ВСЕСОЮЗНОЕ ОРДЕНА КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ДОБРОВОЛЬНОЕ ОБЩЕСТВО СОДЕЙСТВИЯ АРМИИ, АВИАЦИИ И ФЛОТУ
КОНСУЛЬТАЦИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ МОРСКОГО МОДЕЛИЗМА ДОСААФ СССР
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1. Рулевое устройство. Типы рулей 6
2. Изготовление моделей рулей и рулевых приводов 14
3. Действие руля и регулировка модели на воде 25
4. Влияние движителей и корпуса модели на действие руля 29
5. Влияние водоема, ветра и волн на управляемость моделей 33
6. Командные слова 43
ВВЕДЕНИЕ
Способность двигаться по прямому заданному направлению (курсу), а также изменять направление движения (маневрировать) является важнейшим и необходимым качеством любого судна. Эти качества обеспечиваются симметричными и обтекаемыми обводами корпуса, установкой на судне рулевого устройства, а также использованием при маневрировании судовых двигателей и движителей (гребных винтов).
К их числу относятся гироскопические компасы, лаги, эхолоты, гирорулевые курсографы, одографы и другие приборы.
Во многих случаях ходовые качества вновь проектируемых судов предварительно проверяются на испытаниях моделей этих судов в опытовых судостроительных и научно-исследовательских бассейнах.
Любители-моделисты должны проводить ходовые испытания при постройке модели и после ее окончания для определения качеств и регулирования механизмов.
Морские моделисты ДОСААФ, как правило, испытывают свои модели в открытых водных бассейнах, подверженных действию ветра, волн и других внешних факторов.
Особым видом испытания любительских моделей являются соревнования. В программу соревнований входят испытания скорости и прямоходности (устойчивости на курсе). Соревнования проводятся на установленной дистанции фарватера, оборудованного на природной акватории (пруду, озере, реке и т. п.).
Для самоходных моделей надводных судов и кораблей Всесоюзными правилами соревнований морских моделистов установлены следующие дистанции ходовых испытаний:
а) для моделей с резиномоторами, пружинными механизмами и другими простейшими двигателями — 35 м;
б) для моделей с электромоторами, компрессионными моторчиками, паровыми турбинками и другими более сложными механическими двигателями — 50 м.
Оценка результатов производится приближенно, так как для моделистов-любителей нет возможности и необходимости установить точные и сложные приборы, регистрирующие ходовые качества модели, как это делается в исследовательских опытовых бассейнах.
Главной целью соревнований является выявление лучших моделей, выявление морской грамотности моделистов, знания ими основ кораблестроения, навыков в конструировании и постройке моделей.
Чтобы создать одинаковые условия и возможности на соревнованиях обычно сравнивают модели одних, заранее установленных классов (типов), построенных в одном и том же масштабе. При этом вводятся и дополнительные ограничения: предельная длина корпуса, тип
двигателя и т. п.
Все модели, за исключением схематических скоростных спортивных, запускаются на воде, имея полное оборудование, т. е. со всеми надстройками, деталями, рангоутом, такелажем и вооружением, изображающими натурное судно. В опытовых бассейнах испытываются обычно лишь голые корпуса, без деталей.
В морском моделизме определяются только общие данные о правильности обводов корпуса, архитектуре и качестве (точности) изготовления модели.
Обычно определение устойчивости на заданном курсе производится для самоходных и парусных моделей всех групп без применения приборов автоматического управления.
Такое условие понятно. В случае установки устройства автоматического управления модель может быть «принудительно» проведена по заданному курсу даже в том случае, если ее корпус будет выполнен не совсем правильно, или, например, модель будет иметь слишком большую парусность, дифферент и крен, что затрудняет определение качеств самой модели.
Вместе с тем всемерно поощряется конструирование и изготовление специальных автоматических устройств для управления моделями. Моделям дается дополнительная оценка с точки зрения конструкции и качества этих устройств, т. е. как моделям заданного маневра, радиоуправляемым, экспериментальным и т. п. В общих соревнованиях такие модели могут участвовать при условии, что автоматические устройства у них выключаются.
Как показывает опыт, качественное изготовление рулевого устройства и умелая, правильная регулировка обычной самоходной модели (без автоматического управления) является для многих моделистов весьма трудной задачей.
Помощь моделистам в этом важном вопросе могут оказать некоторые теоретические сведения, практические советы и типовые конструкции рулевых устройств, приведенные в данной консультации.
I. РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО. ТИПЫ РУЛЕЙ
Для обеспечения поворотливости, а также удержания на заданном прямом направлении на каждом судне устанавливается руль. Руль состоит из следующих частей: пластины (плоской или обтекаемой формы) — пера руля, оси, на которой вращается перо руля, — баллера руля и устройства, с помощью которого производится поворот руля в определенное положение.
На флоте поворот руля называется кладкой руля, поэтому не говорят, что руль повернут (право, лево), а положен (право, лево).
Верхняя часть баллера называется головой руля, а нижняя часть руля — пяткой руля.
На мелких судах (шлюпках, яхтах, катерах) для перекладки руля часто служит простой рычаг, называемый румпелем.
Суда больших размеров для изменения положения руля имеют специальные устройства — рулевые приводы (секторные, винтовые, гидравлические и др.) и механизмы — рулевые машины (электрические,паровые и др.).
Поворотливость судна зависит от размеров пера руля. Чем больше площадь пера руля, тем быстрее и легче произвести поворот судна. Однако руль большей площади требует и больших усилий для его перекладки.
Для облегчения перекладки руля, уменьшения сил сопротивления и улучшения поворотливости судна нередко ось баллера стараются расположить возможно ближе к центру тяжести площади пера руля, а перу придают обтекаемую форму.
Форма руля зависит также от образований (формы) кормы судна. Очертания пера руля могут быть самыми разнообразными, но в зависимости от формы руля и положения оси баллера (относительно центра тяжести пло-
щади пера) различают обыкновенные, балансирные и по-лубалансирные рули.
Типы рулей. Обыкновенный руль (рис. 1) является одним из старейших типов рулей. Подобные рули имеют значительное распространение и в настоящее время на судах транспортного, промыслового и технического флота, а также на многих мелких судах, катерах и шлюпках.
