intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ

Chia sẻ: 326159487 326159487 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:176

215
lượt xem
103
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo sách 'bài giảng động lực tàu thuỷ', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ

  1. ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ
  2. Lêi nãi ®Çu Víi sù ph¸t triÓn kh«ng ngõng cña ngµnh kinh tÕ vËn t¶i s«ng biÓn, th× viÖc nghiªn cøu vµ c¶i tiÕn c¸c lo¹i thiÕt bÞ ®Èy tµu ®ãng mét vai trß hÕt søc quan träng. Bëi lÏ chóng cã liªn quan trùc tiÕp tíi c¸c chØ tiªu kinh tÕ vµ khai th¸c cña mçi con tµu cô thÓ. Sù ph¸t triÓn cña ngµnh ®ãng míi, nhÊt lµ trong lÜnh vùc thiÕt bÞ ®Èy tµu vµo nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®· ®em l¹i nh÷ng thay ®æi vÒ chÊt. Trong thùc tÕ ®· cã thÓ gi¶i ® îc mét lo¹t bµi to¸n míi nh m« t¶ bÒ mÆt c¸nh chong chãng b»ng to¸n häc cÇn cho viÖc lËp ch ¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn c¸c m¸y c«ng cô cã l¾p bé ®iÒu khiÓn ch ¬ng tr×nh vµ tù ®éng vÏ h×nh ®Ó chÕ t¹o chong chãng. TÝnh to¸n søc bÒn c¸nh chong chãng cã ®Ó ý ®Õn c¸c ®Æc tÝnh vÒ mái. Nghiªn cøu hÕt søc tØ mØ c¸c tÝnh chÊt dao ®éng cña chong chãng vµ sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a chóng víi th©n tµu. Xem xÐt sù lµm viÖc cña chong chãng ë c¸c chÕ ®é ®Æc biÖt. Kü thuËt ®iÖn to¸n ®· ® îc ¸p dông réng r·i vµo c«ng viÖc tÝnh to¸n kü thuËt nh»m cung cÊp nh÷ng kiÕn thøc thùc tÕ cho sinh viªn trong nh÷ng tr êng hîp nã ®· cã thÓ lo¹i bá ® îc c¸c s¬ ®å tÝnh to¸n b»ng tay. Thêi gian gÇn ®©y ng êi ta quan t©m nhiÒu ®Õn viÖc nghiªn cøu kÕt cÊu cña dßng ch¶y ë gÇn th©n tµu vµ tÝnh to¸n dßng ch¶y ®ã, nh»m ® a ra c¸c biÖn ph¸p ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ ®Èy vµ ®é tin cËy cña thiÕt bÞ ®Èy còng nh gi¶m tiÕng ån thuû ®éng,... Sù ph¸t triÓn cña kü thuËt thùc nghiÖm cho phÐp ta nhËn ® îc nh÷ng t liÖu míi trong lÜnh vùc nµy vµ cã gi¸ trÞ kü thuËt quan träng. TÝnh chÊt næi bËt cña tËp gi¸o tr×nh nµy lµ tµi liÖu kh¸ tæng quan trong khu«n khæ h¹n chÕ phï hîp víi ch ¬ng tr×nh kho¸ häc thuéc ngµnh “§ãng vµ söa ch÷a tµu”. Nã chøa ®ùng nhiÒu ch ¬ng bæ xung ®Ó sö dông lµm tµi liÖu gi¸o khoa cho lÜnh vùc “Thuû khÝ ®éng häc” nãi chung. §Ó ph¸t huy kh¶ n¨ng tù nghiªn cøu cña sinh viªn cho nªn gi¸o tr×nh nµy ®· hÕt søc chó ý ®Õn viÖc nªu bËt c¸c quy luËt vËt lý c¬ b¶n ®Ó nãi lªn sù lµm viÖc cña c¸c lo¹i thiÕt bÞ ®Èy tµu c¸c chøng minh cña c¸c ®¸p sè vµ mèi rµng buéc lÉn nhau gi÷a c¸c phÇn cña gi¸o tr×nh ®Ó t¹o ra mét c¬ së ®¸ng tin cËy cho viÖc s¸ng t¹o trong gi¶i quyÕt c«ng viÖc kü thuËt vµ nghiªn cøu khoa häc. Khi viÕt cuèn s¸ch nµy chóng t«i xÐt r»ng, sinh viªn ®· ® îc häc c¸c m«n c¬ chÊt láng, to¸n vµ kü thuËt tÝnh. Nh vËy trong nhiÒu tr êng hîp tr¸nh ® îc sù trïng lÆp vµ t¹o kh¶ n¨ng h íng cho sinh viªn vµo viÖc gi¶i bµi to¸n b»ng m¸y tÝnh ®iÖn tö. ThuËt ng÷ vµ hÖ thèng ký hiÖu quy íc ®uîc dïng phï hîp víi s¸ch nµy ®Ó sinh viªn sö dông tham kh¶o còng nh ®Ó ®¶m b¶o sù thèng nhÊt quan niÖm trong c¸c phÇn riªng lÎ cña cuèn s¸ch. Mäi nhËn xÐt vµ ®Ò nghÞ cho lÇn xuÊt b¶n sÏ ® îc chóng t«i ch©n thµnh c¶m ¬n. 1
  3. 2
  4. Ch ¬ng, môc Tªn ch ¬ng, môc Trang sè 01 Môc lôc 03 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t 07 09 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu PhÇn 1 09 Ch ¬ng 1 1.1 §èi t îng cña m«n häc 09 1.2 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu thuû vµ c¸c thµnh phÇn cña 10 lùc c¶n 1.3 Nh÷ng c«ng thøc chung 15 ®Ó tÝnh to¸n lùc c¶n vµ c«ng suÊt kÐo cña tµu 1.4 §Æc ®iÓm thay ®æi lùc c¶n 18 1.5 X¸c ®Þnh lùc c¶n cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu 20 b»ng c¸c ®Æc tr ng cña vÕt thuû ®éng 1.6 MÆt ít cña tµu vµ c¸ch tÝnh diÖn tÝch mÆt ít 22 23 Ch ¬ng 2 2.1 Líp biªn vµ vÕt thuû ®éng häc 23 2.2 Lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng 25 2.3 Lùc c¶n nhít cña pr«fin dÔ tho¸t n íc 27 vµ c¸c vËt thÓ trßn xoay 2.4 Lùc c¶n nhít cña vËt thÓ khã tho¸t n íc 28 2.5 Lùc c¶n nhít cña tµu 28 30 2.6 nh h ëng cña ®é nh¸m chung tíi lùc c¶n nhít 33 2.7 nh h ëng cña ®é nh¸m côc bé tíi lùc c¶n nhít 35 2.8 nh h ëng cña líp rªu, hµ b¸m vµo vá bao tµu ®Õn lùc c¶n cña tµu 2.9 C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n nhít 36 2.10 Lùc c¶n kh«ng khÝ ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu 39 43 Ch ¬ng 3 3.1 Sù h×nh thµnh sãng b¶n th©n khi tµu chuyÓn ®éng 43 3.2 C¸c tÝnh chÊt cña lùc c¶n sãng 46 3.3 C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n sãng 47 49 Ch ¬ng 4 4.1 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trong n íc c¹n 49 4.2 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trong kªnh ®µo 51 3
