Chương 1: THIẾT BỊ LÁI

Chia sẻ: Nguyen Trong Phi | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

184
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trên các tàu tự hành (ngay cả một số tàu không tự hành) người ta thường trang bị các thiết bị lái để đảm bảo tính ăn lái cho tàu ở bất kỳ trạng thái nào trong suốt quá trình hành hải Tính ăn lái của tàu gồm hai tính chất: tính ổn định hướng đi và tính quay vòng. Tính ổn định hướng đi là khả năng tàu giữ nguyên hoặc thay đổi hướng chuyển động. Tính quay vòng là khả năng thay đổi hướng chuyển động và được mô tả bởi quỹ đạo cong khi bẻ lái....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 1: THIẾT BỊ LÁI

Ch¬ng 1 ThiÕt bÞ l¸i 1.1. Kh¸i niÖm chung vÒ thiÕt bÞ l¸i tµu thuû Mét trong nh÷ng tÝnh n¨ng c¬ b¶n cña tµu thuû ®ã lµ tÝnh ¨n l¸i. TÝnh ¨n l¸i cña tµu thuû lµ kh¶ n¨ng gi÷ nguyªn hoÆc thay ®æi híng ®i theo ý muèn cña ngêi l¸i tµu. 1.1.1. Kh¸i niÖm Trªn c¸c tµu tù hµnh (ngay c¶ mét sè tµu kh«ng tù hµnh) ng êi ta thêng trang bÞ c¸c thiÕt bÞ l¸i ®Ó ®¶m b¶o tÝnh ¨n l¸i cho tµu ë bÊt kú tr¹ng th¸i nµo trong suèt qu¸ tr×nh hµnh h¶i TÝnh ¨n l¸i cña tµu gåm hai tÝnh chÊt: tÝnh æn ®Þnh híng ®i vµ tÝnh quay vßng. TÝnh æn ®Þnh híng ®i lµ kh¶ n¨ng tµu gi÷ nguyªn hoÆc thay ®æi h íng chuyÓn ®éng. TÝnh quay vßng lµ kh¶ n¨ng thay ®æi híng chuyÓn ®éng vµ ®îc m« t¶ bëi quü ®¹o cong khi bÎ l¸i. Hai tÝnh chÊt nµy m©u thuÉn víi nhau, mét con tµu cã tÝnh æn ®Þnh h íng ®i tèt th× sÏ cã tÝnh quay vßng tåi vµ ngîc l¹i. V× vËy ph¶i tuú thuéc vµo tõng lo¹i tµu (c«ng dông vµ chøc n¨ng), tõng vïng ho¹t ®éng mµ ngêi ta u tiªn cho 1 trong 2 tÝnh chÊt trªn khi thiÕt kÕ. VÝ dô, khi tµu ch¹y ë vïng ho¹t ®éng kh«ng h¹n chÕ (tµu biÓn) do ®iÒu kiÖn kh«ng gian ho¹t ®éng kh«ng h¹n chÕ, ®Ó ®¶m b¶o cho thêi gian hµnh tr×nh th× ph¶i u tiªn cho tÝnh æn ®Þnh híng ®i cßn ®èi víi tµu cã vïng ho¹t ®éng h¹n chÕ (tµu s«ng) th× ngîc l¹i. TÝnh ¨n l¸i còng phô thuéc vµo c¸c bé phËn cè ®Þnh, æn ®Þnh kh¸c nh: ki h«ng, ki ®u«i, gi¸ ch÷ nh©n (X) hoÆc ch÷ Y, sè lîng vµ chiÒu dµi chong chãng, ®o¹n trôc chãng chãng, sè b¸nh l¸i còng nh c¸c thiÕt bÞ kh¸c. Trªn tµu ®Ó ®¶m b¶o tÝnh ¨n l¸i, ngêi ta cã thÓ bè trÝ nhiÒu lo¹i thiÕt bÞ l¸i ho¹t ®éng ®éc lËp hoÆc phèi hîp nh: b¸nh l¸i, ®¹o lu ®Þnh híng xoay, chãng chãng (tµu l¾p nhiÒu chong chãng), thiÕt bÞ phôt níc, ch©n vÞt, v.v. nhng phæ biÕn nhÊt lµ b¸nh l¸i vµ ®¹o lu ®Þnh híng xoay v× ®ã lµ nh÷ng thiÕt bÞ dÔ chÕ t¹o, gi¸ thµnh rÎ, lµm viÖc tin cËy vµ hiÖu qu¶ cao. B¸nh l¸i lµ mét vËt thÓ d¹ng c¸nh tÊm ph¼ng hoÆc d¹ng cã pr«fin tho¸t n íc nhóng ch×m trong níc, cßn ®¹o lu ®Þnh híng xoay lµ mét vËt thÓ h×nh trô trßn xoay cã d¹ng pr«fin tho¸t níc theo chiÒu däc trôc cña nã, bao quanh chong chãng ë phÝa sau th©n tµu. 1.1.2. Ph©n lo¹i b¸nh l¸i 1.1.2.1. Ph©n lo¹i theo h×nh d¹ng pr«fin cã B¸nh l¸i tÊm B¸nh l¸i tho¸t níc 1.1.2.2. Ph©n lo¹i theo vÞ trÝ ®Æt trôc l¸i 6
B¸nh l¸i c©n b»ng lµ b¸nh l¸i mµ trôc l¸i chia b¸nh l¸i ra 2 phÇn. B¸nh l¸i kh«ng c©n b»ng lµ b¸nh l¸i n»m vÒ mét phÝa cña trôc l¸i B¸nh l¸i b¸n c©n b»ng 7
8
H×nh 1.1. S¬ ®å ph©n lo¹i b¸nh l¸i. 1.1.2.3. Ph©n lo¹i theo sè gèi ®ì trªn trôc l¸i S¬ ®å 1, c¸c b¸nh l¸i cã 1 æ ®ì trªn b¸nh l¸i trë lªn S¬ ®å 2, c¸c b¸nh l¸i cã 2 æ ®ì trªn b¸nh l¸i S¬ ®å 3, b¸nh l¸i kh«ng cã æ ®ì trªn b¸nh l¸i Trong c¸c s¬ ®å trªn ®îc bæ sung c¸c d¹ng ®¹o lu xoay 1.1.2. VÞ trÝ ®Æt trôc l¸i NÕu trªn tµu cã bè trÝ chong chãng th× tèt nhÊt nªn ®Æt b¸nh l¸i phÝa sau vµ ë gi÷a luång níc do chong chãng ®Èy ra ®Ó lµm t¨ng hiÖu qu¶ lµm viÖc cña b¸nh l¸i. Víi ®u«i tµu cã l¾p mét chong chãng th× b¸nh l¸i, sèng l¸i, ki ®ì l¸i t¹o thµnh khung gi¸ l¸i:lµ kho¶ng kh«ng gian ®Ó l¾p chong chãng võa ®ñ, trÞ sè c¸c khe hë cña khung gi¸ l¸i chän theo b¶ng sau: Trong b¶ng 1.1, KT - hÖ sè t¶i cña chong chãng; D - ®êng kÝnh chong chãng; tmax- chiÒu dµy lín nhÊt cña fr«fin b¸nh l¸i; bP - chiÒu réng b¸nh l¸i; ϕ - nöa gãc tiÕp tuyÕn cña sèng ®u«i víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu. 9
