Ster - Rudder
Ster jest główną jednostką sterującą do sterowania stosuje się statek , łódź , łodzi podwodnej , poduszkowiec , samolot lub inny środek transportu przemieszcza się za pośrednictwem płynnego medium (na ogół powietrza lub wody). W samolocie ster jest używany głównie do przeciwdziałania niekorzystnemu zbaczaniu i współczynnikowi p i nie jest głównym elementem sterującym używanym do skręcania samolotu. Ster działa poprzez przekierowanie płynu obok kadłuba (jednostki pływającej) lub kadłuba , nadając w ten sposób jednostce ruch obrotowy lub odchylający . W podstawowej formie ster jest płaską płaszczyzną lub arkuszem materiału przymocowanym za pomocązawiasy do rufy , ogona lub rufy statku . Często stery są ukształtowane tak, aby zminimalizować opór hydrodynamiczny lub aerodynamiczny . Na prostych jednostek pływających , o Rumpel -essentially, kij lub biegun działający jako dźwigni ramienia może być przymocowany do górnej części steru aby mogła ona być włączona przez sternika . Na większych statkach, kable, popychacze lub hydraulika mogą być używane do łączenia sterów z kołami sterowymi. W typowych samolotach ster jest obsługiwany za pomocą pedałów za pośrednictwem połączeń mechanicznych lub hydrauliki.
Historia steru
Ogólnie rzecz biorąc, ster jest „częścią aparatu sterowego łodzi lub statku, który jest zamocowany na zewnątrz kadłuba”, co oznacza wszystkie rodzaje wioseł, wioseł i sterów. Dokładniej, urządzenia sterowe dawnych statków można podzielić na stery boczne i stery rufowe, w zależności od ich lokalizacji na statku. Trzecie określenie, wiosło sterowe , może oznaczać oba typy. W kontekście śródziemnomorskim , stery boczne są bardziej szczegółowo nazywane ćwiartkami, ponieważ późniejszy termin określa dokładniej miejsce, w którym zamontowano ster. Stery zamontowane na rufie są równomiernie zawieszone z tyłu statku w pozycji centralnej.
Chociaż niektórzy klasyfikują wiosło sterowe jako ster, inni twierdzą, że wiosło sterowe używane w starożytnym Egipcie i Rzymie nie było prawdziwym sterem i definiują jako prawdziwy ster tylko ster zamontowany na rufie, używany w starożytnych Chinach z czasów dynastii Han . Wiosło sterowe może przeszkadzać w obsłudze żagli (ograniczając jakikolwiek potencjał długich rejsów oceanicznych), podczas gdy bardziej pasowało do małych jednostek pływających w wąskim, szybkim transporcie wodnym; ster nie przeszkadzał w sterowaniu żaglami, zabierał mniej energii sternikowi , lepiej pasował do większych jednostek pływających po oceanach i po raz pierwszy pojawił się w starożytnych Chinach w I wieku naszej ery. W odniesieniu do starożytnych Fenicjan (1550–300 pne) używania wiosła sterowego bez steru na Morzu Śródziemnym , Leo Block (2003) pisze:
Pojedynczy żagiel ma tendencję do skręcania statku w kierunku z wiatrem lub z wiatrem, a do sterowania prostym kursem wymagane jest działanie steru. W tym czasie używano wiosła sterowego, ponieważ nie wynaleziono jeszcze steru. Przy pojedynczym żaglu, aby sterować kursem prostym, konieczne było częste poruszanie wiosłem; Spowolniło to statek, ponieważ korekta kursu wiosła sterowego (lub steru) działa jak hamulec. Drugi żagiel, umieszczony z przodu, może być trymowany, aby zrównoważyć tendencję do skrętu grota i zminimalizować potrzebę korygowania kursu przez wiosło sterowe, co znacznie poprawiłoby osiągi żagla.
Wiosło sterowe lub deska sterowa to ponadwymiarowe wiosło lub deska do kontrolowania kierunku statku lub innej jednostki pływającej przed wynalezieniem steru. Na większych statkach jest zwykle mocowany z prawej burty, chociaż na mniejszych jednostkach jest rzadko, jeśli w ogóle, mocowany.
