Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ part 5

Chia sẻ: Asdhdk Dalkjsdhak | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

77
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khi càng tăng số Fr ta càng thấy rõ tàu chuyển chế độ từ bơi sang l ớt. Tuy vậy, một số kiểu tàu chạy nhanh vẫn không đạt đ ợc chế độ l ớt và các trị số Fr lớn đặc tr ng cho các kiểu tàu này là chế độ chuyển tiếp từ bơi sang l ớt (0,6

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ part 5

Trong ®ã: n - sè sµ lan kio - hÖ sè phô thuéc sè thø tù sµ lan tÝnh tõ mòi i =1, 2, 3, 4 kio =1; 0,94; 0,92; 0,90. Lùc c¶n thùc tÕ cña ®oµn tµu ® îc tÝnh theo c«ng thøc:   n  k i C FoHi  C Ai  Hi  v 2 n o  R   C R  i 1 H  2  Hi  (9.2.4)  n   Hi i 1     i 1 Trong ®ã: CR = CM - C FoM ; CA = (0,8  1,0).10-3; ®èi víi b¶n th©n tµu kÐo hoÆc ®Èy CA = (0,6  0,8).10-3; hÖ sè c¶n CFo = 0,455/lgRe2,58 72
Ch ¬ng 10 Lùc c¶n cña c¸c tµu ch¹y nhanh vµ tµu l ít Khi cµng t¨ng sè Fr ta cµng thÊy râ tµu chuyÓn chÕ ®é tõ b¬i sang l ít. Tuy vËy, mét sè kiÓu tµu ch¹y nhanh vÉn kh«ng ®¹t ® îc chÕ ®é l ít vµ c¸c trÞ sè Fr lín ®Æc tr ng cho c¸c kiÓu tµu nµy lµ chÕ ®é chuyÓn tiÕp tõ b¬i sang l ít (0,6 < Fr < 1,3). Giíi h¹n d íi cïng øng víi c¸c tµu cì lín cßn giíi h¹n trªn dµnh cho c¸c tµu cì bÐ vµ ca n«. B¾t ®Çu tõ Fr > 0,7 lùc n©ng thuû ®éng xuÊt hiÖn lµm t¨ng thµnh phÇn lùc c¶n toÐ n íc, ®ång thêi t thÕ tµu còng bÞ thay ®æi. Khi Fr > 1,0, n íc toÐ lªn hai bªn m¹n tµu víi diÖn tÝch n íc bao phñ t¨ng thªm 20% vµ lµm t¨ng thªm lùc c¶n toÐ n íc. Qu¸ tr×nh tÝnh chuyÓn lùc c¶n tõ m« h×nh sang tµu thùc cho c¸c lo¹i tµu nµy th× RS ® îc gép vµo RR. CÇn l u ý r»ng: khi tÝnh chuyÓn kªnh ®Ó ý ®Õn hiÖu chØnh vÒ sù thay ®æi mÆt ít, nªn c¸c c«ng thøc tÝnh ®Òu øng víi t thÕ tÜnh cña tµu. §èi víi c¸c kiÓu tµu nµy lùc c¶n phÇn nh« RAP còng nh lùc c¶n kh«ng khÝ RAA ®ãng vai trß ®¸ng kÓ (Xem H10.1) 2 2 R/D 10 15 6 R AP D RF 10 D 4 5 2 RR D 0 0,4 0,8 1,0 1,2 Fr 0,6 H×nh 10.1. C¸c thµnh phÇn chÝnh cña lùc c¶n vµ gãc chói phô thuéc Fr cña c¸c tµu ch¹y nhanh. §Ó ®¸nh gi¸ s¬ bé lùc c¶n d cña c¸c kiÓu tµu nµy ta cã thÓ sö dông ®å thÞ (Xem H10.2) theo kÕt qu¶ thö m« h×nh do GROT thùc hiÖn. HÖ sè CFocña c¸c kiÓu tµu nµy vµ cña m« h×nh tÝnh theo c«ng thøc CFo = 0,455/ lgRe2,58. 2 RR /D 10 Frv = 2,50 2,25 2,20 1,75 1,50 1,25 1,0 10 5  L 7 8 5 6 3 V H×nh 10.2. Lùc c¶n d ®¬n vÞ cña c¸c tµu ch¹y nhanh phô thuéc vµo = L/ 3 L . 73
Mét trong nh÷ng biÖn ph¸p ®Ó n©ng cao vËn tèc cña tµu lµ lîi dông chÕ ®é l ít. Trong thùc tÕ ®iÒu nµy chØ thùc hiÖn ® îc cho c¸c tµu cì bÐ víi chiÒu dµi kh«ng lín h¬n 40  50 m. C¸c tµu nµy ph¶i cã mét hÖ thèng n¨ng l îng ®ñ lín ®Ó ®¶m b¶o c¸c trÞ sè FrV, mµ víi FrV ®ã lùc n©ng thuû ®éng Rz ®ñ lín ®Ó chuyÓn sang chÕ ®é l ít. §Ó t¹o ra lùc n©ng thuû ®éng Rz ta cã thÓ sö dông c¸c ca n« cã ®¸y d¹ng tÊm ph¼ng hoÆc h¬i lâm, ®Æt nghiªng víi dßng ch¶y mét gãc bÐ nµo ®ã. Tuy nhiªn ®Ó c¶i thiÖn tÝnh ®i biÓn vµ gi¶m bít t¶i träng va ®Ëp cña sãng. Ngoµi ra cã thÓ sö dông ca n« d¹ng gÉy gãc (Xem H10.3). a) I II II I 0 910 1 23 §NTK 5 b) §NTK c) §NTK §NTK H×nh 10.3. TuyÕn h×nh cña ca n« d¹ng g·y gãc b. ®¸y kh«ng nh¶y bËc c. ®¸y nh¶y bËc phÇn mòi s ên cã ®é v¸t lín h¬n vµ lïi vÒ ®u«i th× ®é v¸t gi¶m dÇn vµ ®¸y gÇn d¹ng tÊm