Propeller Lateral Force

Добрый день, уважаемые коллеги! Меня зовут Артур Соколов, я соавтор курса «Ships Handling» и в этой статье я предлагаю разобрать одну из тем: “Управление Судном”.

Я считаю, что штурман разобрал и понял тему управления судном только тогда, когда он может предсказать поведение и реакцию судна на какое-то ваше действие или бездействие. Для этого нужно понимать, какие силы и как воздействуют на судно.

Начнем с поперечной силы вращения винта – “Propeller Lateral Force”. Об этой теме действительно много написано, в каждой книжке по “Ship’s Handling” есть тема “Propeller Transverse Force”. Поверьте, мы их перечитали очень много, когда работали над данным курсом.

Три спикера на протяжении трёх лет работали над созданием данного курса для того, чтобы аккумулировать все то, что каждый уважающий себя капитан, штурман должен знать об управлении судном.

Читайте статью или смотрите видео, где я попытаюсь простым языком объяснить из-за чего возникает Propeller Lateral Force, и, главное, куда она будет направлена. ⬇️ 🚢

Чаще всего с этим вопросом будет сталкиваться капитан, когда на борт судна поднимается Лоцман и задает классический вопрос: “Какого шага у вас винт и куда у вас идет нос судна при работе на задний ход?”

Третий и второй помощник тоже могут столкнуться с данным вопросом на интервью или, к примеру, вы заступили на вашу первую навигационную вахту, а на судне, на которое вы приехали, работает требовательный капитан и задает вам вопрос: “Ознакомились ли вы с маневренными характеристиками судна?”. Вы отвечаете, что ознакомились и тогда капитан может спросить у вас: “Какого шага у нас винт? Если вам на вахте вдруг нужно будет срочно отработать на задний ход, куда у нас пойдет бак?”.

Согласитесь, это абсолютно нормально, чтобы штурман, который несет вахту и отвечает за судно, понимал, куда пойдет бак при работе на задний ход и какой вообще винт у этого судна. Поэтому давайте начнем разбираться.

Какие вообще существуют типы винтов?

Мы их поделим на две группы:

Винты фиксированного шага – Fixed Pitch Propeller
Винты регулируемого шага – Controllable Pitch Propeller

Также винты делятся по направлению вращения:

Винты правого шага – Right Hand. Вращаются по часовой стрелке, соответственно вправо при работе на передний ход, если смотреть с кормы.
Винты левого шага – Left Hand. Вращаются наоборот, против часовой стрелки, соответственно, влево при работе на передний ход, если смотреть с кормы.

Из-за вращения винта возникает одно интересное обстоятельство. В верхней части, где вращается винт, возникает Aerated Medium – среда с меньшей плотностью (разряженная среда), а в нижней части возникает наоборот – Denser Medium, среда с большей плотностью.

Главное понимать, что когда винт вращается, у нас плотность воды в верхней части его вращения будет ниже, чем плотность воды в нижней части вращения винта. Если винт остановится и не будет вращаться, тогда плотности опять станут одинаковыми.

Следующий момент, который я хочу подчеркнуть, это то, что винт не создает поток воды только в продольном направлении.

Винт создает поток воды по своеобразной спирали, а спираль идет в продольном направлении и еще в поперечном направлении, следовательно лопасти винта отбрасывают воду еще и вправо, влево, в поперечном направлении.

Когда у нас винт вращается по часовой стрелке, к примеру это винт правого шага, который работает на передний ход, лопасть в своем верхнем положении будет отбрасывать воду вправо, а лопасть в своем нижнем положении будет отбрасывать воду влево.

Если у нас, допустим, винт левого шага, то он вращается против часовой стрелки и тогда его лопасть в верхнем положении будет отбрасывать воду влево, а лопасть в нижнем положении будет отбрасывать воду вправо.

К чему это приведет?

Рассмотрим пример фиксированного винта правого шага.

