Руль направления — это основная поверхность управления, используемая для управления кораблем , лодкой , подводной лодкой , судном на воздушной подушке , дирижаблем или другим транспортным средством, которое движется 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 органом управления, используемым для разворота самолета. Руль направления работает, перенаправляя жидкость мимо корпуса или фюзеляжа , тем самым придавая кораблю поворот или рыскание . В базовой форме руль направления представляет собой плоскую плоскость или лист материала, прикрепленный шарнирами к корме , хвосту или кормовой части корабля . Часто рули направления имеют такую форму, чтобы минимизировать гидродинамическое или аэродинамическое сопротивление . На простых гидроциклах к верхней части руля может быть прикреплен румпель — по сути, палка или шест, действующий как рычаг, — чтобы рулевой мог поворачивать его . На более крупных судах для соединения рулей с рулевыми колесами можно использовать тросы, толкатели или гидравлику. В типичных самолетах руль направления управляется педалями через механические рычаги или гидравлику.
Как правило, руль — это «часть рулевого аппарата лодки или корабля, закрепленная снаружи корпуса», то есть обозначающие все различные типы весел, лопастей и рулей. [1] В частности, рулевые устройства древних судов можно разделить на боковые и кормовые рули, в зависимости от их расположения на корабле. Третий термин, рулевое весло , может обозначать оба типа. В средиземноморском контексте боковые рули более конкретно называются четвертными рулями, поскольку более поздний термин более точно обозначает место, где руль направления был установлен. Кормовые рули равномерно подвешены в кормовой части корабля в центральном положении. [2] [3]
Хотя некоторые [а] классифицируют рулевое весло как руль, другие [б] 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 при династии Хань, как настоящий руль. руль. Рулевое весло может мешать управлению парусами (ограничивая любую возможность длительных океанских путешествий), хотя оно больше подходит для небольших судов на узком, быстроходном водном транспорте; руль не мешал управлению парусами, требовал меньше энергии для работы рулевого , лучше подходил для более крупных судов, путешествующих по океану, и впервые появился в древнем Китае в I веке нашей эры. [7] [9] [10] [11] [12] Что касается использования древними финикийцами (1550–300 до н. э.) рулевого весла без руля в Средиземноморье , Лео Блок (2003) пишет:
Одиночный парус имеет тенденцию разворачивать судно против ветра или против ветра, и для управления прямым курсом требуется управление рулем. В это время использовалось рулевое весло, поскольку руль направления еще не был изобретен. При одном парусе требовалось частое движение рулевого весла, чтобы держать прямой курс; это замедляло судно, потому что корректировка курса рулевого весла (или руля) действует как тормоз. Второй парус, расположенный вперед, можно было отрегулировать, чтобы компенсировать тенденцию к повороту грота и свести к минимуму необходимость корректировки курса рулевым веслом, что существенно улучшило бы характеристики паруса. [13]
Рулевое весло или рулевая доска — это большое весло или доска, предназначенные для управления направлением корабля или другого плавсредства до изобретения руля направления. На больших судах он обычно прикрепляется к правому борту, хотя на меньших судах он прикрепляется редко, если вообще когда-либо.
Гребные весла, отведенные для рулевого управления, появились на крупных египетских судах задолго до времен Менеса (3100 г. до н.э.). [14] В Древнем Королевстве (2686 г. до н.э. – 2134 г. до н.э.) на каждом борту пассажирских лодок можно найти до пяти рулевых весел. [14] Румпель , сначала представляющий собой небольшой штифт, проходящий через ложу рулевого весла, восходит к пятой династии (2504–2347 гг. До н.э.). [15] И румпель, и введение вертикального рулевого поста на корме сократили обычное количество необходимых рулевых весел до одного с каждой стороны. [16] Одиночные рулевые весла, установленные на корме, можно найти в ряде моделей гробниц того времени, [17] особенно во времена Среднего царства , когда рельефы гробниц предполагают, что они обычно использовались в судоходстве по Нилу . [18] Первое литературное упоминание появляется в трудах греческого историка Геродота (484-424 гг. до н. э.), проведшего несколько месяцев в Египте : «Они делают один руль, и его протыкают через киль », вероятно, имея в виду промежность. на конце киля (как изображено в «Гробнице Менны»). [19] [20]
В Иране весла, установленные на бортах кораблей для управления, задокументированы с 3-го тысячелетия до нашей эры в произведениях искусства, деревянных моделях и даже остатках настоящих лодок.