  5. 4.3 Nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ lùc c¶n cña tµu chuyÓn ®éng 53 trong kªnh ®µo 55 Ch ¬ng 5 57 Ch ¬ng 6 6.1 BÓ thö m« h×nh tµu 57 6.2 TÝnh chuyÓn lùc c¶n tõ m« h×nh sang tµu thùc 59 61 Ch ¬ng 7 7.1 Ph©n lo¹i c¸c ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó tÝnh lùc c¶n 61 7.2 Ph ¬ng ph¸p tÝnh lùc c¶n d 62 7.3 X¸c ®Þnh lùc c¶n b»ng c¸ch tÝnh chuyÓn tõ tµu mÉu 62 65 Ch ¬ng 8 8.1 C¸ch chän h×nh d¸ng th©n tµu 65 66 8.2 nh h ëng cña sù thay ®æi thÓ tÝch ng©m n íc vµ tû sè kÝch th íc cña tµu ®èi víi lùc c¶n 66 8.3 nh h ëng cña c¸c hÖ sè bÐo tíi lùc c¶n 8.4 H×nh d¸ng th©n tµu biÓn 67 8.5 H×nh d¸ng tµu néi ®Þa vµ tµu pha s«ng biÓn 68 69 Ch ¬ng 9 9.1 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu hai vµ ba th©n 69 9.2 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña ®oµn tµu kÐo, ®Èy 70 73 Ch ¬ng 10 10.1 Lùc c¶n cña c¸c tµu ch¹y ë chÕ ®é chuyÓn tiÕp 73 10.2 Tµu l ít vµ lùc c¶n cña tµu l ít 74 10.3 C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng cña bÒ mÆt l ít 75 77 Ch ¬ng 11 11.1 Tµu c¸nh ngÇm 77 11.2 C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng cña c¸nh ngÇm 80 11.3 Dßng bao vËt thÓ vµ lùc c¶n 80 khi cã hiÖn t îng x©m thùc 11.4 Lùc c¶n tµu ®Öm khÝ kiÓu buång 81 11.5 Lùc c¶n cña tµu ®Öm khÝ kiÓu phun 83 4
  6. 85 thiÕt bÞ ®Èy Tµu thuû PhÇn 2 85 Ch ¬ng 12 12.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ thiÕt bÞ ®Èy tµu 85 12.2 C¸c kiÓu thiÕt bÞ ®Èy vµ tÝnh chÊt cña chóng 86 91 Ch ¬ng 13 13.1 C¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña chong chãng 91 13.2 C¸c ph ¬ng ph¸p ®Þnh h×nh chong chãng, c¸ch biÓu diÔn 93 bÒ mÆt c¸nh b»ng to¸n häc 13.3 X©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng 96 13.4 KÕt cÊu chong chãng 99 101 Ch ¬ng 14 14.1 C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc cña chong chãng 101 14.2 C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc cña chong chãng 102 107 Ch ¬ng 15 15.1 Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu 107 15.2 Chong chãng lý t ëng t¶i träng thÊp 108 111 Ch ¬ng 16 16.1 C¸c ®Þnh luËt ®ång d¹ng khi thÝ nghiÖm chong chãng 111 16.2 C¸c ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu chong chãng b»ng thùc 114 nghiÖm. C¸c ®ît thö hµng lo¹t m« h×nh cã hÖ thèng 16.3 C¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng 116 16.4 Sö dông c¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng c¸nh hÑp 119 121 Ch ¬ng 17 17.1 Kh¸i niÖm chung vÒ sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ 121 ®Èy vµ th©n tµu 17.2 Dßng theo vµ c¸c thµnh phÇn cña nã 121 17.3 Dßng theo cã Ých vµ tèc ®é cña dßng theo 124 17.4 Lùc hót 126 17.5 C¸c sè liÖu thùc nghiÖm vÒ c¸c hÖ sè t ¬ng t¸c thuû ®éng 128 gi÷a thiÕt bÞ ®Èy víi th©n tµu 17.6 HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c thµnh phÇn cña nã 130 131 Ch ¬ng 18 18.1 Kh¸i niÖm vÒ sù x©m thùc 131 18.2 X©m thùc khi dßng n íc bao c¸c mÆt chÞu lùc vµ c¸c 133 thiÕt bÞ ®Èy tµu 18.3 TiÕng ån do x©m thùc vµ ®é ¨n mßn chong chãng 136 5