ph¼ng. D¹ng gÉy gãc phï hîp tµu chuyÓn ® îc sang chÕ ®é l ít vµ c¸c tÝnh n¨ng ®i biÓn. Lµm tµu cã ®¸y nh¶y bËc sÏ gi¶m ® îc lùc c¶n ®o¹n ®¸y tr íc bËc nhËn phÇn lín t¶i träng khi Fr lín. Tuy nhiªn khi ch¹y trªn sãng biÓn c¸c ca n« cã ®¸y nh¶y bËc sÏ kh«ng ®¶m b¶o ® îc tÝnh ®i biÓn cÇn thiÕt. Lùc c¶n nhít vµ sãng cña tµu l ít khi ch¹y gÇn ®Õn gå trªn ® êng cong lùc c¶n ® îc bæ sung thªm lùc c¶n toÐ n íc RS vµ lùc c¶n c¶m øng Ri. Khi ®ang l ít b¾t ®Çu tõ FrV = 1,5  2,0 lùc c¶n sãng gi¶m xuèng vµ khi FrV = 5  6 sÏ gÇn b»ng kh«ng. nh h ëng cña ®é nhít tíi quy luËt ph©n bè ¸p suÊt trªn ®¸y ca n« lµ kh«ng ®¸ng kÓ nªn RVP = 0. Trong tr êng hîp nµy tæng lùc c¶n cña tµu l ít cã thÓ viÕt: R = RF + RW + RS + Ri + RAP +RAA Lùc c¶n phÇn nh« RAP = 15  30% tæng lùc c¶n (Xem H10.4). 74
2 R/D 10 RbËc /R Kh«ng bËc 2 1 4 15 1,2 3 1,1 10 1,0 0,9 5 0,8 0 FrB = v 2 4 6 8 gB 1 2 3 4 Frv 5 H×nh 10.4. Lùc c¶n ®¬n vÞ cña: H×nh 10.5. TØ sè lùc c¶n cña ca n« cã bËc 1. tµu vá d a vµ kh«ng cã bËc. 2. g·y gãc 3. cã bËc 4. cã bËc vµ cã phÇn nh« Trªn nh÷ng tµu ®¸y kh«ng nh¶y bËc FrV 5  6, trªn c¸c tµu thÓ thao ®¸y nh¶y bËc FrV = 11  12. Khi ca n« chuyÓn ®éng gãc chói  thay ®æi ®Çu tiªn nã t¨ng cßn khi nã chuyÓn ®éng sang chÕ ®é l ít th× gãc chói  sÏ gi¶m xuèng. chÕ ®é l ít RF vµ RP cña ca n« g·y gãc phô thuéc Fr vµ hÖ sè t¶i träng tÜnh CD = D/gB . 3 Nghiªn cøu c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc vµ ®éng lùc häc cña tµu l ít ng êi ta ®· tiÕn hµnh thö tÊm ph¼ng vµ g·y gãc trong bÓ thö, c¸c sè liÖu nhËn ® îc th êng biÓu diÔn d íi d¹ng kh«ng thø nguyªn. - HÖ sè t¶i träng ®éng CB = 2D/v2B2 Trong ®ã: D- t¶i träng hay träng l îng cña tÊm l ít. - HÖ sè m« men mD = M/DB Trong ®ã: M- m« men träng lùc cña tÊm ®èi víi mÐp sau cña nã. - ChiÒu dµi ít cña tÊm  = l/B Trong ®ã: l- chiÒu dµi mÆt ít cña tÊm. Khi v = const th× m« men cña t¶i träng b»ng m« men thuû ®éng t¸c dông lªn tÊm. VËy kho¶ng c¸ch tõ t©m ¸p suÊt tíi mÐp sau cña tÊm ld cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: ld = BmD. HÖ sè t¶i träng ®éng CB cã liªn quan víi hÖ sè lùc n©ng Cy, FrB = Fr . Theo lý thuyÕt ®ång d¹ng c¸c hÖ sè CB, mD, R/D ®Òu phô thuéc vµo sè Fr, gãc tíi , còng nh c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña tÊm. Mèi quan hÖ gi÷a c¸c thµnh phÇn lùc c¶n cña tµu l ít cã thÓ x¸c ®Þnh theo s¬ ®å (Xem H10.6). 75
y D ld R l x Rt Ry Rn P m ax v H×nh 10.6. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn tÊm l ít. ®©y ng êi ta tr×nh bµy dßng bao tÊm ph¼ng b»ng dßng chÊt láng víi gãc tíi . Tæng lùc c¶n ma s¸t Rt h íng däc theo bÒ mÆt tÊm, lùc ¸p suÊt Rn h íng vu«ng gãc víi tÊm chiÕu chóng lªn ph ¬ng cña vËn tèc dßng ch¶y ta t×m ® îc lùc c¶n: R = Rx = Rtcos + Rnsin (10.3.1) Trong c«ng thøc trªn sè h¹ng thø nhÊt lµ lùc c¶n ma s¸t RF, thµnh phÇn thø hai lµ lùc c¶n ¸p lùc (tr êng hîp tµu cã bËc hoÆc kh«ng cã bËc) chóng ®Òu b»ng nhau, nh ng trong c©n ®èi chung cña lùc c¶n chóng h¬i kh¸c nhau. nh÷ng ca n« ®¸y cã mét bËc, phÇn tr íc bËc chÞu t¶i träng kho¶ng 70  80%. Khi h×nh d¸ng th©n tµu lµ kh«ng ®æi th× lùc c¶n cña c¸c tµu l ít hoµn toµn phô thuéc vµo vÞ trÝ träng t©m däc theo chiÒu dµi. nh h ëng cña ®é dÞch t©m vÒ ®u«i dÉn ®Õn t¨ng lùc c¶n. ChiÕu c¸c lùc lªn ph ¬ng vu«ng gãc víi ph ¬ng vËn tèc dßng ch¶y ta x¸c ®Þnh ® îc mèi quan hÖ gi÷a Rn vµ t¶i träng D cña tÊm: D = Rncos - Rtsin  Rncos. Tõ c¸c ph ¬ng tr×nh nµy sau khi x¸c ®Þnh ® îc Rn vµ ®em thay vµo (10.3.1) ta ® îc: R = RF + Dtg (10.3.2) Sè h¹ng Dtg = RP = RW + RS + Ri lµ tæng lùc ¸p lùc cña mÆt ít. Tõ (10.3.2) ta cã lùc c¶n ®¬n vÞ khi l ít lµ: R/D = RF/D + tg (10.3.3) Khi tg   th× lùc c¶n cña tµu l ít sÏ ® îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: R = (CFo + CA)v2/2 + D (10.3.4) 76
