Винто-рулевой комплекс судов не обеспечивает их необходимую маневренность при движении на малых скоростях. Поэтому на многих судах для улучшения маневренных характеристик используются средства активного управления, которые позволяют создавать силу тяги в направлениях, отличных от направления диаметральной плоскости судна. К ним относятся: активные рули, подруливающие устройства, поворотные винтовые колонки и раздельные поворотные насадки.
Активный руль – это руль с установленным на нем вспомогательным винтом, расположенным на задней кромке пера руля (рис. 1). В перо руля встроен электродвигатель, приводящий во вращение гребной винт, который для защиты от повреждений помещен в насадку. За счет поворота пера руля вместе с гребным винтом на определенный угол возникает поперечный упор, обусловливающий поворот судна. Активный руль используется на малых скоростях до 5 узлов. При маневрировании на стесненных акваториях активный руль может использоваться в качестве основного движителя, что обеспечивает высокие маневренные качества судна. При больших скоростях винт активного руля отключается, и перекладка руля осуществляется в обычном режиме.

Раздельные поворотные насадки (рис. 2). Поворотная насадка – это стальное кольцо, профиль которого представляет элемент крыла. Площадь входного отверстия насадки больше площади выходного. Гребной винт располагается в наиболее узком ее сечении. Поворотная насадка устанавливается на баллере и поворачивается до 40° на каждый борт, заменяя руль. Раздельные поворотные насадки установлены на многих транспортных судах, главным образом речных и смешанного плавания, и обеспечивают их высокие маневренные характеристики.

Подруливающие устройства (рис. 3). Необходимость создания эффективных средств управления носовой оконечностью судна привела к оборудованию судов подруливающими устройствами. ПУ создают силу тяги в направлении, перпендикулярном диаметральной плоскости судна независимо от работы главных движителей и рулевого устройства.

Подруливающими устройствами оборудовано большое количество судов самого разного назначения. В сочетании с винтом и рулем ПУ обеспечивает высокую маневренность судна, возможность разворота на месте при отсутствии хода, отход или подход к причалу практически лагом. Использование подруливающих устройств эффективно до скорости судна 4-5 узлов.
Общие сведения об AZIPOD
В свое время получила распространение электродвижущаяся система AZIPOD (Azimuthing Electric Propulsion Drive), которая включает в себя дизель-генератор, электромотор и винт (рис. 4).

1 – панель управления; 2 – трансформаторы; 3 – рулевой модуль; 4 – блок контактных колец; 5 – установка охлаждения; 6 – распределительный щит; 7 – стабилизатор; 8 – движительный модуль с электродвигателем внутри; 9 – гребной винт; 10 – воздухопровод
AZIPOD (от англ. – azimuth (азимутальный) и pod (стручок) или азимутальный электрический Погруженный гребной Двигатель (АЗИПОД) является брендом шведско-швейцарской компании «ABB» (Asea Brown Boveri Ltd.) и представляет собой размещенный в гондоле главный электрический движитель и рулевой механизм, приводящий в движение винт фиксированного шага с различными скоростными режимами.
Принцип действия движителя AZIPOD
Винто-рулевая колонка AZIPOD состоит из высокомоментного электродвигателя, расположенного в отдельном корпусе – поде (рис. 5).

Гребной винт установлен непосредственно на валу электродвигателя, что позволило передавать вращающий момент с двигателя непосредственно на винт, минуя промежуточные валы или редукторы. Электроэнергия для AZIPOD подается от судовой электростанцииСудовые электростанции на буксирных судах с помощью гибких кабелей. Отказ от промежуточных элементов пропульсивной системы позволил исключить потери энергии, возникающие в них при передаче энергии с вала двигателя на винт.
Предлагается к прочтению: Влияние гребного винта регулируемого шага (ВРШ) и руля на управляемость судна
Установка закреплена вне корпуса судна с помощью шарнирного механизма и может вращаться вокруг вертикальной оси на 360°, что позволяет получить лучшую маневренность судна как по курсу, так и по скорости по сравнению с обычными движительными установками. Система поворота – гидравлическая.
Модификации модулей «AZIPOD», их обозначения и установка на разных типах судов
Компанией АВВ создано несколько типов модулей AZIPOD, различающихся между собой по следующим признакам:
- виду;
- предполагаемой среде использования;
- диаметру гребного двигателя;
- длине гребного двигателя;
- типу гребного двигателя.
Каждому модулю присваивается свой код, который несёт в себе вышеизложенную информацию. Код формируется по следующей схеме (рис. 6):

Например, код модуля «AZIPOD® VI 1600 A» означает AZIPOD для использования во льдах с мощностью на валу в нижних пределах диапазона мощности (например, 5 МВт), построенный с асинхронным гребным двигателем.
Далее представлены примеры некоторых модулей AZIPOD и способы их установки на различных судах (рис. 7–11):





