Стерно

Слово стерно є давнім запозиченням з пол. ster («кермо»), що походить від сер.-нім. stiure («стерно», «кермо», «кормило»)[6]. Слово кермо походить від корма (дав.-рус. кърма), що зазнало зближення з керувати[7]; руль — через російське посередництво від нід. roer («стерно, кермо», звідси також і румпель)[6]; демено — від тур. dümen, demen, що сходить до італ. timone[7].

Попередником стерна було кермове весло, яке з'явилося, судячи з настінних розписів, ще в Стародавньому Єгипті, задовго до часів Менеса (3100 до н. е.)[8]. У часи Стародавнього царства (2686—2134 рр. до н. е.) на пасажирських човнах використовувалося від 1 до 5 кермових весел з кожного борту і 1 або 2 на вантажних[8]. Румпель, спершу у вигляді маленького стрижня, пропущеного через руків'я, може бути простежений з часів V династії (2504—2347 рр до н. е.)[9]. І впровадження румпеля, і узвичаєння спрямованого догори руків'я привели до зменшення кермових весел до двох: по одному з кожного борту[10]. Окрім весел, закріплених по бортах, були й одинарні весла, укріплені на кормі — знайдені моделі таких човнів у гробницях[11][12], а також на рельєфах часів Середнього царства[13]. Перша письмова згадка з'являється в працях Геродота (484—424 рр. до н. е.), який провів кілька місяців у Єгипті: «Вони роблять одне кермо, і воно проходить через кіль» (очевидно, він мав на увазі виріз у кормовій частині кіля; див. фреску)[14][15].

Деяку схожість з давньоєгипетськими кермовими веслами має стерно «піо́тр» (фр. piautre), вживане на баржах, які курсують по річці Луарі[16][17]. Воно кріпиться прямо на кормі, і його вісь (billette) розташовується похило[16]. На одному кінці осі жорстко закріпляється широка лопать-перо — «ампано́н» (empannon), з другого донизу спускається вертикальний важіль — руків'я (cheville, manchette), вісь опирається на стілець у вигляді хрестовини — «мені́клі» (ménicles)[17].

Пізніше на досить великих суднах кермові весла стали кріпити ближче до корми з правого борту: для стернових-правшів це було оптимальним розташуванням. Ця особливість залишила слід і в сучасній морській термінології: слово «штирборт» походить від нід. stuurboord, що буквально означає «стерновий борт»[18].

У часи Античності використовувались бортові стерна (ними, зокрема, обладнувались триреми). Вони являли особою весла з широкими плоскими лопатями, закріплені за допомогою виносних брусів на кормі по обох бортах корабля. На відміну від звичайного кермового весла, поворот здійснювався поворотом їхнього веретена (аналог пізнішого балера) навколо поздовжньої осі (отже, за рахунок центрального положення осі лопаті таке стерно аналогічне сучасному надбалансирному). На верхньому кінці веретена весел під прямим чи непрямим кутом кріпився поперечний важіль-румпель. Існували два типи розташування румпеля: перпендикулярно і паралельно площині лопаті. У першому випадку обидва румпелі сходилися разом і ними міг управляти один стерновий (за винятком особливо різких поворотів). При паралельному до лопатей розташуванні румпелів були потрібні додаткові важелі чи троси, за допомогою яких стерно повертали «усередину» чи «назовні». Довжина веретен стерна-весла визначалась міркуваннями ефективності, пристосовуваності і простоти. Античні бокові стерна залишалися майже без змін протягом раннього Середньовіччя[19].

Існують свідчення, що в Стародавньому Римі бокові стерна були звичайним елементом суднового обладнання. Рельєф із надгробку часів імператора Адріана показує портовий буксир в Остії з довгим кермовим веслом[20]. Буксир також має носове вітрило-блінд, яке підвищує маневреність портового судна[21]. Існують багато прикладів використання кермових весел давніми римлянами: на буксирних баржах, транспортах для перевезення барил з вином та інших типах суден[19][22][23]. Добре відома річкова баржа з Зваммердама, знайдена в гирлі Рейну, споряджена закріпленим на кормі стерновим пристроєм[24][25]. Згідно з новітніми дослідженнями, кораблі озера Немі — палацові баржі імператора Калігули (37—41 рр. н. е.) могли мати кермові весла до 14 м довжиною[26].