  7. 18.4 Dù ®o¸n x©m thùc chong chãng 138 18.5 ThiÕt kÕ chong chãng x©m thùc 140 143 Chu¬ng 19 Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu, hÖ thèng xo¸y cña c¸nh vµ 143 chong chãng 147 Ch ¬ng 20 20.1 C¸c nguyªn t¾c chung 147 20.2 Chän s¬ bé c¸c phÇn tö chÝnh cña chong chãng vµ ®¸nh 148 gi¸ c«ng suÊt tiªu thô 20.3 Sù phï hîp gi÷a chong chãng víi hÖ thèng ®éng lùc vµ 150 lùa chän chÕ ®é tÝnh to¸n 20.4 Lùa chän chÝnh x¸c c¸c yÕu tè h×nh häc c¬ b¶n cña 152 chong chãng 20.5 ThiÕt kÕ chong chãng theo ®å thÞ 157 20.6 §å thÞ vËn hµnh cña tµu, c¸ch tÝnh to¸n vµ x©y dùng 158 20.7 Søc bÒn cña chong chãng 160 165 Ch ¬ng 21 21.1 L îng tiªu thô n¨ng l îng cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c ph ¬ng 165 ph¸p gi¶m nã 21.2 ViÖc ¸p dông chong chãng cã ® êng kÝnh t¨ng thªm khi 166 vßng quay gi¶m xuèng 21.3 ViÖc gi¶m tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n 167 169 Ch ¬ng 22 22.1 C¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña hÖ chong chãng- §¹o l u 169 22.2 C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc, ®éng lùc häc, c¬ thuû häc cña hÖ 169 chong chãng- ®¹o l u 22.3 §Æc ®iÓm thiÕt kÕ hÖ chong chãng- ®¹o l u 172 6
  8. DAnh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t A0 - DiÖn tÝch mÆt ®Üa chong chãng AE - DiÖn tÝch mÆt n¾n ph¼ng cña c¸nh chong chãng b - ChiÒu réng ® êng bao n¾n ph¼ng, chiÒu dµi d©y cung cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh. D,R - § êng kÝnh, b¸n kÝnh cña chong chãng dH,rH - § êng kÝnh b¸n kÝnh cñ chong chãng e - ChiÒu dµy lín nhÊt cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh h0 - §é ngËp s©u cña trôc chong chãng d íi mÆt n íc tù do P - B íc cña tiÕt diÖn c¸nh Z - Sè c¸nh chong chãng ZP - Sè l îng trôc chong chãng  - ChiÒu dµy t ¬ng ®èi cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh,  = e/b  - Gãc b íc cña tiÕt diÖn c¸nh v , v S - Tèc ®é tµu, m/s, h¶i lý/h v A - Tèc ®é tiÕn cña chong chãng v R - Tæng tèc ®é dßng ( cã xÐt tíi c¸c tèc ®é c¶m øng ) trªn phÇn tö c¸nh  - VÐc t¬ tèc ®é c¶m øng x,  - Thµnh phÇn däc trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng n - Vßng quay cña chong chãng - Tèc ®é gãc quay cña chong chãng J - B íc tiÕn t ¬ng ®èi cña chong chãng J = vA/(nD) iT, iQ - HÖ sè ¶nh h ëng cña tr êng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu tíi lùc ®Èy vµ m«men quay  - HÖ sè dßng theo ®Þnh møc x,  - Thµnh phÇn däc trôc vµ tiÕp tuyÕn cña hÖ sè dßng theo ®Þnh møc WT - HÖ sè dßng theo tÝnh to¸n t - HÖ sè hót T t  1 R B ZP  - Gãc tíi cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh I - Gãc tíi c¶m øng (hoÆc gãc tíi thuû ®éng lùc) I =  + 0 - I 0 - Gãc lùc n©ng kh«ng I - Gãc tiÕn c¶m øng I = arctg(I/ r ) I - B íc tiÕn c¶m øng cña chong chãng I = r ( v A + x)/(r  ) o - Sè x©m thùc cña chong chãng o = 2(P0  Pv)/(. v 2) 7
  9. Cx - HÖ sè c¶n cña phÇn tö c¸nh Cx = 2X/(. v R2.b.1) Cy - HÖ sè lùc n©ng cña phÇn tö c¸nh Cy = 2Y/(. v R2.b.1) CPA - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo c«ng suÊt CPA = 2PD/(. v A3.A0) CTA - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy CTA = 2T/(. v A2.A0)  F - VÐc t¬ lùc thuû ®éng t¸c dông lªn c¸nh chong chãng KDE - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc kÐo K DE  v.D TE KDT - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy khi ® êng kÝnh kh«ng ®æi K DT  J K T  Dv A / T KNT - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy khi vßng quay kh«ng ®æi   K NT  J KT  v A n .4 T / 4 KQ, KQB - HÖ sè m«men quay cña chong chãng trong n íc tù do vµ sau th©n tµu  M - VÐc t¬ m«men cña lùc thuû ®éng t¸c dông lªn c¸nh chong chãng PD - C«ng suÊt do chong chãng tiªu thô, KW PD = .Q.10-3 PE - C«ng suÊt kÐo cña tµu, KW PE = v .R.10-3 PS - C«ng suÊt trªn mÆt bÝch cña ®éng c¬ hoÆc bé gi¶m tèc, KW Q, QB - M«men quay cña chong chãng trong n íc tù do vµ sau th©n tµu T, TB - Lùc ®Èy cña chong chãng trong n íc tù do vµ sau th©n tµu TE - Lùc kÐo cña chong chãng,  TE  R ZP  - HÖ sè chÊt l îng ng îc cña phÇn tö c¸nh  = CX/CY 0 - HiÖu suÊt cña chong chãng lµm viÖc trong n íc tù do 0 = (t / 2)(KT / KQ) D - HiÖu suÊt ®Èy cña chong chãng D = PE / PD = 0H / iQ H - HiÖu suÊt ¶nh h ëng cña th©n tµu H = (1  t) / (1  WT) S - HiÖu suÊt ® êng trôc  - HiÖu suÊt bé truyÒn ®éng (bé gi¶m tèc, bé t¶i ®iÖn . . .) I - HiÖu suÊt c¶m øng cña chong chãng 8