C¸c gi¸ trÞ trong b¶ng 1.1 lµ gi¸ trÞ nhá nhÊt. Trong thùc tÕ sö dông, ®Ó gi¶m chÊn ®éng ë vïng ®u«i, c¸c gi¸ trÞ ®ã (a, b, c, d) cã thÓ ®îc lÊy t¨ng lªn mét Ýt. Tuy nhiªn khe hë a kh«ng nªn lÊy qu¸ lín, nÕu kh«ng sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt lµm viÖc cña b¸nh l¸i. B¶ng 1.1. KÝch thíc c¬ b¶n cña khung gi¸ l¸i tµu mét chong chãng. T.T Tªn t¸c gi¶ a b c d ®Ò nghÞ 1 BÓ thö Hµ (0,08 - (0,15- (0,1- 0,03.D Lan 0,12).D 0,2).D 0,12)D Waningen 2 L. Lloyds (0,08 - 0,15.D 0,08.D - 0,15).D (1+ ϕ).kT/D 3 C¬ quan 0,09.D 0,085.D t max 0,73. .D ph©n cÊp tµu bP Na-uy. 4 ViÖn nghiªn (0,08 - 0,2.D (0,08 (0,02 -0,03)D cøu VËt lý 0,15).D -0,1)D Anh H×nh 1.2. S¬ ®å khung gi¸ l¸i cña tµu mét chong chãng Trong mäi trêng hîp b¸nh l¸i ph¶i bè trÝ ch×m trong n íc, mÐp trªn b¸nh l¸i ®Æt cµng s©u trong níc cµng tèt. NÕu gäi kho¶ng c¸ch tõ mÐp trªn cña b¸nh l¸i ®Õn mÐp n íc tù do lµ tp th× tp ®îc lÊy nh sau - ®Ó ®¶m b¶o diÖn tÝch b¸nh l¸i FP) ≥ Tµu biÓn: tp 0,25.hp (1.1) Tµu hå (hoÆc pha s«ng biÓn): tp ≥ 0,125.hp Tµu s«ng: tp = (0 - 0,1).hp víi hp- chiÒu cao b¸nh l¸i. 10
Kho¶ng c¸ch tõ mÐp trªn cña tÊm b¸nh l¸i ®Õn vá bao tµu cµng nhá cµng tèt song phØa tho¶ m·n kh«ng bÞ kÑt khi bÎ l¸i. ë mäi gãc bÎ l¸i h×nh chiÕu b»ng cña tÊm b¸nh l¸i ph¶i n»m trong ph¹m vi h×nh chiÕu b»ng cña ®ßng níc chë hµng mïa hÌ KWL. Víi b¸nh l¸i c©n b»ng vµ b¸n c©n b»ng ,mÐp dãi cña b¸nh l¸i ph¶i ®Æt cao h¬n ®êng c¬ b¶n vµ kh«ng thÊp h¬n mÐp díi cña chong chãng. Víi b¸nh l¸i treo, viÖc nèi gi÷a b¸nh l¸i vµ trôc l¸i lµ kÕt cÊu hµn, ph¶i l u ý ®Õn chiÒu cao cña nã ®Ó khi söa ch÷a, l¾p r¸p, th¸o b¸nh l¸i trªn ô kh«ng ph¶i c¾t trôc l¸i. 1.2. T¸c dông cña b¸nh l¸i 1.2.1. C¬ chÕ lîn vßng cña tµu khi bÎ l¸i Gi¶ sö tµu ®ang ch¹y theo híng th¼ng víi vËn tèc v (h×nh 1.3.a) trong ®iÒu kiÖn mÆt níc yªn lÆng (tøc kh«ng cã t¸c dông cña sãng, giã, dßng ch¶y vµ c¸c ngo¹i lùc ngÉu nhiªn kh¸c), b¸nh l¸i n»m ë mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu hoÆc song song víi nã. Khi ®ã lùc t¸c dông lªn tµu bao gåm: Lùc c¶n cña níc ®Õn chuyÓn ®éng cña tµu R n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, cã chiÒu ngîc víi vËn tèc cña tµu. Lùc ®Èy cña chong chãng T n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, cïng chiÒu víi vËn tèc cña tµu, c©n b»ng víi lùc c¶n cña tµu vµ lùc c¶n cña b¶n th©n nã. Gi¶ sö khi ®ã ta ®æi híng chuyÓn ®éng cña tµu b»ng c¸ch bÎ l¸i mét gãc αp sang m¹n, khi ®ã xuÊt hiÖn ¸p lùc thuû ®éng cña níc t¸c dông lªn b¸nh l¸i P bæ sung vµo hÖ lùc trªn, lùc P cã ®iÓm ®Æt t¹i K - gäi lµ t©m ¸p lùc cña b¸nh l¸i. NÕu gi÷ nguyªn gãc bÎ l¸i αp ®ã th× lùc P sÏ lµm thay ®æi quÜ ®¹o chuyÓn ®éng cña tµu vµ lµm xuÊt hiÖn, biÕn ®æi c¸c thµnh phÇn lùc kh¸c. QuÜ ®¹o chuyÓn ®éng cña tµu khi ®ã gäi lµ quÜ ®¹o lîn vßng cña tµu. §Ó xÐt vµ biÕt ®îc t¸c dông cña b¸nh l¸i khi bÎ l¸i ta ®i xÐt t¸c dông cña lùc P, b»ng c¸ch ®Æt t¹i träng t©m tµu G mét cÆp lùc trùc ®èi (b»ng nhau vÒ trÞ sè, cïng ph ¬ng, ngîc chiÒu) P’ vµ P” cïng ph¬ng, cïng trÞ sè víi lùc P. Lùc P vµ P’ t¹o thµnh mét ngÉu lùc cã m« men M1 = P.lp, (lp lµ tay ®ßn cña m« men M1; lp ≅ (L/2).cosαp) cã chiÒu vÒ phÝa bÎ l¸i). Lùc P” ®îc ph©n tÝch thµnh hai lùc P1 vµ P2, trong ®ã lùc P1 cã ph¬ng cña mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, cïng chiÒu víi lùc c¶n R gäi lµ lùc c¶n bæ sung, nã cïng víi R lµm t¨ng lùc c¶n, gi¶m tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu, khi ®ã lùc c¶n tæng céng t¸c dông lªn tµu lµ RT = R + P1. Lùc P2 cã ph¬ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, lµm d¹t tµu vÒ híng ngîc víi híng bÎ l¸i gäi lµ lùc d¹t. Do tµu chuyÓn ®éng d¹t, lªn xuÊt hiÖn lùc c¶n theo ph ¬ng ngang R0 cïng ph¬ng, ngîc chiÒu víi P2. NÕu cø gi÷ nguyªn gãc bÎ l¸i αp sao cho ®Õn thêi ®iÓm nµo ®ã, gi¸ trÞ cña R0 t¨ng b»ng gi¸ trÞ cña P2 th× chuyÓn ®éng d¹t kÕt thóc vµ khi ®ã m« men M1 còng ®ñ lín ®Ó lµm quay tµu vÒ híng bÎ l¸i. Díi t¸c dông cña m« men M1, tµu quay quanh trôc th¼ng ®øng ®i qua träng t©m tµu G vÒ h íng bÎ l¸i. §ång thêi sù quay vßng nµy lµm ®æi ph¬ng cña lùc ®Èy T mµ nhê ®ã tµu ®æi híng chuyÓn ®éng. Khi tµu chuyÓn ®éng trªn quÜ ®¹o cong (h×nh 1.3.b), lùc c¶n tæng céng R T cã ®iÓm ®Æt t¹i KT trªn mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, gäi lµ t©m ¸p lùc cña tµu, (víi tµu, th«ng thêng KT n»m ë kho¶ng gi÷a träng t©m tµu G vµ ®êng vu«ng gãc mòi). Ph©n tÝch RT thµnh Rx vµ Ry, trong ®ã Rx n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu lµ lùc c¶n 11
cña tµu, Ry cã ph¬ng vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu vµ nãi chung kh«ng ®i qua träng t©m tµu G. Thµnh phÇn nµy ph¸t sinh m« men phô M 2 = Ry.lp’, (lp’ lµ tay ®ßn cña m« men M2 b»ng kho¶ng c¸ch KTG) cïng chiÒu víi m« men M1 lµm t¨ng chuyÓn ®éng quay cña tµu vÒ híng bÎ l¸i. Khi KT n»m ë kho¶ng gi÷a träng t©m tµu G vµ ®êng vu«ng gãc ®u«i th× m« men M2 ngîc chiÒu víi m« men M1, nã c¶n trë l¹i sù quay cña tµu theo híng bÎ l¸i. Khi tµu chuyÓn ®éng theo híng th¼ng, vËn tèc tµu v cã ph¬ng cña mÆt ph¼ng ®èi xøng, cßn khi tµu chuyÓn ®éng trªn quÜ ®¹o cong, mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu kh«ng cßn tiÕp tuyÕn víi quÜ ®¹o lîn vßng mµ nã t¹o víi tiÕp tuyÕn ®ã mét gãc θ vµ cã gi¸ trÞ t¨ng dÇn, θ gäi lµ gãc lÖch híng cña tµu. Tèc ®é vi vµ gãc lÖch híng θi cña ®iÓm i bÊt kú n»m trªn mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu thay ®æi theo chiÒu dµi tµu. T¹i thêi ®iÓm nµo ®ã cña chuyÓn ®éng, tèc ®é vi kh«ng gi¶m, gãc lÖch híng θi kh«ng t¨ng vµ ®¹t ®Õn gi¸ trÞ kh«ng ®æi th× quÜ ®¹o cña tµu lóc ®ã æn ®Þnh. Khi ®ã coi tµu quay quanh mét trôc th¼ng ®øng tëng tîng nµo ®ã ®i qua ®iÓm O trong kh«ng gian víi vËn tèc gãc ω = const. Gäi kho¶ng c¸ch tõ O ®Õn c¸c ®iÓm x¸c ®Þnh trªn tµu lµ b¸n kÝnh Ri , th× quÜ ®¹o lîn vßng æn ®Þnh khi Ri = const. v v + R + + + + + M2=Ry.l'p M1 M1=P.lp Ry KT v lp P' Rx l'p θ RT Ro=f(vn)P2 G G P'' P1 - T T - + - P + P + Quü ®¹ o cña träng t©m G K K αP αP a) b) H× 1.2 : C¸ c tr¹ ng th¸ i chuyÓn ®éng cña tµu trª n quü ®¹ o quay vßng nh a - Khi b¾t ®Çu bÎ l¸ i b - Khi chuyÓn ®éng trª n quü ®¹ o cong H×nh 1.2. C¸c tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng cña tµu trªn quü ®¹o quay vßng a- Khi b¾t ®Çu bÎ l¸i b- Khi chuyÓn ®éng trªn quü ®¹o cong Khi tµu chuyÓn ®éng trªn trªn quÜ ®¹o æn ®Þnh (h×nh 1.4), ta xÐt t¹i mét sè ®iÓm ®Æc biÖt trªn tµu. T¹i ®iÓm C (CO vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu), tèc ®é tiÕp tuyÕn vC cña tµu lµ nhá nhÊt, tèc ®é nµy t¨ng dÇn c¶ vÒ phÝa mòi vµ phÝa ®u«i cña tµu, vµ nã ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i mót ®u«i (®iÓm A) vµ mót mòi (®iÓm B) cña tµu. Gãc lÖch híng θ t¹i C lµ θC = 0, gãc nµy cã gi¸ trÞ t¨ng dÇn tõ ®iÓm C ®Õn c¸c ®iÓm c¶ vÒ phÝa mòi vµ phÝa ®u«i vµ ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i A vµ B nhng cã chiÒu ng- 12
îc nhau,(gãc lÖch híng lµ gãc t¹o bëi gi÷a ph¬ng cña mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu víi ph- ¬ng tèc ®é tiÕp tuyÕn víi quÜ ®¹o, gãc nµy cã chiÒu cïng víi chiÒu kim ®ång hå cho nh÷ng ®iÓm n»m gi÷a C vµ mót mòi, ng îc chiÒu kim ®ång hå cho nh÷ng ®iÓm n»m gi÷a C vµ mót ®u«i). Do ®ã, khi tµu ®ang chuyÓn ®éng trªn quÜ ®¹o æn ®Þnh, nÕu tõ mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, t¹i C ta xÐt, th× tµu gåm hai chuyÓn ®éng : chuyÓn ®éng quay quanh C vµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu. ThËt vËy, ph©n tÝch c¸c vËn tèc vi theo ph¬ng mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu vµ vu«ng gãc víi nã ta ®îc vxi vµ vyi t¬ng øng. vxA = vA. cosθA = ω. RA. cosθA = ω.RC Khi ®ã ta cã: (1.2) vxB = vB. cosθB = ω. RB. cosθB = ω.RC vxi = vi. cosθi = ω. Ri. cosθi = ω.RC vxC = vC = ω. RC Suy ra: vxA = vxB = vxi = vxC = ω. RC, ®iÒu nµy chøng tá tµu chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu. vyA = vA. sinθA = ω. RA. sinθA = ω.AC T¬ng tù ta cã: (1.3) vyB = vB. sinθB = ω. RB. sinθB = ω.BC vyi = vi . sinθi = ω. Ri. sinθi = ω.iC vyC = 0. §iÒu nµy chøng tá c¸c ®iÓm A, B, i, v.v. quay quanh C víi vËn tèc gãc ω. §iÓm C gäi lµ t©m quay t¬ng ®èi cña tµu. vyA v A v yG vG i vXB B C θA A G θ v vC = vxC vxA θB xG G θC = 0 v v B yB RGθ R Gc RA RB θΑ θΒ ω O H× 1.3 : Khi chuyÓ ®éng trª n quü ®¹ o quay vßng æ ®Þ nh n n nh 1.2.2. C¸c giai ®o¹n chuyÓn ®éng cña tµu trong qu¸ tr×nh lîn vßng Gi¶ sö ban ®Çu tµu ch¹y theo híng th¼ng víi vËn tèc v nµo ®ã trªn mÆt n íc yªn lÆng, khi b¾t ®Çu bÎ l¸i mét gãc αp vµ gi÷ nguyªn vÞ trÝ cña b¸nh l¸i ë gãc bÎ l¸i ®ã trong toµn bé thêi gian sau nµy cña qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña tµu th× quÜ ®¹o chuyÓn ®éng cña tµu nhËn ®îc lóc ®ã gäi lµ quÜ ®¹o lîn vßng cña tµu. Tõ s¬ ®å quÜ ®¹o vµ tõ sù xuÊt hiÖn, biÕn ®æi cña c¸c thµnh phÇn lùc ®· ph©n tÝch ë trªn ta thÊy, khi b¾t ®Çu lîn vßng tµu chuyÓn ®éng chËm l¹i vµ bÞ d¹t vÒ h íng 13
ngîc víi híng bÎ l¸i. Sau ®ã tµu míi b¾t ®Çu chuyÓn ®éng vÒ híng bÎ l¸i theo mét quÜ ®¹o cong cã b¸n kÝnh cong gi¶m dÇn. MÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu lóc ®Çu cã ph ¬ng cña vËn tèc tÞnh tiÕn v sau ®ã nã nghiªng dÇn vÒ t©m O cña quÜ ®¹o, gãc lÖch h íng θ cã gi¸ trÞ t¨ng dÇn. QuÜ ®¹o lîn vßng cña tµu ®îc xem lµ æn ®Þnh khi c¸c ®¹i lîng ®Æc trng cho chuyÓn ®éng ®¹t ®Õn gi¸ trÞ kh«ng ®æi, nh VËn tèc vi = vmin = const, θ = θmax = const, Gãc lÖch híng B¸n kÝnh quÜ ®¹o R = Rmin = const. Ngêi ta chia toµn bé qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña tµu trong thêi gian lîn vßng lµm ba giai ®o¹n, kh«ng ph¶i bëi h×nh d¹ng cña quÜ ®¹o mµ lµ bëi sù xuÊt hiÖn vµ biÕn ®æi cña c¸c lùc t¸c dông lªn tµu (h×nh 1.4) Giai ®o¹n 1: cßn gäi lµ giai ®o¹n triÓn khai , ®îc tÝnh tõ thêi ®iÓm b¾t ®Çu bÎ l¸i ®Õn khi kÕt thóc bÎ l¸i, tøc lµ gãc bÎ l¸i ®¹t ®Õn gi¸ trÞ αp, giai ®o¹n nµy x¶y ra trong kho¶ng thêi gian 10 ÷ 15s. §Æc ®iÓm chuyÓn ®éng cña giai ®o¹n nµy lµ, tµu chuyÓn ®éng chËm l¹i do lùc c¶n bæ sung P1, ®ång thêi tµu bÞ d¹t vÒ híng ngîc víi híng bÎ l¸i do lùc d¹t P2. QuÜ ®¹o chuyÓn ®éng cã d¹ng ch÷ S, mòi tµu dÇn quay vÒ híng bÎ l¸i nhê m« men M1, mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu t¹o víi tiÕp tuyÕn cña quÜ ®¹o l în vßng do träng t©m tµu G v¹ch ra mét gãc lÖch híng θ. 14
l3 l2 T αp U B G K α G B vXB vθ θB vmin= const θ maxconst α p vyB vB = M=(Rsinβ ). UK ρ G st =con G Rmin U B αp Oω G K vmin l1 θ max Wsinα n D=2Rmi vo θ=0 G αp DT H×nh 1.4 : Quü ®¹o luî n vßng cña tµu Giai ®o¹n 2: cßn gäi lµ giai ®o¹n lîn vßng ®îc tÝnh tõ thêi ®iÓm kÕt thóc giai ®o¹n 1 cho ®Õn khi c¸c ®¹i lîng ®Æc trng cho chuyÓn ®éng ®¹t ®Õn gi¸ trÞ kh«ng ®æi ( v i = vmin = const, θ = θmax = const, R = Rmin = const.), th«ng thêng thêi ®iÓm nµy ®¹t ®îc khi tµu quay ®îc mét gãc 900 ÷ 1000 so víi híng ®i ban ®Çu. §Æc ®iÓm chuyÓn ®éng cña giai ®o¹n nµy lµ, vËn tèc tµu tiÕp tôc gi¶m, gãc lÖch híng cña tµu tiÕp tôc t¨ng, tµu chuyÓn ®éng trªn quÜ ®¹o cong cã b¸n kÝnh cong gi¶m dÇn. Lùc t¸c dông lªn tµu lµ: lùc thuû ®éng P, lùc c¶n R T vµ lùc ®Èy T, trong mçi thêi ®iÓm chuyÓn ®éng, chóng c©n b»ng víi c¸c lùc qu¸n tÝnh khèi lîng cña tµu (®Þnh luËt d’Alambert). Giai ®o¹n 3: cßn gäi lµ giai ®o¹n lîn vßng æn ®Þnh ®îc tÝnh tõ thêi ®iÓm kÕt thóc giai ®o¹n 2 cho ®Õn toµn bé thêi gian sau nµy cña qu¸ tr×nh l în vßng, nÕu vÉn gi÷ nguyªn gãc bÎ l¸i αp ®ã. §Æc ®iÓm chuyÓn ®éng cña giai ®o¹n nµy lµ, tµu chuyÓn ®éng æn ®Þnh trªn mét quÜ ®¹o lµ ®êng trßn cã b¸n kÝnh kh«ng ®æi R = Rmin = const, víi vËn tèc kh«ng ®æi vi = vmin = const vµ gãc lÖch híng kh«ng ®æi θ = θmax = const. Lùc ®Èy T cña chong chãng thùc tÕ cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh l în vßng, lùc c¶n Rx t¨ng tõ thêi ®iÓm b¾t ®Çu lîn vßng, g©y gi¶m dÇn tèc ®é tµu, ®Õn lóc mµ 15
