Управляемость

Управляемость судна характеризуется двумя качествами: поворотливостью: т. е. способностью судна изменять по желанию судоводителя направление движения, и устойчивостью на курсе, т. е. способностью судна сохранять заданное ему прямое направление движения без отклонения в стороны. Неустойчивые на курсе суда называются рыскливыми. Как поворот, так и удержание на курсе осуществляют с помощью руля.

Судно движется под действием упора Р, создаваемого движителем. При перекладке руля, т. е. при повороте его на некоторый угол от среднего положения, на одну сторону руля начинает действовать давление набегающего потока воды (рис. 173), создающее силу R.

Рис. 173. Схема сил, действующих на судно при перекладке руля

Разложив силу R на два взаимно перпендикулярных направления — вдоль и поперек судна — получим силы R_x и R_у. Если приложить условно в ЦТ судна две одинаковые, противоположно направленные, т. е. взаимно исключающие друг друга силы, равные R_y, то получим систему сил, действующих на судно при перекладке руля.

Таким образом, на судно кроме упора Р, уменьшенного на величину R_x, действует момент М = R_yx, поворачивающий судно, сила R y, смещающая судно перпендикулярно к ДП, и небольшой момент m = R_xy, доворачивающий судно в направлении разворота (момент т образуется благодаря смещению из ДП точки приложения сил к плоскости пера руля). Чем больше угол перекладки руля, скорость судна (скорость набегающего потока воды) и площадь боковой поверхности руля, тем больше будет абсолютное значение силы R, а следовательно, и сил, поворачивающих судно.

Сразу же после перекладки руля на борт ЦТ судна начинает описывать в горизонтальной плоскости сложную кривую, называемую циркуляцией (рис. 174). После начала маневра судно начинает дрейфовать в сторону, противоположную той, куда выполняется поворот. Так происходит потому, что появляющаяся при повороте руля сила R_y, будучи направлена перпендикулярно к движению судна, не только стремится повернуть его, но и сдвигает несколько вбок все судно (см. выше). Расстояние l₀, которое проходит при этом судно, называется обратным смещением.

Рис. 175. Элементы циркуляции судна:

l₀ — обратное смещение; l _п — прямое смещение; l _в — выдвиг; β — угол дрейфа; D₀ — диаметр циркуляции; D_T — тактический диаметр циркуляции

Перемещение судна в противоположную повороту сторону длится недолго, и вскоре судно под действием переложенного на борт руля начинает поворачиваться в заданную сторону. При этом ЦТ судна начинает описывать правильную окружность, и ДП образует постоянный угол с направлением движения, называемый углом дрейфа β, который при максимальном угле перекладки руля (30 — 35°) обычно не превышает 12—15°.

Расстояние l _п, которое проходит ЦТ судна от прямого направления движения до момента, когда судно повернуто на 90°. называется прямым смещением, а расстояние l _в от начала маневра до поворота на 90° (в направлении прямого курса) называется выдвигом. Диаметр правильной окружности D₀, которую начинает описывать судно после начала установившейся циркуляции, называется диаметром циркуляции, а расстояние D_T (в направлении, перпендикулярном к прямому курсу) от начала маневра до момента поворота на 180° называется тактическим диаметром циркуляции.

Поворотливость судна обычно оценивают по диаметру циркуляции, отнесенному к длине судна. У большинства морских судов диаметр циркуляции равен 3—5, а у речных — 2—3 длинам судна. Устойчивость судна на курсе оценивается по количеству малых перекладок руля с борта на борт, которые необходимо совершить в минуту для удержания судна на прямом курсе. Для устойчивого судна в спокойную погоду достаточно 4—6 перекладок руля на 3—5° в минуту.

Совершая циркуляцию, судно в первый момент перекладки руля кренится в сторону перекладки, а затем, по мере развития циркуляции, начинает крениться в сторону, противоположную перекладке, т.е. в сторону, наружную от центра циркуляции. Это происходит под действием момента гидродинамических сил бокового сопротивления воды, приложенных в ЦВ и в центре площади пера руля, а также под действием центробежных сил инерции, приложенных в ЦТ судна. У судов с малой остойчивостью крен на циркуляции на полном 'ходу может достигать 12—15°. На пассажирских судах крен на циркуляции более 7° нежелателен, а более 12° считается недопустимым.

Управляемость судна является одним из важнейших мореходных качеств, обеспечивающих безопасность плавания судна, поэтому улучшению управляемости уделяется большое внимание.

В частности, с этой целью на судах, к которым предъявляются высокие требования по управляемости, а также для обеспечения хорошей управляемости на малых ходах и при швартовках, когда обычный руль неэффективен, применяют средства активного управления судами — подруливающие устройства, активные рули, вспомогательные движительно-рулевые колонки, поворотные насадки, а также крыльчатые и водометные движители.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные эксплуатационные и мореходные качества судна.

2. Что такое дедвейт судна? Его состав?

3. Что измеряют регистровыми тоннами? Чему равна одна регистровая тонна?

4. Напишите и объясните уравнение плавучести.

5. Что называют остойчивостью судна? Как увеличить остойчивость? Что такое начальная метацентрическая высота?

6. Чему равен один узел?

7. Назовите основные составляющие полного сопротивления воды движению судна. Что способствует их уменьшению?

8. Перечислите виды качки судна и ее основные параметры.

9. Чем характеризуется управляемость судна?