Руль направления — это первичная поверхность управления, используемая для управления судном , лодкой , подводной лодкой , судном на воздушной подушке , дирижаблем или другим транспортным средством, движущимся в жидкой среде (обычно в воздухе или воде ). На самолете руль направления используется в первую очередь для противодействия неблагоприятному рысканию и p-фактору и не является основным средством управления, используемым для поворота самолета. Руль направления работает, перенаправляя жидкость мимо корпуса или фюзеляжа , тем самым придавая судну поворотное или рыскающее движение. В базовой форме руль направления — это плоская плоскость или лист материала, прикрепленный с помощью шарниров к корме , хвосту или задней части судна . Часто рули имеют форму, позволяющую минимизировать гидродинамическое или аэродинамическое сопротивление . На простых водных судах румпель — по сути, палка или шест, действующий как плечо рычага — может быть прикреплен к верхней части руля, чтобы рулевой мог поворачивать его . На более крупных судах рули могут соединяться с рулевыми колесами с помощью тросов, толкателей или гидравлики. В типичном самолете руль управляется педалями через механические связи или гидравлику.
Обычно руль — это «часть рулевого устройства лодки или корабля, которая крепится снаружи корпуса», обозначая все типы весел, лопастей и рулей. [1] Более конкретно, рулевое устройство древних судов можно разделить на боковые рули и кормовые рули, в зависимости от их расположения на судне. Третий термин, рулевое весло , может обозначать оба типа. В средиземноморском контексте боковые рули более конкретно называются четвертьрулями, поскольку последний термин более точно обозначает место установки руля. Кормовые рули равномерно подвешены на корме судна в центральном положении. [2] [3]
Хотя некоторые [a] классифицируют рулевое весло как руль, другие [b] утверждают, что рулевое весло, использовавшееся в Древнем Египте и Риме, не было настоящим рулем и определяют только установленный на корме руль, использовавшийся в древнем Китае династии Хань, как настоящий руль. Рулевое весло может мешать управлению парусами (ограничивая любой потенциал для длительных океанских путешествий), в то время как оно больше подходило для небольших судов на узком, быстром водном транспорте; руль не мешал управлению парусами, требовал меньше энергии для управления рулевым , был лучше приспособлен для более крупных судов в океанских путешествиях и впервые появился в Древнем Китае в I веке нашей эры. [7] [10] [11] [12] [13] Что касается древнего финикийца (1550–300 гг. до н. э.) использования рулевого весла без руля в Средиземноморье , Лео Блок (2003) пишет:
Один парус имеет тенденцию поворачивать судно в направлении против ветра или по ветру, и для управления прямым курсом требуется действие руля. В то время использовалось рулевое весло, потому что руль еще не был изобретен. С одним парусом для управления прямым курсом требовалось частое движение рулевого весла; это замедляло судно, потому что коррекция курса рулевым веслом (или рулем) действовала как тормоз. Второй парус, расположенный впереди, мог быть уравновешен, чтобы компенсировать тенденцию поворота грота и минимизировать необходимость коррекции курса рулевым веслом, что существенно улучшило бы характеристики паруса. [14]
Рулевое весло или рулевая доска — это увеличенное весло или доска для управления направлением движения судна или другого водного судна до изобретения руля. Обычно крепится к правому борту на больших судах, хотя на меньших судах крепится редко, если вообще крепится.
Гребные весла, отведенные для управления, появились на больших египетских судах задолго до времен Менеса (3100 г. до н. э.). [15] В Древнем царстве (2686 г. до н. э. – 2134 г. до н . э.) на каждом борту пассажирских судов можно найти до пяти рулевых весел. [15] Румпель , изначально небольшой штифт, продетый через шток рулевого весла, можно проследить до пятой династии (2504–2347 г. до н. э.). [16] И румпель, и введение вертикальной рулевой стойки на корме сократили обычное количество необходимых рулевых весел до одного с каждой стороны. [17] Одиночные рулевые весла, размещенные на корме, можно найти в нескольких моделях гробниц того времени, [18] особенно во время Среднего царства , когда рельефы гробниц указывают на то, что они широко использовались при навигации по Нилу . [19] Первое литературное упоминание появляется в трудах греческого историка Геродота (484-424 гг. до н. э.), который провел несколько месяцев в Египте : «Они делают один руль, и он вонзается в киль », вероятно, имея в виду промежность на конце киля (как изображено в «Гробнице Менны»). [20] [21]
В Иране весла, устанавливаемые по бокам кораблей для управления ими, упоминаются с 3-го тысячелетия до н. э. в произведениях искусства, деревянных моделях и даже в останках настоящих лодок.
