Конструкция рулевого устройства (стр. 5 из 6)
См – коэффициент полноты мидель-шпангоута при осадке по летнюю грузовую ватерлинию;
σк – коэффициент полноты подводной кормовой части диаметральной плоскости судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию. Коэффициент вычисляется по следующей формуле:
;где:
L1 – длина судна, измеренная на уровне летней грузовой ватерлинии от передней кромки форштевня до крайней кромки кормовой оконечности судна, м;
f – площадь боковой проекции кормового подзора судна, м2;
f0 – для двухвинтовых судов – площадь боковой поверхности обтекателей гребных винтов, накладываемая на площадь фигуры f, м2. Во всех остальных случаях в расчетах принимается f0=0;
d – осадка судна по летнюю грузовую ватерлинию, м.
Данные для расчета:
L1=173,41 м; f=63.33 м2; d=9,967 м.
Рисунок 5.
Исходя из данных, что рассчитаны выше, и используя метод линейной интерполяции, найдем Е1, которое равно 0,025.
Е2 определяется по формуле:
;где:
А3 – площадь боковой парусности судна при такой минимальной осадке, при которой перо руля полностью погружено в воду (при положении судна без крена и дифферанта), м2;
А4 – площадь подводной части диаметральной плоскости судна при такой минимальной осадке, при которой перо руля полностью погружено в воду (при положении судна без крена и дифферанта), м2.
Данные для расчета:
V=15 уз., A3=1320,5 м2; А4=1533,7 м2; λp=1,71 м; x0=23,86 м; L1=173,41 м.
Для судов длиной 70 м и более Е3 определяется по формуле: 
;где:
А5 – площадь боковой поверхности судна при осадке по летнюю ватерлинию, м2;
х – горизонтальное расстояние от мидель-шпангоута (середины длины L1) до цента тяжести площади А5, м. величина х принимается положительной при расположении центра тяжести в нос от мидель-шпангоута и отрицательной – в корму.
Данные для расчета:
A2=1698,4 м2; А5=1120,5 м2; λp=1,71 м; x=25,72 м; L1=173,41 м.
Из расчетов видно, что эффективность руля обеспечена.
Действие руля
Управляемость включает два свойства судна – устойчивость на курсе и поворотливость. Под устойчивостью на курсе принято понимать способность судна удерживать заданное прямолинейное направление движения, под поворотливостью судна – его способность изменять направление движения и описывать траекторию любой наперед заданной кривизны, что обеспечивается перекладкой руля на тот или иной борт. В результате перекладки руля на некоторый угол траектория движения центра тяжести судна и оконечностей корпуса показывает характер того движения, которое получит судно в случае, если руль при начавшемся смещении будет постоянно переложен на некоторый угол и затем остановлен в этом положении на все время дальнейшего движения судна. Траектория движения цента тяжести судна, полученная при этом, носит название циркуляции. Этот же термин часто обозначает сам процесс поворота судна. Центр тяжести судна в начале маневра перемещается в сторону, противоположную отклонению рулевого органа, а затем в сторону, отклонения рулевого органа, двигаясь по кривой с уменьшающимся до известного предела радиусом кривизны. Одновременно диаметральная плоскость судна, совпадающая первоначально с направлением скорости поступательного движения, сразу начнет отклоняться по направлению к центру кривизны траектории, описываемой центром тяжести судна.
Весь процесс движения судна во время циркуляции обычно делят на три периода:
первый период – маневренный, по времени совпадающий с продолжительностью перекладки руля, то есть от начала поворота руля до отклонения его на предельный угол. Как указывалось выше, этот период характеризуется смещением судна в сторону, противоположную направлению перекладке руля;
второй период – неустановившегося движения на циркуляции, который начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда значение угла дрейфа будет максимальным, а радиус циркуляции – минимальным;
третий период – установившегося движения на циркуляции, он начинается с момента окончания второго периода и длится все время, пока руль находится в переложенном на борт положении. Траекторию движения судна в третий период принято называть установившейся циркуляцией, при котором угла дрейфа и радиус кривизны представляют собой постоянные величины.