  10. PhÇn 1 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu Ch ¬ng 1 Kh¸i niÖm chung vÒ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu Mét trong nh÷ng tÝnh chÊt hµnh h¶i quan träng nhÊt cña tµu lµ tÝnh di ®éng, nghÜa lµ kh¶ n¨ng ph¸t huy ® îc vËn tèc lín nhÊt khi sö dông hiÖu qu¶ c«ng suÊt ®· cho cña thiÕt bÞ n¨ng l îng chÝnh. TÝnh di ®éng phô thuéc vµo kÝch th íc, kÕt cÊu, h×nh d¸ng th©n tµu, tr¹ng th¸i cña vá tµu, lo¹i ®éng c¬, c«ng suÊt vµ ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ còng nh c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng. TÝnh di ®éng kh«ng thÓ ® îc xem xÐt biÖt lËp víi tÝnh næi, tÝnh æn ®Þnh, tÝnh chßng chµnh vµ tÝnh ¨n l¸i. §Ó ®¸nh gi¸ tÝnh di ®éng trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau ph¶i cã sè liÖu vÒ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu, c¸c ®Æc tÝnh cña thiÕt bÞ ®Èy hoÆc cña tµu kÐo t¹o lùc kÐo ®Ó kÐo tµu. Sù lµm viÖc cña bÊt cø lo¹i thiÕt bÞ ®Èy nµo tuú møc ®é cã ¶nh h ëng ®Õn cÊu tróc cña dßng ch¶y bao quanh th©n tµu vµ lµm thay ®æi lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu. Tuy nhiªn th êng th êng lùc c¶n th©n tµu ® îc xem xÐt bá qua ¶nh h ëng cña thiÕt bÞ ®Èy, cßn lùc bæ sung do ¶nh h ëng ®ã vµ lùc c¶n cña b¶n th©n thiÕt bÞ ®Èy ® îc xem xÐt riªng biÖt khi tÝnh to¸n hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ ®Èy. Trong gi¸o tr×nh ta xem xÐt c¸c nguyªn nh©n g©y ra lùc c¶n chuyÓn ®éng, sù thay ®æi c¸c lùc ®ã, c¸c ph ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh, c¸c biÖn ph¸p thay ®æi vµ gi¶m lùc c¶n. Do vËy ta ph¶i nghiªn cøu cÊu tróc cña dßng ch¶y ë gÇn th©n tµu, tõ ®ã phô thuéc qu¸ tr×nh ph¸t sinh lùc c¶n. Nh÷ng sè liÖu nhËn ® îc tõ kÕt qu¶ tÝnh to¸n lùc c¶n, nh÷ng khuyÕn nghÞ vÒ c¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n ® îc dïng trong thiÕt kÕ tµu khi chän c¸c kÝch th íc chÝnh, h×nh d¸ng th©n tµu, tÝnh to¸n thiÕt bÞ ®Èy vµ chän thiÕt bÞ n¨ng l îng chÝnh. HiÖn nay trong nghiªn cøu lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu ng êi ta dïng ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu lý thuyÕt vµ ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu thùc nghiÖm. TÝnh to¸n lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu lµ mét trong c¸c vÊn ®Ò cña bµi to¸n ngoµi cña c¬ chÊt láng ®Ó x¸c ®Þnh lùc thuû ®éng cña chÊt láng ch¶y bao vËt thÓ. C¸c ký hiÖu quy íc B - ChiÒu réng tµu b - ChiÒu réng kªnh, d©y cung cña profin C, Cx - HÖ sè lùc c¶n toµn phÇn CA - HÖ sè lùc c¶n do ®é nh¸m CAA - HÖ sè lùc c¶n kh«ng khÝ CAP - HÖ sè lùc c¶n phÇn nh« CE - HÖ sè h¶i qu©n CF - HÖ sè c¶n ma s¸t CFo - HÖ sè c¶n ma s¸t cña tÊm nh½n t ¬ng ® ¬ng Cf - HÖ sè c¶n ma s¸t côc bé 9
  11. Ci - HÖ sè c¶n c¶m øng CH - HÖ sè c¶n lç, hèc CP - HÖ sè c¶n ¸p lùc CR - HÖ sè c¶n d CS - HÖ sè c¶n toÐ n íc CV - HÖ sè c¶n nhít CVP - HÖ sè c¶n h×nh d¸ng CW - HÖ sè c¶n sãng CWB - HÖ sè c¶n ph¸ sãng mòi Cy - HÖ sè lùc n©ng D - Träng lùc (Träng l îng tµu) Fr, FrV, FrH, FrB - Sè Frót vµ c¸c biÕn thÓ cña nã H - ChiÒu s©u luång l¹ch K -TØ lÖ xÝch cña m« h×nh K - HÖ sè h×nh d¸ng cña lùc c¶n nhít KS - ChiÒu cao m« nh¸m L - ChiÒu dµi tµu PE - C«ng suÊt kÐo P - HÖ sè ¸p lùc R, Rx - Lùc c¶n toµn phÇn Ry - Lùc n©ng Re, Re*, Re** - Sè R©ynol vµ c¸c biÕn thÓ cña nã S - DiÖn tÝch c¸nh T - ChiÒu ch×m tµu V - ThÓ tÝch l îng chiÕm n íc v, vx, vy, vz - Tèc ®é vµ c¸c thµnh phÇn cña nã  - Gãc vµo n íc (gãc tíi) cña c¸nh  - ChiÒu dµy líp biªn * - ChiÒu dµy nÐn cña líp biªn ** - ChiÒu dµy tæn thÊt xung cña líp biªn  - HÖ sè nhít ®éng häc cña chÊt láng  - Khèi l îng riªng cña chÊt láng  - Sè x©m thùc ,  - ThÕ vËn tèc  - DiÖn tÝch mÆt ít cña tµu Khi tµu chuyÓn ®éng trong chÊt láng sÏ xuÊt hiÖn lùc thuû ®éng, mµ trÞ sè cña nã phô thuéc vµo khèi l îng riªng vµ ®é nhít cña chÊt láng. Khèi l îng riªng - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ kg/m3. Khèi l îng riªng cña n íc Ýt thay ®æi khi thay ®æi ¸p lùc, vËy n íc coi nh kh«ng nÐn ® îc vµ ®ång nhÊt, song khèi l îng riªng cña n íc l¹i thay ®æi nhiÒu theo nhiÖt ®é. Trong ngµnh ®ãng tµu ta sö dông sè liÖu cña Liªn Bang Nga. nhiÖt ®é t = 4oC: 10