.JPG/1280px-Rudder_of_a_Roman_Boat_(RG_Museum_Koeln,_Germany).JPG)
В римском мореплавании использовались четвертные рулевые весла sexillie, которые прошли в Средиземноморье долгий период постоянных усовершенствований и улучшений, так что ко временам Римской империи древние суда достигли необычайных размеров. [21] Сила рулевого весла заключалась в сочетании эффективности, адаптируемости и простоты. [21] Римские системы крепления рулевых весел сохранились в основном нетронутыми на протяжении всего средневекового периода. [21]
Рулевые устройства, установленные на корме, к первой половине I века нашей эры были также довольно распространены на римских речных и портовых судах, о чем свидетельствуют рельефы и археологические находки ( Цваммердам , Вурден 7). На могильной доске времен Адриана изображен портовый буксир в Остии с длинным веслом на корме для лучшего управления. [22] Лодка уже имела парусник , что добавляло мобильности портовому судну. [23] Дальнейшее засвидетельствованное использование римлянами кормовых рулевых весел включает буксируемые баржи, транспортные суда для винных бочек и различные другие типы кораблей. [24] [25] [26] Большая речная баржа, найденная в устье Рейна недалеко от Цваммердама , отличалась большим рулевым механизмом, установленным на корме. [27] [28] Согласно новым исследованиям, передовые корабли Неми , дворцовые баржи императора Калигулы (37-41 гг. н.э.), возможно, имели рули длиной 14 м. [29]
Самое старое известное в мире изображение руля направления, установленного на ахтерштевне, можно увидеть на керамической модели китайской джонки , датируемой I веком нашей эры во времена династии Хань , на тысячу лет раньше их появления на Западе. [7] [10] [30] В Китае миниатюрные модели кораблей с рулевыми веслами датируются периодом Воюющих царств (ок. 475–221 до н.э.). [7] Рули направления, установленные на кормовой стойке, начали появляться на моделях китайских кораблей, начиная с I века нашей эры. [7] Однако китайцы продолжали использовать рулевое весло еще долгое время после того, как изобрели руль, поскольку рулевое весло все еще имело практическое применение для путешествий по быстрой реке внутри страны. [10] Одно из старейших известных изображений китайского руля направления на корме ( дуо 舵) можно увидеть на 2-футовой (61 см) керамической модели джонки, датируемой I веком нашей эры, во времена династии Хань (202 г. до н.э.). – 220 г. н. э.). [8] [31] Он был обнаружен в Гуанчжоу в ходе археологических раскопок, проведенных Провинциальным музеем Гуандуна и Тайваньской академией Sinica в 1958 году. [ 8] [31] В течение десятилетий несколько других моделей кораблей династии Хань с рулями были найдены в археологические раскопки. [32] Первое твердое письменное упоминание об использовании руля без рулевого весла относится к V веку. [30]
Китайские рули прикреплялись к корпусу с помощью деревянных челюстей или гнезд, [33] тогда как более крупные рули обычно подвешивались сверху с помощью веревочной системы , чтобы их можно было поднимать или опускать в воду. [33] Кроме того, многие джонки имели «оконные рули» (рули с отверстиями в них, предположительно позволяющие лучше управлять). Подробные описания китайских джонок в средние века известны от различных путешественников по Китаю, таких как Ибн Баттута из Танжера , Марокко , и Марко Поло из Венеции , Италия . Более поздний китайский энциклопедист Сун Инсин (1587–1666) и европейский путешественник 17-го века Луи Леконт с энтузиазмом и восхищением писали о конструкции хлама и использовании руля направления. [34]
Пол Джонстон и Шон МакГрэйл заявляют, что китайцы изобрели «срединный, вертикальный и осевой» руль направления, установленный на ахтерштевне, и что такой тип руля направления предшествовал шкворневому рулю направления, обнаруженному на Западе, примерно на тысячелетие. [30]
На печати Чандракетугарха ( Западная Бенгалия), датируемой I-III веками нашей эры, изображен рулевой механизм корабля под названием «Индра океана» (Джаладхисакра), что указывает на то, что это было судно, направлявшееся в море. [35] [36]
Арабские корабли также использовали руль направления, установленный на ахтерштевне. [37] На их кораблях «руль направления управляется двумя стропами, каждая из которых прикреплена к крестовине, установленной на головке руля перпендикулярно плоскости пера руля». [37] Самое раннее свидетельство содержится в книге «Ахсан ат-Такасим фи Марифат аль-Акалим» («Лучшие подразделения для классификации регионов»), написанной аль-Мукаддаси в 985 году:
Весла, установленные на борту кораблей, превратились в четвертные рулевые весла, которые использовались с древности до конца Средневековья в Европе . По мере увеличения размеров кораблей и высоты надводных бортов четвертные рулевые весла становились громоздкими и были заменены более прочными рулями со шкворнем и пескарем . В то время как рулевые весла были обнаружены в Европе на широком спектре судов со времен Римской империи, включая легкие военные галеры в Средиземноморье, [9] [30] старейшее известное изображение штыревого и пескарного руля можно найти на церковных резных изображениях Зедельгема . и Винчестер , датируемый примерно 1180 годом. [9] [30]
Если раньше рули устанавливались на корме в виде рудерпостов или талей, то железные шарниры позволяли прикрепить руль направления по всей длине ахтерштевня неразъемным образом. [39] Однако его полный потенциал мог быть реализован только после введения вертикальной ахтерштевня и корабля с полным оснащением в 14 веке. [40] Начиная с эпохи Великих географических открытий , европейские корабли с шкворневыми рулями успешно плавали во всех семи морях. [40]
Историки, такие как Джозеф Нидэм, считают, что установленный на корме руль направления был перенесен из Китая в Европу и исламский мир в средние века. [7] [8] [30]
Обычные рули практически не изменились с тех пор, как Изамбард Кингдом Брюнель представил сбалансированный руль на SS Great Britain в 1843 году [41] и рулевой двигатель на SS Great Eastern в 1866 году . [42] Если судну требуется дополнительная маневренность на низких скоростях, Руль направления может быть дополнен маневрирующим подруливающим устройством в носовой части [43] или полностью заменен азимутальными подруливающими устройствами .