Wiosło/przekładnia kierownicza
Starożytny Egipt
Wiosła wiosłowe odłożone do sterowania pojawiły się na dużych egipskich statkach na długo przed czasem Menesa (3100 p.n.e.). W Starym Królestwie (2686 pne-2134 pne) aż pięć wioseł sterowych znajduje się po każdej stronie łodzi pasażerskich. Dyszel na pierwszy szpilką przejściu przez stanie wiosła kierownicy, można przypisać do piątego rodu (2504-2347 BC). Zarówno rumpel, jak i wprowadzenie pionowego słupka sterowniczego z tyłu zmniejszyły zwykłą liczbę niezbędnych wioseł sterujących do jednego z każdej strony. Pojedyncze wiosła sterowe umieszczone na rufie można znaleźć w wielu modelach grobowców z tamtych czasów, zwłaszcza w okresie Państwa Środka, kiedy płaskorzeźby nagrobne sugerują, że są one powszechnie stosowane w żegludze po Nilu . Pierwsza literacka wzmianka pojawia się w pracach greckiego historyka Herodota (484-424 p.n.e.), który spędził kilka miesięcy w Egipcie : „Robią jeden ster, który jest przebijany przez stępkę ”, co prawdopodobnie oznacza krocze na końcu stępki (patrz zdjęcie po prawej "Grobowiec Menny").
W Iranie wiosła zamontowane na burtach statków do sterowania są udokumentowane od III tysiąclecia p.n.e. w dziełach sztuki, drewnianych modelach, a nawet pozostałościach rzeczywistych łodzi.
Starożytny Rzym
.JPG)
Nawigacja rzymska wykorzystywała wiosła sterowe z ćwiartki sexillie, które przeszły przez Morze Śródziemne przez długi okres ciągłego udoskonalania i ulepszania, tak że w czasach rzymskich starożytne statki osiągnęły niezwykłe rozmiary. Siła wiosła sterowego tkwi w połączeniu skuteczności, zdolności adaptacyjnych i prostoty. Systemy mocowania wiosła sterującego w dzielnicy rzymskiej przetrwały w większości nienaruszone przez okres średniowiecza.
W pierwszej połowie I wieku ne urządzenia sterowe montowane na rufie były również dość powszechne w rzymskich statkach rzecznych i portowych, o czym świadczą płaskorzeźby i znaleziska archeologiczne ( Zwammerdam , Woerden 7). Tablica nagrobna z epoki Hadriana przedstawia holownik portowy w Ostii z długim wiosłem na rufie dla lepszej dźwigni. Łódź była już wyposażona w spritsail , zwiększając mobilność jednostki portowej. Dalsze potwierdzone rzymskie zastosowania wioseł sterowych zamontowanych na rufie obejmują barki holowane, statki transportowe do beczek z winem i różne inne typy statków. Również dobrze znane znalezisko Zwammerdam , duża barka rzeczna u ujścia Renu, zawierała dużą maszynę sterową zamontowaną na rufie. Według nowych badań, zaawansowane statki Nemi , barki pałacowe cesarza Kaliguli (37-41 ne), mogły mieć stery o długości 14 metrów.
Ster montowany na rufie
Starożytne Chiny
Najstarszy znany na świecie wizerunek steru zamontowanego na rufie można zobaczyć na ceramicznym modelu chińskiego złomu pochodzącego z I wieku naszej ery za panowania dynastii Han , poprzedzającego ich pojawienie się na Zachodzie o tysiąc lat. W Chinach miniaturowe modele statków wyposażone w wiosła sterowe datuje się na okres Walczących Królestw (ok. 475–221 p.n.e.). Stery montowane na rufie zaczęły pojawiać się na chińskich modelach statków począwszy od I wieku naszej ery. Jednak Chińczycy nadal używali wiosła sterowego długo po wynalezieniu steru, ponieważ wiosło to nadal miało ograniczone praktyczne zastosowanie w śródlądowych szybkich rzeczach. Jeden z najstarszych znanych przedstawień steru zamontowanego na rufie w Chinach można zobaczyć na dwumetrowym ceramicznym modelu dżonki pochodzącej z I wieku naszej ery, z czasów dynastii Han (202 p.n.e.-220 n.e.). Został odkryty w Kantonie podczas wykopalisk archeologicznych przeprowadzonych przez Muzeum Prowincji Guangdong i Academia Sinica na Tajwanie w 1958 roku. W ciągu dziesięcioleci w wykopaliskach archeologicznych znaleziono kilka innych modeli statków Dynastii Han ze sterami. Pierwsza solidna pisemna wzmianka o użyciu steru bez wiosła sterującego pochodzi z V wieku.
Chiński stery są przymocowane do kadłuba, za pomocą drewnianych szczęk lub gniazd, podczas gdy na ogół większe te zostały zawieszone nad liną rozwiązania układu, tak aby mogły być podnoszone lub opuszczane do wody. Ponadto wiele dżonów zawierało „stery fenestrowane” (stery z dziurami, rzekomo pozwalającymi na lepszą kontrolę). Szczegółowe opisy chińskie dżonki okresie średniowiecza znane są z różnych podróżujących do Chin, takich jak Ibn Battuta z Tanger , Maroko i Marco Polo w Wenecji , Włochy . Późniejszy chiński encyklopedysta Song Yingxing (1587–1666) i XVII-wieczny podróżnik Louis Lecomte pisali o śmieciowym projekcie i użyciu steru z entuzjazmem i podziwem.
