Введение

Руль – это основная управляющая поверхность, используемая для управления движением в рыскающей плоскости судов, лодок, подводных лодок, судов на воздушной подушке, дирижаблей и других транспортных средств, перемещающихся в жидкой среде (обычно воздух или вода). На самолете руль используется главным образом для компенсации неблагоприятной рыски и эффекта "p-фактора" и не является основным элементом управления для выполнения поворота. Руль работает, перенаправляя поток жидкости вокруг корпуса или фюзеляжа, тем самым создавая вращательное или рыскающее движение. В своей простейшей форме руль представляет собой плоскую пластину или лист материала, прикрепленную на шарнирах к корме, хвостовой части или заднему концу судна. Часто рулям придают форму, чтобы минимизировать гидродинамическое или аэродинамическое сопротивление. На простых судах румпель – по сути, палка или шест, действующий как рычаг – может быть прикреплен к верхней части руля, позволяя рулевому его поворачивать. На больших судах для соединения рулей с рулевыми колесами могут использоваться тросы, тяги или гидравлические системы. В типичных самолетах рулем управляют с помощью педалей через механические тяги или гидравлику.

История руля

В общем, руль – это "часть рулевого аппарата лодки или корабля, закрепленная снаружи корпуса", то есть обозначает все различные типы весел, лопастей и рулей. Более конкретно, рулевое управление древних судов можно классифицировать 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 штурвалами-четвертями, поскольку последний термин более точно указывает место крепления руля. Кормовые рули равномерно подвешиваются в задней части корабля в центральном положении. Хотя некоторые классифицируют рулевое весло как руль, другие – например, Джозеф Нидхэм, Лефре де Ноэтт, К. С. Том, Чунг Чи Кит, С. А. М. Адсхед, Джон К. Фэрбанк, Мерл Голдман, Фрэнк Росс и Лео Блок. Что касается использования рулевого весла без руля древними финикийцами (1550–300 гг. до н.э.) в Средиземноморье, Лео Блок (2003) пишет:

Одиночный парус имеет тенденцию поворачивать судно по ветру или против ветра, и для удержания прямого курса требуется рулевое действие. В то время использовалось рулевое весло, поскольку руль еще не был изобретен. Для удержания прямого курса требовалось частое использование рулевого весла, что замедляло судно, поскольку коррекция курса рулевым веслом (или рулем) действовала как тормоз. Второй парус, расположенный впереди, можно было настроить, чтобы компенсировать поворачивающий момент главного паруса и минимизировать необходимость коррекции курса рулевым веслом, что значительно повысило бы эффективность парусов. Рулевое весло или рулевая доска – это увеличенное весло или доска для управления направлением судна или другого водного транспортного средства до изобретения руля. Обычно оно крепится к правому борту на больших судах, хотя на небольших судах оно редко или никогда не крепится.

Древний Египет

Гребные весла, предназначенные для управления, появились на больших египетских судах задолго до времени Менеса (3100 г. до н. э.). В Старом царстве (2686–2134 гг. до н. э.) на каждой стороне пассажирских судов обнаруживалось до пяти рулевых весел. Использование румпеля и введение вертикальной рулевой стойки в кормовой части снизили обычное количество необходимых рулевых весел до одного с каждой стороны. Одиночные рулевые весла, устанавливаемые на корме, встречаются на многих моделях гробниц того времени, особенно в период Среднего царства, когда рельефы гробниц свидетельствуют об их широком использовании в навигации по Нилу. Первое литературное упоминание встречается в трудах греческого историка Геродота (484–424 гг. до н. э.), который провел несколько месяцев в Египте: «Они делают один руль и проталкивают его сквозь киль», – вероятно, подразумевая развилку на конце киля (как изображено в «Гробнице Менны»). В Иране весла, монтируемые по бокам кораблей для управления, зафиксированы в произведениях искусства, деревянных моделях и даже фрагментах настоящих лодок, начиная с 3-го тысячелетия до н. э.