  12. - §èi víi n íc ngät  = 1000 kg/m3 - §èi víi n íc mÆn  = 1025 kg/m3 * nhiÖt ®é t = 15oC vµ ¸p suÊt 760 mmHg - Khèi l îng riªng cña kh«ng khÝ A = 1,226 kg/m3 Träng l îng riªng cña chÊt láng - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ N/ m3 = .g (1.2.1) §èi víi n íc ngät  = 9810 N/ m3 g - gia tèc r¬i tù do g = 9,81 m/s2 HÖ sè nhít ®éng lùc - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ kg/m.s. Lµ ®¹i l îng ®Æc tr ng cho tÝnh chÊt tõng lo¹i chÊt láng  Ýt thay ®æi theo ¸p suÊt, nh ng l¹i thay ®æi nhiÒu theo nhiÖt ®é. HÖ sè nhít ®éng häc - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ m2/s lµ gia tèc cña lùc nhít xuÊt hiÖn trong chÊt láng   (1.2.2)  Do t¸c dông t ¬ng hç gi÷a tµu vµ chÊt láng, nªn däc theo mÆt uít  hÖ lùc mÆt xuÊt hiÖn vµ ph©n bè liªn tôc. T¹i mçi ®iÓm trªn  vÐct¬ c êng ®é cña lùc mÆt lµ Pn H×nh 1.1. HÖ to¹ ®é kh¶o s¸t chuyÓn ®éng cña tµu. H×nh chiÕu cña Pn lªn ph ¬ng ph¸p tuyÕn n cña ph©n tè diÖn tÝch d lµ ¸p lùc thuû ®éng p Cßn h×nh chiÕu cña Pn lªn ph ¬ng cña ® êng dßng ®i qua d lµ øng suÊt tiÕp o p vµ o cã thÓ ®o trùc tiÕp hoÆc tÝnh to¸n b»ng c¸c quan hÖ trong c¬ chÊt láng. N íc t¸c dông lªn phÇn ng©m n íc cña tµu lµ lùc thuû ®éng, cßn kh«ng khÝ t¸c dông lªn phÇn kh« cña tµu lµ lùc khÝ ®éng, vËy tæng hîp c¸c lùc kÓ trªn trªn bÒ mÆt cña tµu gäi lµ lùc thuû khÝ ®éng häc. Lùc thuû khÝ ®éng häc lµ mét hÖ thèng lùc mÆt, v× vËy cã thÓ chuyÓn nã vÒ mét vÐct¬ chÝnh R vµ mét m«men chÝnh M x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc (1.2.3) vµ (1.2.4) 11
  13. R   Pn d (1.2.3)    M   Pn  r d (1.2.4)  Trong ®ã r - vÐct¬ b¸n kÝnh cña d ®èi víi t©m quy chiÕu ®· chän. §Ó nghiªn cøu tÝnh di ®éng cña tµu ng êi ta g¾n lªn tµu trôc to¹ ®é di ®éng x1y1z1, trong ®ã: - Trôc x1 h íng vÒ phÝa mòi tµu - Trôc y1 h íng vÒ phÝa m¹n ph¶i - Trôc z1 h íng lªn trªn Cßn gèc to¹ ®é thay ®æi vÞ trÝ trong kh«ng gian. Ngoµi ra ng êi ta cßn sö dông hÖ to¹ ®é xyz, trong ®ã: - Trôc x h íng theo vËn tèc v cña tµu - Trôc y h íng vÒ phÝa m¹n ph¶i - Trôc z h íng lªn trªn Hai hÖ to¹ ®é x1y1z1 vµ xyz sÏ trïng nhau khi tµu kh«ng chuyÓn ®éng. Cßn khi tµu chuyÓn ®éng hai trôc x1 vµ x t¹o víi nhau mét gãc  - gäi lµ gãc chói hµnh tr×nh. NÕu chiÕu vÐct¬ chÝnh cña lùc thuû khÝ ®éng häc R lªn c¸c trôc to¹ ®é ta ® îc: - H×nh chiÕu Rx - Gäi lµ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu - H×nh chiÕu Ry - Gäi lµ lùc d¹t ngang cña tµu - H×nh chiÕu Rz - Gäi lµ lùc n©ng VËy "Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu lµ h×nh chiÕu cña lùc thuû khÝ ®éng lùc lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng cña tµu". M«n häc nµy ta chØ xÐt lùc c¶n trong chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn th¼ng cña tµu Trong hÖ to¹ ®é trªn ta cã: Rx = Rx1cos + Rz1sin (1.2.5) V× vÐct¬ Pn ® îc ph©n thµnh hai thµnh phÇn ph¸p tuyÕn p vµ tiÕp tuyÕn o nªn lùc c¶n còng cã thÓ viÕt d íi d¹ng tæng hai thµnh phÇn (Xem 1.2.6) Rx =  p cos(p, x )   o cos( o , x )d (1.2.6)  C«ng thøc (1.2.6) ph©n chia lùc c¶n thµnh hai thµnh phÇn: - Lùc c¶n ma s¸t: R F    o cos( o , x )d (1.2.7)  Nguyªn nh©n xuÊt hiÖn lùc c¶n ma s¸t RF lµ do ¶nh h ëng ®é nhít cña chÊt láng g©y ma s¸t vµo vá tµu lµm xuÊt hiÖn øng suÊt tiÕp o - Lùc c¶n ¸p lùc: R p   p cos(p, x )d (1.2.8)  Dùa vµo c¸c hiÖn t îng vËt lý th× nguyªn nh©n xuÊt hiÖn thµnh phÇn lùc c¶n ¸p lùc cã thÓ gi¶i thÝch nh sau: Theo c¬ häc chÊt láng th× vËt thÓ cã kÝch th íc h÷u h¹n chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn víi vËn tèc kh«ng ®æi trªn mÆt tù do v« h¹n cña chÊt láng kh«ng nhít th× vËt thÓ ®ã kh«ng chÞu lùc c¶n chuyÓn ®éng (Theo ®Þnh lý ¥le). VËt thÓ khi chuyÓn ®éng chØ xuÊt hiÖn lùc c¶n chØ khi tr êng vËn tèc ë phÝa tr íc vµ phÝa sau vËt thÓ lµ kh¸c nhau. 12
  14. a. b. c. d. H×nh 1.2. S¬ ®å m« t¶ nguyªn nh©n xuÊt hiÖn c¸c thµnh phÇn cña lùc c¶n. 13
