Кіріспе

Бағытталмалы беткей – жатпас ось бойынша сұйықтық динамикалық басқаруға арналған навигациялық құрал.

Руль – кеме, қайық, суасты кемесі, жеңілдік, дирижабль немесе сұйық ортада (әдетте ауа немесе су) қозғалатын басқа да көлік құралын басқару үшін қолданылатын негізгі бағытталмалы беткей. Ұшақта руль негізінен кері бұрылу және "p" факторына қарсы қолданылады және ұшақты бұру үшін қолданылатын негізгі басқару құралы емес. Руль корпустан немесе фюзеляждан сұйықтықты басқа бағытқа бұрып, кемеге бұрылу немесе жатпас қозғалысын сыйлайды. Негізгі түрінде руль – кеме тұсына, құйрығына немесе артқы жағына ілмектермен бекітілген жалпақ жазық немесе материалдан жасалған болады. Көбінесе рульдер гидродинамикалық немесе аэродинамикалық кедергіні азайту үшін дөңгелектелген пішінге ие. Қарапайым су кемелерінде рульдің жоғарғы жағына рульшіге бұру мүмкіндігін беретін рычаг ретінде таяқ немесе бағана бекітілуі мүмкін. Үлкен кемелерде рульді рульге байланыстыратын кабельдер, иінтіректер немесе гидравликалық жүйелер қолданылады. Әдеттегі ұшақтарда руль педальдер арқылы механикалық байланыстар немесе гидравликалық жүйелермен басқарылады.

Рульдің тарихы

Жалпы алғанда, руль – "кеме немесе қайықтың бағытталма аппаратының корпустың сыртына бекітілген бөлігі", яғни түрлі ескектерді, қалақтарды және рульдерді білдіреді. Көне кемелердегі бағыттау құралдарын кемеде орналасқан жеріне қарай бүйірлік рульдер мен корлық рульдер деп жіктеуге болады. Үшінші термин – "бағыттау ескіргіші" – екі түрін де атауы мүмкін. Жерорта теңізі аймағында бүйірлік рульдерді жиі "жақтық рульдер" деп атайды, себебі бұл термин рульдің орнатылған жерін дәлірек көрсетеді. Корлық рульдер кеменің арт жағында орталықта бекітіледі. Кейбір мамандар бағыттау ескіргішін рульге жатқызады, ал басқалары – Джозеф Нидхэм, Лефèbre де Ноэтт, К. С. Том, Чунг Чи Кит, С. А. М. Адсхед, Джон К. Фэрбанк, Мерл Голдман, Фрэнк Росс және Лео Блок пікір білдіреді. Ежелгі финикиялықтардың (б.з.д. 1550–300 жж.) Жерорта теңізінде рульсіз бағыттау ескіргішін қолдануы туралы Лео Блок (2003) былай жазады:

Желкен кеменің желге қарсы немесе желге қарай бағытын өзгертуге бейім, ал тура бағытта жүру үшін рульдің көмегі қажет. Осы кезеңде руль әлі ойлап табылмағандықтан, бағыттау ескіргіші қолданылды. Бір желкенді кеменің бағытын түзеу үшін бағыттау ескіргішін жиі қозғау қажет болды, бұл кеменің жылдамдығын төмендетті, себебі бағытты түзету тежегіш сияқты әрекет етеді. Алдыңғы жағында орналасқан екінші желкен басты желкеннің бұрылуға бейімділігін теңгеріп, бағыттау ескіргішімен бағытты түзету қажеттілігін азайта алады, бұл желкеннің тиімділігін арттырады. Бағыттау ескіргіші немесе бағыттау тақтасы – руль ойлап табылар алдында кеме немесе басқа да су көлігінің бағытын басқаруға арналған үлкен ескіргіш немесе тақта. Әдетте үлкен кемелерде ол оң жаққа бекітіледі, ал кішкентай кемелерде мүлдем бекітілмейді немесе сирек бекітіледі.

Ежелгі Мысыр

Кемелерді басқаруға арналған ескектер, Мысыр кемелерінде Меннің дәуірінен (б.з.д. 3100 ж.) бұрын пайда болды. Ежелгі Мемлекет кезеңінде (б.з.д. 2686 – б.з.д. 2134) жолаушылар кемелерінің әр жағында бес рульге дейін орнатылған. Руль және тік бағыттаушы бағананың енгізілуі, қажетті рульдер санын әр жақтан бірге дейін азайтты. Кеменің корпусына орнатылған жалғыз рульдер сол кездегі қабір үлгілерінде кездеседі, әсіресе Орта Мемлекет кезеңінде қабір рельефтері олардың Нілде кеңінен қолданылғанын көрсетеді. Алғашқы әдеби сілтеме грек тарихшысы Геродоттың (б.з.д. 484–424 ж.) еңбектерінде кездеседі, ол Египетте бірнеше ай өткізген: «Олар бір руль жасайды және ол келіс арқылы өткізіледі», бұл, мүмкін, келістің соңындағы қиылысқан бөлігін білдіреді («Менна қабірінде» бейнеленгендей). Иранда кемелерді басқару үшін кемелердің жанына орнатылған ескектер б.з.д. 3 мыңжылдықтағы суреттерде, ағаш модельдерде және тіпті нақты қайықтардың қалдықтарында кездеседі.

