УПРАВЛЯЕМОСТЬ СУДНОМ НА ВОДЕ

§ 45. Управляемость.

Управляемость — это способность судна двигаться по заданной прямолинейной и криволинейной траектории.

Управляемость является одним из основных навигационных качеств и маневренных элементов судна и характеризуется поворотливостью и устойчивостью судна на курсе.

Поворотливостью называется способность судна быстро изменять направление движения под действием руля.

Устойчивость на курсе — способность судна сохранять прямолинейное движение, заданное судоводителем при минимальном использовании руля.

Поворотливость и устойчивость на курсе противоположны по требованиям, предъявляемым им. Чем лучше поворотливость судна, тем оно менее устойчиво на курсе, и, наоборот, чем более устойчиво судно на курсе, тем оно менее поворотливо.

Неустойчивое на курсе судно самопроизвольно часто и быстро отклоняется от заданного курса. Это свойство называется рыскливостью. Управление склонным к рыскливости судном более сложно и для удержания его на курсе требуется частая перекладка руля.

Рыскливость может быть следствием конструктивных недостатков судна, тогда она постоянна для данного судна, но может быть временной, вызванной особенностями фарватера (мелководьем, неправильностями течения, волнением). Рыскливость может появиться от неправильной загрузки судна, неправильного управления, а это полностью зависит от судоводителя. Рыскливость увеличивает путь судна, сопротивление воды, уменьшает скорость хода, иными словами, является отрицательным качеством судна и ее всеми мерами нужно устранять.

1. Действие руля.

Когда перо руля находится в среднем положении в диаметральной плоскости судна, тогда вода со скоростью движения судна симметрично обтекает корпус и перо руля.

Рис. 95. Действие руля: а — на переднем ходу; б — на заднем ходу

Если на судне, движущемся в спокойной воде, переложить перо руля на некоторый угол от диаметральной плоскости судна, то вода будет оказывать давление на руль со стороны того борта, куда переложен руль. Сила давления зависит от угла перекладки руля, площади пера руля и от скорости судна. Эта сила направлена перпендикулярно к плоскости пера руля и ее можно разложить на две составляющие. Одну силу, противоположную направлению хода судна, тормозящую движение судна, называют лобовым сопротивлением. Другая сила действует перпендикулярно направлению движения судна, отбрасывает руль вместе с кормой судна в сторону пониженного давления и называется разворачивающей, поперечной или поворотной силой. Эта сила поворачивает судно в ту сторону, куда переложен руль (рис. 95).

При постоянном угле перекладки руля судно описывает циркуляцию. На большом ходу и на циркуляции судно получает крен, который для малоостойчивых судов при малом радиусе циркуляции может быть опасным. Крен на циркуляции особенно опасен для судов с мощным подвесным мотором, который поворачивается вместе с рулем. На заднем ходу принцип действия руля тот же.

Чем больше угол перекладки руля, тем больше сила давления воды на руль, тем большее сопротивление воды преодолевает судно на повороте и тем больше теряется скорость. Например, некоторые катера на циркуляции теряют 30% скорости. Максимальный угол перекладки, соответствующий наибольшему поворотному действию руля, достигает 35° от диаметральной плоскости судна. Так как с увеличением угла перекладки руля возрастает лобовое сопротивление, то перекладка руля на углы больше 35° невыгодна.

2. Циркуляция.

Мерой поворотливости служит диаметр циркуляции, который определяют опытным путем.

Рис 96. Определение диаметра циркуляции судна

Диаметр циркуляции измеряется расстоянием между двумя противоположными точками, находящимися наиболее близко к окружности кривой, описываемой центром тяжести судна при полном повороте судна на 360°. В практике, для следования судна на обратный курс делается поворот на 180°. Повороты на 360° почти не применяют, исключая случаи определения диаметра циркуляции и проверки показаний компаса. Обычно циркуляцию характеризуют отношением длины корпуса к диаметру циркуляции.

Так, например, для одновинтовых водоизмещающих моторных катеров с наибольшей длиной корпуса 6—8 м считается нормальным, если диаметр циркуляции составляет до трех-четырех длин корпуса. Килевые суда менее поворотливы, чем плоскодонные. Длинные суда менее поворотливы, но более устойчивы на курсе, чем короткие.

Судоводитель должен знать диаметр циркуляции судна, которым он управляет.

Рис. 97. Действие подъемной силы глиссирующего судна при боковом перемещении

Для измерения наименьшего диаметра циркуляции маломерного судна при полном водоизмещении D(рис. 96) надо, задав двигателю число оборотов, соответствующее эксплуатационной скорости, плавно положить руль на наибольший возможный угол. После того как судно войдет в установившуюся циркуляцию, надо сбросить на воду заметную чурку, одновременно заметив курс по компасу или береговым предметам. Когда судно ляжет на противоположный курс (поворот на 180°), надо сбросить вторую чурку, после чего на малой скорости подойти кормой к одной из чурок и, став носом по направлению к другой чурке, с носа сбросить еще чурку и т. д., пока не будет пройден весь путь от первой до второй чурки. Сосчитав число сброшенных чурок, нетрудно приближенно оценить диаметр циркуляции.

Рис. 98 Силы, выбывающие крен на циркуляцию

Во время циркуляции целесообразно при наибольшем возможном угле перекладки руля оценить на глаз угол крена.

При циркуляции корма судна отклоняется во внешнюю сторону от траектории движения центра тяжести за счет приложения к рулю разворачивающей силы. При движении по кривой на судно действует центробежная сила, направленная от центра кривизны и приложенная к центру тяжести судна. Дрейфу судна под давлением центробежной силы препятствуют силы сопротивления воды — боковое сопротивление, точка приложения которого расположена ниже центра тяжести. Потому на судно будет действовать пара сил, создающая крен на борт, противоположный направлению поворота. Крен увеличивается с повышением центра тяжести судна над центром бокового сопротивления и с уменьшением метацентрической высоты (рис. 98). Увеличение скорости на циркуляции и уменьшение диаметра циркуляции могут резко увеличить крен.

Суда, у которых расстояния по вертикали между центром тяжести и боковым сопротивлением незначительны, будут при поворотах крениться во внешнюю сторону.

В отличие от обычных водоизмещающихся судов для глиссирующих обводов силы, вызывающие крен, на циркуляции будут дополнены подъемной силой, возникающей на корпусе при боковом перемещении (рис. 97).

Появление дополнительной подъемной силы при боковом перемещении объясняется особенностью глиссирующих судов крениться при движении на установившейся циркуляции во внутреннюю сторону (в сторону отклонения руля), при одновременном скольжении под действием центробежной силы — дрейфовании лагом во внешнюю сторону. Это подскальзывание-дрейф увеличивает циркуляцию глиссирующих судов.