвижно закрепленную в пятке 8 ахтерштевня при помощи конусного соединения 9. В верхней части ось крепится к ахтерштевню 2 при помощи вертикального фланца 3 и болтов. Внутри пера руля 6 вертикально расположена круглая труба 10. В ней размещают съемную ось и литые или кованые втулки (верхнюю 4 и нижнюю 7), посредством которых руль опирается на съемную ось. Иногда труба 10 образуется двумя непроницаемыми вертикальными диафрагмами и обшивкой пера руля. Соединение пера руля с баллером 1 производится, как и у обычного руля, горизонтальным фланцем.

Рис. 107. Балансирный руль типа Симплекс.

Достоинством рулей типа Симплекс является то, что съемная ось образует с нижней частью ахтерштевня замкнутую раму, благодаря чему уменьшается податливость опоры на пятке ахтерштевня. Кроме того, такая конструкция руля позволяет уменьшить удельное давление на опору и тем самым значительно снизить износ опорных поверхностей.

Полубалансирный руль (рис. 106, д) до недавнего времени использовался в основном на двухвинтовых судах. В настоящее время такие рули стали все чаще применяться и на одновинтовых транспортных судах. Особенность полубалансирного руля в том, что он, как и балансирный, имеет смещение оси вращения от передней кромки к середине пера руля, но в то же время условно может быть разделен на две части: балансирную (нижнюю) и небалансирную (верхнюю). Нижняя опора этих рулей по высоте располагается на кронштейне в районе центра тяжести площади руля, поэтому она воспринимает основную нагрузку, благодаря чему разгружается опора на баллере. Кронштейн, на котором располагается нижняя опора руля, имеет обтекаемую форму и прочно связан с ахтерштевнем и набором кормовой оконечности. Такая конструкция руля и кронштейна имеет несомненные преимущества, так как позволяет смещать руль в корму и тем самым увеличивать зазоры между винтом и корпусом судна, уменьшать вибрацию корпуса. Одновременно упрощается и конструкция ахтерштевня, так как практически сохраняется только часть, расположенная над осью гребного винта.

§ 31. Рулевое устройство

Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна, обеспечивая перекладку пера руля на некоторый угол в заданный промежуток времени.

Основные элементы рулевого устройства показаны на рис. 54.

Руль - основной орган, обеспечивающий работу устройства. Он действует только на ходу судна и в большинстве случаев располагается в кормовой части. Обычно на судне один руль. Но иногда для упрощения конструкции руля (но не рулевого устройства, которое при этом усложняется) ставят несколько рулей, сумма площадей которых должна быть равной расчетной площади пера руля.

Основной элемент руля - перо. По форме поперечного сечения перо руля может быть: а) пластинчатым или плоским, б) обтекаемым или профилированным.

Преимущество профилированного пера руля в том, что сила давления на него превосходит (на 30% и более) давление на пластинчатый руль, что улучшает поворотливость судна. Отстояние центра давления такого руля от входящей (передней) кромки руля меньше, и момент, необходимый для поворота профилированного руля, также меньше, чем у пластинчатого руля. Следовательно, потребуется и менее мощная рулевая машина. Кроме того, профилированный (обтекаемый) руль улучшает работу винта и создает меньшее сопротивление движению судна.

Форма проекции пера руля на ДП зависит от формы кормового образования корпуса, а площадь - от длины и осадки судна (L и Т). У морских судов площадь пера руля выбирается в пределах 1,7-2,5% от погруженной части площади диаметральной плоскости судна. Ось баллера является осью вращения пера руля.

Баллер руля в кормовой подзор корпуса входит через гельм- портовую трубу. На верхней части баллера (голове) крепится на шпонке рычаг, называемый румпелем , служащий для передачи вращательного момента от привода через баллер на перо руля.

Рис. 54. Рулевое устройство. 1 - перо руля; 2 -баллер; 3 - румпель; 4 - рулевая машина с рулевым приводом; 5 -гельмпортовая труба; 6 - фланцевое соединение; 7 - ручной привод.

Судовые рули принято классифицировать по следующим признакам (рис. 55).

По способу крепления пера руля с корпусом судна различают рули:

А) простые - с опорой на нижнем торце руля или со многими опорами на рудерпосте;

Б) полуподвесные - с опорой на специальном кронштейне в одной промежуточной точке по высоте пера руля;

В) подвесные - висящие на баллере.

По положению оси вращения относительно пера руля различают рули:

А) пебалапсириые - с осью, размещенной у передней (входящей) кромки пера;

Б) полубалансирные - с осью, расположенной на некотором расстоянии от передней кромки руля, и отсутствием площади в верхней части пера руля, в нос от оси вращения;

Рис. 55. Классификация судовых рулей в зависимости от способа крепления их с корпусом и расположения оси поворота: а - небалансирные; б- балансирные. 1 - простой; 2 - полуподвесной; 3 - подвесной.

в) балансирные - с осью, расположенной так же, как у полу- балансирного руля, но с площадью балансирной части пера на всю высоту руля.

Отношение площади балансирной (носовой) части ко всей площади руля называется коэффициентом компенсации, который у морских судов лежит в пределах 0,20-0,35, а у речных 0,10-0,25.

