Традиционное рулевое устройство судна состоит из пера руля и деталей, обеспечивающих его перекладку на требуемый угол поворота. К этим деталям относятся штурвал, штуртрос, ролики, румпель, баллер и перо руля (рис. 2.17. ).

Рис. 2.17. Схема традиционного рулевого устройства:
1 - штурвал; 2 - штуртрос; 3 - направляющие ролики; 4 - румпель секторного типа; 5 - баллер; 6 - перо руля

Современное рулевое устройство состоит из руля, рулевой машинки, боудена и кронштейна крепления боудена (рис. 2.18. ).

Рис. 2.18. Схема современного рулевого устройства: 1 - рулевой редуктор; 2 - кронштейн крепления; 3 - рулевое колесо; 4 - рулевой боуден

Рули бывают пассивными (традиционные) и активными (подвесной лодочный мотор (далее - ПЛМ), поворотно-откидная колонка (далее - ПОК) или водомет). Рули (пассивные) бывают различных типов (рис. 2.19. ).

Рис. 2.19. Типы пассивных рулей:
а - навесной на транце; б - подвесной балансирный; в - полубалансирный

Перо руля закрепляется на баллере, служащем для поворота пера руля на задаваемые углы. Перо руля может состоять из одной плоской пластины (пластинчатый руль) или иметь полую обтекаемую форму. На верхнюю часть баллера насаживается румпель в виде рычага для управления.

Для чего необходимы балансирный и полубалансирный рули? Во время движения судна на перо руля, отклоненное от диаметральной плоскости, давит сила, возникающая от обтекания водой. Эта подъемная сила, направленная горизонтально, сосредотачивается в одной точке - точке приложения всех равнодействующих сил давления. Она располагается примерно на 1/3 от передней кромки пера руля. Таким образом, чем ближе к баллеру располагается точка приложения сил давления, тем меньшее усилие передается от пера руля через баллер и румпель на штуртрос и далее на штурвал.

Рули могут не иметь снизу точки опоры или опираться на «пятку». На водоизмещающих судах устанавливают подвесные полубалансирные и балансирные рули. Рулевое устройство состоит из штурвала, на валу которого закреплен барабан штуртроса, который проложен по роликам вдоль бортов катера к корме и крепится там к сектору, ПЛМ или ПОК. Штуртрос состоит из гибкого стального, иногда оцинкованного троса диаметром 3-6 мм. На барабан штурвала штуртрос навивается несколькими шлагами (витками) и контрится.

На роликах штуртрос обычно испытывает значительное трение, ввиду чего нужна постоянная смазка. Существенный недостаток штуртросной проводки: она быстро вытягивается, появляется «слабина». Это устраняется при помощи подтягивания талрепов. На мотолодках до 5 метров вместо талрепов иногда ставят натяжные пружины. Штуртрос проводится так, чтобы на переднем ходу вращение штурвального колеса в какую-либо сторону вызывало отклонение носовой части судна в ту же сторону. Натяжение и прокладка штуртроса должны быть такими, чтобы исключить его «набегание» на реборды роликов, а также его касание с конструкциями судна. Диаметр роликов по ручейку не должен быть меньше 15-18 диаметров троса. Штуртрос не должен препятствовать откидыванию ПЛМ и ПОК при дистанционном рулевом управлении ими. В настоящее время на новых моторных судах штуртросовая проводка применяется редко. На современных судах устанавливаются рулевые устройства с боуденами. Схема устройства боуденов и разновидности кронштейнов на рис. 2.20.

Рис. 2.20. Схема устройства боуденов

На рисунке показано принципиальное устройство боудена. В зависимости oт назначения, т. е. усилия и расстояния, на которое оно передается, конструкция боуденов может быть различной. Боудены существуют двух видов - рулевой и управления газом и реверсом. Те и другие также существуют трех типов: для небольших усилий на коротких расстояниях, средние и для наиболее нагруженных конструкций на удаленном расстоянии. Как правило, рулевые боудены поставляют длиной от 8 до 22 футов с интервалом в один фут.