Ch ¬ng 11 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu c¸nh ngÇm vµ tµu ®Öm khÝ ChuyÓn ®éng cña tµu trªn c¸c c¸nh ngÇm cã thÓ thùc hiÖn ë nh÷ng vËn tèc lín, khi lùc n©ng thuû ®éng Rz sinh ra trªn c¸c c¸nh ®ñ ®Ó th¾ng träng l îng tµu ® a tµu sang chÕ ®é chuyÓn ®éng, mµ ë ®ã chØ cã c¸c c¸nh, cét chèng, b¸nh l¸i, chong chãng bÞ ngËp trong n íc, cßn th©n tµu ë trªn mÆt n íc. Khi chuyÓn ®éng trªn c¸nh sau khi th©n tµu nh« lªn khái mÆt n íc th× mÆt ít sÏ kh«ng lín l¾m, lùc c¶n ®¬n vÞ gi¶m ®¸ng kÓ so víi tµu l ít. 2 R/D 10 1 20 2 3 15 4 10 5 0 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Fr = v gL H×nh 11.1. Lùc c¶n ®¬n vÞ. 1.- tµu næi tÜnh 2.- tµu l ít kh«ng bËc 3.- tµu l ít cã bËc 4.- tµu c¸nh ngÇm Khi tÝnh Fr cho tµu c¸nh ngÇm ta ph¶i lÊy chiÒu dµi b»ng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸nh mòi vµ c¸nh ®u«i. Tõ h×nh 11.1 chøng tá tµu c¸nh ngÇm cã chÊt l îng thuû ®éng cao nhÊt. TÝnh ®i biÓn cña tµu c¸nh ngÇm cao h¬n tµu l ít v× nã cã thÓ gi¶m hoÆc tr¸nh ® îc sù va ®Ëp cña sãng. Khi tµu chuyÓn ®éng trªn s«ng víi vËn tèc 50  80 km/h sãng sinh ra kh«ng ®¸ng kÓ vµ kh«ng lµm sãi lë bê s«ng. KÕt cÊu cña c¸c c¸nh cña tµu c¸nh ngÇm cã thÓ chia thµnh: - C¸nh ngÇm s©u - C¸nh ngÇm c¹n - C¸nh c¾t mÆt tho¸ng. 77
a) c) d) b) H×nh 11.2. S¬ ®å c¸c c¸nh ngÇm. C¸c c¸nh ngÇm s©u th êng lµ c¸c c¸nh cã ®iÒu khiÓn ®Ó thay ®æi gãc , b»ng c¸ch quay c¸c c¸nh t¹o lùc n©ng cÇn thiÕt tuú theo chÕ ®é chuyÓn ®éng cña tµu, ®iÒu nµy hÕt søc quan träng khi tµu ch¹y trªn sãng (Xem H11.2.c,d). C¸c c¸nh ngÇm c¹n cã chiÒu s©u t ¬ng ®èi h/b < 15 (Xem H11.2.a) ®Ó ®¶m b¶o lùc n©ng kh«ng ®æi. C¸c c¸nh ngÇm c¾t mÆt tho¸ng (Xem H11.2.b) ®¶m b¶o lùc n©ng kh«ng ®æi, gãc gÊp cña c¸nh 30  35o ®Ó lùc n©ng thay ®æi nhÞp nhµng. §Ó c¶i thiÖn kh¶ n¨ng di ®éng trªn sãng th× trªn c¸c tµu cã c¸nh ngÇm ngËp s©u (Xem 11.2.c,d) cÇn ph¶i t¨ng kho¶ng c¸ch gi÷a th©n tµu vµ c¸nh. C¸c pr«fin cña c¸nh ngÇm chän sao cho ®¶m b¶o chÊt l îng thuû ®éng cao, trÞ sè Cy ®ñ lín, tr¸nh x©m thùc. Th êng c¸nh cña c¸c tµu c¸nh ngÇm cã c¸c d¹ng sau: a) b) c) H×nh 11.3. S¬ ®å pr«fin c¸nh cña tµu c¸nh ngÇm. C¸c pr«fin m¶nh trßn (Xem H11.3.a) dïng cho c¸nh ngÇm c¹n C¸c pr«fin ph¼ng låi (Xem H11.3.b) dïng cho tµu cã vs  60 hlý/h C¸c pr«fin h×nh nªm (Xem H11.3.c) cho chÊt l îng thuû ®éng cao h¬n d¹ng b×nh th êng tõ 20  40% vµ cho phÐp tr¸nh x©m thùc. Däc theo chiÒu dµi tµu th êng ®Æt hai c¸nh, ®ã lµ c¸nh mòi vµ c¸nh ®u«i. Th©n tµu ph¶i cã h×nh d¸ng thÝch hîp ®Ó dÔ chuyÓn vµo chuyÓn ®éng trªn c¸c c¸nh vµ ®¶m b¶o tÝnh ®i biÓn tèt nªn ng êi ta sö dông d¹ng h«ng nhän g·y gãc, ®«i khi ®¸y cã nh¶y bËc. Lùc c¶n cña tµu c¸nh ngÇm bao gåm c¸c thµnh phÇn sau: lùc c¶n c¸nh RKP, lùc c¶n phÇn nh« RAP vµ lùc c¶n cña kh«ng khÝ RAA. R = RKP + RAP + RAA. 78