  15. * XÐt vËt thÓ chuyÓn ®éng ë gÇn hoÆc ë mÆt tù do cña chÊt láng (Xem H 1.2.a) d íi t¸c dông cña träng lùc th× vËt thÓ sÏ t¹o ra trªn mÆt tù do cña chÊt láng mét hÖ thèng sãng do c¸c phÇn tö chÊt láng t¸ch ra tõ vÞ trÝ c©n b»ng dÉn tíi sù thay ®æi cña tr êng vËn tèc vµ ¸p suÊt däc theo bÒ mÆt vËt thÓ. H×nh chiÕu cña ¸p lùc sãng lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc c¶n sãng lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc c¶n sãng RW. C«ng cña vËt thÓ sinh ra ®Ó th¾ng lùc c¶n sãng ® îc tiªu tèn cho sù t¹o thµnh n¨ng l îng sãng. * C¸c tµu bÐo hoÆc tµu ch¹y kh«ng t¶i ng êi ta thÊy c¸c sãng ë phÇn n íc mòi tµu bÞ san gÇn ph¼ng kÐo theo sù t¹o thµnh c¸c bät. Qu¸ tr×nh ®ã ®· lµm t¨ng thªm lùc c¶n sãng vµ thµnh phÇn lùc c¶n ®ã gäi lµ lùc c¶n ph¸ sãng mòi RWB. * Khi vËt thÓ chuyÓn ®éng ta thÊy râ nhÊt ë phÇn mòi tµu cã c¸c tia n íc h¾t ra tõ hai bªn m¹n. C¸c tia n íc ®ã t¹o thµnh ph¶n lùc, mµ h×nh chiÕu cña ph¶n lùc ®ã lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc c¶n toÐ n íc RS. Lo¹i lùc c¶n nµy ®Æc tr ng cho c¸c tµu ch¹y nhanh. * Theo lý thuyÕt c¸nh nÕu vËt thÓ cã d¹ng h×nh c¸nh khi chuyÓn ®éng cã l u sè vËn tèc th× sÏ ph¸t sinh lùc n©ng trªn c¸nh. Sù lµm viÖc cña c¸nh cã thÓ thay b»ng mét hÖ thèng xo¸y, hÖ thèng nµy sÏ t¹o ra c¸c xo¸y tù do sau c¸nh (Xem H 1.2.b). HÖ thèng xo¸y g©y ra vËn tèc th¼ng ®øng lµm lÖch ® êng dßng nªn ¸p lùc thuû ®éng xuÊt hiÖn trªn c¸nh, mµ h×nh chiÕu lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc c¶n c¶m øng Ri. C«ng ®Ó th¾ng lùc c¶m øng ® îc tiªu tèn cho sù t¹o thµnh n¨ng l îng xo¸y. Lùc c¶n c¶m øng xuÊt hiÖn trªn c¸c c¸nh cña tµu ngÇm vµ c¸c phÇn nh« th©n tµu. * NÕu vËt thÓ chuyÓn ®éng víi vËn tèc lín th× trªn bÒ mÆt vËt xuÊt hiÖn sù x©m thùc (Sù x©m thùc lµ hiÖn t îng h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn trªn bÒ mÆt vËt thÓ c¸c bät chøa ®Çy kh«ng khÝ hoÆc h¬i n íc b·o hoµ) (Xem H 1.2.c). Sù x©m thùc ®· lµm cho tr êng vËn tèc vµ ¸p suÊt däc theo bÒ mÆt vËt thÓ thay ®æi lµm xuÊt hiÖn lùc c¶n x©m thùc Rc. C«ng ®Ó th¾ng lùc c¶n x©m thùc ® îc tiªu tèn cho sù duy tr× c¸c bät khÝ hoÆc h¬i, nghÜa lµ cho sù thay ®æi tr êng vËn tèc so víi tr êng hîp ch¶y vßng liªn tôc (Xem H 1.2.c). Qu¸ tr×nh xuÊt hiÖn c¸c thµnh phÇn lùc c¶n RW, RWB, RS, Ri, Rc Ýt phô thuéc vµo ®é nhít cña chÊt láng, do vËy ph ¬ng ph¸p tÝnh to¸n lý thuyÕt cã thÓ dùa vµo m« h×nh chÊt láng kh«ng nhít. * Do ¶nh h ëng cña ®é nhít quy luËt ph©n bè ¸p suÊt trªn bÒ mÆt vËt thÓ thay ®æi so víi tr êng hîp ch¶y vßng trong chÊt láng kh«ng nhít. §é nhít lµm h×nh thµnh líp biªn däc theo mÆt vËt thÓ vµ t¹o nªn dßng theo. Dßng theo lµ nh÷ng vÕt thuû ®éng ë sau vËt thÓ lµm cÊu tróc cña tr êng vËn tèc ë phÝa tr íc vµ sau vËt thÓ trong chÊt láng nhít lµ kh¸c nhau. Dßng theo ë sau vËt thÓ lµ vïng ch¶y rèi t¹o xo¸y (Xem H 1.2.d) lµm gi¶m ¸p suÊt ë vïng ®u«i vËt thÓ so víi chÊt láng kh«ng nhít vµ ph¸t sinh ¸p suÊt tæng hîp gäi lµ lùc c¶n ¸p suÊt nhít hoÆc lùc c¶n h×nh d¸ng RVP. VËy lùc c¶n do øng suÊt tiÕp o g©y ra gäi lµ lùc c¶n ma s¸t RF. C«ng ®Ó th¾ng lùc c¶n ma s¸t ® îc tiªu tèn cho sù t¹o thµnh líp biªn vµ dßng theo. Lùc c¶n h×nh d¸ng vµ ma s¸t xuÊt hiÖn do ®é nhít cña chÊt láng vµ chóng t¹o thµnh lùc c¶n nhít RV = RVP + RF. Tõ c¸c ®iÒu kÓ trªn th× lùc c¶n cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu cã thÓ viÕt d íi d¹ng tæng: Rx = RF + RP = RF + RVP + RW + RWB + RS + Ri + Rc (1.2.9) D¹ng (1.2.9) kh«ng ph¶i lóc nµo còng xuÊt hiÖn ®ång thêi, cã thÓ cã tr êng hîp vµi thµnh phÇn kh«ng cã. C¬ së vËt lý ®Ó ph©n chia lùc c¶n ra c¸c thµnh phÇn lµ ®iÒu rÊt cÇn thiÕt ®Ó x©y dùng c¸c ph ¬ng ph¸p lý thuyÕt, thùc nghiÖm vµ nh÷ng nguyªn t¾c m« h×nh ho¸. 14
  16. Do khèi l îng riªng cña n íc vµ kh«ng khÝ lµ kh¸c nhau, do vËy tæng lùc c¶n ® îc chia thµnh lùc c¶n cña n íc vµ lùc c¶n kh«ng khÝ RAA. VËy cã hai nguyªn nh©n c¬ b¶n ®Ó t¹o nªn lùc c¶n ®ã lµ ¶nh h ëng cña ®é nhít cña chÊt láng vµ sù t¹o sãng: Rx = RV + RW + RAA (1.2.10) §Ó nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n ng êi ta sö dông gi¶ thiÕt vÒ sù ®éc lËp cña chóng. Theo gi¶ thiÕt ®ã th× c¸c qu¸ tr×nh vËt lý g©y ra tõng thµnh phÇn cña tæng lùc c¶n lµ ®éc lËp nhau, nghÜa lµ qu¸ tr×nh t¹o sãng ®éc lËp víi ®é nhít cña chÊt láng, vµ lùc nhít còng sÏ kh«ng ¶nh h ëng tíi qu¸ tr×nh t¹o sãng, ngoµi ra nh÷ng hiÖn t îng x¶y ra trong n íc kh«ng ¶nh h ëng tíi lùc c¶n kh«ng khÝ. Trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n lùc thuû ®éng, m« men cña lùc thuû ®éng cÇn ph¶i cã sù t ¬ng quan ®Çy ®ñ vÒ kÕt cÊu dßng ch¶y cña chÊt láng bao quanh m« h×nh vµ tµu thùc. Sù t ¬ng quan ®ã gäi lµ ®ång d¹ng ®éng lùc häc cña dßng ch¶y. C¸c tham sè chung kh«ng ®æi ® îc gäi lµ c¸c chuÈn ®ång d¹ng cña dßng ch¶y, c¸c chuÈn nµy ® îc x¸c ®Þnh tõ lý thuyÕt ®ång d¹ng. Dßng ch¶y cña chÊt láng ch¶y vßng vËt thÓ ®ång d¹ng h×nh häc, ® îc gäi lµ ®ång d¹ng ®éng lùc häc nÕu ë c¸c ®iÓm t ¬ng øng cã sù b»ng nhau cña c¸c lùc thuû ®éng kh«ng thø nguyªn, còng nh ®¶m b¶o ph ¬ng cña c¸c vÐc t¬ vËn tèc vµ lùc thuû ®éng (nghÜa lµ h×nh d¸ng ® êng dßng t¹o xo¸y vµ t¹o sãng trong c¸c dßng ch¶y ®ã lµ ®ång d¹ng ®éng häc) TrÞ sè liªn quan tíi c¸c kÝch th íc t ¬ng øng gäi lµ tØ lÖ xÝch ®ång d¹ng h×nh häc: L K M (1.3.1) LH L - KÝch th íc ®Æc tr ng cho chiÒu dµi cña vËt thÓ M - ChØ sè øng víi m« h×nh K - ChØ sè øng víi tµu thùc. Qua ph©n tÝch chuyÓn ®éng cho thÊy r»ng: Sù ®¶m b¶o ®ång d¹ng h×nh häc vµ ®éng lùc häc cña chÊt láng kh«ng nÐn ® îc d íi t¸c dông cña träng lùc khi ch¶y vßng m« h×nh vµ tµu thùc nÕu chiÒu dµi L, vËn tèc v, thêi gian T vµ hÖ sè nhít ®éng häc  ®ång thêi tho¶ m·n ba mèi quan hÖ sau: vM vH  (1.3.2) gL M gL H vMLM vHLH  (1.3.3) M H LM LH  (1.3.4) v M TM v H TH 15
  17. v * BiÓu thøc kh«ng thø nguyªn Fr  gäi lµ sè Frót. Nã ®Æc tr ng cho lùc qu¸n gL tÝnh vµ träng lùc cña dßng ch¶y cña chÊt láng. NÕu FrM = FrH th× h×nh ¶nh t¹o sãng vµ lùc c¶n sãng lµ ®ång d¹ng ®èi víi hai vËt thÓ ®ång d¹ng h×nh häc víi nhau. v Trong tÝnh to¸n sè Fr ®«i khi ® îc biÔu diÔn qua ®¹i l îng gäi lµ vËn tèc L t ¬ng ®èi cã thø nguyªn. Trong nh÷ng tr êng hîp ®Æc biÖt (ch¼ng h¹n xÐt vÒ chÕ ®é chuyÓn ®éng cña tµu) th× chiÒu dµi ®Æc tr ng cã thÓ lÊy b»ng V1/3, trong ®ã V = D/g v  FrV  ; 3 gV L Hay FrV  Fr  , trong ®ã   3 gäi lµ chiÒu dµi t ¬ng ®èi cña tµu. V vL * BiÓu thøc kh«ng thø nguyªn Re  gäi lµ sè R©ynol. Nã ®Æc tr ng cho quan  hÖ gi÷a lùc qu¸n tÝnh vµ lùc nhít trong dßng ch¶y cña chÊt láng. NÕu ®¶m b¶o sù b»ng nhau cña c¸c sè R©ynol (ReM = ReH) ta sÏ lËp ® îc sù ®ång d¹ng cña lùc c¶n nhít, kÕt cÊu líp biªn, dßng theo cña tµu thùc vµ m« h×nh ®ång d¹ng h×nh häc. L * BiÓu thøc kh«ng thø nguyªn Sh  gäi lµ sè Struhan. Nã ®Æc tr ng vÒ ®éng vT lùc häc cña dßng ch¶y thay ®æi theo thêi gian. Nã cho phÐp ta so s¸nh c¸c lùc vµ qu¸ tr×nh ch¶y vßng cã gia tèc cña chÊt láng. Khi vËt thÓ chuyÓn ®éng kh«ng cã gia tèc th× sè Struhan kh«ng x¸c ®Þnh vµ kh«ng cÇn xÐt tíi. * ng suÊt tiÕp o vµ ¸p suÊt p cña lùc mÆt ® îc ®Æc tr ng b»ng c¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn sau: - Sè ¬le ®Æc tr ng cho ¸p suÊt p trong dßng ch¶y 2p Eu  2 (1.3.5) v - HÖ sè ¸p suÊt: 2(p  p o ) p (1.3.6) v 2 trong ®ã p0 lµ ¸p suÊt thuû tÜnh. - Quan hÖ gi÷a hÖ sè ma s¸t côc bé vµ øng suÊt tiÕp: 2 Cf  o (1.3.7) v 2 Dßng ch¶y cña chÊt láng nhít bao quanh m« h×nh vµ tµu thùc ®ång d¹ng h×nh häc sÏ cã ®ång d¹ng ®éng lùc häc nÕu c¸c sè Fr, Re, Sh cña c¸c dßng ch¶y ®ã b»ng nhau. Cßn Eu, p , Cf kh«ng ph¶i lµ c¸c tiªu chuÈn ®ång d¹ng, mµ chóng chØ cã vai trß thø yÕu vµ chØ ® îc xÐt trong nh÷ng tr êng hîp riªng (ch¼ng h¹n dßng ch¶y bÞ x©m thùc th× ¸p suÊt trong c¸c bät khÝ b»ng ¸p suÊt h¬i n íc b·o hoµ p = pv). Khi p =pv sÏ xuÊt hiÖn x©m thùc, lóc ®ã Eu ® îc biÓu diÔn qua sè x©m thùc: 2(p  p v )  (1.3.8) v 2 16
  18. §Ó ®¶m b¶o sù ®ång d¹ng cña c¸c dßng ch¶y rèi ta dùa vµo ®é rèi T cña dßng ch¶y: v' 2 (1.3.9) T  v Khi xÐt tíi ¶nh h ëng cña søc c¨ng bÒ mÆt ta dïng hÖ sè c¨ng bÒ mÆt H. XÐt ¶nh h ëng cña lùc c¶n toÐ n íc ta dïng sè Webe:  We  H 2 (1.3.10) Lv §Ó t×m c«ng thøc chung ®Ó tÝnh lùc c¶n ta biÓu diÔn trÞ sè ¸p suÊt vµ øng suÊt tiÕp qua Eu vµ Cf. VËy c«ng thøc (1.2.6) ® îc viÕt l¹i: R x  0,5v 2  Eu cos(p, x )  C f cos( o , x )d (1.3.11)  ChuyÓn tÝch ph©n (1.3.11) vÒ d¹ng kh«ng thø nguyªn, muèn vËy ® a diÖn tÝch  vµo hµm gi¶i tÝch, ta sÏ ® îc tÝch ph©n kh«ng thø nguyªn vµ kÝ hiÖu lµ Cx: d C x   Eu cos(p, x )  C f cos( o , x ) (1.3.12)   Lóc ®ã (1.3.11) sÏ cã d¹ng: 1 R x  C x v 2  (1.3.13) 2 Trong c«ng thøc (1.3.13) th× Cx = f(Fr, Re, Sh) gäi lµ hÖ sè lùc c¶n ë nh÷ng vËt thÓ ®ång d¹ng h×nh häc cã cïng ph ¬ng chiÒu cña vËn tèc chuyÓn ®éng th× c¸c