Обыкновенный руль современного типа состоит из стальной пластины Л, прочно соединенной с вертикальным стальным брусом — рудерписом Б. Для большей жесткости и прочности пера привариваются (или приклепываются) горизонтальные ребра В, заканчивающиеся у рудерписа петлями Г. Такие же петли И сделаны на рудерпосте Е — брусе, являющемся окончанием ахтер-штевня.
В петли пропускаются штыры (болты) КУ которые надежно крепят руль к ахтерштевню Д.
Верхняя часть рудерписа посредством муфты или фланцев Л неподвижно соединена с толстым стальным круглым стержнем М (баллером), служащим осью вращения руля.
Баллер проходит внутрь корпуса через специальное отверстие — гельмпорт. Это отверстие продолжается в корпусе в виде гельмпортовой трубы Я, в которой ставятся сальники О для предотвращения попадания воды внутрь корпуса судна.
Таким образом, обыкновенным рулем называется руль, у которого вся площадь (пластина) пера расположена по одну сторону от оси вращения баллера. Для ледоколов и судов ледового плавания форма пера руля, способ его установки несколько отличаются от обычных (рис. 2).
Чем дальше расположен центр тяжести пластины от оси вращения баллера, т. е. чем шире перо руля, тем больше усилий требуется для его перекладки в воде.
В современном судостроении принято много различных конструкций и систем рулей, обеспечивающих судну хорошую поворотливость.
Обтекаемые обыкновенные рули некоторых систем навешиваются на рудерпосты, имеющие также обтекаемую форму (рис. 5). Такой рудерпост называется контррулем и служит как бы продолжением руля.
Иногда контррули делают подвижными. Применение контррулей улучшает ходовые качества корабля, так как контрруль придает нужное направление струям воды, обтекающим корпус судна во время его движения.
Руль крупного морского транспортного судна иногда состоит из трех отдельных пластин (перьев). Боковые, малые пластины неподвижно прикреплены посредством балок (кронштейнов) к средней пластине. С целью уменьшения сопротивления воды движению судна пластины и кронштейны имеют обтекаемую форму.
У мелкосидящих речных судов, где высота руля не может быть большой, ширина пера руля увеличивается. Чтобы не делать очень широкие (длинные) рули, в отдельных случаях вместо одного руля ставят два руля меньших размеров, обычно одинаковых по площади и форме. Размещают их на равном расстоянии от диаметральной плоскости судна. Система установки нескольких рулей применяется также на крупных быстроходных катерах.
Определение размеров руля для модели. Каждый моделист может изготовить надежное и в то же время достаточно простое по конструкции рулевое устройство для своей модели, если он умеет пользоваться некоторыми приближенными формулами для определения размеров руля, знаком с основными правилами установки руля относительно корпуса модели, а также ознакомился с наиболее распространенными системами рулевых устройств, выработанными практикой для самоходных моделей.
Моделисты могут приближенно вычислить площадь пера руля для модели по следующей несложной формуле:
В таблице приводятся данные величин коэффициента, характерные для судов различных типов. Таблица составлена с учетом практического опыта изготовления рулей для морских моделей и их испытаний на воде.
По правилам соревнований все самоходные и парусные модели проходят испытания устойчивости на курсе (прямоходности) на заданном фарватере (ограниченной водной дистанции).
Исходя из практического опыта, морские моделисты часто устанавливают на своих моделях рули несколько больших размеров по сравнению с такими же рулями натурных судов.
Чем больше скорость модели, тем меньше может быть площадь ее руля. Поэтому на быстроходных моделях (скоростные схематические модели, катеры, глиссеры и др.) можно устанавливать рули меньших размеров.
Для самоходных моделей всегда выгоднее делать рули обтекаемой формы.
После вычисления площади пера руля ориентировочно определяются его размеры: высота h и ширина в.
Средняя высота руля принимается близкой по величине к осадке модели по грузовую ватерлинию (ГВЛ); наибольшая ширина пера руля не должна превышать 0,3 — 0,4 ширины корпуса модели.
При установке полубалансирного руля высота руля обычно принимается меньшей, а ширина пера (включая балансирную часть) увеличивается.
Отношение высоты руля к его ширине определяется его формой, которая, в свою очередь, должна соответствовать форме (очертаниям) кормовых обводов корпуса модели.
Для улучшения ходовых качеств модели важно правильно расположить и установить руль, по возможности выполнив следующие требования:
а) Почти на всех моделях кораблей (за исключением моделей скоростных спортивных судов и катеров) нижняя кромка пера руля не должна быть ниже килевой (основной) линии корпуса.
б) При осадке модели по ГВЛ вся пластина пера руля (или по крайней мере большая ее часть) должна быть погружена в воду.
в) На моделях морских судов, имеющих обычные кормовые образования (корму с подзором, крейсерскую, зеркальную и т. п.), задняя кромка пера руля не выступает за крайнюю точку (линию) кормы. И, наоборот, у моделей некоторых типов речных судов с малой осадкой, моделей скоростных спортивных судов и быстроходных катеров часто задняя кромка пера (и даже значительная часть руля) выходит за крайнюю линию кормы.
г) Пластина пера и баллер руля устанавливаются точно в диаметральной плоскости модели и перпендикулярно к плоскости килевой (основной) линии (или грузовой ватерлинии). Перекос руля ухудшает ходовые качества модели и затрудняет ее регулировку на воде.
д) Баллер не должен проходить слишком близко у кормового среза. Нужно предусмотреть возможность свободной и удобной установки рулевого привода на голове баллера.
Если модель имеет два и более гребных винта, то при размещении руля следует проверить расстояния от кромок руля до деталей движителей.
При перекладке руль не только не должен касаться обтекателей, лопастей гребных винтов или кронштейнов гребных валов, но и должна быть обеспечена возможность установки (замены) винтов наибольшего диаметра.
Установлено, что наибольшее полезное действие руля (наибольший момент сил, вращающий судно) будет при перекладке руля на углы до 35° от диаметральной плоскости на каждый борт судна.
При большей перекладке руля сильно возрастают силы сопротивления движению судна, а поворотливость не увеличивается.
Рулевые устройства моделей должны иметь штыры или другие приспособления, ограничивающие угол кладки руля. Этот угол практически принимается равным 40 — 45° на каждый борт модели.
