Đáp án đề thi môn công nghệ tàu thủy

Chia sẻ: Le Tan Tn | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

222
lượt xem 59
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Câu 1: Định nghĩa tính chòng chành của tàu thuỷ. Chòng chành của tàu là chuyển động dao động mà tàu có thể thực hiện như một vật rắn trong các điều kiện chạy trên sóng hoặc trên nước yên lặng. Trong đa số trường hợp nguyên nhân trực tiếp gây nên chòng chành của tàu là tác dụng kích thích của sóng gió lên nó.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đáp án đề thi môn công nghệ tàu thủy

Đề 01 Câu 1: Định nghĩa tính chòng chành của tàu thuỷ. Chòng chành của tàu là chuyển động dao động mà tàu có thể thực hiện như một vật rắn trong các điều kiện chạy trên sóng hoặc trên nước yên lặng. Trong đa số trường hợp nguyên nhân trực tiếp gây nên chòng chành của tàu là tác dụng kích thích của sóng gió lên nó. Câu 2: Quan hệ giữa tính chòng chành và tính ổn định của tàu. Tính chòng chành hoàn toàn trái với tính ổn định. Tính ổn định của tàu càng cao thì khả năng chịu đựng chòng chành càng thấp và ngược lại, khả năng chịu đựng chòng chành càng tốt thì tính ổn định càng kém. Chòng chành mang đặc tính tiêu cực. Câu 3: Tác hại của chòng chành. Chòng chành mang lại nhiều hậu quả tai hại và có ảnh hưởng tới các tính chất đi biển và khai thác của tàu. Được xếp vào các hậu quả không thuận lợi hoặc thậm chí nguy hiểm là khả năng lật tàu dưới tác dụng của tải trọng gây nghiêng, nước hắt và tràn vào boong tàu, giảm tốc độ chạy tàu và ảnh hưởng xấu tới tính ăn lái, xuất hiện các tải trọng phụ trong các kết cấu thân tàu và ảnh hưởng xấu tới điều kiện sinh hoạt của tàu, gây tâm lý hoang mang sợ sệt cho con người (say sóng). Câu 4: Giới hạn nguy hiểm của chòng chành. Để đánh giá và so sánh khả năng đi biển của các tàu khác nhau cần phải biết các quy định tới hạn tương ứng, mà khi chúng tăng cao tàu sẽ gặp những điều kiện nguy hiểm. Các điều kiện đó sinh ra khi: Các góc nghiêng làm cho hàng hoá trên tàu bị xô dịch. Bắt đầu nước tràn lên boong và lọt vào trong hầm hàng. Các gia tốc hết sức cao. Đáy tàu nổi lên. Chong chóng phải tăng tốc (lấy đà) và máy chính quá tải. Việc nghiên cứu chòng chành cho phép dự đoán được tính ứng phó của tàu trong điều kiện sóng, xét được hậu quả sấu và đưa ra các biện pháp hiệu quả nhất để phòng hoặc khắc phục chúng, lựa chọn tốc độ và góc chạy tàu đối với sóng, lắp đặt các thiết bị chuyên dụng được gọi là các thiết bị giảm chòng chành. Câu 5: Phương trình vi phân chòng chành nguy hiểm của tàu trên sóng tuyến tính. Câu 6: Hàm f1θ . ( )  Biên độ chòng chành bé : f 1θ θ = N θ θ ;  2 Biên độ chòng chành lớn : f1θ = N θ θ ± Wθ Trong đó: Nθ , W là các hệ số tỷ lệ. θ ,θ : Góc và vận tốc góc chòng chành ngang. Câu 7: Hàm f2θ . f 2θ (θ ) = Dh0θ = D( r − a )θ f 2θ ( θ ) Trong đó: – là mômen của các lực hồi phục D – trọng lượng ngâm nước của tàu, h0 = r - a – chiều cao tâm nghiêng ban đầu, r – bán kính tâm nghiêng ngang, a – khoảng cách từ tâm nổi tới trọng tâm tàu. θ : Góc chòng chành ngang. Câu 8: Hàm f3θ (t). f 3θ ( t ) = Dh0α = Dh0α 0 sin σt f 3θ ( t ) Trong đó – là mômen của các lực kích thích. α0 – là trị số lớn nhất của gió nghiêng sóng. D – trọng lượng ngâm nước của tàu, h0 = r - a – chiều cao tâm nghiêng ban đầu, 1