Trong ®ã: lùc c¶n c¸nh ngÇm ® îc x¸c ®Þnh: RKP = RV + RW + Ri + Rc. §Ó gi¶m lùc c¶n nhít RV th× bÒ mÆt cña c¸nh ph¶i ® îc gia c«ng tèt, nghÜa lµ bÒ mÆt ph¶i nh½n thuû ®éng. vËn tèc lín th× lùc c¶n sãng RW kh«ng ®¸ng kÓ (®ã lµ u ®iÓm cña tµu c¸nh ngÇm). Lùc c¶n c¶m øng Ri phô thuéc chiÒu dµi t ¬ng ®èi cña c¸nh  = l2/S còng nh sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a c¸c c¸nh. §Ó gi¶m Ri ng êi ta lÊy  = 4  6. Lùc c¶n x©m thùc chØ t¨ng khi cã hiÖn t îng t¸ch dßng bao x©m thùc cña c¸c c¸nh. C¸c thµnh phÇn lùc c¶n ® îc ph©n chia (Xem H11.4) 2 R/D 10 4 12 9 2 3 6 1 3 0 vS 10 20 30 H×nh 11.4. C¸c thµnh phÇn lùc c¶n 1.- lùc c¶n th©n tµu 2.- lùc c¶n c¸c c¸nh 3.- lùc c¶n phÇn nh« 4.- lùc c¶n kh«ng khÝ Gãc chói cña tµu (Xem H11.5) 0 3 2 1 0 vS 10 20 30 -1 H×nh 11.5. S¬ ®å gãc chói cña tµu phô thuéc vËn tèc vs. Khi FrV = 1,5  1,8 tµu ch¹y trªn c¸nh mòi. Ta ph¶i cã l îng dù tr÷ c«ng suÊt ®ñ lín ®Ó v ît qua ® îc gå trªn ® êng cong lùc c¶n. Khi FrV = 2,25 th©n tµu t¸ch ph¶i mÆt n íc vµ chuyÓn vµo chÕ ®é chuyÓn ®éng trªn c¸c c¸nh. Khi FrV = 2,5  3,0 ® êng cong lùc c¶n cã ®iÓm cùc tiÓu øng víi chÊt l îng thuû ®éng tèt nhÊt. C¸c cét gi÷ c¸nh c¾t mÆt tho¸ng chän d¹ng pr«fin ®èi xøng vµ ®Çu nhän. Sù ph©n bè t¶i träng gi÷a c¸c c¸nh cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c¸ch lËp ph ¬ng tr×nh c©n b»ng ®¬n gi¶n lùc vµ m« men cña c¸c lùc ®ã víi ®u«i côt cña tµu. RyH + RyK = D; RyHH + RyKK = D Trong ®ã: - kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu tíi ®u«i côt H- kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu tíi mÐp tr íc c¸nh mòi 79
K- kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu tíi mÐp tr íc c¸nh ®u«i RyH vµ RyK- lùc n©ng thuû ®éng trªn c¸nh mòi vµ ®u«i D- träng l îng tµu. Tõ c¸c ph ¬ng tr×nh trªn gÇn ®óng ta cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc diÖn tÝch cña c¸nh mòi SH vµ ®u«i SK. C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc c¬ b¶n cña c¸c c¸nh ngÇm lµ c¸c hÖ sè lùc c¶n C vµ hÖ sè lùc n©ng Cy, chÊt l îng thuû ®éng k = Cy/ Cx, hÖ sè ¸p suÊt P trªn mÆt hót vµ ®¹p cña pr«fin c¸nh, h íng lùc n©ng kh«ng ® îc x¸c ®Þnh qua gãc o t¹o víi d©y cung b cña pr«fin, h×nh d¹ng c¸nh ë h×nh chiÕu n»m chiÒu dµi t ¬ng ®èi  = l/b, trÞ sè Re, ®é ngËp s©u t ¬ng ®èi h  h / b , sè Fr = v/ gb hoÆc FrH = v/ gh vµ sè x©m thùc . H×nh ¶nh dßng bao c¸nh d íi mÆt tho¸ng nh sau: Khi FrH  1 trªn mÐp sau cña c¸nh xuÊt hiÖn mét trôc bät t ¬ng tù nh n íc nh¶y, ® îc sinh ra khi dßng ch¶y qua vËt ch¾n n»m trong lßng s«ng hë, t¹i ®©y trÞ sè lùc n©ng kh«ng æn ®Þnh vµ lùc c¶n sãng t¨ng cao nhÊt. Khi FrH > 1 sau c¸nh xuÊt hiÖn mét con sãng thoai tho¶i (Xem H11.6) y h x A-A v Frh > 1 y z A x l b A H×nh 11.6 Khi Fr > 5  6 mÆt n íc lâm xuèng kÌm theo c¸c r×a mÐp d©ng lªn, khi ®ã hÖ sè Cykh«ng phô thuéc Fr. B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh x©m thùc lµ sù xuÊt hiÖn c¸c ®iÓm t¸ch chÊt láng trong dßng ch¶y gÇn bÒ mÆt vËt thÓ khi vËn tèc chuyÓn ®éng lín. C¸c ®¶o bät h×nh thµnh trªn mÆt vËt chøa ®Çy h¬i n íc vµ khÝ hçn hîp tõ n íc t¸ch ra. p suÊt trong d¶i bät gÇn b»ng ¸p suÊt h¬i n íc b·o hoµ Pv ë nhiÖt ®é ®· cho. HiÖn t îng x©m thùc xuÊt hiÖn khi sè x©m thùc  = | P min| vµ vËn tèc lµ vK. Trong ®ã: P min- hÖ sè ¸p suÊt tèi thiÓu trªn mÆt vËt thÓ. 80