Особенно важно установить ограничители на моделях с автоматическими и телемеханическими рулевыми устройствами.
Любое рулевое устройство самоходной модели должно обладать следующими качествами:
а) Обеспечивать возможность плавной, постепенной кладки руля, чтобы его можно было установить в любом положении относительно диаметрали (в пределах ограниченного сектора). С этой точки зрения лучшими являются простейший рулевой привод с гайкой на баллере и механический привод с червячной передачей. Наименьший интервал (скачок) при перекладке руля, имеющего привод с секторным румпелем, не должен превышать 2-f3°.
б) Обеспечивать плотное и надежное соединение пера руля с баллером и баллера с рулевым приводом (механизмом), исключающее возможность люфта и самопроизвольной кладки руля при движении модели на воде.
в) Пластина пера и баллер должны быть достаточно жесткими, а все устройство прочным. Руль не должен вибрировать, гнуться или ломаться во время движения модели от ударов волн, плавающих на акватории предметов, при навале на буйки, при постановке модели на кильблоки и т. п.
Некоторые начинающие моделисты изготовляют однослойные рули из тонкой жести, а во время запусков и испытаний модели выгибают пластины в нужное положение. Делать этого не следует. Также не рекомендуется перекладывать руль, поворачивая его рукой за перо.
Чтобы добиться хороших ходовых качеств модели, нужно внимательно продумать конструкцию рулевого устройства, тщательно изготовить все его детали и точно установить их на корпус модели.
2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ РУЛЕЙ И РУЛЕВЫХ ПРИВОДОВ
При постройке модели какого-либо судна следует делать руль такой же формы, как и на натурном судне, выбранном моделистом в качестве прототипа (образца). Это требование полностью относится и к настольным моделям судов и кораблей.
Для самоходных и парусных моделей, где рули и рулевые приводы должны быть действующими, иногда бывает трудно изготовить модель рулевого устройства сложной конструкции и формы точно по прототипу. На многих моделях с резиномоторными двигателями и компрессионным моторчиком масштабные рули и приводы невозможно установить по условиям размещения двигателей, редукторов (шестереночных передач), гребных валов и винтов.
Большинство самоходных моделей имеют рули упрощенной конструкции с несложными, но надежными устройствами для перекладки руля и неподвижного закрепления его в различных положениях.
Простейший балансирный руль обтекаемой формы.
Такие рули часто устанавливаются на самоходных моделях легких и малых военных кораблей: эсминцев, сторожевиков, тральщиков, канонерских лодок, бронекатеров и др.
Для изготовления пера руля берется тонкая прямослойная, без сучков, дощечка твердой породы дерева (бук, береза, груша и т. п.). На дощечке размечается контур пера руля, который затем выпиливается лобзиком или ножевкой с мелкими зубцами. Дальнейшая обработка ведется острой стамеской (или ножом), напильником и стеклянной бумагой. Перу руля придают форму, показанную на рис. 6,Л.
Баллер руля делается из велосипедной спицы. Необходимо, чтобы спица имела гайку (ниппель). Если ниппеля по какой-либо причине на спице не окажется, то нужно подобрать другую подходящую гайку. В пере руля высверливается отверстие, куда плотно вставляется баллер. Для прочности соединения отверстие нужно заполнить эмалитом или другим жидким водостойким клеем.
На корме модели (рис. 6,Б) прочно устанавливают опорный бимс, через который проходит гельмпортовая труба; внутренний диаметр трубки должен соответствовать диаметру баллера. Перед установкой на баллер руля плотно надевают резиновую шайбу, которая затем приклеивается к днищу корпуса модели. На голову баллера под гайку надевается металлическая шайба. Место прохода гельмпортовой трубы сквозь днище корпуса нужно залить водостойким клеем и тщательно покрасить как с внутренней, так и с наружной стороны, чтобы вода не попала внутрь корпуса.
Перед запуском модели на воде руль ставится в нужное положение рукой и при помощи гайки неподвижно закрепляется. Перед перекладкой руля гайку надо ослаблять, иначе можно провернуть перо на баллере и руль будет самопроизвольно перекладываться во время движения модели.
Обыкновенный руль. Одной из простых конструкций является однослойный обыкновенный руль для модели двухвинтового морского судна (грузового, пассажирского, буксирного и пр.) (рис. 7). Для пера такого руля тонкая жесть непригодна, так как она может погнуться.
Перо однослойного руля вырезается из жести или латуни толщиной около 0,8 мм. На передней кромке раскроя пера дается полоса (припуск) шириной 5 — 7 мм, которая плотно огибается на баллере в виде трубки (рис. 7,Б).
Для баллер а берется велоспица или сталистая проволока диаметром 2-f-2,5 мм.
С учетом расстояния от линии киля до верхней кормовой палубы модели верхняя часть баллера выгибается в форме румпеля (рис. 7,А). Подпятник можно сделать металлическим или из буковой (березовой) рейки. Для установки подпятника в киле прорезается паз. В нем сверлятся отверстия для упора нижнего конца баллера и крепежных шурупов (рис. 7,В) (гвоздей).
Последовательность сборки устройства следующая. В корпус вставляется гельмпортовая труба, проходящая через днище, опорный бимс и палубу. На баллер надевается жестяная (верхняя) шайба, после чего он вставляется в гельмпортовую трубу. Снизу на баллер надеваются резиновая шайба и перо руля. Перо припаивается к балле-ру оловом. Затем ставится и укрепляется подпятник. После этого баллер вместе с пером слегка подтягивается вверх и резиновой шайбой плотно прижимается к днищу. В этом положении к баллеру наглухо припаивается верхняя жестяная шайба, благодаря чему руль «кладется туго». Из дерева или латуни вырезается гребенка (рис. 7,Г и Д). Круглым надфилем в ней делаются пазы для румпеля. Румпель должен плотно входить в пазы гребенки.
Гребенка неподвижно закрепляется на палубе тонкими гвоздиками. Благодаря упругости проволоки, из которой сделан румпель, его можно слегка отжимать вверх, при этом румпель выходит из паза и руль получает возможность поворота. Установкой румпеля в различные пазы можно изменять углы кладки руля.