Кормове стерно на зображенні XV ст. з околиць Плімуту вДевонширі.

Бічні кормові стерна використовувалися в Європі з доби Античності і до пізнього Середньовіччя. По мірі того як розміри кораблів збільшувалися, росла і висота борту, що робило такі пристрої незручними.

Ганзейський ког зі стерном на залізних вертлюгах. Сучасна реконструкція.

З історичного погляду, докорінна концепція середньовічного вертлюгового стерна на ахтерштевні не виникла раптом і нізвідки. Це було радше поєднання ідей минулого, дедалі ближчих до логічного завершення — стерна на прямому ахтерштевні із залізними вертлюгами, що встановлювалося на ганзейських когах[27].

Якщо раніші зразки встановлювалися на кормі за допомогою вертикальних валів чи блоків, використовування залізних завіс вперше уможливлювало кріпити стерно до ахтерштевня на більш-менш постійний час[28]. Найстаріші відомі зображення кораблів із таким стерном знайдені на церковних рельєфах у Зедельгемі і Вінчестері, що датуються приблизно 1180 роком[29][30]. Повністю ці стерна розкрили свої можливості тільки в XIV ст. — після впровадження вертикального ахтерштевня і повного вітрильного оснащення[27].

Виникнення в Європі ідеї стернового пера, закріпленого на задньому штевні судна, відносять до XIII—XIV століть[31]. Проте, у Китаї такі стерна були відомі, очевидно, на 1000 років раніше: знайдена глиняна модель джонки зі стерном позаду корми, датована I століттям нашої ери (династія Хань). Спосіб підвішування китайських стерен до кормового бруса відрізнявся від європейського: замість гаків і петель застосовувались затискачі чи гнізда, для підіймання з води великих стерен використовувались блоки. Перші надійні свідчення використовування стерна замість кермового весла датуються V століттям[30]

Багато істориків сходяться на думці, що технологія з укріпленим за кормою стерном проникла до ісламського світу і до Європи з Китаю[32][33][30]. Проте, Лоуренс Мотт у своїй головній роботі The Development of the Rudder стверджує, що способи кріплення китайських і європейських стерен розрізняються, викликаючи в нього сумнів щодо запозичення арабами і європейцями китайської системи[34].

Поява стерна з пером змінила й форму корабля. Якщо в суден ранішого періоду конструкція носового і кормового штевнів, а разом із тим форма носа і корми була однаковою, то судна з новим стерном вимагали іншого кута нахилу заднього штевня до кіля — так з вигнутого розвинувся прямий ахтерштевень, до якого вертикально підвішували перо[35] за допомогою стернових гаків і вертлюгів. На печатці порту Дувр 1284 року зображений корабель, на якому вже помітні відмінні між собою форштевень і ахтерштевень[36].

Глиняна модель джонки з кормовим стерном. I—III ст. н. е.

Кораблі арабів теж використовували стерна на ахтерштевні[37]. На них «стерно управлялось двома мотузками, прикріпленими до краспиці, встановленої на головці стерна і перпендикулярної площині пера»[37]. Найраніше свідчення міститься в праці «Агсан аль-Такасім фі Маріфат аль-Акалім» («Найкращі ділення для пізнання країн»), написаній Аль-Мукаддасі в 985 році.

Капітан з воронячого гнізда пильно спостерігає за морем. Коли він помічає риф, кричить: «Право руля!» чи «Ліво руля!» Двоє молодиків, що стоять там само, повторюють крик. Стерновий з двома мотузками в руках, почувши крики, тягне одну чи другу направо чи наліво. Якщо не додержуватися обережності, корабель розіб'ється о скелі і потоне[38]

Схема найпростішого стерна: 1 — румпель, 2 — подовжувач румпеля, 3 — оправа пера, 4 і 6 — сорлінь, 5 — перо