Рулевой привод представляет собой механизм, передающий на руль усилия, развиваемые в рулевых двигателях и машинах.

Рулевая машина на судах приводится в действие электрическими или электрогидравлическими двигателями. На судах длиною менее 60 м разрешается вместо машины установка ручных приводов. Мощность рулевой машины выбирается исходя из расчета перекладки руля на предельный угол до 35° с борта на борт за 30 сек.

Рулевой привод предназначается для передачи команд от штурмана из рулевой рубки к рулевой машине в румпельное отделение. Наибольшее применение находят электрическая или гидравлическая передачи. На малых судах применяются валиковые или тросовые приводы, в последнем случае этот привод называют - штуртросовым.

Рис. 56. Активный руль: а - с конической передачей на винт; б - с электромотором водяного исполнения.

Контрольные приборы следят за положением рулей и исправным действием всего устройства.

Приборы управления передают приказания рулевому при управлении рулем вручную. Рулевое устройство - одно из самых важных устройств, обеспечивающих живучесть судна.

На случай аварии рулевое устройство имеет дублирующий пост управления рулем, состоящий из штурвала и ручного привода, расположенных в румпель- ном отделении или вблизи от него.

На малых ходах судна рулевые устройства становятся недостаточно эффективными и порой делают судно совершенно неуправляемым.

Для повышения маневренности на современных судах некоторых типов (промысловых, буксирах, пассажирских и специальных судах и кораблях) устанавливают активные рули, поворотные насадки, подруливающие устройства или крыльчатые движители. Эти устройства позволяют судам самостоятельно выполнять сложные маневры в открытом море, а также проходить без вспомогательных буксиров узкости, входить на акваторию рейда и гавани и подходить к причалам, разворачиваться и отходить от них, экономя на этом время и средства.

Активный руль (рис. 56) представляет собой перо обтекаемого руля, на задней кромке которого установлена насадка с гребным винтом, приводящимся в движение от валиковой кони- ческой передачи, проходящей через пустотелый баллер и вращающийся от электродвигателя, установленного на голове баллера. Существует тип активного руля с вращением винта от электродвигателя водяного исполнения (работающего в воде) вмонтированного в перо руля.

При перекладке активного руля на борт работающий в нем винт создает упор, разворачивающий корму относительно оси поворота судна. При работе гребного винта активного руля на ходу судна скорость судна увеличивается на 2-3 узла. При остановленных главных двигателях от работы гребного винта активного руля судну сообщается малый ход до 5 узл.

Поворотная насадка , установленная вместо руля, при перекладке на борт отклоняет отбрасываемую гребным винтом струю воды, реакция которой вызывает разворот кормовой оконечности судна. Поворотные насадки преимущественно находят применение на речных судах.

Подруливающие устройства выполняются обычно в виде туннелей, проходящих через корпус, в плоскости шпангоутов, в кормовой и носовой оконечностях судна. В туннелях размещается гребной винт, крыльчатый или водометный движитель, создающие струи воды, реакции которых, направленные от противоположных бортов, разворачивают судно. При работе кормового и носового устройства на один борт судно перемещается лагом (перпендикулярно диаметральной плоскости судна), что очень удобно при подходе или отходе судна от стенки.

Крыльчатые движители, установленные в оконечностях корпуса также увеличивают маневренность судна.

Рулевое устройство подводной лодки обеспечивает более разнообразные ее маневренные качества. Устройство предназначается для обеспечения управляемости подводных лодок в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Управление подводной лодкой в горизонтальной плоскости обеспечивает плавание лодки по заданному курсу и осуществляется вертикальным и рулями , площадь которых несколько больше площади рулей надводных судов и определяется в пределах 2-3% от площади погруженной части диаметральной плоскости лодки.

Управление подводной лодкой в вертикальной плоскости на заданной глубине обеспечивается при помощи горизонтальных рулей.

Рулевое устройство горизонтальных рулей состоит из двух пар рулей с их приводами и передачами. Рули делаются парными, т. е. на одном горизонтальном баллере располагаются по бортам лодки два одинаковых пера руля. Горизонтальные рули бывают кормовыми и носовыми в зависимости от места расположения по длине лодки. Площадь кормовых горизонтальных рулей больше площади носовых рулей в 1,2-1,6 раза. Благодаря этому эффективность кормовых горизонтальных рулей в 2-3 раза выше эффективности носовых. Для увеличения момента, создаваемого кормовыми горизонтальными рулями, их обычно располагают за винтами.

Носовые горизонтальные рули на современных подводных лодках являются вспомогательными, их делают заваливающимися и устанавливают в носовой надстройке выше ватерлинии, чтобы не создавать дополнительного сопротивления и не мешать управлению лодкой при помощи кормовых горизонтальных рулей на больших скоростях подводного хода.

Обычно на полной и средней скорости подводного хода управление подводной лодкой производится при помощи одних кормовых горизонтальных рулей.

При малой скорости хода управление лодкой кормовыми горизонтальными рулями становится невозможным. Скорость, при которой лодка теряет управляемость, называется инверсивной скоростью . На этой скорости лодка должна управляться одновременно кормовыми и носовыми горизонтальными рулями.

Основные составные элементы рулевого устройства горизонтальных рулей и вертикальных рулей однотипны.