Рулевое устройство (рис. 60), в состав которого входят руль и привод руля, предназначено для управления судном.
Руль (рис. 61) состоит из пера и баллера.
Перо - это плоский или, чаще, двухслойный обтекаемый щит с внутренними подкрепляющими ребрами, площадь которого у морских судов составляет 1/40 - 1/60 площади погруженной части ДП (произведения длины судна на его осадку LT ). Внутреннюю полость пера руля заполняют пористым материалом, предотвращающим попадание воды внутрь. Основу пера руля составляет рудерпис - массивный вертикальный стержень, к которому крепят горизонтальные ребра пера руля. Вместе с рудерписом отливают (или отковывают) петли для навешивания руля на рудерпост (его иногда заменяют жесткой сварной конструкцией).
Баллер - это стержень, при помощи которого поворачивают перо руля. Нижний конец баллера имеет обычно криволинейную форму и заканчивается лапой - фланцем, служащим для соединения баллера с пером руля при помощи болтов. Это разъемное соединение баллера с пером руля необходимо для съема руля при ремонте. Иногда вместо фланцевого применяют замковое или конусное соединение.
Баллер руля входит в кормовой подзор корпуса через гельмпортовую трубу и поддерживается специальным упорным подшипником, расположенным на одной из платформ или палуб.
Верхняя часть баллера проходит через второй подшипник и соединяется с румпелем.
В зависимости от расположения руля относительно оси вращения различают (см. рис. 62): обыкновенные рули, у которых перо полностью расположено в корму от оси вращения; балансир осью вращения на две неравные части: большая - в корму от оси, меньшая - в нос; полубалансирные рули отличаются от балансирных тем, что балансирная часть сделана не по всей высоте руля.
Рис. 60. Рулевое устройство с навесным небалансирным рулем:
1 - перо руля; 2 - нижний опорный подшипник; 3-баллер; 4 - верхний опорный подшипник; 5 - электрогидравлическая рулевая машина; 6 - ограничитель поворота баллера; 7 - гельмпортовая труба; 8 - верхний штырь; 9 - нижний штырь; 10-опорный
ные рули, у которых перо разделено
Балансирные и полубалансирные рули характеризуются коэффициентом
компенсации, т. е. отношением площади балансирной части к полной площади руля (обычно он равен 0,25-0,35). Для их перекладки требуется меньше усилий и, следовательно, менее мощная рулевая машина. Однако крепление таких рулей к корпусу судна сложнее, поэтому на тихоходных судах, на которых требуются небольшие усилия для перекладки руля с борта на борт, применяют обыкновенные рули.
Рис. 61. Основные типы рулей:
а - обыкновенный; б - балансирный; в - балансирный подвесной;
г - полубалансирный одновинтового судна
Разновидностью балансирного руля является широко известный руль типа Симплекс (рис. 7.4) со съемным неподвижным шпинделем, заменяющим
рудерпост, на который навешивают перо руля. Эти рули более надежны, обладают большей жесткостью крепления к корпусу судна и их удобнее демонтировать.
Рис. 62. Балансирный руль типа Симплекс.
1 - перо руля; 2 - лапа баллера;
3 - неподвижный шпиндель
Привод руля состоит из механизмов и устройств, предназначенных для перекладки руля на борт. В их число входят рулевая машина, рулевой привод, т. е. устройство для передачи вращающего момента от рулевой машины к баллеру, и привод управления рулевой машиной (рулевая передача). По Правилам Регистра каждое морское судно должно иметь три привода, действующих независимо друг от друга на руль: основной, запасной и аварийный. Обычно для основного привода применяют рулевые машины, а запасной и аварийный делают ручными, за исключением судов, у которых диаметр головы баллера руля больше 335 мм, а также пассажирских судов с диаметром головы баллера более 230 мм; для них требуется механический запасной привод.
Рулевую машину обычно размещают в специальном румпельном отделении, поблизости от руля, а на малых судах и катерах - в посту управления судном.
Рис. 63. Общий вид и схема действия электрогидравлической рулевой машины.
1 - баллер; 2 - румпель; 3 - цилиндр; 4 - плунжер; 5 - электродвигатель; 6 - масляный насос; 7 - пост управления
В качестве приводов для рулевых машин в настоящее время используют электродвигатели, электрогидравлические, гидравлические и, реже, паровые машины. Наиболее распространены электрогидравлические машины (рис. 63).
