Взаимодействие руля с потоком воды. Нагрузка рулевого привода

Современные суда снабжаются небалансирными или балансирными обтекаемыми рулями симметричного профиля.

У небалансирных рулей ось совпадает с передней кромкой, у балансирных рулей ось находится за передней кромкой. Когда такой руль находится в потоке воды, как изолированная пластина, обе его плоскости обтекаются потоком воды с одинаковой скоростью. Возникающие гидродинамические силы, действующие на плоскость руля, взаимно уравновешиваются. Когда руль повёрнут и находится под углом атаки к потоку, условия обтекания плоскости руля изменяются. Объясняется это тем, что обтекание профиля сопровождается интенсивным вихреобразованием в пограничном слое. При этом образуется циркуляционное движение воды вблизи профиля, направленного при положительном угле атаки против часовой стрелки, а при отрицательном – по часовой стрелке. Циркуляционное движение накладывается на основной поток, что приводит к изменению скоростей обтекания плоскостей руля, давления на плоскости и возникновению гидродинамической силы давления на руль , приложенной в центре гидродинамического давления. Сила раскладывается в двух координатных системах: в системе потока и в системе руля.

В системе потока одна из осей совпадает с вектором , а сила раскладывается на подъёмную силу , направленную перпендикулярно и силу сопротивления, совпадающую по направлению с .

В системе руля сила раскладывается на нормальную гидродинамическую силу давления на руль, перпендикулярно хорде профиля, и тангенциальную силу по хорде профиля. Сила создаёт крен судна и дрейф судна на циркуляции.