Обыкновенный руль для модели речного судна можно выполнить по способу, показанному на рис. 8. Из толстой жести или листовой латуни по шаблону (рис. 8,Л) вырезается раскрой пера руля. Из сталистой проволоки или велоспицы делается баллер. С помощью плоскогубцев, ручных или настольных тисков раскрой пера огибается на баллере (рис. 8,Б) и припаивается к нему оловом. Пластины пера нужно припаять друг к другу по контуру, после чего руль зачищается напильником и наждачной бумагой. Установка руля на корпусе модели показана на рис. 8Д.
В качестве рулевого привода на рис. 8 показан секторный румпель. Сектор (рис. 8,В) вырезают из жести или латуни толщиной 0,5 — 0,8 мм. Дуга сектора допускается 80 — 90°, так как наибольший угол кладки руля около 35° на каждый борт. По дуге сектора (на расстоянии 2 — 4 мм друг от друга) сверлятся отверстия для штыра. Штыр делается из тонкого гвоздя или проволоки и служит для закрепления сектора в заданном положении.
Для установки штыра на палубу модели приклеивается подушка (рис. 8,Г), вырезанная из обрезков бука или березы. В центре подушки сверлится отверстие по диаметру штыра.
Порядок сборки рулевого устройства. В корме корпуса модели сверлится отверстие, в которое вставляется гельмпортовая труба. На баллер надевается резиновая шайба. Баллер вставляется в гельмпортовую трубу. На верхнюю часть баллера надевается жестяная шайба, которая наглухо припаивается к баллеру. На голову баллера надевают и прочно припаивают сектор. Плоскость пера руля и средняя линия сектора должны находиться в диаметральной плоскости модели. В среднее отверстие дуги сектора и в отверстие подушки вставляют штыр. Передвигая подушку, устанавливают руль в прямое положение. Подушку приклеивают к палубе, следя, чтобы руль оставался в прямом положении. Для перекладки руля на ходовых испытаниях штыр переставляется в различные отверстия дуги сектора.
Баллер руля должен плотно входить в гельмпортовую трубу, а штыр также плотно — в отверстие подушки.
Модель полубалансирного пустотелого руля (рис. 9).
Такие рули устанавливаются на моделях пассажирских, грузо-пассажирских морских судов и крупных военных кораблей (линкоров, крейсеров и др.).
Материалом для пера служит пластина жести или листовой латуни толщиной до 0,5 мм. Раскрой пера руля делается на пластине по шаблону (рис. 9,Л).
Пластина сгибается по линии А — Ах (рис. 9,Л) и каждой ее половине придается небольшая выпуклость. Из медной трубки наружным диаметром 4 — 6 мм делается баллер, который припаивается к пластине пера (рис. 9). Кромки пластины пера припаиваются друг к другу по линии б
Из полосок жести или латуни вырезают торцовые пластины, которые затем припаивают к боковой пластине по контуру (рис. 9,Г).
Руль с баллером зачищается напильником и наждачной бумагой. Кронштейн руля (рис. 9,Д) можно выпилить из куска латуни толщиной 3 — 5 мм. Дяя установки кронштейна в кормовом срезе днища корпуса делаются пазы; кронштейн плотно вставляется в паз, предварительно заполненный водостойким клеем.
Бимс и гельмпортовая труба делаются так же, как в рассмотренных ранее случаях. Кронштейн и руль устанавливаются на корпус модели одновременно, для чего руль заранее крепится к кронштейну с помощью пропущенной через трубчатый баллер специальной оси (спицы) (рис. 9,?). Ось последовательно проходит через баллер — петлю кронштейна, нижнюю часть пера руля.
После установки руля и кронштейна на корпус модели ось нужно припаять к баллеру на голове руля.
Если моделисту трудно сделать металлический полу-балансирный руль, то такой же руль и кронштейн можно выпилить из буковой или березовой дощечки по способу, указанному выше для балансирного руля.
В этом случае баллер руля делается из велосипедной спицы или стальной проволоки толщиной 2-4-3 мм.
К любому рулю можно применить различные устройства для его перекладки и закрепления.
Весьма удобен и дает хорошие результаты более сложный рулевой привод с винтовой (червячной) передачей (рис. 10).
Червячный винт и шестерню обычно подбирают готовые (например, колки струнных музыкальных инструментов) .
Фундамент механизма выпиливается и выгибается из латуни толщиной 0,8 — 1,0 мм. Для прочности стенки фундамента в углах припаиваются друг к другу.
Шестерня насаживается и неподвижно закрепляется на голове баллера.
На ось червячного винта (рис. 10,Л, В, Г) плотно надевают и припаивают отрезок трубки, на свободном конце которого делают пропил для поворотного ключа. Эта трубка свободно входит в отверстие, сделанное в борту корпуса модели. В бортовое отверстие можно вставить короткую направляющую трубку с фланцем диаметром несколько большим, чем диаметр трубки с пропилом. Поворотный ключ делается из толстой проволоки и пластинки латуни (рис. 10,5).
В случае невозможности подобрать подходящий червячный винт и шестерню моделисты могут изготовить винтовой привод с гайкой (рис. 11).
Механизм этого рулевого привода состоит из станины (фундамента), который можно вырезать и выгнуть из листовой латуни ити толстой жести (рис. 11,Л и 11.5), а также винта с гайкой и пластины с прорезью — румпеля (рис. 11,5).
Важной деталью привода является гайка. Лучше иметь четырехгранную гайку. Шестигранные или круглые гайки нужно опиливать напильником.
В верхней грани гайки сверлится отверстие, куда плотно вставляется и припаивается штыр — гвоздь или отрезок проволоки диаметром 1,5 -+-2,0 мм.
Румпель можно вырезать из полоски латуни, меди или толстой жести. На одном конце румпеля выпиливается прорезь шириной, равной диаметру штыра. Штыр должен передвигаться в прорези свободно, но без люфта.
На другом конце румпеля высверливается отверстие для головы баллера. Это отверстие, а также верхний конец баллера лучше распилить надфилем до четырехугольной (квадратной) формы.
Механизм крепится к бимсу шурупами.
Перекладка руля осуществляется ключом так же как и в приводе с червячной передачей.
Сборка и действие механизма ясны из рис. 11,Л.