Мощность рулевой машины в основном рулевом приводе должна обеспечить на максимальном переднем ходу судна перекладку руля с 35°одного борта до 30° на другой борт не более чем за 28 с. На небольших судах допускается и ручной основной привод в тех случаях, если при выполнении изложенных выше условий усилие на рукоятке штурвала не превысит 160 кН (16 кгс), а число оборотов штурвала будет не более 25 за одну полную перекладку.
Передача на руль усилий, развиваемых в рулевой машине, осуществляется с помощью рулевого привода в виде тросов, цепей или гидравлической системы либо путем жесткой кинематической связи между рулевой машиной и рулем (зубчатые секторы, винты и пр.). Различают румпельный, секторный и винтовой приводы.
Румпельный привод представляет собой одноплечий рычаг - румпель, один конец которого соединен с верхним концом баллера, а другой - с тросом, цепью или гидросистемой, предназначенными для связи с рулевой машиной или постом управления (рис. 64).
Рис. 64. Рулевые приводы:
а - румпельный; б - винтовой.
1 - перо руля; 2 - баллер; 3 - румпель; 4 - штур трос; 5 - зубчатый сектор;
6 - пружинный амортизатор; 7 - винтовой шпиндель; 8 - ползун
Этот привод, называемый иногда продольно-румпельным, применяют на небольших судах, а также спортивных и несамоходных судах внутреннего плавания. В отличие от него поперечно-румпельный привод представляет собой румпель в виде двух-плечего рычага. Он широко распространен на крупных судах, обслуживаемых четырехплунжерными гидравлическими рулевыми машинами.
Секторный привод широко применяют при передаче усилий на руль от электрических рулевых машин. В этом случае находящаяся в зацеплении с сектором шестерня вращается от электродвигателя. Для компенсации ударных нагрузок на руль в секторе устанавливают пружинные компенсаторы.
Винтовой привод обычно бывает запасным, его ставят непосредственно у руля в румпельном отделении. Вращение от штурвала передается винтовому шпинделю, имеющему по концам резьбу противоположных направлений. Перемещающиеся при вращении шпинделя ползуны с правой и левой резьбой через систему тяг воздействуют на плечи поперечного румпеля, насаженного на баллер руля. Винтовой привод компактен и позволяет снизить до необходимого предела усилия на штурвал благодаря возможному большому передаточному числу. Недостатком его является более низкий КПД из-за потерь при трении винтовой пары.
Привод управления рулевой машиной (рулевая передача) служит для передачи команд из рулевой рубки на рулевую машину, находящуюся обычно на большом расстоянии от мостика. На современных крупных судах наиболее распространены электрический и гидравлический приводы. Реже применяют тросовый или валиковый приводы.
Положение пера руля контролируется специальными указателями. Для обеспечения бесперебойной работы рулевого устройства пост управления машиной дублируют, располагая запасный пост в румпельном отделении или рядом с ним.
На малых судах, не имеющих рулевых машин, перекладка руля вручную
при вращении штурвала выполняется с помощью штуртросовой проводки, состоящей из троса, прикрепленного с двух сторон к румпелю и проведенного
через направляющие ролики от румпеля к штурвалу. Закрепленные на барабане
штурвала штуртросы при вращении штурвала навиваются на барабан или сматываются с него, усилие передается на румпель, а затем на руль. Для устранения возникающей при повороте румпеля слабины штуртроса в схему вводят пружинные компенсаторы или ползуны, перемещающиеся вдоль румпеля.
Разновидностью ручного привода с секторной передачей усилия на баллер руля является валиковая передача. Она состоит из нескольких валиков,
соединенных при помощи муфт и карданных шарниров, а в местах крутых изломов - коническими передачами. Вращение от штурвала через валиковую передачу сообщается шестерне, сцепленной с сектором руля. Валиковая передача обладает большим КПД, чем штуртросовая.
Рис. 65. Активный руль (а) и поворотная насадка (в).
1 - перо руля; 2- винт подруливающего устройства; 3- гидравлический двигатель; 4- баллер; 5 – трубопровод; 6- гребной винт; 7- поворотная насадка
Дополнительные средства управления. Для улучшения маневренности судна на малых ходах, когда обычное рулевое устройство недостаточно эффективно, особенно при швартовке судна у пирса и движении в узких местах (каналы, шхеры, ограниченный фарватер), устанавливают дополнительные средства управления: носовые рули, а также средства активного управления (САУ) - направляющие насадки, активные рули, подруливающие устройства и вспомогательные движительно- рулевые колонки (ВДРК).
Носовой руль размещают в нижней части носовой оконечности. Его применяют на паромах так называемого челночного типа, т. е. плавающих попеременно носом и кормой. Широкого распространения не получил.