v I C,C y v Cy II v C III v  IV III-II I IV H×nh 11.7. S¬ ®å xuÊt hiÖn x©m thùc vµ c¸c hÖ sè C, Cy phô thuéc theo nã. ViÖc ¸p dông nguyªn t¾c chuyÓn ®éng cña tµu trªn ®Öm kh«ng khÝ kh«ng nh÷ng cho phÐp gi¶m ® îc lùc c¶n mµ cßn lµm cho tµu ch¹y nhanh. Trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng tµu hoµn toµn c¸ch ly khái mÆt mÆt n íc, nªn nã cã kh¶ n¨ng chuyÓn ®éng trªn mÆt n íc rÊt c¹n, trªn bïn, ®Êt kh« vµ b¨ng. §Öm khÝ lµ mét vïng ¸p suÊt lín kÝ hiÖu lµ Pn, ® îc h×nh thµnh d íi ®¸y tµu, nã cho phÐp tµu t¸ch ly hoµn toµn, hoÆc mét phÇn n íc, vµ cã thÓ bay liÖng trªn mÆt n íc, mÆt ®Êt. HiÖn nay ng êi ta ¸p dông hai nguyªn t¾c t¹o ®Öm khÝ, ®ã lµ: buång khÝ vµ vßi phun (Xem H11.8). N¨m 1935 ®· ® a ra vµ ¸p dông thµnh c«ng s¬ ®å kiÓu buång khÝ. ¸p suÊt Pn trong ®Öm ® îc t¹o nªn b»ng c¸ch cÊp kh«ng khÝ vµo buång ë d íi th©n tµu, sau ®ã kh«ng khÝ tho¸t khái buång qua khe hë gi÷a th©n tµu vµ mÆt n íc. §Öm khÝ nµy t¸ch biÖt víi m«i tr êng lµ nhê cã mét phÇn th©n tµu mang chøc n¨ng tÊm che ch¾n. S¬ ®å vßi phun- Kh«ng khÝ ® îc cÊp vµo buång ph©n phèi tõ ®ã c¸c luång kh«ng khÝ tho¸t ra c¸c vßi phun n»m theo chu vi ®¸y t¹o thµnh vïng ¸p suÊt cao Pn. C¸c tµu kiÓu buång cã L/B = 1,5  2,7 vµ khèi l îng tíi 300T, sè Fr tÝnh theo chiÒu dµi ®Öm nhá h¬n 2,0 vµ ¸p suÊt trong ®Öm Pn = (1000  4000) N/m2. 81
a) Pn b) H×nh 11.8. Nguyªn lý t¹o ®Öm khÝ a.- kiÓu buång b.- kiÓu vßi phun Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu kiÓu buång sinh ra bëi ¸p suÊt vµ c¸c øng suÊt tiÕp t¸c dông lªn th©n tµu. C¸c ¸p suÊt nµy ®Òu ra bëi luång kh«ng khÝ phÝa ngoµi, trong ®Öm, trong c¸c èng dÉn khÝ. Lùc c¶n kh«ng khÝ RAA víi hÖ sè CAA = f(Re). Do cÊp kh«ng khÝ b»ng qu¹t ®Ó t¹o ra vµ duy tr× ®Öm kh«ng khÝ nªn cßn xuÊt hiÖn lùc c¶n xung cña kh«ng khÝ RI = AvQ. Trong ®ã: Q- l u l îng kh«ng khÝ do qu¹t t¹o nªn. HÖ sè lùc c¶n xung x¸c ®Þnh theo diÖn tÝch Sn cña ®Öm, ® îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc CI = 2Q/ vSn. ChuyÓn ®éng cña ®Öm khÝ, còng cã nghÜa lµ chuyÓn ®éng cña vïng ¸p suÊt cao trªn mÆt n íc vµ lµ nguyªn nh©n g©y ra hÖ thèng sãng nªn xuÊt hiÖn lùc c¶n sãng RW, nã truyÒn cho th©n tµu nhê viÖc ph©n phèi l¹i ¸p suÊt trong ®Öm vµ lµm tµu chói, víi gãc chói di ®éng lµ . TrÞ sè RW phô thuéc L/B, sè Fr, chiÒu s©u luång l¹ch H. Trong n íc c¹n khi Fr  1 th× RW t¨ng ®¸ng kÓ. Tæng lùc c¶n cña tµu ®Öm khÝ: R = RAA + RI + RW + RR H×nh 11.9. TØ lÖ c¸c thµnh phÇn lùc c¶n kiÓu buång. Khi gãc  bÐ lµ CAA = (0,1  0,2) RW + RR = RHD- lùc c¶n thuû ®éng. Theo kÕt qu¶ thö m« h×nh th×: RHDH = RHDM/k3. 82
H×nh 11.10. S¬ ®å lùc vµ m« men t¸c dông lªn tµu ®Öm khÝ kiÓu buång. RHD + RAA + RI = R = - T MHD + MAA + MI + MD = TZT §Æc tr ng tµu ®Öm khÝ kiÓu phun L/B = 2  8 Khi L/B = 2  2,5 th× Fr < 2, 0 tÝnh theo chiÒu dµi ®Öm Khi L/ B > 5 th× Fr =0,6  0,8 Lùc c¶n ® îc chia thµnh: lùc c¶n sãng cña ®Öm RW, lùc c¶n phÇn nh« RAP, lùc c¶n kh«ng khÝ RAA, lùc c¶n xung RI do qu¹t giã sinh ra ®Ó duy tr× ®Öm. Lùc c¶n ®¬n vÞ (Xem H11.11). H×nh 11.11. C¸c thµnh phÇn lùc c¶n ®¬n vÞ cña tµu ®Öm khÝ. 83
84