Применение червячных и винтовых рулевых приводов дает возможность точнее устанавливать рули и, кроме того, улучшает внешний вид моделей, так как рулевые механизмы размещаются под палубой.
Перечисленные выше конструкции рулей и рулевых приводов широко распространены в практике морского моделизма. Вместе с тем моделисты, имеющие опыт, применяют и другие конструкции и способы. Так, на рис. 12 показан металлический руль для модели ледокола. Подобный руль выполнить труднее, но по своей форме и конструкции он более приближается к рулям натурных судов ледового плавания.
3. ДЕЙСТВИЕ РУЛЯ И РЕГУЛИРОВКА МОДЕЛИ НА ВОДЕ
Ходовые качества самоходной модели зависят от качества изготовления и конструкции рулевого устройства, а также от умения моделиста регулировать модель на воде.
Чтобы правильно отрегулировать и запустить модель, ее строитель должен понимать физическую сущность явлений, возникающих при взаимодействии руля, гребных винтов и корпуса модели на воде, и должен уметь учитывать влияние на ходовые качества модели ветра, волнения и других факторов.
Непосредственное действие руля. Во время движения на переднем ходу струи воды обтекают борта модели и
при кладке руля создают с одной стороны (борта) давление на поверхность пера руля. Это давление считается положительным. В го же время на обратной стороне пера в результате «протекания» струй образуется отрицательное давление.
Эти явления образуют силу давления, действующую перпендикулярно к плоскости пера руля. Изобразим ее стрелкой (вектором) Р (рис. 13).
Если приложить в центре тяжести модели U две одинаковые, но противоположные по направлению, силы Р1 и Р2, равные по величине и направлению силе Р, то силы Р1 и Р2 взаимно уравновесят друг друга и сами по себе влияния на модель не окажут.
При повороте (кладке) руля, когда возникает сила
давления на руль Р, эта сила вместе с условной силой
Р2 образует пару сил, которая (как видно из рисунка) стремится отклонить корму модели влево, а ее нос — вправо. Совершенно очевидно, что при кладке руля влево от его прямого положения нос модели будет уклоняться влево, а корма — вправо.
Таким образом, при кладке руля на некоторый угол от диаметральной плоскости модель будет делать повороты в ту же сторону, в которую положен руль.
На заднем ходу (рис. 14) руль действует аналогично, но при этом отсутствуют направляющие струи от корпуса судна, а поток воды, всасываемый гребным винтом, ослабляет действие руля. Этим объясняется плохая управляемость моделей на заднем ходу.
Кроме пары сил (рис. 13), на модель действует сила Ри приложенная под углом к диаметральной плоскости. Разложим силу Pi на две взаимно перпендикулярные составляющие силы А я Б. Сила Б заметного действия на движение модели не оказывает, так как ей противопоставляется сопротивление всего борта модели; эта сила влияет на крен модели. Из практики известно, что чем круче положен руль (тем меньше величина составляющей ?), тем больший крен имеет модель на повороте.
Вторая составляющая, сила Л, создает торможение движению судна. Это торможение (сила А) возрастает с увеличением угла кладки руля.
Движение судна (модели) на поворотах называется циркуляцией. Полная циркуляция, т. е. поворот модели на 360° (рис. 15), состоит из двух частей: движения модели от начала поворота до 180° — эта часть назы-
вается неустановившейся циркуляцией, — и движения от 180° до окончания поворота — установившаяся циркуляция.
Установившаяся циркуляция по форме приближается к окружности.
Диаметром циркуляции называется расстояние между положением судна (модели) в начале поворо-
Рис. 15
та и его местонахождением в положении поворота на 180°, т. е. в момент окончания неустановившейся цирку-ляции.
Во время циркуляции диаметральная плоскость модели находится под углом (а не по касательной) к пути движения центра тяжести модели. Это явление (дрейф) уменьшает скорость движения модели на циркуляции.
На циркуляции под действием центробежной силы и давления воды на подводную часть судно (модель) получает заметный крен в сторону внешнего борта. Крен возрастает с увеличением скорости движения модели и при уменьшении диаметра циркуляции.
4. ВЛИЯНИЕ ДВИЖИТЕЛЕЙ И КОРПУСА МОДЕЛИ НА ДЕЙСТВИЕ РУЛЯ
На действие руля модели оказывают существенное влияние:
1) струи воды, отбрасываемые гребным винтом на руль;
2) реакция винта, т. е. сопротивление воды вращению лопастей винта;
3) форма кормовых обводов корпуса модели;
4) попутный поток (течение воды), возникающий при движении модели вперед.
Эти основные факторы уменьшают или увеличивают полезное действие руля.
Модель двухвинтового судна. Поворотливость модели двухвинтового судна зависит главным образом от действия руля. На переднем ходу модели работа гребных винтов заметного влияния на руль не оказывает, если оба винга одинаковы, установлены симметрично диаметральной плоскости модели и вращаются в разные стороны. Действие одного винта на руль компенсируется обратным действием другого.
При повороте, осуществляемом с помощью гребных винтов (что имеет место при испытаниях моделей с автоматическим или телемеханическим управлением), когда один винт работает на переднем ходу, а второй неподвижен (или работает назад), управляемость той модели, у которой винты имеют постоянное вращение наружу, будет лучше, чем у модели с винтами, работающими внутри (рис. 16). Рис. 16
Л. Винты работают внутрь
Обтекаемые, более острые образования кормы модели улучшают действие руля; струи воды с большой быстротой притекают к винтам, замещая частицы воды, отбрасываемые лопастями винтов на руль.
Устойчивость на курсе (прямоходность) лучше у моделей:
а) имеющих длинные узкие корпуса;
б) имеющих большую осадку (углубление);
в) правильно удифферентованных (сидящих на ровный киль), т. е. у которых осадка носом и кормой одинакова;
г) у которых гребные валы установлены под острыми углами (2-f-4°) к диаметральной плоскости и с мень-
Д Винт правого вращения
В. Винт левого вращения
шим разносом валов, т. е. с меньшим отстоянием от диаметральной плоскости.
Модель одновинтового судна. Струя воды, отбрасываемая лопастями работающего гребного винта на руль, усиливает действие положенного в любую сторону руля, а также влияет на руль в его прямом положении.