Рули лодки могут быть как подвесными, так и внутренними. Подвесные рули подвешиваются на корме или транце. Внутренние рули подвешиваются к килю или скегу и, таким образом, полностью погружены под корпус и соединены с рулевым механизмом рулевой стойкой, которая проходит через корпус на уровень палубы, часто в кабину. Внутренние килевые рули (которые являются продолжением задней задней кромки полного киля) традиционно считаются наиболее устойчивыми к повреждениям рулями для плавания в открытом море. Лучшие характеристики и более высокие характеристики управляемости могут быть обеспечены с помощью скеговых рулей на лодках с меньшими плавниками.
Расположение рудера и мачты определяет разницу между кечем и ялом, поскольку эти двухмачтовые суда похожи. Ялы определяются как имеющие бизань-мачту позади (т.е. «за») рудерпоста; Кетчи определяются как имеющие бизань-мачту впереди рудерпоста.
Рули небольших лодок, которые можно направлять более или менее перпендикулярно продольной оси корпуса, обеспечивают эффективное торможение при «сильном» нажатии. Однако такие термины, как «жесткий поворот», «жесткий правый борт» и т. д. означают разворот с максимальной скоростью для более крупных судов. Подвешенные на транце рули направления или установленные далеко на корме рули направления создают больший момент и более быстрый поворот, чем более расположенные вперед килевые рули направления. Рулями на небольших судах можно управлять с помощью румпеля, который вставляется в баллер руля направления и одновременно образует крепления к фольге руля направления. Суда, на которых длина румпеля может препятствовать движению руля, можно разделить с помощью резинового универсального шарнира, а часть, примыкающую к румпелю, называется удлинителем румпеля. Культиваторы можно дополнительно выдвинуть с помощью регулируемого телескопического удлинителя с поворотным замком.
Существует также руль бочкообразного типа , в котором заключен корабельный винт и который можно поворачивать для управления судном. Конструкторы утверждают, что такой тип руля на судне меньшего размера будет быстрее реагировать на управление рулем. [44]
На крупных судах (валовой вместимостью более 10 000 тонн) предъявляются требования по времени поворота руля. Для этого используются рули направления с высоким крутящим моментом. [45] Одной из широко используемых систем является рулевой механизм плунжерного типа . Он использует четыре гидравлических цилиндра для вращения баллера руля направления (оси вращения), в свою очередь вращая руль направления. [46]
_at_Gloucestershire_Airport_(England)_24May2017_arp.jpg/1280px-Cessna_208_Caravan_1_floatplane_(G-MDJE)_at_Gloucestershire_Airport_(England)_24May2017_arp.jpg)
На самолете руль направления представляет собой поверхность управления направлением вместе с рулем высоты ( обычно прикрепленным к горизонтальной конструкции хвостового оперения, если не к пластинчатому рулю высоты) и элеронами (прикрепленными к крыльям), которые контролируют тангаж и крен соответственно. Руль направления обычно прикрепляется к килю (или вертикальному стабилизатору ), что позволяет пилоту контролировать рыскание вокруг вертикальной оси, т. е. изменять горизонтальное направление, в котором направлен нос.
В отличие от корабля, органы управления элеронами и рулями направления используются вместе для поворота самолета: элероны придают крен, а руль направления — рыскание, а также компенсирует явление, называемое неблагоприятным рысканием . Один только руль направления будет поворачивать обычный самолет с неподвижным крылом, но гораздо медленнее, чем если бы вместе использовались еще и элероны. Иногда пилоты могут намеренно управлять рулем направления и элеронами в противоположных направлениях, выполняя маневр, называемый скольжением или боковым скольжением. Это может быть сделано для преодоления бокового ветра и удержания фюзеляжа на одной линии с взлетно-посадочной полосой или для снижения высоты за счет увеличения сопротивления, или для того и другого.
Другой метод управления рысканьем, используемый на некоторых бесхвостых самолетах и летающих крыльях , заключается в добавлении одной или нескольких поверхностей, создающих сопротивление, таких как разделенные элероны, на внешней секции крыла. Управление одной из этих поверхностей создает сопротивление крылу, заставляя самолет отклоняться в этом направлении. Эти поверхности часто называют рулями направления.