PhÇn 2 thiÕt bÞ ®Èy tµu thuû Ch¬ng 12 C¸c tÝnh chÊt chung vµ sù ph©n lo¹i c¸c thiÕt bÞ ®Èy tµu 12.1. Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ thiÕt bÞ ®Èy tµu Träng lîng cña tµu khi ®øng yªn sÏ b»ng tæng hîp c¸c lùc ¸p suÊt theo híng th¼ng ®øng tõ díi lªn t¸c dông lªn vá bao tµu. Hîp lùc ®ã gäi lµ lùc næi tÜnh. Khi tµu chuyÓn ®éng, hîp lùc nµy sÏ nghiªng ®i so víi ph¬ng th¼ng ®øng vµ khi ®ã trªn mÆt níc sÏ xuÊt hiÖn c¸c lùc tiÕp tuyÕn. H×nh chiÕu cña hîp lùc ¸p suÊt lªn trôc th¼ng ®øng gäi lµ lùc næi, cßn h×nh chiÕu cña nã lªn trôc n»m ngang vµ hîp lùc tiÕp tuyÕn gäi lµ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu R (Xem H12.1) gV R D H×nh 12.1. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn tµu ®ang chuyÓn ®éng ChuyÓn ®éng th¼ng ®Òu cña tµu lµ do t¸c dông cña lùc kÐo TE, vÒ mÆt trÞ sè nã b»ng lùc c¶n vµ ngîc chiÒu víi lùc c¶n. Khi tµu chuyÓn ®éng víi tèc ®é v, nã sÏ thùc hiÖn mét c«ng, mµ trong mét ®¬n vÞ thêi gian sÏ b»ng c«ng suÊt cã Ých hoÆc c«ng suÊt kÐo PE = TE.v Lùc kÐo cã thÓ sinh ra bëi nguån n¨ng lîng ®Æt trªn tµu vµ trong trêng hîp nµy nguån n¨ng lîng ®ã ®îc gäi lµ ®éng c¬ (diezel, tuècbin) hoÆc n»m bªn ngoµi tµu. VÝ dô nguån n¨ng lîng bªn ngoµi lµ giã ®Ó t¹o nªn c¸c lùc kÐo trªn c¸c tµu buåm. C¸c tµu ®îc l¾p ®éng c¬ lµ c¸c tµu tù hµnh. Nã lu«n lu«n ®îc l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ ®Ó biÕn c«ng suÊt cña ®éng c¬ sang n¨ng lîng chuyÓn ®éng th¼ng cña tµu. ThiÕt bÞ t¹o ra lùc kÐo TE ®îc gäi lµ thiÕt bÞ ®Èy tµu. NÕu PD lµ c«ng suÊt truyÒn ®Õn thiÕt bÞ ®Èy, th× hiÖu suÊt cña nã ®îc x¸c ®Þnh b»ng tØ sè hD = PE/PD vµ ®îc gäi lµ hiÖu suÊt ®Èy. C«ng suÊt PD lu«n lu«n nhá h¬n c«ng suÊt trªn trôc ®éng c¬ PS. Nh vËy c«ng suÊt trªn trôc cña ®éng c¬ cã liªn quan víi c«ng suÊt PD theo quan hÖ: PD = PS.hn Trong ®ã: hn = hS.hP hS: hiÖu suÊt cña ®êng trôc hP: hiÖu suÊt cña bé truyÒn ®éng (bé gi¶m tèc, bé t¶i ®iÖn vµ...) 85
12.2. C¸c kiÓu thiÕt bÞ ®Èy vµ tÝnh chÊt cña chóng TÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ ®Èy tµu ®Òu t¹o nªn lùc ®Èy nhê ph¶n lùc cña c¸c khèi chÊt láng hoÆc khÝ ®îc lÊy tõ m«i trêng bao quanh vµ ®Èy vÒ phÝa ngîc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu, nghÜa lµ theo nguyªn lý ph¶n lùc. ChÊt láng hoÆc khÝ ®îc ®Èy ra nhê c¸c bé phËn lµm viÖc (c¸nh, m¸ng, guång). C¸c bé phËn nµy tiÕp nhËn c¸c ph¶n lùc cña khèi m«i chÊt ®Èy ra vµ biÕn chóng thµnh lùc, mµ h×nh chiÕu cña nã lªn ph¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc ®Èy cña thiÕt bÞ ®Èy. Lùc ®Èy th«ng qua gèi trôc chÆn truyÒn vµo th©n tµu. C¸c lo¹i thiÕt bÞ ®Èy mµ lùc ®Èy trùc tiÕp sinh ra trªn c¸c c¬ cÊu c¸nh nh: chong chãng, guång vµ ch©n vÞt. C¸c lùc trªn c¸c c¸nh cã thÓ sinh ra bëi lùc c¶n vµ lùc n©ng khi chóng chuyÓn ®éng trong chÊt láng. Lùc ®Èy ®îc t¹o nªn bëi lùc n©ng ph¸t sinh trªn c¸c c¸nh cña thiÕt bÞ ®Èy. Ph¶n lùc cña m«i chÊt kh«ng chØ c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ ®Èy tiÕp nhËn, mµ cã thÓ ngay c¶ c¸c bé phËn cè ®Þnh (èng, ®¹o lu, kªnh) còng tiÕp nhËn. ThiÕt bÞ ®Èy, mµ phÇn lín ph¶n lùc cña dßng ch¶y ®îc bé phËn cè ®Þnh tiÕp nhËn, ®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt níc. C¸c thiÕt bÞ ®Èy kh«ng cã c¬ cÊu c¸nh vµ viÖc t¨ng tèc m«i chÊt ë trong chóng nhê n¨ng lîng cña khÝ nÐn, ®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt khÝ. Guång lµ thiÕt bÞ ®Èy ®Çu tiªn ®· ®îc sö dông réng r·i trªn c¸c tµu cã l¾p ®éng c¬ truyÒn ®éng. Guång lµ mét h×nh trô