Paul Johnstone i Sean McGrail twierdzą, że Chińczycy wynaleźli „środkowy, pionowy i osiowy” ster montowany na rufie, i że taki rodzaj steru wyprzedził o mniej więcej tysiąc lat ster czopowo-kiełbiowy spotykany na Zachodzie.
Starożytne Indie
Nowy mechanizm sterowania jest po raz pierwszy przedstawiony na pieczęci Chandraketugarh (Bengal Zachodni) datowanej na I-III wiek naszej ery na statku o nazwie „Indra of the Ocean” (Jaladhisakra), co wskazuje, że był to statek płynący do morza.
Średniowieczny Bliski Wschód
Statki arabskie również używały steru zamontowanego na rufie. Na ich statkach „ster jest kontrolowany przez dwie liny, z których każda jest przymocowana do poprzeczki zamontowanej na główce steru prostopadle do płaszczyzny płetwy steru”. Najwcześniejsze dowody pochodzą z Ahsan al-Taqasim fi Marifat al-Aqalim („Najlepsze podziały do klasyfikacji regionów”) napisanej przez al-Muqaddasiego w 985 roku:
- Kapitan z bocianiego gniazda uważnie obserwuje morze. Kiedy zauważy kamień, krzyczy: „Prawa burta!” lub „Port!” Dwóch młodzieńców, umieszczonych tam, powtarza okrzyk. Sternik z dwoma linami w ręku, gdy słyszy nawoływania, szarpie jedno lub drugie w prawo lub w lewo. Jeśli nie zachowa się wielkiej ostrożności, statek uderza w skały i jest rozbity.
Średniowieczna Europa
Wiosła zamontowane na burtach przekształciły się w ćwierć wiosła sterowego, które było używane od starożytności do końca średniowiecza w Europie . Wraz ze wzrostem wielkości statków i wysokości wolnych burt, ćwiartkowe wiosła sterowe stały się nieporęczne i zostały zastąpione przez mocniejsze stery z mocowaniem czopowym i kiełbowym . Podczas gdy wiosła sterowe znajdowano w Europie na wielu statkach od czasów rzymskich, w tym na lekkich galerach wojennych na Morzu Śródziemnym, najstarszy znany wizerunek steru z kiełkami i kiełbami można znaleźć na rzeźbach kościelnych w Zedelgem i Winchester, datowanych na około 1180 r. .
Podczas gdy wcześniej stery były montowane na rufie za pomocą sztyc lub tagli, żelazne zawiasy po raz pierwszy pozwoliły na przymocowanie steru na całej długości rufy w sposób naprawdę trwały. Jednak jego pełny potencjał mógł zostać zrealizowany dopiero po wprowadzeniu pionowej rufówki i statku w pełni ożaglowanego w XIV wieku. Od czasów odkrycia europejskie statki ze sterami typu pintle-and-kadgeon żeglowały z powodzeniem po wszystkich siedmiu morzach. Konsensus wielu historyków uważał, że technologia steru rufowego w Europie i świecie islamskim, wprowadzona przez podróżników w średniowieczu, została przeniesiona z Chin. Jednak Lawrence Mott w swojej pracy magisterskiej stwierdził, że metody mocowania sterów w świecie chińskim i europejskim różnią się od siebie, co prowadzi go do wątpliwości co do rozpowszechnienia chińskiego systemu mocowania.
Nowoczesne stery
Konwencjonalne stery pozostały zasadniczo niezmienione od czasu, gdy Isambard Kingdom Brunel wprowadził wyważony ster na SS Great Britain w 1843 roku i silnik sterowy na SS Great Eastern w 1866 roku. Jeśli statek wymaga dodatkowej manewrowości przy niskich prędkościach, ster może być uzupełniony manewrujący ster strumieniowy na dziobie lub całkowicie zastąpiony przez ster strumieniowy azymutalny .
Szczegóły sterów łodzi
Stery łodzi mogą być zarówno zaburtowe, jak i wewnętrzne. Stery zaburtowe są zawieszone na rufie lub pawęży. Stery wewnętrzne są zawieszone na stępce lub skegu, dzięki czemu są całkowicie zanurzone pod kadłubem, połączone z mechanizmem sterowym za pomocą sztycy, która przechodzi przez kadłub do poziomu pokładu, często do kokpitu. Stery podwieszane na stępce (będące kontynuacją tylnej krawędzi spływu pełnej stępki) są tradycyjnie uważane za najbardziej odporne na uszkodzenia stery do żeglugi przybrzeżnej. Lepsze osiągi z szybszymi właściwościami sterowniczymi mogą być zapewnione przez stery podwieszane na skegu na łodziach z mniejszymi kilami płetwowymi.