Ежелгі Рим

Римдіктер секстиллийлік тоқсандық рульдік ескектерді пайдаланды, олар Жерорта теңізінде ұзақ жылдар бойы үнемі жетілдіріліп, жақсартылып келді, сондықтан Рим дәуірінде ежелгі кемелердің өлшемдері ерекше үлкен болды. Рульдік ескектің күші тиімділігі, бейімделу қабілеті және қарапайымдылығының үйлесімінде жатты. Кемеде бұрыннан-ақ спириттік желкен болды, бұл портовый кеменің жылдамдығын арттырды. Римдіктердің рульдік ескектерді корпустың арт жағына орнатуының тағы да куәгерлері бар, оларға буксирленетін баржалар, шарап шамы үшін тасымалдау кемелері және әртүрлі кеме түрлері кіреді. Звамердам қаласының жанындағы Рейн өзенінің сағасынан табылған үлкен баржаның корпусының арт жағына үлкен рульдік механизм орнатылған. Жаңа зерттеулерге сәйкес, император Калигуланың (37-41 жж.) сарайлық баржалары – дамыған Неми кемелері 14 метрлік рульдермен жабдықталған болуы мүмкін.

Ежелгі Қытай

Әлемдегі ең көне белгілі стернпостты рульдің суреті Хань әулеті кезеңінде, біздің заманымыздың 1 ғасырында жасалған қытайлық қоқыстың қыштан жасалған модельінде кездеседі, бұл оның Батыста пайда болуынан мың жыл бұрынғы жағдай. Ол 1958 жылы Гуанчжоу қаласында Гуандун провинциялық мұражайы мен Тайваньның Academia Sinica жүргізген археологиялық қазбалар барысында табылған. Рульді басқару үшін ескі құралдарды қолдану туралы алғашқы жазба деректер 5 ғасырға жатады. Қытай рульдері ағаш жақтар немесе ұялар арқылы корпусқа бекітіледі. Сонымен қатар, көптеген қоқыстар "терезелі рульдерді" (ішінде тесіктері бар рульдер, жақсы басқару үшін арналған) қамтыды. Орта ғасырлардағы қытай қоқыстарының егжей-тегжейлі сипаттамалары Қытайға саяхат жасаған түрлі саяхатшылардан, мысалы, Марокконың Танжер қаласынан Ибн Батутадан және Италияның Венеция қаласынан Марко Полодан белгілі. Кейінірек қытай энциклопедияшысы Сунь Инсинг (1587–1666 жж.) және 17 ғасырдың еуропалық саяхатшысы Луи Лекомт қоқыс конструкциясы мен оның рульді пайдалануы туралы ынтамен және таң қалғандықпен жазды. Пол Джонстон мен Шон МакГрейл қытайлықтар "орталық, тік және осьтік" стернпостты рульді ойлап тапқанын және мұндай руль Батыста кездесетін пинтель және гуджон рульдерінен шамамен мың жылға жуық бұрын пайда болғандығын айтады.

Орта ғасырдағы Таяу Шығыс

Араб кемелері де соқпаққа орнатылған рульді қолданған. Ең алғашқы дәлел 985 жылы әл-Мұқаддаси жазған "Ахсан әл-Тақсим фи Марифат әл-Ақалим" ("Аймақтарды жіктеудің ең жақсы бөлімдері") кітабынан алынған: "Қарақ ұясынан капитан теңізге мұқият қарайды. Тас байқалғанда, ол: "Оң жақ!" немесе "Сол жақ!" деп айқайлайды. Сол жерде тұрған екі жас жігіт дауысты қайталайды. Екі арқанды қолына ұстаған бастырушы, дауыс естігенде оңға не солға қарай тартып, рульді бұрады. Егер кемеге тиісінше көңіл бөлмесе, ол жартасқа шағылып, қирап кетеді."

Орта ғасырлардағы Еуропа

Кемелердің бортына орнатылған ескектер Еуропада ежелгі заманнан бастап орта ғасырдың соңына дейін қолданылған төртінші бағыттағы рульге айналды. Кемелердің мөлшері мен борттарының биіктігі артқан сайын, төртінші бағыттағы рульдер қолдануға қолайсыз болып, олардың орнына мықты, иінтірек және ойық байланысы бар рульдер келді. Рим дәуірінен бері Еуропада, оның ішінде Жерорта теңізіндегі жеңіл соғыс галереяларында да рульдік ескектер кең таралған, бірақ оның толық мүмкіндігі 14 ғасырда тік корма және толық жабдықталған кемелер енгізілгеннен кейін ғана іске асты. Джозеф Нидхам сияқты тарихшылар кормаға орнатылған рульдің Орта ғасырларда Қытайдан Еуропаға және Ислам әлеміне жеткенін айтады, сондай-ақ 1866 жылы SS Great Eastern кемесінде рульді басқару жүйесі пайда болды. Егер кемеге төмен жылдамдықта қосымша маневрлік қабілет қажет болса, рульді мұңғақпен толықтыруға немесе оны толығымен азимуттық итергіштермен алмастыруға болады.