Рассматривая винт правого вращения (правого шага) (рис. 17), видим, что струи, отбрасываемые лопастями винта, будут создавать большее давление на левую верхнюю и правую нижнюю части поверхности руля, чем на правую верхнюю и левую нижнюю его части.
Однако силы давления, действующие на верхнюю и нижнюю части руля, не одинаковы. Благодаря тому что нижние слои воды имеют большее гидростатическое давление, а низлежащие обводы подводной части кормы почти всегда острее вышележащих, сила толчка струй, набрасываемых лопастями на нижнюю часть руля, будет больше, чем на верхнюю.
Особенно заметная разница давлений получается при малой осадке модели, когда лопасти винта и руль частично выходят из воды. Поэтому при одинаковой площади частей руля, расположенных выше и ниже гребного вала, разность давлений образует пару сил, которая при вращении винта правого шага будет отклонять корму модели влево, т. е. модель будет уклоняться вправо в сторону вращения винта. Очевидно, винт левого шага будет уклонять модель влево. Чтобы устранить влияние этого явления и добиться прямоход-ности модели, нужно положить руль в сторону, противоположную направлению вращения винта (на 2-j-3°).
Это явление можно уменьшить заранее установкой руля такой формы, чтобы поверхность его части, расположенная выше гребного вала, была больше, чем поверхность нижней части руля. Применение такого способа понятно, так как сила давления на части руля зависит от размеров их поверхностей: чем больше поверхность, тем больше сила давления. Руль прочно соединен с корпусом модели, и силы давления на верхнюю и нижнюю половины руля стремятся накренить модель в сторону вращения винта.
Действие этих сил незначительно, и им противостоит сила сопротивления воды лопастям винта (реакция винта), значительно большая по величине и кренящая модель в обратную сторону, противоположную вращению винта.
Влияние реакции винта на прямоходность модели более существенна. Гидростатическое давление воды возрастает с увеличением глубины, поэтому нижние лопасти винта встречают большее сопротивление воды, чем лопасти, проходящие верхнее положение.
Таким образом, силы реакции винта правого шага стремятся отклонить корму модели в п р а в о, т. е. повернуть модель влево, а силы реакции винта лево-г о шага стремятся повернуть модель вправо.
Действие реакции винта сильнее всего сказывается на моделях с малой осадкой, у которых части лопастей работают в воздухе. Чем глубже погружен винт, тем меньше влияние реакции.
Во время движения подводная часть модели увлекает за собой прилегающие силы воды, что приводит к образованию попутного потока, который развивается в водоворот за кормой. Скорость попутного потока больше у поверхности воды, на глубине она уменьшается, и на линии киля модели попутный поток меньший.
Попутный поток увеличивает давление на лопасти винта, причем на верхние части лопастей создается большее давление, чем на нижние.
Крен модели оказывает большое влияние на ее прямоходность. На переднем ходу нос модели, имеющий крен, отклоняется в сторону выходящего из воды борта, так как другой, более погруженный борт испытывает большее сопротивление воды.
Если по каким-либо причинам нельзя выправить крен модели, то для уменьшения влияния крена следует «разгрузить» носовую часть модели — дать модели некоторый дифферент на корму.
Практические выводы. При изготовлении рулевого устройства и регулировке самоходных одновинтовых моделей следует:
1. Делать рули большей площади и такой формы, чтобы размеры поверхности руля над линией гребного вала были больше нижележащей поверхности.
2. Для уменьшения реакции винта устанавливать винт меньшего диаметра с меньшей площадью лопастей (более узкими лопастями) и меньшим шагом (разворотом лопастей).
3. Придавать корпусу модели более плавную и заостренную форму подводной части кормы.
4. Запускать модель в полном грузу при наибольшей осадке.
5. При регулировке и запусках модели компенсировать влияние струи, реакции винта и попутного потока кладкой руля на 1 — 3° от прямого положения — обычно в сторону, обратную направлению вращения винта.
6. Следить за тем, чтобы модель шла без постоянного крена и дифферента.
7. При запуске модели на фарватере следует учесть: в начале движения модель с правым шагом винта будет стремиться уклониться влево, а после того как
«наберет скорость» (получит установившийся ход), она может уклоняться вправо. Для винта левого шага будет наблюдаться обратное явление: вначале хода модель уклоняется вправо, а затем влево.
Одновинтовые самоходные модели должны обладать большей остойчивостью и запасом пловучести; все отверстия в бортах и щели в палубе должны быть тщательно закрыты.
В практике проведения соревнований морских моделистов нередко имели место аварии одновинтовых моделей, происходившие следующим образом. Одновинтовая модель с мощным двигателем (например, «К-16») и гребным винтом больших размеров запускалась на фарватере, будучи плохо отрегулированной, имея большую реакцию винта. Модель получала некоторый крен, уклонялась в сторону, противоположную накренному борту; на циркуляции крен возрастал, вода проникала сквозь плохо заделанные отверстия бортовых иллюминаторов внутрь корпуса; модель ложилась на борт, вода заполняла корпус; модель теряла запас пловучести и тонула.
5. ВЛИЯНИЕ ВОДОЕМА, ВЕТРА И ВОЛН НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ МОДЕЛЕЙ
Перед запуском модели на воде трудно заранее и точно учесть влияние ветра и волн на ходовые качества модели, так как сила, направление ветра, а также характер волнения водной поверхности не являются постоянными.
Однако из опыта проведения соревнований и тренировочных запусков плавающих моделей можно сделать некоторые практические выводы, ознакомление с которыми поможет моделистам более точно регулировать и запускать свои модели на ходовых испытаниях.
1. Влияние ветра установившихся силы и направления на модель, движущуюся по воде, зависит:
а) От формы и размеров боковой поверхности подводной части корпуса и осадки (углубления) модели. Модели, глубоко сидящие в воде, с более полными обводами подводной части корпуса, прямыми штевнями и большей боковой поверхностью подводной части оказывают большее сопротивление силе ветра и имеют меньший дрейф.
б) От площади и высоты надводного борта, а также от формы, размеров и расположения других надводных частей модели, имеющих значительную «парусность» (надстроек, рубок, дымовых труб и т. п.). Ветер оказывает большое действие на модели с сильно наклоненными, «подрезанными» штевнями, имеющими высокий надводный борт, «развитые» — длинные и высокие надстройки, широкие дымовые трубы.