Рулевые машинки (редукторы) также существуют двух видов - обычные системы и рулевые управления с функцией NFB, т. е. фиксируются в остановленном положении и без помощи штурвала в первоначальное положение руль не возвращается. Соответственно тот и другой вид машинки существует нескольких типов, в том числе способных работать в паре. Если посты управления в каюте и на палубе, можно установить машинки, работающие параллельно. Рулевую машинку, а, следовательно, и рулевое колесо (штурвал) не зависимо от наклона конструкции судна, к которой крепится рулевая машинка, можно установить под углом, удобным водителю. Боуден рулевого управления может крепиться на самом моторе (если есть детали крепления), на транце судна и стенке подмоторной ниши в зависимости от особенностей конструкции судна. В соответствии с этим выбирается конструкция рычага (тяги), которая поворачивает мотор (см. рис. 2.20.). Какой длины нужен рулевой боуден - см. рис. 2.21.

Рис. 2.21. Схема выбора длины боуденов

Еще одна деталь рулевого управления. Если на судно устанавливается два мотора, они должны быть соединены траверсой (специальной тягой) для синхронного поворота обеих моторов. Современные водоизмещающие суда и относительно большие глиссирующие суда (более 10 м) оборудуются подруливающим устройством. В носовой подводной части, поперек судна, располагается туннель (труба). Внутри туннеля, в диаметральной плоскости, расположен гребной винт, приводимый в движение электромотором, который при включении создаст тягу, направленную поперек корпуса судна в ту или другую сторону. В кормовой части подруливающее устройство чаще устанавливается на транец в виде отдельного агрегата чуть выше уровня днища судна.

Рулевое устройство обеспечивает управляемость судна, т. е. позволяет удерживать судно на заданном курсе и изменять направление его движения. Составными частями рулевого устройства являются: руль, рулевой двигатель, рулевой привод, пост управления и рулевая передача.

Руль служит непосредственно для сохранения или изменения направления движения судна. Он состоит из стальной плоской или обтекаемой пустотелой конструкции - пера руля и вертикального поворотного вала - баллера, жестко соединенного с пером. На верхний конец баллера (головку), выведенный на одну из палуб, насаживается сектор или рычаг - румпель.
К нему прилагается внешнее усилие, поворачивающее баллер. При установке пера руля в диаметральной плоскости движущегося судна оно будет сохранять направление движения.
Если перо руля отклонить от этого положения, то сила давления воды, действующая на перо, создаст вращающий момент, который повернет судно. Рулевой двигатель - паровая, электрическая, гидравлическая или электрогидравлическая машина, приводящая в действие руль.
Рулевой двигатель устанавливается у румпеля и соединяется с ним непосредственно, без промежуточных передач, или отдельно от румпеля.

Рулевой привод передает усилие от рулевого двигателя к баллеру. Пост управления устанавливается в рулевой рубке. Он служит для дистанционного управления рулевой машиной через штурвал, контроллер или кнопочный пульт управления.
Органы управления монтируют обычно на одной колонке с авторулевым агрегатом, рядом устанавливают путевой магнитный компас и репитер гирокомпаса. Для контроля за положением пера руля относительно диаметральной плоскости судна на колонке управления и на лобовой переборке рубки устанавливают рулевые указатели - аксиометры.

Рулевая передача служит для связи поста управления с пусковым механизмом рулевого двигателя. Наиболее простыми передачами являются механические, непосредственно соединяющие штурвал с пусковым устройством рулевого двигателя.
Но они имеют ряд существенных недостатков (низкий КПД, требуют постоянного ухода и др.) и на современных судах не применяются. Основными видами рулевых передач являются электрические и гидравлические.

рис. 61 Рули

а - обыкновенный плоский; б - обтекаемый; в - балансирный, г - полубалансирный

По конструкции пера рули могут быть плоскими и обтекаемыми.