Рассчитаем циркуляцию для нашего судна на скоростях хода 7, 10 и 15 узлов. Расчеты выполнены в программе «Синтаксические анализаторы...» производителя Mikhailov SoftWare Co (R).
Условные обозначения:
время (t), с;
курсовой угол (q), град;
координата x (x), м;
координата y (y), м;
скорость (v), уз.;
угол перекладки (α), град.
Исходные данные для расчета циркуляции:
170 м – длина судна по действующую ватерлинию;
27.6 м – ширина судна на миделе;
9.967 м – осадка судна по действующую ватерлинию;
0.789 м – коэффициент общей полноты судна;
0.99 м – коэффициент полноты судна;
9.967 м – осадка носом;
9.967 м – осадка кормой;
63.33 м2 – площадь, дополняющая кормовую часть диаметральной плоскости до прямоугольника при осадке Т=Тк;
33.5 м2 – площадь, дополняющая носовую часть диаметральной плоскости до прямоугольника при осадке Т=Тн;
18 – номер переходного шпангута от U к V образному;
24.91 м2 – площадь руля и рудерпоста по действующую ватерлинию при Т=Тк;
1 – число рулей;
85 м – отстояние баллера руля от центра тяжести судна;
7.64 м – высота руля наибольшая;
4.68 м2 – площадь рудерпоста по действующую ватерлинию при Т=Тн;
15.18 м2 – площадь руля и рудерпоста, попадающая в струю гребного винта;
0.89 м – отстояние верхней кромки руля от действующей ватерлинии при Т=Тк;
0.25 – коэффициент, учитывающий спрямляющее действие корпуса на скос потока у руля от угла дрейфа;
0.67 – коэффициент, учитывающий спрямляющее действие корпуса на скос потока у руля от угловой скорости;
35° -Угол перекладки руля (положительный на правый борт);
7, 10, 15 уз. – скорость судна в момент начала маневра;
15 уз. – максимальная скорость судна, соответствующая Nmax;
4411 кВт – мощность главных механизмов, позволяющая развить скорость Vmax;
1 – число винтов;
0.25 – коэффициент, учитывающий спрямляющее действие корпуса на скос потока у винта от угла дрейфа;
0.67 – коэффициент, учитывающий спрямляющее действие корпуса на скос потока у винта от угловой скорости;
4.9 м – диаметр гребного винта;
0.9 – шаговое отношение для гребного винта;
0.75 – дисковое отношение для гребного винта;
81.86 м – отстояние диска гребного винта от центра тяжести судна;
28 с – время перекладки руля с борта на борт (от 35 градусов до 30 градусов) - нормируется правилами постройки судов;
10 с – шаг изменения размерного времени. Результаты расчета выводятся для моментов размерного времени кратных указанному шагу;
360° – предельное изменение курсового угла при маневрировании – используется для окончания расчета, когда руль перекладывается на правый или левый борт один раз;
1000 с – время окончания маневра - используется для окончания раcчета при многократных перекладках руля.
Расчет циркуляции при скорости хода 7 уз. Результаты занесем в таблицу 3.
Таблица 3.