hÖ sè lùc c¶n cña chóng sÏ b»ng nhau CxM = CxH nÕu FrM = FrH, ReM = ReH vµ ShM = ShH (1.3.14) Tõ (1.3.13) vµ (1.3.14) ta cã: 2R xM 2R xH  M v2 M H v 2 H M H (1.3.15)   H v H  1  2  R xH  R xM    v 2  K 2    M M   BiÓu thøc (1.3.13) còng ®óng cho c¸c thµnh phÇn cßn l¹i cña lùc thuû ®éng: 1 R y  C y v 2  (1.3.16) 2 1 R z  C z v 2  (1.3.17) 2 Trong ®ã Cy, Cz t ¬ng øng lµ hÖ sè lùc d¹t vµ hÖ sè lùc n©ng thuû ®éng theo ph ¬ng th¼ng ®øng. M« men thuû ®éng sÏ b»ng: 1 M  mv 2 .L (1.3.18) 2 Trong ®ã m = f(Fr, Re, Sh) lµ hÖ sè m« men thuû ®éng kh«ng thø nguyªn Trong tÝnh to¸n cã thÓ tuú tõng tr êng hîp mµ thay diÖn tÝch  b»ng c¸c diÖn tÝch ®Æc tr ng kh¸c: 17
  19. 1 1 1 R x  C x v 2   C x1v 2   C x 2 v 2 V 2 / 3 (1.3.19) 2 2 2 C¸c thµnh phÇn lùc c¶n c¬ b¶n RV vµ RW cã thÓ x¸c ®Þnh t ¬ng tù nh (1.3.13) Rx = RV + RW 1 C V  C W v 2   Rx  (1.3.20) 2 Trong ®ã CV vµ CW t ¬ng øng lµ hÖ sè lùc c¶n nhít vµ hÖ sè lùc c¶n sãng CV = f(Re) cßn CW = f(Fr) theo gi¶ thiÕt sù ®éc lËp cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n. Lùc c¶n tØ lÖ b×nh ph ¬ng víi vËn tèc. Cïng víi lùc c¶n trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu thiÕt bÞ ®Èy vµ thiÕt bÞ n¨ng l îng cña tµu ng êi ta dïng kh¸i niÖm c«ng suÊt kÐo cña tµu PE lµ c«ng suÊt ph¶i s¶n ra ®Ó kÐo tµu víi vËn tèc ®· cho. TrÞ sè c«ng suÊt kÐo ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: PE = Rxv (1.3.21) - TrÞ sè c«ng suÊt kÐo cña tµu PE lµ hµm sè bËc ba cña vËn tèc, cßn ®¬n vÞ cña c«ng suÊt kÐo lµ W (kW). - §èi víi tµu s«ng th× vËn tèc tÝnh b»ng km/h, cßn tµu biÓn lµ h¶i lý/h, 1 h¶i lý/h = 1,853 km/h. - ChuyÓn vËn tèc tõ h¶i lý/h sang m/s ta dïng quan hÖ v = 0,514vS. VËn tèc v, m/s cßn vS, h¶i lý/h. - Tõ (1.3.21) cã xÐt tíi (1.3.13), nÕu mÉu sè nh©n víi V2/3 vµ ký hiÖu: 1500,514  D 2 / 3 3 CE  (1.3.22) C x  ta sÏ ® îc biÓu thøc tÝnh c«ng suÊt kÐo cña tµu cho ®¬n vÞ m· lùc, cv v S 3 D 2 / 3 PE  (1.3.23) CE (1.3.23) gäi lµ c«ng thøc h¶i qu©n, CE gäi lµ hÖ sè h¶i qu©n. HÖ sè CE tØ lÖ nghÞch víi hÖ sè Cx. - §èi víi tµu biÓn vËn tèc khai th¸c nhá h¬n vËn tèc thö ®Ó ®¶m b¶o dù tr÷ c«ng suÊt cña tµu khi ho¹t ®éng ë nh÷ng vïng thêi tiÕt xÊu. - Trong thiÕt kÕ tµu chiÒu dµi gi÷a hai ® êng vu«ng gãc th êng nhá h¬n chiÒu dµi ® êng n íc kho¶ng 2  3% cho tµu mét chong chãng, cßn chóng sÏ b»ng nhau cho tµu hai chong chãng. Trªn c¬ së c¸c phÐp tÝnh to¸n hoÆc c¸c phÐp thö ta cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc lùc c¶n Rx hoÆc c«ng suÊt kÐo cña tµu PE. Lùc c¶n Rx hoÆc PE phô thuéc vµo tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu vS hoÆc c¸c chuÈn ®ång d¹ng. HÖ sè lùc c¶n Cx, hÖ sè h¶i qu©n CE vµ tØ sè Rx/D theo c¸c sè Fr vµ Re. 18
  20. H×nh 1.3. Quan hÖ gi÷a Rx, PE víi vS. Quan hÖ gi÷a c¸c thµnh phÇn lùc c¶n phô thuéc vµo kÝch th íc h×nh d¸ng th©n tµu vµ sè Fr còng nh hÖ sè bÐo thÓ tÝch . Tµu cã thÓ chuyÓn ®éng ë s©u so víi mÆt tho¸ng, nh vËy nã kh«ng chÞu ¶nh h ëng cña mÆt tù do. Tµu cã thÓ võa cí phÇn ch×m vµ phÇn næi (tµu ë mÆt tù do). Tµu cã thÓ chuyÓn ®éng ë ®é s©u so víi mÆt tho¸ng (tµu ngÇm). Tµu chuyÓn ®éng trªn mÆt tù do (tµu c¸nh ngÇm, tµu ®Öm khÝ). Víi mçi lo¹i tµu kh¸c nhau quan hÖ víi c¸c thµnh phÇn lùc c¶n cña tæng lùc c¶n lµ kh¸c nhau. Quy luËt thay ®æi cña mét thµnh phÇn còng cã thÓ kh¸c nhau trong c¸c tr êng hîp kh¸c nhau. Vai trß cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n phô thuéc vµo chÕ ®é chuyÓn ®éng cña tµu. Ng êi ta ph©n chia ba chÕ ®é chuyÓn ®éng c¬ b¶n cña tµu, ®ã lµ: - ChÕ ®é b¬i - ChÕ ®é chuyÓn tiÕp - ChÕ ®é l ít * chÕ ®é b¬i: D = gV (1.4.1) v Khi ®ã FrV   1,0 (1.4.2) g3 V chÕ ®é nµy ®Æc tr ng cho c¸c tµu vËn t¶i ch¹y chËm vµ trung b×nh. * chÕ ®é chuyÓn tiÕp: ChÕ ®é nµy b¾t ®Çu xuÊt hiÖn thµnh phÇn lùc n©ng thuû ®éng Rz. Khi ®ã: D = gV1 + Rz (1.4.3) ThÓ tÝch V1 < V tµu b¾t ®Çu næi dÇn lªn vµ 1  FrV  3 (1.4.4) chÕ ®é nµy ®Æc tr ng cho c¸c tµu ch¹y nhanh. * chÕ ®é l ít: D  Rz;V  0 (1.4.5) Khi ®ã FrV > 3 (1.4.6) nã ®Æc tr ng cho chÕ ®é l ít cña tµu. Khi FrV > 1 chiÒu ch×m trung b×nh vµ ®é chói cña tµu thay ®æi 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2