Древний Рим

В римском мореплавании использовались рулевые весла с секстильными лопастями, которые на протяжении длительного периода постоянно совершенствовались в Средиземноморье, так что к римской эпохе древние суда достигали необычайных размеров. Сила рулевого весла заключалась в сочетании его эффективности, приспособляемости и простоты. Лодка уже была оснащена спинакером, что повышало маневренность гавани. К числу подтвержденных применений рулевых весел в римский период относятся баржи под буксиром, транспортные суда для винных бочек и различные другие типы кораблей. На большой речной барже, обнаруженной в устье Рейна недалеко от Цвамердама, был установлен большой рулевой механизм на корме. Согласно новым исследованиям, передовые корабли Неми, дворцовые баржи императора Калигулы (37–41 гг. н.э.), могли быть оснащены рулями длиной 14 м.

Древний Китай

Самое старое из известных в мире изображений руля, установленного на кормовом столбе, можно увидеть на керамической модели китайской джонки, датируемой I веком нашей эры, периодом династии Хань, что на тысячу лет предшествует их появлению на Западе. Он был обнаружен в Гуанчжоу в ходе археологических раскопок, проведенных Провинциальным музеем Гуандун и Академией Синика Тайваня в 1958 году. Первое надёжное письменное упоминание об использовании руля без рулевого весла относится к V веку. Китайские рули крепятся к корпусу посредством деревянных захватов или гнезд. Кроме того, многие джонки имели "рули с прорезями" (рули с отверстиями, предположительно обеспечивающими лучший контроль). Подробные описания китайских джонок в Средние века известны из записок различных путешественников в Китай, таких как Ибн Батута из Танжера (Марокко) и Марко Поло из Венеции (Италия). Позднее китайский энциклопедист Сон Инсин (1587–1666) и европейский путешественник XVII века Луи Лекомт с энтузиазмом и восхищением писали о конструкции джонки и использовании руля. Пол Джонстон и Шон МакГрейл утверждают, что китайцы изобрели "срединный, вертикальный и осевой" руль, установленный на кормовом столбе, и что такой тип руля предшествовал рулю на петлях и ушках, распространенному на Западе, примерно на тысячелетие.

Средневековый Ближний Восток

Арабские корабли также использовали руль, установленный на корме. Самые ранние свидетельства встречаются в книге «Ахсан аль-Такасим фи Марифат аль-Акалим» («Наилучшее разделение для познания областей»), написанной аль-Мукаддаси в 985 году:

Капитан с мачты внимательно наблюдает за морем. Когда он замечает скалу, он кричит: «Право руля!» или «Лево руля!» Двое юношей, находящиеся там, повторяют крик. Рулевой, держа в руках две снасти, при звуке этих команд тянет одну или другую вправо или влево. Если не проявлять должной осторожности, корабль наскочит на скалы и пойдет ко дну.

Средневековая Европа

Весла, установленные на боках кораблей, эволюционировали в четверть-рулевые весла, которые использовались с античности до конца Средних веков в Европе. По мере увеличения размеров кораблей и высоты надводного борта, четверть-рулевые весла становились неудобными в обращении и были заменены более надежными рулями с поворотным соединением. Рулевые весла использовались в Европе на самых разных судах с римских времен, включая легкие военные галеры в Средиземноморье, однако их полный потенциал был реализован лишь после появления вертикального штевня и парусного судна с полным оснащением в XIV веке. Историки, такие как Джозеф Нидхэм, полагают, что кормовой руль был заимствован из Китая в Европу и исламский мир в Средние века, а также был установлен рулевой привод на SS Great Eastern в 1866 году. Если судну требуется повышенная маневренность на малых скоростях, руль может быть дополнен маневровым подруливающим устройством в носовой части, или полностью заменен азимутальными подруливающими устройствами.