Қайық рульдерінің егжей-тегжейі

Қайық рульдері сыртқы немесе ішкі болуы мүмкін. Сыртқы рульдер корманың немесе транцемнің үстіне ілінеді. Ішкі рульдер кель немесе скигтен ілінеді, осылайша корпустың астында толық суға батып, руль бағанасы арқылы корпустан палуба деңгейіне, көбінесе кокпит ішіне дейін жететін басқару механизміне қосылады. Кельмен ілінген ішкі рульдер (толық кельдің артқы жиегінің жалғасы) теңізде жүзу кезінде ең зақымға төзімді рульдер деп саналады. Кішкентай қанатты кельдері бар кемелерде скигпен ілінген рульдер арқасында жақсырақ өнімділік пен жылдам басқару мүмкіндігін қамтамасыз етуге болады. Руль бағанасы мен мачтың орналасуы кеч пен яульдің арасындағы айырмашылықты анықтайды, себебі бұл екі мачты кемелер ұқсас. Яульдер руль бағанасының артында (яғни "арт жағында") мизень мастың орналасуымен сипатталады; кечтер руль бағанасының алдында мизень мастың орналасуымен сипатталады. Кішкентай кемелердің рульдері корпустың бойлық осіне перпендикуляр бағытта басқарылғанда тиімді тежегіштер болады. Дегенмен, "толық бұрылу", "оңға толық бұрылу" сияқты терминдер үлкен кемелер үшін максималды бұрылу жылдамдығын білдіреді. Транцемге ілінген немесе артқа орнатылған қанатты рульдер алдыңғы жаққа орнатылған кельге ілінген рульдерге қарағанда үлкен момент пен жылдам бұрылуды тудырады. Кішкентай кемелердің рульдері рульдік штокқа сәйкес келетін және рульдік қанатқа бекітілетін рульдік тұтқа арқылы басқарылуы мүмкін. Егер рульдік тұтқаның ұзындығы рульді басқаруға кедерілсе, оны резеңке шарнирмен бөлуге болады, ал рульге жалғанған бөлігі рульдік ұзарту деп аталады. Рульдік тұтқаны реттелетін телескопиялық бұралу арқылы одан әрі ұзартуға болады. Сондай-ақ, кеменің винті жабық және кемені басқару үшін бұрылатын барабан тәрізді руль де бар. Дизайнерлер кішкентай кемеде осы типтегі руль рульге жылдам жауап беретінін мәлімдейді.

Рульді басқару

Ірі кемелерде (жалпы тоннажы 10 000 тоннадан асатын) рульді бұру уақытына талаптар қойылады. Осы талапты орындау үшін жоғары моментті рульді басқару жүйелері қолданылады. Көбінесе қолданылатын жүйелердің бірі – поршеньді рульдік механизм. Ол руль осін (айналу осі) бұру үшін төрт гидравликалық поршеньді пайдаланады, нәтижесінде руль айналады.

Ұшақ рульдері

Ұшақта руль – бағытты басқару беті, сонымен қатар лифт сияқты руль (әдетте көлденең құйрық конструкциясына бекітіледі, егер ол плиталық лифт болмаса) және айлерон (қанаттарға бекітіледі), сәйкесінше сопақшаны және дөңгелеуді басқарады. Руль әдетте қанатына (немесе тік стабилизаторына) бекітіледі, бұл ұшқышқа тік ось бойынша бұрылуды басқаруға мүмкіндік береді, яғни ұшақтың мұрынының бағытын өзгертеді. Кемеден айырмашылығы, ұшақты бұру үшін аэрондар мен руль бірге қолданылады, мұнда аэрондар дөңгелеуді, ал руль бұрылуды қамтамасыз етеді және сондай-ақ «кері бұрылу» деп аталатын құбылысты өтеуге көмектеседі. Кәдімгі қанатты ұшақты руль ғана бұра алады, бірақ аэрондар да қолданылса, бұл процесс әлдеқайда жылдамдатылады. Кейде ұшқыштар руль мен аэронды қарама-қарсы бағытта әдейі түрде итермелеп, «сығақтап немесе бүйірлеп сығақтау» деп аталатын маневр жасайды. Бұл желдің қарсы соғуын жеңіп, ұшақ корпусын ұшу-қону жолағымен бірге сақтау үшін, немесе соққыны арттыру арқылы биіктікті төмендету үшін, немесе екеуінің бірдей мақсатында қолданылуы мүмкін. Тақырыпсыз ұшақтар мен ұшу қанаттарында қолданылатын тағы бір техника – сыртқы қанат бөлігіне соққы тудыратын бір немесе бірнеше беттерді, мысалы, бөлінген аэронды қосу. Мұндай беттердің бірін пайдалану қанатқа соққы түсіріп, ұшақты сол бағытта бұрады. Бұл беттер көбінесе «соққы рульдері» деп аталады.