Если на судне, движущемся прямолинейным курсом, переложить рули к борту на какой-либо угол и удерживать его неизменно, то судно опишет криволинейную траекторию. Такое движение судна, а также траекторию движениия его центра тяжести (Ц.Т.) принято называть ц и р к у л я ц и е й. Схема циркуляционного движения судна при перекладке органа управления приведена на рис.(6.3). Циркуляционное движение судна разделяют на три периода: маневренный, эвалюционный и установивщейся.
П е р в ы й п е р и о д – м а н е в р е н н ы й – определяется началом и окончанием перекладки руля. Следовательно, маневренный период циркуляции начинается в момент начала перекладки руля и заканчивается, когда судно начинает поворачиваться вокруг вертикальной оси. Обычно за маневренный период циркуляции принимают период перекладки рулей. Если руль перекладывается на борт, то этот период продолжается 10 -15 с. В этот период сила сопротивления руля РХ определяет некоторое снижение скорости движения судов. Под действием поперечной силы руля РУ судно получит боковое смещение (дрейф) в сторону, противоположную перекладке руля. (Рис 6.2а). Траектория центра тяжести судна будет искривляться в сторону, обратную повороту. Одновременно с этим судно начнет совершать вращательное движение и отклоняться носом в сторону поворота. Появляется угол δ, который создает поворачивающий момент, но этот поворачивающий судно момент в маневренный период циркуляции еще не превзошел момент сил инерции сопротивления воды и поворот судна отсутствует. С этим движением судна связано наличие обратного смещения на циркуляции, которое будет рассмотрено далее..
а б
Рис.6.2 Схема действий сил на циркуляции:
а) в маневренный период;
б) в эволюционный период.
В т о р о й п е р и о д – э в о л ю ц и о н н ы й – начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается тогда, когда силы и моменты, действующие на судно, а также элементы движения примут установившийся характер, т.е. перестанут изменяться по времени. Эволюционный период циркуляции начинается с того момента, когда судно приобретает наряду с дрейфом вращательное движение (рис.2б).
Боковое перемещение судна в маневренном периоде и поворот, который начинается во втором, эволюционном периоде циркуляции, приведет к тому, что сила сопротивления воды Ro при движении судна на прямом курсе, действовавшая вдоль диаметральной плоскости, постепенно переходит в силу RГ, которая действует под некоторым углом δ к диаметральной плоскости судна (рис.2б). Величина этой силы будет зависить не только от угла дрейфа судна β, но и от угловой скорости вращения судна ω.Продольная составляющая этой силы RГХ и продольная рулевая сила РХ уменьшает скорость движения судна, в результате чего в период циркуляционного движения судна она становится меньше скорости его движения на прямом курсе. Боковая рулевая сила РУ и поперечная составляющая гидродинамической силы RГУ направлены в разные стороны.
В начале эволюционного периода, когда сила RГУ еще невелика, она приостанавливает дрейф судна, имевший место в маневренный период циркуляции. Момент гидродинамической силы относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести судна, равный RУГ LR,, направлен так же, как и момент от боковой рулевой силы РУLК, поэтому угловая скорость вращения судна увеличивается.
Перекладка руля, появление угла дрейфа и искривление траектории движения центра тяжести (Ц.Т.) судна приводят к нарушению симметрии обтекания корпуса и к возникновению боковой силы на корпусе, направленной в сторону перекладки руля. Эта сила со временем становится больше поперечной силы руля и вскоре после его перекладки боковое смещение судна изменяет свое направление на противоположное.
Во время первого и второго периодов действующие на судно силы и характер его движения непрерывно изменяются, но к концу эволюционного периода они приближаются к постоянным значениям, характерным для третьего периода – периода установившейся циркуляции.
Т р е т и й п е р и о д – установившейся циркуляции – начинается с момента окончания второго периода и длится до тех пор, пока руль находится в переложенном положении. Траекторией движения судна в третьем периоде является окружность, при этом все элементы движения будут постоянными, т.е. V= const, β = const,
ДЦ = const.
Переход к третьему периоду обуславливается несколькими причинами. Во-первых, по мере возрастания угла дрейфа и угловой скорости поворота в эволюционном периоде уменьшается величина сил давления воды на руль или на поворотную насадку. Во-вторых, точка приложения силы сопротивления RГ (см.рис.6.2.б) непрерывно смещается при этом в корму и момент ее RГУLК способствующий повороту судна, уменьшается. Возрастают силы сопротивления воды вращательному движению судна. Все это приводит к тому, что при некотором определенном угле дрейфа достигается равновесие всех вил, действующих на судно, и оно совершает установившееся движение по кругу.