| t | q | x | y | v | a |
| 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 7,00 | 0,00 |
| 4,9 | 0,0 | 34,0 | 0,0 | 7,00 | 9,02 |
| 9,7 | 0,4 | 68,0 | -0,1 | 7,01 | 18,04 |
| 14,6 | 1,3 | 102,0 | -0,2 | 7,02 | 27,04 |
| 19,4 | 3,0 | 136,0 | -0,2 | 7,04 | 35,00 |
| 24,2 | 5,8 | 170,0 | 0,3 | 7,05 | 35,00 |
| 29,0 | 9,6 | 204,0 | 1,5 | 7,04 | 35,00 |
| 33,9 | 14,3 | 237,9 | 4,1 | 6,98 | 35,00 |
| 38,8 | 19,9 | 271,6 | 8,6 | 6,88 | 35,00 |
| 43,8 | 26,3 | 304,9 | 15,5 | 6,72 | 35,00 |
| 48,9 | 33,3 | 337,4 | 25,2 | 6,50 | 35,00 |
| 54,3 | 40,8 | 368,8 | 38,1 | 6,23 | 35,00 |
| 59,9 | 48,8 | 398,6 | 54,5 | 5,93 | 35,00 |
| 65,8 | 57,0 | 426,2 | 74,3 | 5,60 | 35,00 |
| 72,0 | 65,4 | 451,0 | 97,6 | 5,26 | 35,00 |
| 78,7 | 74,1 | 472,3 | 124,0 | 4,91 | 35,00 |
| 85,9 | 82,8 | 489,8 | 153,2 | 4,57 | 35,00 |
| 93,6 | 91,7 | 502,8 | 184,6 | 4,23 | 35,00 |
| 102,0 | 100,6 | 511,0 | 217,5 | 3,92 | 35,00 |
| 111,0 | 109,6 | 514,1 | 251,4 | 3,62 | 35,00 |
| 120,8 | 118,6 | 512,0 | 285,3 | 3,34 | 35,00 |
| 131,4 | 127,7 | 504,8 | 318,4 | 3,09 | 35,00 |
| 142,9 | 136,7 | 492,4 | 350,1 | 2,85 | 35,00 |
| 155,3 | 145,8 | 475,3 | 379,4 | 2,64 | 35,00 |
| 168,7 | 154,9 | 453,8 | 405,7 | 2,44 | 35,00 |
| 183,1 | 164,1 | 428,4 | 428,3 | 2,27 | 35,00 |
| 198,7 | 173,2 | 399,8 | 446,5 | 2,11 | 35,00 |
| 215,3 | 182,3 | 368,6 | 460,1 | 1,98 | 35,00 |
| 233,1 | 191,5 | 335,7 | 468,5 | 1,86 | 35,00 |
| 252,0 | 200,6 | 301,9 | 471,6 | 1,75 | 35,00 |
| 271,9 | 209,8 | 268,0 | 469,3 | 1,66 | 35,00 |
| 292,8 | 218,9 | 234,9 | 461,7 | 1,59 | 35,00 |
| 314,7 | 228,0 | 203,5 | 448,9 | 1,53 | 35,00 |
| 337,4 | 237,2 | 174,4 | 431,2 | 1,47 | 35,00 |
| 360,8 | 246,4 | 148,6 | 409,2 | 1,43 | 35,00 |
| 384,8 | 255,5 | 126,6 | 383,3 | 1,40 | 35,00 |
| 409,4 | 264,7 | 108,9 | 354,3 | 1,37 | 35,00 |
| 434,4 | 273,8 | 96,2 | 322,8 | 1,35 | 35,00 |
| 459,7 | 283,0 | 88,5 | 289,7 | 1,33 | 35,00 |
| 485,3 | 292,1 | 86,3 | 255,8 | 1,32 | 35,00 |
| 511,2 | 301,3 | 89,4 | 222,0 | 1,31 | 35,00 |
| 537,2 | 310,4 | 97,9 | 189,1 | 1,30 | 35,00 |
| 563,4 | 319,6 | 111,6 | 158,0 | 1,30 | 35,00 |
| 589,7 | 328,7 | 130,0 | 129,5 | 1,29 | 35,00 |
| 616,1 | 337,9 | 152,7 | 104,2 | 1,29 | 35,00 |
| 642,5 | 347,0 | 179,1 | 82,9 | 1,28 | 35,00 |
| 669,0 | 356,2 | 208,6 | 66,1 | 1,28 | 35,00 |
| 695,5 | 365,3 | 240,4 | 54,1 | 1,28 | 35,00 |
Расчет циркуляции при скорости хода 10 уз. Результаты занесем в таблицу 4.