lùc nµy c©n b»ng víi lùc ®Èy T. ë thêi ®iÓm nµo ®ã, ®iÓm KT dÞch vÒ phÝa sau träng t©m tµu G, m« men M2 ngîc chiÒu víi m« men M1. Khi trÞ sè hai m« men nµy b»ng nhau ®iÓm KT ngõng dÞch chuyÓn vÒ ®u«i ®ång thêi x¸c lËp gãc lÖch híng θ. Gãc nµy thêng cã gi¸ trÞ tõ 50 ®Õn h¬n 100. Nh vËy ta ®· kh¶o s¸t qu¸ tr×nh l în vßng cña tµu khi bÎ l¸i, quÜ ®¹o l în vßng ®îc x¸c lËp víi c¸c th«ng sè ®Æc trng sau: §êng kÝnh quÜ ®¹o lîn vßng æn ®Þnh: D = 2.Rmin . §êng kÝnh lîn vßng æn ®Þnh tÜnh ( ®êng kÝnh x¸c lËp quay vßng ): DT lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu tríc vµ sau khi nã quay ®îc mét gãc 1800. §o¹n dÞch chuyÓn tÞnh tiÕn: l1- kho¶ng c¸ch cña träng t©m tµu khi b¾t ®Çu bÎ l¸i ®Õn khi tµu quay ®îc mét gãc 900, ®o theo híng ®i ban ®Çu. §o¹n dÞch chuyÓn ngang: l2 - kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu khi nã quay ®îc gãc 900 ®Õn híng ®i ban ®Çu. §o¹n chuyÓn ®éng d¹t: l3 - kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu ë vÞ trÝ d¹t xa nhÊt ®Õn h- íng ®i ban ®Çu. C¸c ®¹i lîng trªn ®îc x¸c ®Þnh bëi tÝnh to¸n c¬ b¶n hoÆc thö nghiÖm tµu mÉu, tÝnh quay trë cña tµu (vËn t¶i) ®îc xem lµ ®¶m b¶o nÕu chóng tho¶ m·n liªn hÖ sau: DT = ( 0,9 ÷ 1,2 ).D l2 = ( 0,5 ÷ 0,6 ).D (1.4) l1 = ( 0,6 ÷ 1,2 ).D l3 = ( 0 ÷ 0,1 ). 1.2.3. TÝnh æn ®Þnh híng ®i cña tµu R g uyÓn ®én Huí ng ch Φ β T A U B G K α W M=(Rsinβ). UK Rsinβ g uyÓn ®én Huí ng ch Wsinα− Rsinβ Φ A U B G K T-(Wcosα+ Rcosβ) Wsinα H× 1.5 : S¬ ®å ph©n bè lôc t¸ c dông lª n tµu khi ch¹ y nguî c sãng giã nh Tµu ch¹y trªn mÆt níc chÞu t¸c dông cña c¸c ngo¹i lùc nh sãng, giã, dßng ch¶y, v.v. khi thêi tiÕt xÊu c¸c lùc nµy t¨ng rÊt nhanh, lµm lÖch h íng ®i cña tµu. §Æc tÝnh chèng l¹i c¸c ngo¹i lùc, gi÷ ®îc híng ®i ban ®Çu ®îc gäi lµ tÝnh æn ®Þnh híng ®i cña tµu. Nh÷ng nguyªn nh©n lµm tµu lÖch híng ®i trong thêi gian sãng, giã lín lµ: ¸p lùc giã lªn phÇn trªn ®êng níc vËn hµnh, ®Æc biÖt lµ phÇn thîng tÇng vµ lÇu. ¸p lùc níc lªn m¹n tµu cã b¶n chÊt chu kú do sãng vµ dßng ch¶y. ¸p lùc kh«ng ®Òu cña níc qua chong chãng khi tµu chßng chµnh ngang vµ däc. 16
Sau ®©y ta kh¶o s¸t hÖ lùc t¸c dông lªn tµu khi giã thæi vµo mòi tµu, tµu ch¹y chÖch híng víi gãc Φ. B¸nh l¸i ®îc ®Æt ë mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu, tµu chÞu t¸c dông cña c¸c lùc (h×nh 1.6). Lùc c¶n giã W, cã ®iÓm ®Æt t¹i U vµ t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu mét gãc α. Lùc c¶n cña níc R, cã ®iÓm ®Æt K vµ t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu mét gãc β. Lùc ®Èy T cña chong chãng n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng tµu. Ph©n tÝch c¸c lùc nãi trªn thµnh c¸c lùc thµnh phÇn theo ph¬ng mÆt ph¼ng ®èi xøng vµ vu«ng gãc víi nã ta cã: M« men lµm lÖch híng ®i cña tµu ®· chän M = R.sinβ.UK. (1.5) Lùc t¸c dông theo híng chuyÓn ®éng lµm tµu dÞch chuyÓn Px =T - (W.cosα + R.cosβ) (1.6) Lùc ngang lµm d¹t tµu Py = W.sinα - R.sinβ (1.7) So víi mÆt ph¼ng ®èi xøng mét gãc Φ tg p = (W.sinα - R.sinβ) / [T - (W.cosα + R.cosβ)]. (1.8) §Ó c©n b»ng m« men M, b¸nh l¸i cÇn ph¶i t¹o nªn m« men ng îc l¹i. Khi t©m giã U vµ t©m lùc c¶n ngang K trïng nhau th× m« men M = 0, tµu kh«ng ®i lÖch híng; khi ®iÓm K tríc ®iÓm U (vÒ phÝa mòi) th× tµu cã khuynh híng quay theo giã vµ b¸nh l¸i ph¶i bÎ vÒ phÝa ngîc giã. NÕu ®iÓm K sau ®iÓm U (vÒ phÝa ®u«i) th× tµu cã khuynh híng quay xÎ giã vµ b¸nh l¸i ph¶i bÎ vÒ phÝa giã. T©m giã U thêng di chuyÓn vÒ phÝa l¸i, khi híng giã thæi tõ mòi sù thay ®æi nµy kh«ng lín. T©m lùc c¶n ngang K thay ®æi trong giíi h¹n réng phô thuéc vµo gãc d¹t Φ cña tµu. H×nh d¸ng phÇn ng©m níc cã ¶nh hëng nhiÒu ®Õn tÝnh æn ®Þnh híng ®i h¬n lµ phÇn trªn ®êng níc. §Ó lµm tèt tÝnh æn ®Þnh híng ®i, t©m giã U vµ t©m lùc c¶n ngang K cµng gÇn nhau cµng tèt. 1.2.4. C¸c th«ng sè x¸c ®Þnh ®Æc trng tÝnh quay trë cña tµu Tuú thuéc vµo tõng lo¹i tµu, vïng ho¹t ®éng vµ c«ng dông cña nã ng êi ta ®Þnh ra c¸c tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ tÝnh ¨n l¸i cña tµu.VÝ dô, ®èi víi tµu biÓn, viÖc quay trë 180 0 lµ kh«ng khã kh¨n, do ®ã ngêi ta u tiªn cho tÝnh æn ®Þnh híng ®i lµ chñ yÕu, ngîc l¹i tµu s«ng ph¶i u tiªn cho tÝnh quay trë nhiÒu h¬n. H¬n n÷a viÖc ®¸nh gi¸ tÝnh ¨n l¸i cña tµu cã xÐt ®Õn tÊt c¶ c¸c yÕu tè ¶nh h ëng lµ khã kh¨n, do ®ã ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh ¨n l¸i cña tµu, ngêi ta thêng dùa vµo mét sè tiªu chuÈn sau: H×nh 1.7. QuÜ ®¹o chuyÓn ®éng h×nh sin cña tµu 17