quay, mµ trªn ®êng sinh cña nã cã ®Æt 6 ¸ 12 c¸nh guång. Trôc guång n»m ngang vµ vu«ng gãc víi ph¬ng chuyÓn ®éng. C¸c guång ®Òu ®Æt ë hai bªn m¹n tµu hoÆc ë phÇn ®u«i tµu. Chóng cã thÓ cã c¸nh cè ®Þnh hoÆc di ®éng. S¬ ®å cña guång cã c¸nh cè ®Þnh ®îc tr×nh bµy trªn (Xem H12.2). chiÒu chuyÓn ®éng D e 1 R 0 01 T W R 2 R r W n H×nh 12.2. S¬ ®å guång cã H×nh 12.3. S¬ ®å guång cã c¸nh cè ®Þnh c¸nh quay Khi c¸nh lµm viÖc dßng níc bao lªn c¸c c¸nh, tèc ®é cña dßng lµ tæng h×nh häc cña tèc ®é Wr sinh ra do c¸nh quay vµ tèc ®é tÞnh tiÕn v cña tµu. Nh vËy c¸c lùc thuû ®éng sinh ra trªn c¸c c¸nh guång gÇn vu«ng gãc víi chóng ®îc truyÒn vµo trôc guång vµ th©n tµu. ThËt vËy, nÕu ®Æt vµo trôc guång hai lùc ngîc chiÒu R1 vµ R2, vÒ trÞ sè b»ng lùc R sinh ra trªn c¸nh, ta nhËn ®îc mét ngÉu lùc R vµ R2, mµ m«men xo¾n cña ®éng c¬ ph¶i th¾ng l¹i m«men cña chóng. ChiÕu R1 lªn híng chuyÓn ®éng ®îc lùc ®Èy T. Sù lµm viÖc cña guång c¸nh cè ®Þnh kÌm theo nhiÒu tæn thÊt n¨ng lîng ®¸ng kÓ khi níc vµo vµ tho¸t khái c¸nh. Nh÷ng tæn thÊt nµy cã thÓ gi¶m bít b»ng c¸ch cho c¸nh quay (Xem H12.3). VÒ mÆt kÕt cÊu guång c¸nh quay rÊt phøc t¹p, khèi lîng cña nã t¬ng ®èi lín, nhng hiÖu suÊt ®Èy cao h¬n, hiÖu suÊt ®Èy ®¹t 0,5 ¸ 0,6. T¸c dông 86
cña guång gi¶m ®ét ngét khi tµu chßng chµnh vµ chiÒu ch×m thay ®æi, viÖc truyÒn ®éng chóng so víi c¸c ®éng c¬ hiÖn ®¹i kh¸ phøc t¹p, v× vËy chóng chØ ®îc sö dông trªn c¸c tµu s«ng luång l¹ch c¹n. HiÖn nay ngêi ta kh«ng ®ãng nh÷ng con tµu míi l¾p guång. ThiÕt bÞ ®Èy ®îc sö dông réng r·i nhÊt lµ chong chãng, nã h¬n h¼n guång do hiÖu suÊt lín, kÕt cÊu ®¬n gi¶n vµ ®é tin cËy cao trong khai th¸c. Chong chãng gåm tõ 3 ¸ 7 c¸nh, ®Æt c¸ch nhau cïng mét gãc trªn mÆt vËt quay, ®îc gäi lµ cñ chong chãng (Xem H12.4) v V w A T P 2 2 T 0 0 R 2 R a dT 2P 2 R R 0 0 T 0 0 V R R 2 VE T P dF 2 r 2 W H×nh 12.4. C¸c chong chãng víi sè c¸nh kh¸c nhau W Trôc quay cña chong chãng trïng víi híng chuyÓn H×nh 12.5. S¬ ®å lµm ®éng cña tµu hoÆc nghiªng mét gãc thêng kh«ng lín. viÖc cña chong chãng C¸c c¸nh chong chãng cong c¶ hai chiÒu víi ®é dang bÐ. H×nh 12.5 lµ s¬ ®å lµm viÖc cña chong chãng, gÇn ®óng ®îc m« t¶ b»ng nh÷ng tam gi¸c tèc ®é vµ lùc t¸c dông lªn tiÕt diÖn c¸nh, ®îc c¾t b»ng mÆt trô ®ång trôc víi chong chãng. Dßng bao phÇn tö c¸nh ®îc x¸c ®Þnh b»ng tèc ®é vE, bao gåm tèc ®é tÞnh tiÕn v cña tµu vµ tèc ®é quay Wr quanh trôc chong chãng. PhÇn tö cña c¸nh chong chãng cã thÓ coi lµ mét pr«phin chuyÓn ®éng trong dßng ch¶y víi tèc ®é vE theo gãc tíi a. Trong trêng hîp nµy trªn phÇn tö sÏ xuÊt hiÖn lùc n©ng vµ lùc c¶n. H×nh chiÕu hîp lùc cña c¸c lùc nµy lªn híng chuyÓn ®éng lµ lùc ®Èy dT cña phÇn tö ®· cho, cßn h×nh chiÕu lªn mÆt ph¼ng quay dF ngîc chiÒu víi tèc ®é Wr t¹o thµnh m«men ®èi víi trôc quay mµ ®éng c¬ ph¶i th¾ng nã. Chong chãng thêng ®Æt ë phÇn ®u«i tµu. ChØ trªn mét vµi kiÓu tµu (phµ, tµu ph¸ b¨ng) ngoµi chong chãng ë ®u«i cßn cã thªm chong chãng ë mòi. Ngêi ta thêng bè trÝ mét chong chãng ë mÆt ph¼ng ®èi xøng, hoÆc hai chong chãng ë hai m¹n ®èi xøng nhau. Ýt khi ngêi ta dïng ba ®Õn bèn chong chãng trªn c¸c tµu ch¹y nhanh träng lîng lín. Chong chãng ®îc l¾p trªn trôc n»m ngang hoÆc nghiªng. Trªn c¸c tµu mét chong chãng gèi ®u«i ®îc ®Æt trong lç luån trôc, khi bè trÝ trôc ë bªn m¹n