при вращении по часовой стрелке в верхнем положении лопасть будет отбрасывать воду вправо, тем самым она будет создавать поперечную силу направленную влево,
при его вращении по часовой стрелке лопасть в нижнем положении будет отбрасывать воду влево, тем самым создавая поперечную силу тяги вправо.

У винта левого шага это происходит наоборот,

его лопасть в верхнем положении отбрасывает воду влево, тем самым создавая поперечную силу тяги вправо,
лопасть в нижнем положении будет отбрасывать воду вправо, тем самым создавая поперечную силу тяги направленную влево.

Но будут ли эти две поперечные силы тяги друг друга компенсировать? Будут ли они одинаковые по значению?

Вот здесь давайте вспомним важный момент, что из-за вращения винта у нас в верхней его части возникает “Aerated Medium”, то есть среда с меньшей плотностью, а в нижней части возникает “Denser Medium”.

Мы понимаем, что скорость вращения винта, что в верхней части, что в нижней части будет одинаковая, то есть скорость, с которой винт отбрасывает воду вправо или влево, будет одинаковой.

Но поскольку плотности разные, из-за этого поперечная сила, которая возникает в верхней части винта, будет меньше, чем поперечная сила, которая возникает в нижней части винта при его вращении.

То есть результирующая сила будет направлена следующим образом:

Если у нас винт вращается по часовой стрелке, то результирующая сила будет направлена вправо.
Если у нас винт вращается против часовой стрелки, то результирующая сила будет направлена влево.

И здесь мы можем запомнить одно очень важное правило, что поперечная сила винта всегда будет направлена в направлении куда вращается винт.

То есть если у нас винт вращается по часовой стрелке, значит поперечная сила винта будет направлена вправо. Если у нас винт вращается против часовой стрелки, значит поперечная сила винта будет направлена влево.

Мы с вами рассмотрели фиксированный винт правого шага, который работает на передний ход и винт регулируемого левого шага, который тоже работает на передний ход, но вращается против часовой стрелки.

Давайте теперь разберем, когда судно работает на задний ход.

Fixed Pitch Propeller

Фиксированный винт правого шага теперь будет вращаться против часовой стрелки. На передний ход этот винт вращался по часовой стрелке, соответственно на задний ход мы делаем реверс, потому что это винт фиксированного шага и он уже вращается против часовой стрелки, влево.

Controllable Pitch Propeller

Винт регулируемого шага, который всегда вращается в одном направлении, что при работе на передний ход, что при работе на задний ход. Направление тяги вперед-назад меняется за счет изменения угла атаки лопастей, то есть на задний ход у нас винт все равно будет вращаться влево, против часовой стрелки.

У нас возникает аналогичная ситуация. Ниже рассмотрим фиксированный винт правого шага, который работает на задний ход, он вращается сейчас против часовой стрелки.

Его лопасть в верхнем положении будет отбрасывать воду влево, тем самым создавая поперечную силу тяги вправо, а лопасть в нижнем положении будет отбрасывать воду вправо, тем самым создавая поперечную силу тяги влево.

Какая из этих поперечных сил будет больше, мы уже установили.

Больше по значению будет сила, которая возникает в нижней части винта. Соответственно, результирующая сила тоже будет направлена туда же, куда вращается винт. Оба винта вращаются против часовой стрелки, влево. И как вы видите, их поперечные силы направлены тоже влево.

Теперь давайте посмотрим, как поперечная сила винта будет воздействовать на судно.

Рассмотрим фиксированный винт правого шага.

Представим, что у нас судно не имеет хода относительно воды.

К примеру, мы только снялись с якоря и начинаем работать машиной вперед. Перо руля у нас стоит прямо.

Куда у нас пойдет бак, куда пойдет корма?

Мы даем ход фиксированным винтом правого шага. Он начнет вращаться по часовой стрелке, то есть вправо.

Соответственно, поперечная сила винта будет тоже направлена вправо. То есть, эта сила будет стремиться тянуть корму вправо, тем самым у нас будет разворачиваться нос судна влево.