Детали руля лодки

Руль может быть как наружным, так и внутренним. Наружные рули подвешиваются на корме или транце. Внутренние рули подвешиваются к килю или скегу и полностью погружены под корпус, соединяясь с рулевым механизмом рулевой колонкой, которая проходит через корпус до уровня палубы, часто в кокпит. Внутренние рули, подвешенные к килю (являющиеся продолжением кормовой кромки полного киля), традиционно считаются наиболее устойчивыми к повреждениям при морском плавании. Лучшие характеристики и более быстрая управляемость могут быть обеспечены рулями, подвешенными к скегу, на лодках с небольшими плавниками-килями. Расположение рулевой колонки и мачты определяет разницу между кечом и яулом, поскольку эти двухмачтовые суда схожи. Яул определяется наличием миззель-мачты позади рулевой колонки, а кеч – миззель-мачты перед рулевой колонкой. Рули небольших судов, которые можно поворачивать более или менее перпендикулярно продольной оси корпуса, служат эффективными тормозами при отклонении "на всю ширину". Однако термины, такие как "на всю ширину", "на правый борт" и т.п., обозначают максимальную скорость поворота для больших судов. Рули, подвешенные к транцу или расположенные далеко на корме, создают больший момент и обеспечивают более быстрый поворот, чем рули, подвешенные к килю и расположенные ближе к носу. Рулями на небольших судах можно управлять с помощью ручки (тифора), которая вставляется в рулевой шток, который также служит креплением для рулевого пера. На судах, где длина ручки может мешать движению штурвала, ее можно разделить с помощью резинового шарнира, а часть, примыкающая к ручке, называется удлинителем ручки. Ручки могут быть дополнительно удлинены с помощью регулируемого телескопического удлинителя с фиксатором. Существует также барабанный тип руля, в котором гребной винт заключен в корпус и может поворачиваться для управления судном. Конструкторы утверждают, что такой тип руля на небольшом судне быстрее реагирует на штурвал.

Рулевое управление

Для больших судов (с валовой вместимостью более 10 000 тонн) установлены требования к времени разворота руля. Для их выполнения применяются рулевые приводы с высоким крутящим моментом. Одной из распространенных систем является рулевое устройство поршневого типа. Оно использует четыре гидравлических цилиндра для вращения рулевого вала (оси вращения), что, в свою очередь, приводит к вращению руля.

Рулевые самолетов

Руль – это поверхность управления направлением на самолете, наряду с рулем высоты (обычно прикрепленным к горизонтальному хвостовому оперению, если это не цельноповоротный руль высоты) и элеронами (прикрепленными к крыльям), которые управляют тангажом и креном соответственно. Руль обычно крепится к килю (или вертикальному стабилизатору), что позволяет пилоту управлять рысканием вокруг вертикальной оси, то есть изменять горизонтальное направление, в котором указывает нос самолета. В отличие от судна, для поворота самолета используются как элероны, так и руль направления, причем элероны создают крен, а руль – рыскание, а также компенсируют эффект, называемый неблагоприятным рысканием. Руль направления может повернуть обычный самолет с фиксированным крылом, но значительно медленнее, чем при одновременном использовании элеронов. Иногда пилоты намеренно управляют рулем и элеронами в противоположных направлениях при выполнении маневра, называемого скольжением или боковым скольжением. Это может быть сделано для компенсации бокового ветра и удержания фюзеляжа по оси взлетно-посадочной полосы, для снижения высоты за счет увеличения сопротивления или для достижения обеих целей. Другой способ управления рысканием, применяемый на некоторых самолетах без хвостового оперения и «летающих крыльях», заключается в добавлении одной или нескольких поверхностей, создающих сопротивление, например, разделенных элеронов, на внешней части крыла. Активация одной из этих поверхностей создает сопротивление крылу, вызывая рыскание самолета в этом направлении. Эти поверхности часто называют «тормозными рулями».