Значительное влияние .угла перекладки руля на циркуляцию связано с действием гидродинамической силы Rf. Величина силы RP зависит от скорости встречного потока и скорости потока, отбрасываемого винтом. Давление встречного потока обозначают буквой А. Скорость потока, закрученного винтом в спираль, имеет две составляющие: осевую и окружную. Давление осевой составляющей на переложенный руль называют силой винтовой отработки и обозначают Сво (рис. 2.1, а). Окружная составляющая потока действует на верхнюю и нижнюю части руля в противоположных направлениях. При винте правого шага поток набрасывается на нижнюю часть пера справа лопастью, перемещающейся из правого положения в нижнее, и на верхнюю часть пера слева лопастью, перемещающейся из левого положения в верхнее. :Струя воды, набрасываемая справа, стремится уклонить корму влево, а набрасываемая слева стремится уклонить корму вправо. По мере увеличения глубины возрастает гидростатическое давление, поэтому сила, уклоняющая корму влево, превышает, силу, уклоняющую корму вправо.
При винте левого шага направление действия сил обратное. Результирующую силу набрасываемой струи обозначают С, эта сила действует на руль и тогда, когда он находится в прямом положении. Таким образом, при перекладке руля полная гидродинамическая сила рассчитывается так:
Rp=A+Cв.о±С,
где знак у силы С зависит от стороны перекладки руля.
Величина силы А зависит от скорости судна, а силы Св.о — от частоты вращения винта. При установившихся скорости судна и частоте вращения винта сила винтовой отработки составляет 30—40% силы встречного потока. С увеличением частоты вращения винта сила Св.о, а следовательно, и сила Rр возрастают и поворотливость судна улучшается.
Это происходит до тех пор, пока скорость судна не будет соответствовать новой частоте вращения винта, т. е. в эволюционный период циркуляции. Действие силы Св.о при увеличении оборотов двигателя проявляется преимущественно в уменьшении выдвига, прямого смещения и, в меньшей степени, тактического диаметра, а диаметр установившейся циркуляции остается неизменным. Наибольший эффект от влияния силы Св.о наблюдается, когда судно описывает циркуляцию с места. Сила С повышает эффективность руля при повороте вправо (у судов с правым шагом винта) я снижает при повороте влево. Следствием этого должно быть уменьшение циркуляции судов в одну сторону и увеличение в другую. В действительности строгой закономерности в этом отношении не наблюдается. Известно, что если судну дать передний ход, то его нос уклонится влево. Объясняется это неравенством поперечных сил реакции лопастей винта в верхнем и нижнем положениях. В начале движения судна вперед или назад лопасти работают в покоящейся воде.
Сопротивление лопасти, проходящей верхнее положение, из-за подсоса воздуха меньше, чем сопротивление лопасти, проходящей нижнее положение. Возникает неуравновешенная сила D, которая в начале работы винта больше силы С. По мере развития оборотов сила D уменьшается ив установившемся режиме движения становится соизмеримой с силой С.
Таким образом, элементы циркуляции вправо и влево будут зависеть от соотношения сил С и D. Действие силы D больше на судах в балласте, когда лопасти винта частично оголены.
Рис.2.1
На заднем ходу винт правого шага вращается против часовой стрелки и, закручивая воду в спиральный поток, набрасывает ее на кормовые обводы судна. На правую раковину вода набрасывается лопастью, движущейся из правого положения в верхнее под углом 90°. На левую раковину вода набрасывается лопастью, движущейся из левого положения в нижнее под острым углом. В результате давление воды справа налево будет больше, чем слеза направо. Под действием набрасываемой струи (сила С’) корма будет уклоняться влево (см. рис. 2.1,6). Изменит также на обратное направление сила реакции винта D и на заднем ходу, независимо от шага винта, будет действовать согласованно с силой С’, При перекладке руля на тот или иной борт на перо руля будут оказывать действие силы встречного потока А и всасываемой струи.
Величина и направление сил А, В, Св.о, С, С’, D зависят от направления движения судна и режима работы винта. При перемене направления движения или режима работы винта эти силы будут складываться или вычитаться, соответственно улучшая или ухудшая поворотливость.
Если судну, не имеющему движения, дать задний ход, то под влиянием силы D корма покатится влево. Возникнет и будет увеличиваться сила набрасываемой струи С’, направленная в ту же сторону, что и сила D. Корма быстро пойдет влево. Для одержания судна на курсе нужно переложить руль вправо, чтобы силы встречного потока А и всасываемой струи В компенсировали силы С’ и D. У некоторых типов судов сумма сил C’+D может оказаться больше суммы сил А +B, вследствие чего перекладки руля для удержания судна на курсе оказывается недостаточно. В таком случае целесообразно разогнать судно на заднем ходу с рулем право на борту и застопорить машину: с исчезновением сил С’ и D корма пойдет вправо.