Если же мы на судне с фиксированным винтом правого шага, , начнем работать на задний ход, то этот винт уже будет вращаться против часовой стрелки, то есть влево.

А значит и поперечная сила данного винта тоже будет направлена влево.

И что же эта сила будет стремиться делать? Она будет стремиться тянуть корму судна влево, тем самым разворачивая нос судна вправо.

Рассмотрим работу судна с винтом регулируемого левого шага.

Данный винт всегда вращается против часовой стрелки (влево). Независимо от того, работаем мы на передний ход или работаем мы на задний ход, он всегда вращается против часовой стрелки.

И поскольку он всегда вращается против часовой стрелки, то данный винт всегда вызывает поперечную силу винта, направленную влево. И эта сила будет стремиться направить корму влево, тем самым разворачивая нос судна вправо.

Как поперечная сила винта будет мешать при необходимости остановить судно.

К примеру, мы идем в канале и нам нужно остановить судно.

Что мы делаем? Мы начинаем работать на задний ход.

У нас судно с фиксированным винтом правого шага, то есть винт начал вращаться против часовой стрелки.

Возникает поперечная сила винта. Она будет направлена влево, совпадать с направлением вращения винта.

Эта поперечная сила будет стремиться направить корму влево, тем самым разворачивая судно вправо. А мы следуем в узком канале и для нас это совсем неблагоприятно. Таким образом мы можем быстрее носом судна въехать в “бровку” канала, чем самым судно и остановится.

А как же нам остановиться в канале отработав на задний ход так, чтобы не въехать носом в бровку канала?

Можно воспользоваться следующей методикой. Машина в положении стоп. Мы забрасываем нос влево. Немного влево.

Почему влево? Потому что когда мы начнем работать на задний ход, у нас нос пойдет вправо.

Как только у нас нос начал отклоняться влево, мы даем машиной реверс и работаем на задний ход.

Что теперь происходит т с судном под действием поперечной силы винта? Судно начнет поворачивать вправо и как раз таки выйдет на курс канала.

Возникает вопрос, а насколько нужно отклонить курс судна влево и насколько сильно нужно начать работать машиной назад, чтобы выполнить этот маневр безопасно? Здесь на пальцах, конечно, никто это объяснить не может. Это нужно конкретно “чувствовать” на конкретном судне.

Но если вы только приехали на судно и вы еще с ним не знакомы, то просто этот маневр разбейте на несколько этапов. Лучше это сделать, скажем, постепенно:

Вы остановили машину, у вас машина в положении стоп.

Далее вы можете начинать делать реверс машиной и одновременно немного забросить нос судна влево.

По мере выполнения вышеописанного маневра, начинайте больше и больше машиной работать на задний ход.

Когда курс судна выйдет на курс канала, в этот момент остановитесь работать машиной. Если у вас все равно есть еще избыточная инерция переднего хода, повторите этот маневр.

Главное, что в этом маневре, когда вы забрасываете нос судна влево, перед тем как начать работать машиной на задний ход, нельзя его забросить влево так сильно, чтобы вы не въехали носом в левую “бровку”.

И касательно того, насколько сильно я могу работать машиной на задний ход – нельзя работать машиной так сильно, чтобы существенно отклониться от курса вправо. Чтобы затем ваше финальное положение не было таким, как на примере ниже.

Именно поэтому я и говорю, что лучше этот маневр просто сделать в несколько этапов.

Первый этап – вы притормозили судно;

Второй этап – притормозили судно;

Третий этап – полностью остановили судно.

Здесь конечно еще зависит от размеров судна, в грузу судно или в балласте, ну и конечно от ширины канала. Чем канал уже, чем меньше соотношение размеров судна и канала, тем аккуратнее и тщательней вам нужно выполнять этот маневр. Вот пример того, почему очень важно понимать, как на судно воздействуют различные силы.