Активный руль (рис. 65) - это небольшой гребной винт, установленный в пере обычного руля и приводимый в действие от электродвигателя, расположенного либо непосредственно вместе с ним в пере руля, либо в баллере. При перекладке руля с работающим в нем гребным винтом последний создает упор, поворачивающий кормовую оконечность судна, даже если оно не имеет хода.
Работающий гребной винт активного руля может также сообщать судну малый ход вперед. Активные рули применяют на траулерах, паромах, исследовательских и других судах. Недостатком их является вызываемое дополнительное сопротивление движению судна на полном ходу и в связи с этим некоторое снижение скорости.
Поворотная насадка (рис. 65, б) представляет собой кольцеобразное тело, укрепляемое на баллере, ось которого расположена в плоскости диска гребного винта. При повороте насадки (устанавливаемой вместо руля) отбрасываемая гребным винтом струя воды отклоняется, что и вызывает поворот судна.
Поворотная насадка не только значительно улучшает поворотливость судна на малых ходах (особенно на заднем), но и позволяет при постоянной мощности увеличить скорость на 4-5 %. Поворотные насадки широко применяют на речных судах, толкачах-буксирах и некоторых рыбопромысловых судах.
Подруливающее устройство (рис. 66, а) - это расположенная в носовой
(реже, в кормовой) оконечности труба, перпендикулярная к ДП, со сквозными выходами на оба борта, закрываемыми обычно жалюзи. В этой трубе размещают гребной винт или крыльчатый движитель, образующий направленную перпендикулярно к ДП судна струю воды, создающую упор, под действием которого и поворачивается нос (или корма) судна. При установке двух подруливающих устройств (в носу и корме) эффективность их действия возрастает благодаря возможности одновременной работы в разные стороны. При работе обоих устройств в одном направлении судно может перемещаться лагом, что очень удобно при швартовке у пирса. Подруливающие устройства обеспечивают высокую маневренность в дрейфе и на малых ходах (при скорости не более 2-6 уз), поэтому их обычно ставят на судах, имеющих частые швартовки (например, на пассажирских судах, паромах, спасателях и др.). Подруливающее устройство на океанских пассажирских лайнерах и крупнотоннажных судах позволяет им входить в порты, подходить к причалу и отходить от него без помощи буксиров.
Рис. 66. Подруливающее устройство и вспомогательная движительно-рулевая колонка
В последнее время на некоторых танкерах встречается подруливающее устройство в виде водометного движителя, использующего энергию балластного, или грузового насоса. Интересны также применяемые на некоторых паромах, промысловых и исследовательских судах и на судах технического флота ВДРК - выдвигаемые под днищем поворотные колонки с гребным винтом, создающим упор в нужном направлении (рис. 66, б).
Как показывают расчеты, для удовлетворительной управляемости на малых ходах подруливающее устройство должно создавать упор, равный 40-60 кН (4-6 кгс) на каждый квадратный метр площади подводной части ДП судна.
Рулевое устройство включает рулевую машину с румпельным, секторным, винтовым или гидравлическим приводом и собственно руль, основной и ручной (запасной) привод руля.
К основным требованиям, предъявляемым к рулевым устройствам, относят:
Максимальный угол перекладки руля для морских судов должен
быть равен 35 градусам, а для судов речного флота может достигать 45 градусов;
Длительность перекладки руля с одного борта до другого борта должна быть не более 28 с;
Рулевые машины должны обеспечивать надёжную работу
рулевого устройства в условиях качки судна с креном до 45 градусов, длительного крена —
до 22,5 градусов и дифферента — до 10 градусов.
Дефектоскопия и ремонт . К характерным дефектам рулевого устройства относят:
Изнашивание шеек баллера руля, его изгиб и скручивание;
Изнашивание подшипников, штырей, чечевицы;
Повреждения соединения баллера с пером руля;
Коррозионные и эрозионные разрушения, трещины пера руля;
Нарушение центрирования руля.
Техническое состояние рулевого устройства определяют перед каждым очередным освидетельствованием судна (на плаву или в доке), до и после ремонта судна и при подозрении о появлении неисправности.
Дефектоскопию рулевого устройства проводят в два этапа.
На первом этапе, без каких-либо демонтажных работ, определяют общее техническое состояние рулевого устройства методом внешнего осмотра (со шлюпки и водолазный осмотр): соответствие положения пера руля и указателей (для определения величины скручивания баллера руля); зазоры в подшипниках и высоту от пятки ахтерштевня до пера руля (Н) (проседание руля):
На втором этапе рулевое устройство демонтируют и разбирают.
