Type and geometry of ship rudders choosing: the analysis of current designs

Abstract

В статье на основе обширного статистического материала и обзора публикаций выполнен анализ проектных решений, характерных для современных рулевых устройств морских транспортных и промысловых судов. Проанализированы основные работы, касающиеся новых конструктивных решений для судовых рулей. По информации из открытых источников и имеющейся документации собраны данные о количестве рулей, типе руля по количеству и расположению его опор. Показано, что для транспортных судов наиболее популярны в настоящее время подвесные балансирные рули, в то время как в начале 90-х гг. проектанты чаще отдавали предпочтение полубалансирным рулям. Отмечено, что балкеры остаются единственным типом грузовых судов, где полубалансирные рули популярнее подвесных. Для 110 морских судов собраны данные по геометрии судовых рулей и расположению их относительно гребного винта, геометрии кормового подзора. Данные о площади судовых рулей сопоставлены с имеющимися в литературе формулами. Показано, что рекомендации DNV являются наиболее универсальными. Формулу из Правил Регистра СССР 60-х гг., давно утратившую актуальность, авторы предлагают использовать для оценки площади рулей с закрылком. Приведены средние значения относительного удлинения и коэффициента компенсации рулей, полученные в исследовании. Рассмотрена геометрия кронштейнов полуподвесных рулей, даны формулы для её оценки на ранних стадиях проектирования. The article contains results of a study based on extensive statistical material and a review of publications of recent decades about ship rudder types and geometry. Authors suppose that the most notable features of modern rudder designs are the twisted leading edge concept and usage of a rudder trunk as a support for full-spade rudders. A brief review of some publications in this field is given. There is a study made to estimate the prevalence of different types of rudders on vessels. Data based on general arrangements drawings was collected and three groups were formed. The first group contained information about rudder types for 150 cargo and passenger ships built in 2017-2020 and second group contained data for 182 ships of similar type built in 1991-1995. The third group was formed with data for modern fishing vessels. It is shown that full-spade rudders are now the common solution for containerships, different kinds of ro-ro and passenger vessels and even for tankers, while in the early 90’s designers often preferred semi-spade rudders. The results showed that semi-spade rudders are still popular for bulk carriers design. For 110 sea vessels information about geometry of the ship's rudders and their location relative to the propeller was collected. The data on the area of the ship's rudders was compared with the formulas available in the literature. It is shown that DNV recommendations are the most universal. The formula from the Rules of the Register of the USSR, which has lost its relevance, the authors propose to use to estimate the area of the rudders with a flap. The average values of the relative aspect and balance ratios of the rudders obtained in the study are given. The geometry of rudder horn is considered, formulas for its evaluation at the early stages of design are also given.