К числу моделей, на ходовые качества которых ветер оказывает наиболее сильное влияние, относятся самоходные модели морских и речных пассажирских судов, экспедиционных судов, промысловых баз, китобойцев, крупных военных кораблей (авианосцев, линкоров и др.) Ветер, дующий перпендикулярно или под углом к борту модели, создает силу давления, которую будем считать приложенной в «центре парусности» (геометрическом центре тяжести всей площади боковой поверхности надводной части модели), и обозначим буквой Р (рис. 18). Этой силе противодействует сила давления (сопротивления) воды на боковую поверхность подводной части корпуса Pi, которую условно принято считать приложенной на уровне середины осадки ()
Рассматривая силы по законам механики, получаем пару сил Р и Р1, которая накреняет модель, и силу Рг, образующую дрейф (отклоняющую модель с курса).
Вполне понятно, что чем выше расположен центр парусности и чем больше площадь парусности, тем больший крен и дрейф получит модель.
Выше было рассмотрено влияние крена на управляемость модели. Крен от ветра окажет на модель некоторое действие. Кроме того, ветер будет непосредственно влиять на курс модели. Например, модели с длинным и высоким баком или развитыми надстройками, расположенными в передней части (многие типы морских пассажирских и грузо-пассажирских судов, эсминцев, сторожевых кораблей, буксиров, современных ледоколов и др.), стремятся уклониться под ветер, т. е. повернуть носом от ветра, и, наоборот, модели с развитыми кормовыми надстройками (малые танкеры, самоходные баржи и т. п.) стремятся повернуться к ветру. Однако такое действие наблюдается только на малом ходу модели при слабом ветре, а в случае сильного ветра — при крутом бейдевинде (когда ветер действует на скулу модели).
При более сильном ветре, имеющем направление относительно модели галфвинд или полный бейдевинд, быстроходные модели с высокими надстройками, трубами и мачтами почти всегда уклоняются к ветру.
Самоходные модели редко испытываются на заднем ходу, однако можно заметить, что при свежем ветре на заднем ходу корма модели сильно уклоняется к ветру, несмотря на большое противодействие руля и винтов.
2. Волнение водной поверхности акватории соревнований, образовавшееся от действия ветра, прохождения катеров, шлюпок и других причин, оказывает влияние на управляемость моделей.
Учесть влияние на модель волн от катеров, шлюпок и пловцов практически невозможно, поэтому на соревнованиях следует ограничить движение шлюпок и купание вблизи фарватера ходовых испытаний.
Если же дежурным шлюпкам приходится входить в пределы фарватера для выемки или буксировки аварийных моделей, то последующие запуски очередных моделей должны быть задержаны до тех пор, пока водная поверхность не станет спокойной. Влияние волн, возникших на воде вследствие ветра, кратко можно характеризовать следующим образом.
Волны создают качку модели, уменьшают скорость ее хода и ухудшают поворотливость. При больших (относительно модели) волнах винты временами оголяются и работают вхолостую, что отрицательно сказывается на работе двигателя и действии руля. Размеры погруженной поверхности пера руля также периодически изменяются.
Модель получает неустановившийся (рывками) ход, что создает большую возможность для отклонения ее от заданного курса под действием ветра и волн, а также под влиянием других факторов, связанных с работой винта, влиянием на руль попутного потока и пр.
Соотношение сил, действующих на модель от всех этих факторов, может быть весьма различным; предусмотреть их влияние при запуске весьма трудно, особенно при сильном ветре.
Поэтому положения Единой Всесоюзной классификации самоходных, парусных и настольных морских моделей не разрешают проводить испытания самоходных моделей на воде при ветре свыше трех баллов.
Более определенное действие оказывает волнение в корму — модель делается «рыскливой», или с носа, когда волна почти всегда уклоняет модель под ветер.
На водоемах, не имеющих течения, лучше производить запуски самоходных моделей против ветра. Влияние противного ветра легче учесть как моделистам, так и судьям.
3. Кроме ветра и волн, на прямоходность и скорость модели влияют размеры водоема и рельеф его дна.
Модели длиной от 800 до 2 ООО мм, особенно быстроходные, заметно теряют скорость хода на глубинах фарватера меньше 1,2 — 1,5 м. При движении быстроходных моделей на мелководье у них резко увеличивается кормовая волна.
Так же как для натурных судов существенное значение на ходовых испытаниях моделей имеет ширина фарватера (канала).
При запуске широких моделей в узких каналах вода «раздвигается» корпусом модели с большим усилием. Не имея возможности отходить дальше в стороны (как на широких водоемах), частицы воды приподнимаются, образуя высокую волну перед носом модели.
Чем большую ширину и осадку имеет модель и чем выше ее скорость, тем большую потерю этой скорости будет испытывать модель при движении в узком канале. Можно считать, что для моделей, имеющих размеры в пределах, установленных Единой Всесоюзной классификацией, не следует проводить ходовые испытания в водоемах шириной менее 12 — 15 м.
Моделистам важно знать еще одно явление, происходящее при запуске моделей на фарватерах с резко изменяющимися глубинами.
Если на мелководье вблизи от пути движения (курса) модели находится более глубокое место, то, подойдя к этому месту, модель уклоняется от курса по направлению к глубине и может перестать слушаться руля.
На узких фарватерах это отклонение будет тем большим, чем выше скорость движения модели.
4. В ряде случаев акватории, где проводятся соревнования морских моделей, имеют течения. При движении против течения модель хорошо слушается руля, и, наоборот, модель, движущаяся по течению, делается «рыскливой» и может потерять управление, если ее скорость будет меньше скорости течения.
Поэтому на проточных водоемах фарватеры для ходовых испытаний нужно располагать так, чтобы модели запускались против течения.
Практические выводы. 1. Для проведения ходовых испытаний самоходных моделей на воде следует выбирать водоехмы с ровным рельефом дна, имеющие глубину от 1,5 до 2,5 м и ширину в узкостях более 15 м. Течение на фарватере должно отсутствовать или быть минимальным. Запуск моделей производить против течения.
2. Проводить ходовые испытания лучше в безветренную погоду или при ровном (не порывистом) ветре силой до одного — двух баллов. Во всяком случае нецелесообразно запускать модели при ветре свыше трех баллов.