gèi nµy ph¶i tùa lªn gi¸ ch÷ nh©n. Trong nh÷ng trêng hîp khi chong chãng ph¶i ®Æt c¸ch xa ®¸y tµu mét kho¶ng lín, vÝ dô trªn c¸c tµu c¸nh ngÇm, hoÆc khi cÇn ph¶i quay trôc chong chãng ®Ó ®¶m b¶o tÝnh ¨n l¸i th× viÖc dÉn ®éng nã ph¶i ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch truyÒn ®éng c«ng suÊt kiÓu gãc - cét ®Þnh gãc. VÒ nguyªn t¾c trªn mçi trôc chØ l¾p mét chong chãng. Song ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt lµm viÖc cña hÖ thèng ®Èy, ngêi ta sö dông c¸c chong chãng ®ång trôc quay ngîc chiÒu nhau. Trong trêng hîp nµy cÇn ph¶i dïng hÖ gåm hai trôc chong chãng ®ång t©m - trôc lång ngoµi vµ trong, mçi trôc quay mét chong chãng riªng. NÕu bè trÝ hai chong chãng, nªn tr¸nh trêng hîp chóng quay cïng chiÒu. 87
§Ó n©ng cao hiÖu suÊt cña c¸c chong chãng ngêi ta cßn sö dông thªm c¸c thiÕt bÞ híng dßng nh ®¹o lu vµ c¸c c¸nh. §¹o lu lµ mét c¸nh h×nh vßng bao lÊy chong chãng vµ c¸c c¸nh dÉn híng dßng ch¶y (Xem H12.6). ChiÒu chuyÓn ®éng D ni ai d yH DD dP H i D DR D D DE p/2 D dP H dT H dX H dR H D H×nh 12.6. Chong chãng trong ®¹o lu §èi víi c¸c chong chãng cã bíc kh«ng ®æi th× viÖc ®¶m b¶o chiÒu ch¹y cña tµu cÇn ph¶i ®¶o chiÒu quay cña chong chãng. ViÖc ch¹y ®¶o chiÒu hoµn toµn ®¬n gi¶n khi sö dông chong chãng biÕn bíc, v× c¸nh cña chóng cã thÓ quay quanh trôc híng b¸n kÝnh t¬ng øng ®Ó cã thÓ thay ®æi ®îc trÞ sè vµ dÊu cña lùc ®Èy khi vÉn gi÷ nguyªn chiÒu quay cña chong chãng Ch©n vÞt Voit - Schneider, viÕt t¾t lµ (V.S) còng cho phÐp thay ®æi dÊu vµ trÞ sè cña lùc ®Èy khi chiÒu quay cña trôc vÉn kh«ng ®æi. Ch©n vÞt sÏ lµm thay ®æi ®îc vÐc t¬ lùc ®Èy khi quay trong mÆt ph¼ng n»m ngang giíi h¹n tõ 0 ¸ 3600. ThiÕt bÞ ®Èy nµy ®îc sö dông vµo n¨m 1930, cã th©n h×nh trèng, mµ mÆt díi cña nã ®Æt ngang tÇm víi ®¸y tµu. Trªn chu vi cña trèng theo c¸c gãc b»ng nhau ®Æt 4 ¸ 8 c¸nh thß xuèng phÝa díi ®Ó võa quay víi trèng võa quay quanh trôc b¶n th©n. D¹ng pr«phin c¸nh cã thÓ lµ h×nh thang hoÆc nöa elip. d H2 D H1 S L D1 D2 H×nh 12.7. a . S¬ ®å lµm viÖc cña ch©n vÞt 88
a a np wR N v0 wR a T R 0 P P w R T a wR np chiÒu chuyÓn ®éng H×nh 12. 7. b. S¬ ®å lµm viÖc cña ch©n vÞt Trong mét vßng quay cña trèng c¸c c¸nh sÏ thùc hiÖn trän vÑn mét dao ®éng, biªn ®é vµ pha dao ®éng ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¬ cÊu vi sai ®Æc biÖt ®Æt trong trèng cña ch©n vÞt. øng víi mäi lóc c¸c ®êng vu«ng gãc víi d©y cung cña c¸nh ®Òu c¾t nhau t¹i mét ®iÓm, ®îc gäi lµ t©m ®iÒu khiÓn (Xem H12.8). Tæng tèc ®é cña dßng ch¶y tíi c¸nh sÏ t¹o víi d©y cung cña c¸nh gãc ak. Nh vËy trªn c¸nh sÏ xuÊt hiÖn lùc thuû ®éng R, c¸c h×nh chiÕu cña nã lªn híng chuyÓn ®éng vµ tiÕp tuyÕn víi vßng trßn sÏ t¹o ra lùc ®Èy vµ m«men mµ hÖ thèng n¨ng lîng ph¶i th¾ng l¹i nã. KÕt cÊu cña bé dÉn ®éng ch©n vÞt cho phÐp x¸c ®Þnh ®îc t©m ®iÒu khiÓn N t¹i mét ®iÓm bÊt kú trªn vßng trßn. ChuyÓn vÞ cña ®iÓm N sÏ lµm thay ®æi lùc ®Èy, ph¬ng cña lùc ®Èy vu«ng gãc víi ®o¹n 0N, cßn trÞ sè tØ lÖ víi chiÒu dµi cña ®o¹n ®ã. ni, p0 N N N 0 0 0 0 1 N 2 3 ni, P0 H×nh 12.9. ThiÕt bÞ phôt níc H×nh 12. 8. C¸c vÞ trÝ t©m ®iÒu khiÓn c¸nh ch©n vÞt Nh vËy, ch©n vÞt kh«ng nh÷ng thùc hiÖn ®îc chøc n¨ng cña thiÕt bÞ ®Èy mµ cßn ®ãng vai trß thiÕt bÞ l¸i, nhê chóng cã thÓ ®¶m b¶o ®îc viÖc quay tµu t¹i chç, dÞch tµu 89