Римская навигация использовала рулевые весла sexillie quarter, которые прошли в Средиземноморье через длительный период постоянного совершенствования и усовершенствования, так что к римским временам древние суда достигли необычайных размеров. [22] Сила рулевого весла заключалась в его сочетании эффективности, адаптивности и простоты. [22] Римские системы крепления рулевых весел quarter сохранились в основном нетронутыми в течение всего средневекового периода. [22]
К первой половине I века н. э. рулевое устройство, установленное на корме, также было довольно распространено на римских речных и портовых судах, что подтверждается рельефами и археологическими находками ( Zwammerdam , Woerden 7). Надгробная плита эпохи Адриана показывает портовое буксирное судно в Остии с длинным веслом, установленным на корме для лучшего рычага. [23] Лодка уже имела шпритсель , что добавляло мобильности портовому судну. [24] Другие засвидетельствованные римлянами случаи использования кормовых рулевых весел включают баржи на буксире, транспортные суда для винных бочек и различные другие типы судов. [25] [26] [27] Большая речная баржа, найденная в устье Рейна около Zwammerdam, имела большой рулевой механизм, установленный на корме. [28] [29] Согласно новым исследованиям, усовершенствованные корабли Неми , дворцовые баржи императора Калигулы (37-41 гг. н.э.), могли иметь рули длиной 14 м. [30]
Древнейшее в мире известное изображение руля, установленного на ахтерштевне, можно увидеть на керамической модели китайской джонки , датируемой I веком н. э. во времена династии Хань , что на тысячу лет раньше их появления на Западе. [7] [11] [31] В Китае миниатюрные модели кораблей с рулевыми веслами датируются периодом Воюющих царств (ок. 475–221 гг. до н. э.). [7] Рули, установленные на ахтерштевне, начали появляться на китайских моделях кораблей, начиная с I века н. э. [7] Однако китайцы продолжали использовать рулевое весло еще долгое время после изобретения руля, поскольку рулевое весло все еще имело практическое применение для путешествий по быстрым рекам внутри страны. [11] Одно из старейших известных изображений китайского руля, установленного на корме ( duò 舵), можно увидеть на керамической модели джонки размером 2 фута (61 см), датируемой I веком н. э., во времена династии Хань (202 г. до н. э. – 220 г. н. э.). [32] [33] Она была обнаружена в Гуанчжоу в ходе археологических раскопок, проведенных Музеем провинции Гуандун и Академией Синика на Тайване в 1958 году. [32] [33] В течение десятилетий в ходе археологических раскопок было найдено несколько других моделей кораблей династии Хань с рулями. [34] Первое надежное письменное упоминание об использовании руля без рулевого весла датируется V веком. [31]
Китайские рули крепятся к корпусу с помощью деревянных челюстей или гнезд, [35] в то время как обычно более крупные подвешивались сверху с помощью системы канатных талевых тяг , чтобы их можно было поднимать или опускать в воду. [35] Кроме того, многие джонки имели «окончатые рули» (рули с отверстиями в них, предположительно обеспечивающие лучшее управление). Подробные описания китайских джонок в средние века известны от различных путешественников в Китай, таких как Ибн Баттута из Танжера , Марокко и Марко Поло из Венеции , Италия . Более поздний китайский энциклопедист Сун Инсин (1587–1666) и европейский путешественник XVII века Луи Леконт с энтузиазмом и восхищением писали о конструкции джонки и ее использовании руля. [36]
Пол Джонстон и Шон МакГрэйл утверждают, что китайцы изобрели «срединный, вертикальный и осевой» руль, установленный на ахтерштевне, и что такой вид руля появился примерно на тысячелетие раньше руля с цапфой и шкворнем, который появился на Западе. [31]
Печать Чандракетугарха (Западная Бенгалия), датируемая I–III веками н. э., изображает рулевой механизм на корабле под названием «Индра Океана» (Джаладхисакра), что указывает на то, что это было морское судно. [37] [38]
Арабские корабли также использовали руль, установленный на кормовой стойке. [39] На их кораблях «руль управляется двумя линиями, каждая из которых прикреплена к крестовине, установленной на головке руля перпендикулярно плоскости пера руля». [39] Самые ранние свидетельства содержатся в « Ахсан ат-Такасим фи Марифат аль-Акалим» («Лучшие подразделения для классификации регионов»), написанной аль-Мукаддаси в 985 году:
Весла, установленные по бокам кораблей, превратились в четвертные рулевые весла, которые использовались с античности до конца Средних веков в Европе . По мере увеличения размеров судов и высоты надводных бортов, четвертные рулевые весла становились громоздкими и были заменены более прочными рулями с креплением штыря и пескаря . В то время как рулевые весла были обнаружены в Европе на самых разных судах со времен Римской империи, включая легкие военные галеры в Средиземноморье, [10] [31] самое древнее известное изображение руля со штырем и пескарем можно найти на церковных резных фигурах Зедельгема и Винчестера, датируемых примерно 1180 годом. [10] [31]
В то время как более ранние рули устанавливались на корме с помощью рудерпостов или такелажных приспособлений, железные петли позволяли прикрепить руль ко всей длине ахтерштевня на постоянной основе. [41] Однако его полный потенциал смог быть реализован только после введения вертикального ахтерштевня и полностью оснащенного судна в XIV веке. [42] Начиная с эпохи Великих географических открытий , европейские суда с рулями типа «шкворень и гребень» успешно плавали по всем семи морям. [42]
Историк Джозеф Нидхэм считает, что кормовой руль был перенесен из Китая в Европу и исламский мир в Средние века. [7] [32] [31]
Обычные рули по существу не изменились с тех пор, как Изамбард Кингдом Брюнель представил сбалансированный руль на пароходе SS Great Britain в 1843 году [43] и рулевую машину на пароходе SS Great Eastern в 1866 году [44]. Если судну требуется дополнительная маневренность на низких скоростях, руль может быть дополнен маневровым подруливающим устройством в носовой части [45] или полностью заменен азимутальными подруливающими устройствами .