Лучше запускать модели против ветра. Более выгодным курсом является также бейдевинд. Запускать модели на фордевинд или в бакштаг не рекомендуется.
3. При запуске модели в ветреную погоду трудно добиться строгой прямоходности модели. Для получения лучших результатов на финише (прохождения моделью финиша ближе к оси фарватера) следует в момент запуска направить модель круче к ветру. В отдельных случаях (проверив на пробном запуске) необходимо учитывать возможное влияние ветра, положив руль до 1 — 5° в сторону ветра.
4. Не рекомендуется пускать модель на сильный попутный ветер.
5. Должна быть исключена возможность образования постоянного крена и дифферента на корму; все детали модели, электробатареи для моторчиков и балласт должны быть прочно закреплены, чтобы они не перемещались во время движения модели.
6. В случае запуска модели при сильном ветре и волнении нужно «загрузить» модель, увеличить ее осадку, предварительно проверив плотность заделки (закрытия) иллюминаторов, люков и других отверстий, через которые вода может проникнуть внутрь корпуса.
7. Регулировку моделей на воде необходимо производить в таких же условиях, как и ходовые испытания на соревнованиях. Довольно часто на соревнованиях моделисты регулируют модель на мелководье, вблизи берегов водоема, проверяя прямоходность на коротких дистанциях. Подобная регулировка не гарантирует устойчивости модели на заданном курсе даже в том случае, если она произведена перед самым зачетным запуском.
8. У трехвинтовых моделей обычно средний винт расположен впереди руля, а боковые винты — ближе к носу, несколько выше и на равных расстояниях от диаметральной плоскости.
Можно считать, что практически управляемость трехвинтовых моделей будет такой же как и одновинтовых. Четырехвинтовые модели нужно регулировать так же, как двухвинтовые.
На рис. 19 показана схема запуска на ходовых испытаниях модели морского пассажирского дизель-электро-хода.
Двигатели — два электромотора (27 в), каждый мотор работает самостоятельно на свой гребной вал.
Гребные винты — трехлопастные, диаметром 46 мм.
Скорость хода на тихой воде v = 1,25 м/сек.
Руль — полубалансирный, площадью 42,1 см2.
Водоем и метеорологические условия, Большой пруд, частично защищенный от ветра. Фарватер испытаний имеет сравнительно ровное дно с глубинами 1,2 — 2,0 м. Регулировка и запуск модели производились при ветре до трех баллов. Направление ветра по отношению к оси фарватера — бейдевинд 26 — 32°.
Первоначально при запусках на тихой воде руль модели был переложен вправо на 1,5°. Было произведено девять пробных (регулировочных) и три зачетных запуска.
Результат лучшего запуска, показанного на схеме рис. 17, следующий: модель запускалась в направлении правых крайних буйков линии финиша с рулем, переложенным на 3° вправо, курсом (относительно диаметральной плоскости модели) бейдевинд ~ 10° и прошла дистанцию 50 ж в «ворота 10 баллов» ближе к левому буйку за 51,0 сек., т. е. показала скорость v = 0,99 м/сек.
Очень важно, чтобы инструктор, капитаны команд и моделисты, проводя регулировку моделей на воде, регистрировали обстановку и результаты запусков. Такие наблюдения окажут большую помощь моделистам при подготовке к соревнованиям и в период конструирования и постройки моделей.
Всем известно, какое большое влияние на успешное проведение ходовых испытаний моделей оказывает благоприятная погода. Вместе с тем очень трудно провести все соревнования в тихую, штилевую погоду.
Моделисты должны уметь приближенно определять силу и направление ветра, характер волнения водной поверхности с тем, чтобы лучше и правильнее регулировать и запускать свои модели. В табл. 2 даны некоторые признаки ветра и волнения, а также отдельные указания по поводу возможности запуска тех или других моделей.
На рис. 20 показан простейший способ определения силы и направления ветра по вымпелу или пламени спички. Такими способами бывает полезно воспользоваться при запусках моделей на воде не только моделистам, но и инструкторам, организующим соревнования на местах.
6. КОМАНДНЫЕ СЛОВА
Во время соревнований моделисты (запускающие) получают от судей и капитанов команд указания и советы по поводу управления моделью. На флоте для управления рулем корабля приняты специальные командные слова и выражения, которые полезно знать всем моделистам. Нужно иметь в виду, что значение этих команд на флоте не всегда будет соответствовать их существу при испытаниях моделей на воде.
Командные слова Значение на флоте Значение при запуске модели
«Прямо руль» Руль поставлен в диаметральной плоскости судна Модель должна идти прямо по заданному курсу
«Право руля» Руль должен быть положен на указанное число градусов вправо, например: «5° право руля» Модель на переднем ходу уклоняется носом (делает поворот) вправо
«Лево руля» То же влево То же влево
«Право на борт» Руль нужно положить на правый борт до возможного предела Руль модели положен до ЕОЗМОЖНОГО предела на правый борт. Модель начинает делать циркуляцию вправо
«Лево на борт» То же на левый борт То же влево
«Так держать» В момент команды рулевой замечает направление (курс) по компасу и держит но нему Модель движется правильно по заданному курсу
«Отводить» Медленно ставить руль в диаметральную плоскость — кооабль продолжает медленно катиться в ранее установленную сторону Модель с радио или другим управлением с берега замедляет поворот в ту или другую сторону вследствие медленной перекладки руля в диаметральную плоскость
«Одерживать» Путем перекладки руля рулевой уменьшает угловую скорость корабля, чтобы можно было задержать судно на данном курсе Путем перекладки руля выполнение маневра, совершаемое моделью, замедляется. Модель должна быть готова к выполнению следующего маневра
Командные слова Значение на флоте Значение при запуске модели
«Курс (столько-то) градусов» Точное указание рулевому, по какому курсу держать корабль При запуске модели может быть дана команда «Курс на створ (таких-то) вех, буйков», определяющая заданное направление модели
«Сильно катиться влево (вправо)»
Заметив, что корабль катится (уклоняется) слишком сильно, рулевой докладывает об этом
Замечание судьи или капитана в отношении модели, которая сильно уклоняется от курса.
|