Обыкновенный плоский руль имеет ось вращения у передней кромки руля (рис. 61, а). Перо руля 1, изготовленное из стального листа толщиной 20-30 мм, имеет ребра жесткости 2, которые идут попеременно с одной и другой стороны пера.
Они отлиты или откованы заодно с утолщенной вертикальной кромкой руля - рудерписом 3, имеющим ряд петель 4 с надежно закрепленными в них штырями 5. Этими штырями руль навешивается на петли 6 рудерпоста 9. Штыри имеют бронзовую облицовку, а петли рудер-поста - бакаутовые втулки. Нижний штырь рудерписа входит в углубление пятки ахтерштевня 10, в которое для уменьшения трения вставляется бронзовая или бакаутовая втулка с закаленной стальной чечевицей на дне. Пятка ахтерштевня через чечевицу воспринимает на себя весь вес руля.
Для предупреждения смещения руля вверх один из штырей, обычно верхний, на нижнем конце имеет головку. Верхняя часть рудерписа соединяется с баллером руля 8 при помощи специального фланца 7. Фланец несколько смещен от оси вращения, благодаря чему образуется плечо и облегчается поворот пера руля.
Смещенный фланец позволяет во время ремонта пера руля снять его с петель рудерпоста без подъема баллера, разобщив фланец и развернув перо и баллер в разные стороны.

Обыкновенные плоские рули просты по конструкции, отличаются прочностью, но создают большое сопротивление движению судна и требуют большого усилия для их перекладки. Поэтому на современных судах вместо плоских рулей применяются обтекаемые.

Перо обтекаемого руля (рис. 61, б) представляет собой сварной металлический каркас, обшитый листовой сталью (стальная оболочка водонепроницаемая). Перу придают обтекаемую форму. Для уменьшения сопротивления воды движению судна на пере руля устанавливают специальные наделки - обтекатели и придают обтекаемую форму рудерпосту.
В зависимости от положения пера руля относительно оси его вращения рули подразделяются на обыкновенные, или небалансирные, балансирные и полубалансирные.

У балансирного руля (рис. 61, в) часть пера расположена к носу судна от оси вращения. Площадь этой части, называемой балансирной, составляет от 20 до 30% всей площади пера. При перекладке руля давление встречных потоков воды на балансирную часть пера содействует повороту руля, уменьшая тем самым нагрузку на рулевую машину.
Балансирные рули, как правило, обтекаемые. Полубалансирный руль (рис. 61, г) отличается от балансирного тем, что его балансирная часть имеет меньшую высоту, чем основная.

Крепление балансирных и полубалансирных рулей осуществляется по-разному в зависимости от конструкции кормы и ахтерштевня судна. Кроме рассмотренных основных типов рулей, на некоторых судах применяются специальные рули и подруливающие устройства, позволяющие значительно улучшить маневренные качества судна. К ним относятся: активные рули, поворотные насадки, дополнительные носовые рули и подруливающие устройства.

Активные рули имеют обтекаемую форму. В каплевидной наделке на пере руля вмонтирован электродвигатель, который приводит во вращение небольшой гребной винт, установленный за задней кромкой пера. Питание на электродвигатель подается через пустотелый баллер.
Активный руль упором рулевого винта позволяет эффективно разворачивать судно, имеющее малую скорость движения или не имеющее хода, что очень важно при плавании в узкостях, при швартовке и в других случаях.

Поворотная насадка представляет собой массивное кольцо , закрепленное на баллере по типу балансирного руля. При повороте насадки струя воды, отбрасываемая гребным винтом, изменяет свое направление и этим обеспечивается поворот судна.
Такие насадки применяются на буксирах. Носовые рули балансирного типа устанавливаются в дополнение к основным для улучшения управляемости на заднем ходу. Они применяются на паромах и некоторых других судах.

Для улучшения маневренности судна используются также подруливающие устройства. Их гребные винты, насосы или крыльчатые движители создают упор в направлении, перпендикулярном ДП судна, чем способствуют эффективному развороту судна. Управляют подруливающими устройствами из рулевой рубки.

§ 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.