Tiªu chuÈn 1: lµ tiªu chuÈn thêng ®îc ¸p dông nhÊt: ®ã lµ sù liªn hÖ gi÷a ®êng kÝnh lîn vßng tÜnh DT vµ chiÒu dµi tµu L: DT =f(L). Gi¸ trÞ DT cµng nhá th× tÝnh quay trë cña tµu cµng tèt. Thùc tÕ ngêi ta thiÕt lËp ®îc sù phï hîp gi÷a DT vµ L, tÝnh c¬ ®éng cña tµu ®îc xem lµ ®¶m b¶o nÕu: §èi víi tµu s«ng: DT = (1,2 - 2,8).L (1.9) §èi víi tµu biÓn: DT = (2,8 - 4,0).L Tiªu chuÈn 2: lµ tiªu chuÈn vËn tèc gãc quay cña tµu, tÝnh quay vßng cña tµu ® îc coi lµ ®¶m b¶o nÕu tèc ®é gãc quay vßng cña träng t©m tµu G tho¶ m·n: ω 0 §èi víi tµu s«ng: = (130 - 290), /phót. (1.10) §èi víi tµu biÓn: ω = (90 - 130), 0/phót. Chó ý: Gi¸ trÞ trªn ®îc tÝnh tõ thêi ®iÓm b¾t ®Çu bÎ l¸i ®Õn lóc b¾t ®Çu quay vßng víi thêi gian tõ khi b¸nh l¸i cßn n»m ë vÞ trÝ mÆtph¼ng ®èi xøng ®Õn khi b¸nh l¸i sang m¹n. Tiªu chuÈn 3 : Tiªu chuÈn c¬ b¶n nhÊt ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh ¨n l¸i cña tµu, lµ cho tµu ch¹y d¹ng h×nh sin. Gi¶ sö tµu ®ang chuyÓn ®éng trªn híng th¼ng Ox, khi ®ã ta bÎ l¸i sang ph¶i gãc αpF = 300 - 450 ,tíi khi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu t¹o víi h íng ®i ban ®Çu mét gãc θF = 150- 200 th× l¹i bÎ l¸i vÒ m¹n tr¸i gãc αpT = 300 - 450, cho ®Õn khi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu t¹o víi híng ®i ban ®Çu mét gãc θT = 150- 200 th× l¹i bÎ l¸i sang ph¶i mét gãc αpF = 300 - 450, v.v. Qu¸ tr×nh trªn cø tiÕp diÔn nÕu tµu di chuyÓn trªn qu·ng ®êng S trong thêi gian tõ 4 - 5 phót th× tÝnh ¨n l¸i cña tµu ®îc coi lµ ®¶m b¶o. 1.3. C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña b¸nh l¸i 1.3.1. DiÖn tÝch b¸nh l¸i DiÖn tÝch b¸nh l¸i FP lµ diÖn tÝch mÆt ph¼ng giíi h¹n bëi ®êng bao h×nh chiÕu cña b¸nh l¸i lªn mÆt ph¼ng ®i qua trôc l¸i vµ song song víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña b¸nh l¸i. Ký hiÖu: FP. §¬n vÞ: m2. PhÇn diÖn tÝch b¸nh l¸i n»m vÒ phÝa tríc trôc l¸i ®îc gäi lµ diÖn tÝch c©n b»ng cña b¸nh l¸i. Ký hiÖu: FP’. §¬n vÞ: m2. 18
H×nh 1.8. KÝch thíc c¬ b¶n cña b¸nh l¸i. 1- pr«fin b¸nh l¸i; 2 - cµng treo b¸nh l¸i; 3 - trô l¸i 1.3.2. ChiÒu cao cña b¸nh l¸i ChiÒu cao cña b¸nh l¸i lµ kho¶ng c¸ch ®o theo ph¬ng trôc l¸i gi÷a ®iÓm cao nhÊt vµ ®iÓm thÊp nhÊt cña tÊm b¸nh l¸i. Ký hiÖu: hP. §¬n vÞ: m. 1.3.3. ChiÒu réng b¸nh l¸i ChiÒu réng cña b¸nh l¸i lµ kho¶ng c¸ch tõ mÐp tr íc ®Õn mÐp sau cña tÊm b¸nh l¸i ®o theo mÆt ph¼ng n»m ngang vu«ng gãc víi trôc l¸i. Ký hiÖu: bP. §¬n vÞ: m. §èi víi b¸nh l¸i kh¸c h×nh ch÷ nhËt, ngêi ta ®a ra kh¸i niÖm chiÒu réng trung b×nh cña b¸nh l¸i - lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch b¸nh l¸i vµ chiÒu cao cña nã. ΣFP Ký hiÖu: bCP = . §¬n vÞ: m. hP 1.3.4. §é dang cña b¸nh l¸i §é dang cña b¸nh l¸i lµ tû sè gi÷a chiÒu cao vµ chiÒu réng trung b×nh cña tÊm b¸nh l¸i. h2 hP h Ký hiÖu: λ = = P = P , λ lµ ®¹i lîng kh«ng thø nguyªn. b P bCP ΣFP Th«ng thêng λ = 0,5 - 3. Theo Qui ph¹m, λ kh«ng lªn lÊy qu¸ 2. 1.3.5. Pr«fin b¸nh l¸i vµ chiÒu dµy cña nã Pr«fin b¸nh l¸i lµ ®êng biªn tiÕt diÖn ngang trong mÆt ph¼ng n»m ngang vu«ng gãc víi trôc l¸i. Gi¸ trÞ lín nhÊt cña tung ®é pr«fin b¸nh l¸i ®îc gäi lµ chiÒu dµy lín nhÊt cña pr«fin b¸nh l¸i. Ký hiÖu: tmax. §¬n vÞ: m. ChiÒu dµy t¬ng ®èi cña pr«fin lµ tØ sè gi÷a chiÒu dµy lín nhÊt t max vµ chiÒu réng bP cña pr«fin. t max = ( 0,1 − 0,3) . Ký hiÖu: t = bP Khi t cµng lín th× chÊt lîng thuû ®éng cña b¸nh l¸i cµng gi¶m râ rÖt. V× vËy th«ng thêng t = ( 0,1 − 0,25) , chØ cã trêng hîp ®Æc biÖt th× t ≥ 0,25 . 1.3.6. Hoµnh ®é chiÒu dµy lín nhÊt cña fr«fin Kho¶ng c¸ch tõ mÐp tríc cña pr«fin b¸nh l¸i tíi tung ®é cã chiÒu dµy lín nhÊt cña nã ®îc gäi lµ hoµnh ®é chiÒu dµy lín nhÊt cña pr«fin b¸nh l¸i. 19