Рули судна могут быть как наружными, так и внутренними. Наружные рули подвешиваются на корме или транце. Внутренние рули подвешиваются к килю или скегу и, таким образом, полностью погружены под корпус, соединены с рулевым механизмом с помощью рудерпоста, который проходит через корпус на уровень палубы, часто в кокпит. Рули с внутренним килем (которые являются продолжением задней кромки полного киля) традиционно считаются наиболее устойчивыми к повреждениям рулями для оффшорного плавания. Лучшую производительность с более быстрыми характеристиками управляемости могут обеспечить рули с килем на лодках с меньшими плавниковыми килями.
Рудерпост и расположение мачты определяют разницу между кечем и ялом, поскольку эти двухмачтовые суда похожи. Ялы определяются как имеющие бизань-мачту позади (т. е. «за») рудерпоста; кечи определяются как имеющие бизань-мачту впереди рудерпоста.
Рули для небольших судов, которые можно направлять более или менее перпендикулярно продольной оси корпуса, эффективно тормозят при «сильном перекладывании». Однако такие термины, как «сильный переклад», «сильный переклад справа» и т. д., означают поворот с максимальной скоростью для более крупных судов. Рули, подвешенные на транце или установленные далеко на корме плавниковые рули, создают больший момент и более быстрый поворот, чем рули, подвешенные к килю, установленные более спереди. Рули на меньших судах могут управляться с помощью румпеля, который вставляется в баллер руля, который также образует крепления к крылу руля. Судно, где длина румпеля может препятствовать движению штурвала, можно разделить с помощью резинового универсального шарнира, а часть, прилегающая к румпелю, называется удлинителем румпеля. Румпели могут быть дополнительно удлинены с помощью регулируемого телескопического удлинителя с поворотным замком.
Существует также руль типа бочки , где винт судна закрыт и может поворачиваться для управления судном. Конструкторы утверждают, что этот тип руля на меньшем судне будет быстрее реагировать на штурвал. [46]
В морской промышленности используются различные типы рулей, в том числе рули-лопатки, [47] рули-полулопатки, рули с большой подъемной силой и балансирные рули.
Большие суда (свыше 10 000 тонн валового тоннажа) имеют требования по времени оборота руля. Чтобы соответствовать этому, используются рулевые управления с высоким крутящим моментом. [48] Одной из часто используемых систем является рулевой механизм плунжерного типа . Он использует четыре гидравлических плунжера для вращения баллера руля (ось вращения), в свою очередь вращая руль. [49]
На самолете руль направления является направляющей поверхностью управления вместе с похожим на руль высоты (обычно прикрепленным к горизонтальной конструкции хвоста, если это не пластинчатый руль высоты) и элеронами (прикрепленными к крыльям), которые управляют тангажом и креном соответственно. Руль направления обычно прикреплен к килю ( или вертикальному стабилизатору ), что позволяет пилоту управлять рысканием вокруг вертикальной оси, т. е. изменять горизонтальное направление, в котором указывает нос.
В отличие от корабля, для поворота самолета используются как элероны , так и руль направления, причем элероны придают крен, а руль направления придает рыскание, а также компенсирует явление, называемое неблагоприятным рысканием . Один руль направления повернет обычный самолет с фиксированным крылом, но гораздо медленнее, чем если бы элероны также использовались совместно. Иногда пилоты могут намеренно управлять рулем направления и элеронами в противоположных направлениях в маневре, называемом скольжением или боковым скольжением. Это может быть сделано для преодоления бокового ветра и удержания фюзеляжа на одной линии с взлетно-посадочной полосой или для потери высоты за счет увеличения сопротивления, или для того и другого.
Другой метод управления рысканием, используемый на некоторых бесхвостых самолетах и летающих крыльях , заключается в добавлении одной или нескольких поверхностей, создающих сопротивление, таких как разделенные элероны, на внешнюю секцию крыла. Работа одной из этих поверхностей создает сопротивление на крыле, заставляя самолет рыскать в этом направлении. Эти поверхности часто называют рулями сопротивления.
Needham volume 4 part 3 649 650
была вызвана, но не определена (см. страницу справки ).{{cite web}}
: |last=
имеет общее название ( помощь )