Перекладання пера стерна спочатку здійснювалось безпосередньо повертанням румпеля, таким стерновий пристрій залишається досі на невеликих суднах. Зі зростанням розмірів кораблів, появою кількох рівнів палуб стали з'являтися механізми для полегшення роботи стернового. У XVI—XVII століттях для повертання румпеля з палуби застосовувався вертикальний важіль — колдершток. У XVIII (за іншими даними — вже в XVI ст.) починають використовуватися штурвали. До XIX ст. їхня будова засновувалася на принципі коловорота: довгі спиці кермового колеса забезпечували виграш у силі, обертаючи барабан з намотаним на нього тросом, кінці якого з'єднувались з румпелем під палубою. Потім барабан замінила черв'ячна передача, а на дуже великих суднах для повертання румпеля з'явилися стернові машини. Першим судном, обладнаним стерновою машиною зі зворотним зв'язком, став SS Great Eastern[39]. Розроблена інженером Джоном Макфарланом Ґреєм, вона являла собою паровий механічний підсилювач, що повертав перо відповідно до поворотів штурвала: обертання веретена кермового колеса через зубчасту передачу передавалося на вали з черв'яками (водночас вали переміщали вказівник аксіометра), з'єднані з важелем золотника, що подавав пару в одну чи другу частину циліндра. На сучасних суднах для повертання балера стерна використовують електричні чи гідравлічні стернові машини.

Для автоматичного додержання курсу застосовуються системи регулювання («автостерновий»).

• 
  Стернова машина з гідравлічним приводом на румпель: 1 — перо, 2,3 — трубки, 4,5 — циліндри, 6 — балер.
• 
  Кресленик стернової машини Дж. Грея, 1867
• 
  Стернова машина з ланцюгово-зубчастою передачею. Початок XX ст.
• 
  Стернова машина лайнера «Олімпік»

Вертикальні і кормові горизонтальні стерна підводного човна «Галь». Музей нелегальної імміграції і ВМФ, Хайфа, Ізраїль

Стерновий пристрій підводного човна має забезпечувати більш різноманітні маневрені якості, зокрема, керованість не тільки в горизонтальній, але й у вертикальній площині. Управління підводним човном у горизонтальній площині схоже з управлінням надводним судном і забезпечує плавання за заданим курсом. Здійснюється воно вертикальними стернами, площа яких дещо перевищує площу стерен надводних суден і визначається в межах 2—3 % від площі зануреної частини діаметральної площини човна[42].

Управління підводним човном у вертикальній площині на заданій глибині здійснюється горизонтальними стернами (стернами глибини). За допомогою їх створюється диферент, завдяки якому човен швидко змінює глибину[50]. Стерновий пристрій горизонтальних стерен складається з двох пар стерен з їхніми приводами та передачами. Основні складові елементи горизонтальних стерен однотипні з елементами вертикальних. Стерна є парними: на одному горизонтальному балері розташовуються по бортах два однакові пера стерна. Залежно від місця розташування розрізняють носові і кормові горизонтальні стерна, причому площа кормових більша за площу носових у 1,2—1,6 рази, завдяки чому ефективність кормових у 2—3 рази вища. Для збільшення моменту, створюваного кормовими горизонтальними стернами, їх зазвичай розташовують за гвинтами. На повній і середній швидкості ходу управління човном здійснюється, як правило, за допомогою одних кормових стерен.

Щодо носових горизонтальних стерен, то на сучасних човнах вони є допоміжними, їх роблять заваленими і встановлюють у носовій надбудові вище ватерлінії: щоб не створювати додаткового опору і не заважати управлінню човном за допомогою кормових горизонтальних стерен на великих швидкостях підводного ходу. На малій швидкості управління човном кормовими стернами стає неможливим. Швидкість, при якій човен втрачає керованість, називають інверсивною швидкістю. На ній човен має управлятися одночасно кормовими і носовими горизонтальними стернами[42]. На деяких човнах носові стерна встановлюють на міцній рубці, і вони називаються рубковими стернами[51].

На початку XX ст. використовувались також і середні горизонтальні стерна (також звані гідропланами). Вийшли з ужитку після того, як стали очевидними переваги використовування комбінації кормових і носових стерен[50].

Горизонтальними стернами споряджаються, окрім підводних човнів, і торпеди[50].

• Поворотна гвинтова насадка — кільце, трубчастий кожух навколо гребного гвинта, прикріплене у верхній частині до балера. Використовує потужність утворюваного гвинтом водяного потоку, спрямовуючи його в потрібному напрямку.
• Водометні рушійно-стернові пристрої
• Підрулювальні пристрої
• Азимутальні рушії
• Крильчасті рушійно-стернові пристрої