Ký hiÖu: x. §¬n vÞ: m. Hoµnh ®é chiÒu dµy t¬ng ®èi cña pr«fin lµ tû sè gi÷a hoµnh ®é chiÒu dµy lín nhÊt vµ chiÒu réng cña pr«fin. x Ký hiÖu: x = , x lµ ®¹i lîng kh«ng thø nguyªn. bP Víi mçi lo¹i pr«fin cña b¸nh l¸i, cã chiÒu dµy t¬ng ®èi t vµ hoµnh ®é t¬ng ®èi x kh¸c nhau, ®îc sö dông cho c¸c tµu kh¸c nhau. 1.3.7. HÖ sè c©n b»ng cña b¸nh l¸i HÖ sè c©n b»ng (cßn gäi lµ hÖ sè c©n ®èi) cña b¸nh l¸i lµ tØ sè gi÷a diÖn tÝch phÇn ®èi (phÝa tríc trôc l¸i) víi toµn bé diÖn tÝch b¸nh l¸i. ' FP Ký hiÖu: R = , R lµ ®¹i lîng kh«ng thø nguyªn. FP Th«ng thêng R = (0,25 - 0,35), tuy nhiªn ®Ó tr¸nh dao ®éng, ngêi ta lÊy R ≤ 0,25. 1.3.8. Gãc bÎ l¸i α P Gãc bÎ l¸i lµ gãc quay cña b¸nh l¸i ®èi víi trôc l¸i ®o trong mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi trôc l¸i. Ký hiÖu: αP Tµu biÓn: αP = (35 - 38)0 (1.11) Tµu s«ng: αP = (40 - 45)0 H×nh 1.9. Gãc bÎ l¸i cña b¸nh l¸i. 1.3.9. Gãc tÊn Gãc tÊn cña b¸nh l¸i lµ gãc t¹o bëi gi÷a mÆt ph¼ng ®èi xøng cña pr«fin b¸nh l¸i vµ mÆt ph¼ng ®i qua trôc l¸i, song song víi ph¬ng vËn tèc dßng níc ch¶y tíi b¸nh l¸i. Ký hiªu: αP0 1.4. Lùa chän c¸c yÕu tè c¬ b¶n cña b¸nh l¸i. Lùc thuû ®éng t¸c ®éng lªn tÊm b¸nh l¸i 20
1.4.1. Lùa chän c¸c yÕu tè c¬ b¶n cña b¸nh l¸i 1.4.1.1. Lùa chän diÖn tÝch b¸nh l¸i DiÖn tÝch b¸nh l¸i d¹ng tho¸t níc kÕt cÊu b×nh thêng, kh«ng cã thiÕt bÞ chuyªn m«n lµm t¨ng ¸p lùc níc trªn tÊm b¸nh l¸i, cã thÓ ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau: 1 ΣFP = .L .T = µ.L .T , m2. (1.12) A trong ®ã: ∑FP - tæng diÖn tÝch cña c¸c b¸nh l¸i, m2. L - chiÒu dµi gi÷a hai ®êng vu«ng gãc cña tµu, m. T - chiÒu ch×m trung b×nh cña tµu ë tr¹ng th¸i toµn t¶i, m. A, µ - hÖ sè diÖn tÝch b¸nh l¸i, biÓu thÞ phÇn tr¨m cña diÖn tÝch b¸nh l¸i víi diÖn tÝch h×nh chiÕu phÇn vá bao ng©m níc cña tµu lªn mÆt ph¼ng ®èi xøng, víi µ = 1/A, tra b¶ng theo thèng kª sè liÖu c¸c tµu biÓn vµ tµu néi ®Þa ®· ®îc chÕ t¹o khai th¸c trªn thÕ giíi. H×nh 1.10. DiÖn tÝch cña b¸nh l¸i. DiÖn tÝch cña tÊm b¸nh l¸i cña tµu tù hµnh ph¶i kh«ng nhá h¬n diÖn tÝch ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: L .T  150  FP min = p.q. . 0,75 +  , m2. (1.13) L + 75  100  trong ®ã : L, T - chiÒu dµi thiÕt kÕ vµ chiÒu ch×m cña tµu, m. p = 1,2 - cho b¸nh l¸i kh«ng lµm viÖc trùc tiÕp sau chong chãng p = 1 - cho b¸nh l¸i lµm viÖc trùc tiÕp sau chong chãng q = 1,25 - cho tµu kÐo q = 1 - cho c¸c tµu cßn l¹i 1.4.1.2. D¹ng pr«fin b¸nh l¸i Thùc ngiÖm ®· t×m ra nhiÒu d¹ng pr«fin b¸nh l¸i, nh ng tùu trung cã hai d¹ng phæ biÕn lµ pr«fin ®èi xøng vµ pr«fin kh«ng ®èi xøng. Tªn gäi cña pr«fin ®îc lÊy theo tªn gäi cña c¸c phßng thÝ nghiÖm, viÖn hoÆc c¬ quan nghiªn cøu ®· t×m ra nã, c¸c pr«fin ®îc m· ho¸ b»ng sè. VÝ dô: Pr«fin cña ViÖn nghiªn cøu hµng kh«ng vò trô Mü NASA cã m· sè: NASA 0018; NASA 0015; NASA 0012; v.v. 21
Hai chØ sè : 00 - chØ ®êng trung b×nh cña pr«fin. NÕu ®êng trung b×nh lµ 00 th× pr«fin lµ pr«fin ®èi xøng. C¸c chØ sè 12, 15, 18 chØ phÇn tr¨m (%) chiÒu dµy trung b×nh cña pr«fin so víi chiÒu réng cña pr«fin (tøc lµ: t = 0,12;0,15;0,18; v.v. ) Ngµnh ®ãng tµu hiÖn nay sö dông phæ biÕn d¹ng po«fin ®èi xøng NASA, N.E.J, XA-GI, v.v. Trong ®ã d¹ng NASA dïng cho b¸nh l¸i cña tµu cã tèc ®é trung b×nh d¹ng ®u«i tuÇn d¬ng, b¸nh l¸i ®Æt trùc tiÕp sau chong chãng. Lo¹i N.E.J dïng cho tµu ch¹y nhanh. Lo¹i XA-GI dïng cho tµu 2 chong chãng, b¸nh l¸i ®Æt trong mÆt ph¼ng däc t©m, vµ b¸nh l¸i mòi. H×nh 1.11. C¸c d¹ng pr«fin cña b¸nh l¸i. 1.4.2. Lùc thuû ®éng t¸c dông lªn tÊm b¸nh l¸i Gi¶ sö tµu ®ang chuyÓn ®éng th¼ng, ta bÎ l¸i mét gãc αP. Trªn tÊm b¸nh l¸i xuÊt hiÖn lùc thuû ®éng P ®Æt t¹i t©m ¸p lùc K. Ph©n tÝch lùc P theo ph ¬ng ph¸p tuyÕn vµ   tiÕp tuyÕn, ta cã PN vµ PT ( P = PN + PT ) trong ®ã: PN - ¸p lùc ph¸p tuyÕn (vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña b¸nh l¸i). PT - song song vµ trïng víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña b¸nh l¸i - ¸p lùc tiÕp tuyÕn. MÆt kh¸c, ta cã thÓ ph©n tÝch P thµnh PX vµ PY trong ®ã: PX - thµnh phÇn lùc c¶n cña b¸nh l¸i. PY - thµnh phÇn lùc d¹t cña b¸nh l¸i. 22