Umieszczenie sztycy steru i masztu określa różnicę między keczem a jwaniem, ponieważ te dwumasztowe statki są podobne. Jachy są definiowane jako mające bezan maszt z tyłu (tj. „za”) sztycą steru; kecze są definiowane jako posiadanie masztu bezanowego przed sztycą steru.
Stery małych łodzi, którymi można sterować mniej więcej prostopadle do osi podłużnej kadłuba, skutecznie hamują przy „mocnym pchnięciu”. Jednak terminy takie jak „hard over”, „hard to sterburta” itp. oznaczają zwrot z maksymalną prędkością dla większych statków. Stery podwieszane na pawęży lub stery płetwowe montowane daleko w rufie generują większy moment obrotowy i szybsze skręty niż stery mocowane z przodu podwieszone pod kilem. Na mniejszych jednostkach stery można obsługiwać za pomocą rumpla, który pasuje do trzonu steru, który stanowi również mocowanie do folii steru. Jednostka, w której długość rumpla mogłaby utrudniać ruch steru, można rozdzielić gumowym przegubem uniwersalnym, a część przylegającą do rumpla nazywamy przedłużeniem rumpla. Sterownice można dodatkowo przedłużyć za pomocą regulowanego teleskopowego przedłużenia z blokadą skrętu.
Istnieje również ster beczkowy , w którym śruba okrętowa jest zamknięta i można ją obracać, aby sterować jednostką. Projektanci twierdzą, że tego typu ster na mniejszej jednostce szybciej odpowie na stery.
Sterowanie sterem
Duże statki (ponad 10 000 ton tonażu brutto) mają wymagania dotyczące czasu obrotu steru. Aby to spełnić, zastosowano sterowanie sterem o wysokim momencie obrotowym. Jednym z powszechnie stosowanych systemów jest przekładnia kierownicza typu baran . Wykorzystuje cztery siłowniki hydrauliczne do obracania trzonu steru (oś obrotu), z kolei obracając ster.
Stery samolotów
_at_Gloucestershire_Airport_(England)_24May2017_arp.jpg)
W samolocie ster jest kierunkową powierzchnią sterową wraz z podobną do steru windą (zwykle przymocowaną do poziomej konstrukcji ogonowej, jeśli nie windą płytową) i lotkami (przymocowanymi do skrzydeł), które kontrolują odpowiednio pochylenie i przechylenie. Ster jest zwykle przymocowany do płetwy (lub statecznika pionowego ), co pozwala pilotowi kontrolować zbaczanie z osi pionowej, czyli zmieniać kierunek poziomy, w którym skierowany jest nos.
W przeciwieństwie do statku, oba elementy sterowania lotkami i sterem są używane razem do skręcania samolotu, przy czym lotki nadają kołysanie, a ster kierunku zbaczanie z kursu, a także kompensuje zjawisko zwane niekorzystnym zbaczaniem . Sam ster będzie skręcał konwencjonalnym samolotem ze stałym skrzydłem, ale znacznie wolniej niż w przypadku jednoczesnego użycia lotek. Czasami piloci mogą celowo operować sterem i lotkami w przeciwnych kierunkach w manewrze zwanym poślizgiem lub ślizgiem bocznym. Można to zrobić, aby pokonać wiatry boczne i utrzymać kadłub w jednej linii z pasem startowym lub zmniejszyć wysokość poprzez zwiększenie oporu, lub jedno i drugie.
Inną techniką kontroli odchylenia, stosowaną w niektórych samolotach bezogonowych i latających skrzydłach , jest dodanie jednej lub więcej powierzchni tworzących opór, takich jak dzielone lotki, na zewnętrznej części skrzydła. Operowanie jedną z tych powierzchni powoduje opór skrzydła, powodując zbaczanie samolotu w tym kierunku. Te powierzchnie są często określane jako stery holownicze.
Zobacz też
- Koło sterowe
- Azipod – pędnik azymutalny z napędem elektrycznym
- Ster kuchenny – Rodzaj napędu kierunkowego jednostek pływających
- Ster Pleugera – ster sterowy ze wspomaganiem steru strumieniowego
- Ster Schillinga – ster o niskim wydłużeniu z płytami końcowymi
- Śmigło Voith Schneider – morski układ napędowy o osi prostopadłej
Uwagi
Przypisy
Bibliografia
- Lawrence V. Mott, The Development of the Rudder, AD 100-1600: A Technological Tale , Thesis May 1991, Texas A&M University
- Fairbank, John King i Merle Goldman (1992). Chiny: nowa historia; Drugie wydanie rozszerzone (2006). Cambridge: MA; Londyn: Belknap Press z Harvard University Press. ISBN 0-674-01828-1
- Needham, Józef (1986). Nauka i cywilizacja w Chinach: tom 4, Fizyka i technologia fizyczna, część 3, Inżynieria lądowa i żegluga . Tajpej: Caves Books Ltd.