Основные преимущества и недостатки комплексов AZIPOD
Основными преимуществами движителя AZIPOD являются:
- Сочетание в себе нескольких функций одновременно. Она одновременно является двигателем, движителем и средством управляемости судна.
- Повышенная маневренность в тяжелых ледовых условиях. Возможность поворота на 360° обеспечивает полный крутящий момент и тягу в любом направлении, полный крутящий момент доступен даже при остановке гребного винта и при реверсировании.
- Прочная механическая конструкция. Один короткий вал и отсутствие конических зубчатых передач означает, что максимальный крутящий момент электрического двигателя может быть полностью использован без механических ограничений.
- Прочность и жесткость. Корпус AZIPOD с рамной конструкцией и короткий жесткий валопровод выдерживают резкие изменения тяги и высокие ударные нагрузки во время дробления льда.
- Свобода при проектировании судов. AZIPOD обеспечивает высокую проектную гибкость и возможность разработки судов с отличными эксплуатационными характеристиками как для операции во льдах так и на открытой воде.
- Экономия топлива на 15 %.
- Возможность судна двигаться во льдах кормой вперед. При этом движении происходит существенное снижении требуемой мощности. Обычно танкер, требующий мощность 10 МВт при движении в открытой воде будет требовать установленной мощности в 20 МВт для движения во льдах носом вперед. Если же его конструкция будет предусматривать движение во льдах кормой вперед, требуемая мощность будет снижена до 12 МВт.
- Простота силовой передачи. В то время как механические движители имеют сложную трансмиссию с зубчатыми колесами и валами, AZIPOD имеет только электрические кабели между источником электрического питания и электродвигателем. Это позволяет построить крайне прочное гребное устройство, объединяющее в себе простоту, прочность и надежность для наиболее сложных ледовых условий и судов любого ледового класса.
- Экономность. Эта установка не только оптимально размещает весь винторулевой комплекс в подводной части судна, но и значительно упрощает компоновку машинного отделения обслуживающими системами и механизмами. Исходя из этого, удалось сократить размеры машинного отделения, стоимость постройки, а также упростить ряд технологических операций.
- Соответствие требованиям. Новая компактная установка AZIPOD спроектирована так, чтобы удовлетворить все предъявляемые требования по обеспечению маневренности с возможностью работы в диапазоне мощностей от 400 кВт до 5 МВт. При этом выдерживаются требования экономической целесообразности применения на небольших типах судов.
- Плавное изменение скорости. Применение частотного преобразователя энергии позволяет плавно изменять скорость, а также обеспечивать контроль крутящего момента.
- Небольшой диаметр винта. Удалось уменьшить внешний диаметр гребного винта, сохранив все его гидродинамические характеристики.
- Высокая пропульсивная эффективность. Работа всех устройств и механизмов имеет низкую шумность и вибрацию.
- Модернизация конструкции. Усовершенствование конструкции электродвигателя позволило значительно сократить потери мощности, а также эффективно применить систему охлаждения. Наиболее оптимальным стало использование воды в качестве охлаждающей среды.
- Система контроля. Она позволяет постоянно контролировать скорость двигателя, держа угол атаки винта в заданном режиме работы, и не превышать предельно допустимых значений. Частота вращения винта может изменяться путем регулировки уровня тока, подаваемого на электродвигатель. Сам электропривод низковольтный, рассчитан на напряжение 690 В.
Основными недостатками комплекса AZIPOD являются высокая стоимость установки и трудность ремонта в рейсе.
Система управления AZIPOD
Установки AZIPOD применяются на контейнеровозахСпециализированные суда для перевозки сухих грузов, балкерах, пассажирских судах и т. д. В подавляющем большинстве это достаточно крупные суда. Немаловажным фактором является большая возможность использовать пропульсивные установки AZIPOD для ледоколов и судов ледового плавания.
Читайте также: Влияние гребного винта фиксированного шага (ВФШ) и руля на управляемость судна
Один из примеров использования AZIPOD – танкер двойного действия (рис. 12), который на открытой воде двигается как обычное судно, а во льдах двигается кормой вперёд как ледокол, для чего кормовая часть такого судна оснащена ледовым подкреплением для ломки льда.

Современные суда ледового плавания, как правило, имеют навигационный мостик закрытого типа во всю ширину судна. Две консоли управления модулями AZIPOD расположены в центре мостика (в передней части для управления судном при движении вперёд и в задней части при движении кормой вперёд) и по одной на каждом их крыльев (рис. 13).

1 – кормовая и 2 – носовая часть мостика
Консоли, установленные на крыльях мостика, позволяют капитану одновременно управлять модулями и контролировать окружающую обстановку у борта судна, например, во время таких сложных операций как швартовка к причалу, подход к которому затруднён из-за льда. Консоль управления, как правило, оборудована монитором рабочей станции, средствами связиМорская сигнализация и связь, телеграфом и джойстиками ручного управления движителями AZIPOD (рис. 14).

С помощью джойстиков (рис. 15) капитан может изменить скорость судна, увеличив или уменьшив количество оборотов движителей маленькой рукояткой (телеграфом), и установить необходимый угол поворота движительных модулей для изменения направления тяги винтов, повернув джойстик вокруг своей оси. Положение модулей также контролируется на специальных индикаторах возле джойстиков.

Это правда, подобные установки по типу AZIPOD значительно облегчают управление судном для обеспечения его лучшей маневренности.