P = PN + PT = PX + PY , VËy vÒ trÞ sè: kG. 2 2 2 2 (1.14) Gãc bÎ l¸i αP = Gãc tÊn αP0 = Gãc hîp bëi ph¬ng (v,xx) = α0 th× ta cã mèi quan hÖ: PN = PX.sinαP + PY.cosαP (1.15) PT = PX.cosαP - PY.sinαP T©m ¸p lùc K lµ giao ®iÓm cña ¸p lùc thuû ®éng P vµ mÆt ph¼ng ®èi xøng cña pr«fin b¸nh l¸i, c¸ch mÐp tríc b¸nh l¸i mét kho¶ng xP. M«men xo¾n thuû ®éng t¸c dông lªn trôc l¸i lµ: Mσ = PN.(xP - a), kG.m. (1.16) trong ®ã: a - kho¶ng c¸ch tõ trôc l¸i ®Õn mÐp tríc cña pr«fin b¸nh l¸i cßn gäi lµ vÞ trÝ ®Æt trôc l¸i, m. H×nh 1.12. Lùc thñy ®éng t¸c dông lªn tÊm b¸nh l¸i Ngêi ta x¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn lùc vµ m« men th«ng qua c¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn nh sau: 1 PX = .ρ.CX .v 2 .FP ,kG CP 2 1 PY = .ρ.CY .v 2 .FP , kG. (1.17) CP 2 1 PN = .ρ.CN .v 2 .FP , kG. CP 2 1 PT = .ρ.CT .v 2 .FP , kG. CP 2 trong ®ã: CX, CY, CN, CT - t¬ng øng lµ hÖ sè lùc c¶n, hÖ sè lùc d¹t, hÖ sè lùc ph¸p tuyÕn, hÖ sè lùc tiÕp tuyÕn vµ lµ nh÷ng ®¹i lîng kh«ng thø nguyªn. Tõ ®ã ta cã quan hÖ : CN = CX.sinαP + CY.cosαP (1.18) CT = CX.cosαP - CY.sinαP 23
Ngoµi ra ngêi ta còng tÝnh ®îc m«men xo¾n thuû ®éng víi mÐp tríc pr«fin b¸nh l¸i lµ: 1 M∗ = .ρ.CM .v 2 .FP .bCP , kG.m. (1.19) σ CP 2 trong ®ã: Cm - hÖ sè m«men, lµ ®¹i lîng kh«ng thø nguyªn. Fp - diÖn tÝch toµn bé cña tÊm b¸nh l¸i, m2. ρ - mËt ®é cña níc (lÊy ë 200C), kG.s2/m4. §iÓm ®Æt cña lùc P x¸c ®Þnh th«ng qua hÖ sè t©m ¸p lùc Cd, lµ tû sè gi÷a kho¶ng c¸ch tõ mÐp tríc pr«fin b¸nh l¸i ®Õn ®iÓm ®Æt lùc P víi chiÒu réng trung b×nh cña pr«fin b¸nh l¸i. xP Ký hiÖu: CD = , CD lµ ®¹i lîng kh«ng thø nguyªn. bCP trong ®ã: vCP - vËn tèc cña dßng níc ch¶y ®Õn b¸nh l¸i, m/s. C¸c hÖ sè: CX, CY, CM,CD x¸c ®Þnh th«ng qua viÖc thèng kª c¸c pr«fin b¸nh l¸i ®· ®- îc sö dông, tõ ®ã vÏ nªn ®å thÞ: Ci = f(λ, αP, v.v. ) do c¸c c¬ quan nghiªn cøu ®a ra. C¸c ®å thÞ ®ã x©y dùng cho hai trêng hîp: tµu ch¹y tiÕn vµ tµu ch¹y lïi ®ång thêi chØ x©y dùng cho c¸c b¸nh l¸i cã ®é dang λ = 0,8; 1,0 vµ 1,5. (®å thÞ sÏ t×m thÊy trong Sæ tay thiÕt bÞ tµu thñy, tËp 1, NXB GTVT - 1886). Trong trêng hîp b¸nh l¸i NASA cã c¸c ®é dang kh¸c víi c¸c gi¸ trÞ cho ë ®å thÞ, ta cã thÓ tÝnh ®îc c¸c hÖ sè Ci th«ng qua b¸nh l¸i chuÈn cã ®é dang λ0 = 6. CX = CX 0 + C1 .C2 0 Y (1.20) α P = α P0 + C2 .CY0 C Y = C Y0 ; C M = C M 0 1 1 1 57,3  1 1 víi: C1 =  − ; C2 = −  - c¸c hÖ sè. π  λ λ0  π  λ λ0      trong ®ã: CXo, CYo, CMo lµ c¸c hÖ sè cña b¸nh l¸i chuÈn λ 0 = 6 ë gãc bÎ l¸i αPo. CX, CY, CM lµ c¸c hÖ sè cña b¸nh l¸i cã ®é dang λ thiÕt kÕ ë gãc bÎ l¸i αP. Ngoµi ra, víi c¸c λ kh«ng cã trong ®å thÞ ta cã thÓ tÝnh to¸n c¸c hÖ sè Ci th«ng qua c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm. 24
H×nh 1.13. §å thÞ x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè lùc vµ m« men thñy ®éng trªn b¸nh l¸i 1.4.3. X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®Æt trôc l¸i tèi u Ta cã m«men xo¾n thuû ®éng lÊy ®èi víi mÐp tríc b¸nh l¸i 1 M∗ = .ρ.CM .v 2 .FP .bCP , kG.m. (1.21) σ CP 2 MÆt kh¸c, ta cã: 1 M ∗ = PN .x P = .ρ.CN .v 2 .FP .x P , kG.m. (1.22) σ CP 2 Tõ ®ã ta cã : CM.bCP = CN.xP hay: xP = (CM/CN).bCP. (1.23) B¶ng1.2. X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®Æt trôc tèi u Gãc bÎ CM xP = .bCP CY.cosα P CX.sinα P l¸i Cx Cy CN=(4)+(5) CM CN α P, ®é. m. 1 2 3 4 5 6 7 8 50 100 150 ... 300 350 §Ó m« men xo¾n thñy ®éng toµn phÇn t¸c dông lªn trôc l¸i lµ nhá nhÊt, th× vÞ trÝ ®Æt trôc a ph¶i l©n cËn víi xP (®iÒu lý tëng lµ a = xP). Khi ®ã ta lËp b¶ng ®Ó tÝnh gi¸ trÞ a theo xP. øng víi mçi gãc bÎ l¸i αP ta cã hÖ sè t©m ¸p lùc CD. Do vËy ta ®i x¸c ®Þnh a b»ng gi¸ trÞ l©n cËn sù biÕn ®æi cña xP theo c«ng thøc: 25