Демонтаж, разборка. Перед демонтажем руля в кормовой части устанавливают настил, подвешивают тали, готовят стропы, домкраты и необходимый инструмент. Разборка включает следующие операции:
Разбирают ручной привод руля, тормозное устройство и выводят из зацепления зубчатый сектор механического привода;
Снимают с головной части баллера руля зубчатый сектор, румпель;
Разбирают подшипники баллера руля, разъединяют и разобщают баллер с рудерписом;
Поднимают и выводят перо руля из кормового подзора и опускают на палубу дока, судна или на причал;
Опускают застропленный баллер через гельмпортовую трубу на палубу;
Выбивают чечевицу из гнезда пятки ахтерштевня через отверстие, имеющее в ней.
Втулку-подшипник, запрессованную в пятке ахтерштевня, в случае большого изнашивания, разрезают по длине и после смятия её краев выбивают из гнезда.
При разборке рулевого устройства наибольшую сложность представляет демонтаж румпеля с баллера руля. Как правило, румпель напрессован на головную часть баллера в горячем состоянии с натягом. Иногда головку румпеля для снятия разрезают газовым резаком во время разборки и проводят детальную дефектоскопию с последующим ремонтом деталей рулевого устройства.
Изнашивание шеек баллера устраняют проточкой (допустимое уменьшение диаметра шейки баллера — не более 10% номинального значения), либо электронаплавкой с последующей механической обработкой.
Изогнутый баллер правят в горячем состоянии с нагревом до температуры 850-900 С, а после правки его подвергают отжигу и нормализации. Точность правки считается удовлетворительной, если биение баллера в месте изгиба будет находиться в пределах 0,5-1 мм. После правки и нормализации плоскость фланца баллера и шейки протачивают на токарном станке.
При скручивании баллера до 15 градусов заваривают старый шпоночный
паз, выполняют термообработку этого участка для снятия напряжений скручивания,
размечают и фрезеруют новый шпоночный паз в плоскости пера руля.
При изнашивании втулки-подшипника и чечевицы их заменяют. Чечевицу изготавливают из стали с последующей закалкой.
Дефект фланцевого соединения баллера с пером руля устраняют их проворачиванием, шабрением шпоночного паза и установкой новой шпонки.
К наиболее частым повреждениям пера руля относят вмятины и разрывы листов обшивки пера руля. При общем изнашивании обшивки пера руля (более 25% толщины) листы заменяют.
Трещины и коррозионные разрушения сварных швов устраняют разделкой и сваркой. Перед заменой обшивки пера руля из её внутренней полости удаляют варпек (продукт перегонки каменного угля), который представляет собой твёрдую стекловидную массу чёрного цвета. После ремонта во внутреннюю полость пера руля опять заливают варпек в горячем состоянии (при нагревании варпек становится жидким).
До постановки простого руля на место проверяют центрирование отверстий петель ахтерштевня методом натянутой струны. За базу при центровке петель ахтерштевня принимают оси гельмпортового подшипника и подшипника пятки ахтерштевня.
Качество ремонта и монтажа рулевого устройства оценивают по результатам центрирования, величине установочных зазоров в подшипниках, соответствию положений пера руля и указателей.
Критерием общего технического состояния рулевого устройства является время перекладки руля во время ходовых испытаний судна, которое не должно превышать 28 с. Испытания рулевого устройства должны проходить при волнении моря не более 3 баллов, на полном переднем ходу судна при номинальной частоте вращения гребного вала.
Методика контроля рулевого устройства по техническому состоянию.
Методика предусматривает определение общего технического состояния рулевого устройства на основе его наружных осмотров без каких-либо демонтажных работ (осмотр со шлюпки, водолазный осмотр) и контроля следующих параметров:
Уровня виброускорения баллера руля; .
Времени перекладки руля с борта на борт;
Давления жидкости в гидравлических цилиндрах для электрогидравлических рулевых машин;
Силы рабочего тока исполнительного электродвигателя для электрических рулевых машин;
Наличия металлических и абразивных продуктов изнашивания в рабочей жидкости.
По уровню виброускорения баллера руля контролируют состояние зазоров в подшипниках руля.
Периодичность контроля параметров рулевого устройства приведены в таблице:
Достижение предельно-допустимого значения хотя бы одним из параметров говорит о необходимости проведения технического обслуживания (ремонта) рулевого устройства.
На основе контроля фактического технического состояния рулевого устройства могут выполняться следующие работы: замена или пополнение смазки в подшипниках, замена подшипников, плунжерных пар; кроме того, решается вопрос о необходимости постановки судна в док для демонтажа баллера из-за увеличенных зазоров в его подшипниках и повреждений пера руля.
§ 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.
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.