Câu 9: Phương trình chuyển động của tàu trong giai đoạn hai. dvi vi2 M′ cos θ = M ′ sin θ + R x + Fx − TS dt ri dvi vi2 M′ sin θ = − M ′ cos θ + R y − Fy dt ri dη2 ′ Jx ′ = Fy m − R y n ± M Sr dt 2 Trong đó: θ - góc lệch hướng đi của trọng tâm tàu, η - góc giữa hướng đi ban đầu và hướng đi tức thời, vi - tốc độ tức thời của trọng tâm tàu, M’ - khối lượng tàu và khối lượng nước kèm, ′ J x - mômen khối lượng tàu đối với trục đứng đi qua trọng tâm tàu có tính tới khối nước kèm, ′ M Sr - mômen xuất hiện do việc không cân bằng của lực đẩy của chong chóng mạn trái và phải. Fy, Fx - Lực thuỷ động trên bánh lái (Fx là lực cản, Fy là lực ngang) Ry, Rx - Lực thuỷ động trên thân tàu (Rx là lực cản, Ry là lực ngang) TS - Lực đẩy của chong chóng Câu 10: Sơ đồ lực tác dụng lên tàu và bánh lái trong giai đoạn hai. y vi Fy Rx δp Fx G K θ x D L R Ry m n Lực tác dụng lên tàu và bánh lái cuối thời kỳ I. Fy v2 i y Fx M 'ri δp dv R M' i y η K dt vi § êng cong quay r të G Rx m θ n J' d η 2 x x H íng ®Çu ®iban r dt2 i o Lực tác dụng lên tàu – bánh lái ở thời kỳ thứ hai quay vòng. 2
Đề 02 Câu 1: Chòng chành đứng. Câu 2: Chòng chành ngang. Câu 3: Chòng chành dọc. Câu 4: Các dạng chòng chành nào kết hợp với nhau. Chòng chành dọc có thể kết hợp với chòng chành đứng. Câu 5: Các dạng chòng chành nào không kết hợp với nhau. Chòng chành ngang không kết hợp với các chòng chành khác. Câu 6: Phương trình vi phân chòng chành đứng trên sóng tuyến tính. Phương trình vi phân chòng chành đứng với điều kiện chỉ xét các lực thuỷ tĩnh có dạng: D  ζ g − D + γV0 + γSζ g = γSrB cos σt = γSζ B g (*) Lực nổi γ V0 sẽ cân bằng với trọng lượng của tàu D. Do đó (*) được viết như sau: D  ζ g + γSζ g = γSrB cos σt = γSζ B g Phương trình chòng chành đứng của tàu bé có xét các thành phần thuỷ động (lực dập tắt và quán tính) sẽ có dạng: g ( ) ( ) ζ g + λ33 ζg − ζB + N ζ ζ g − ζ B + γS (ζ g − ζ B ) = 0 D    Câu 7: Quỹ đạo chuyển động của trọng tâm tàu khi quay vòng. T vi θ Gi TK II I r i r O TK II Oi A Dc TK I Dt Quỹ đạo chuyển động quay vòng của tàu. Câu 8: Góc lệch hướng. Câu 9: Vận tốc trong các thời kỳ quay vòng. Câu 10: Phân biệt sóng tuyến tính và sóng phi tuyến tính. 3
Đề 03 Câu 1: Lực tác dụng lên hạt lỏng dao động. Ta cho hạt lỏng có khối lượng đang xét m chuyển động đều theo quỹ đạo tròn với tốc độ tròn rBσ. m ( rBσ ) 2 = mr σ 2 B Trên hạt lỏng có trọng lực D = mg và lực quán tính ly tâm rB tác dụng. Tổng hợp lực của chúng: 2 r σ2  P= ( mg ) 2 ( + mrBσ ) 2 2 = mg 1 +  B  g     (1) Ta thấy rằng: σ 2 = gk, α0 = krB (2) Công thức (1) có thể viết theo dạng: P = mg 1 + α 02 (3) Lực P gọi là trọng lượng quy đổi. Góc giữa hợp lực P và đường thẳng đứng được xác định: mr σ 2 rBσ 2 tgγ = B = = α0 mg g (4) Do góc γ bé nên tgγ ≈ γ = α0 (5) Nghĩa là hợp lực của tất cả các lực khối đặt vào hạt lỏng gợn sóng hướng vuông góc với prôphin của sóng và luôn luôn nghiêng với hướng thẳng đứng góc nghiêng của sườn sóng. Câu 2: Công thức gần đúng tính chu kỳ chòng chành ngang của tàu biển trên nước yên nặng. Tr 23 Câu 3: Giả thiết cho việc thiết lập công thức tính Tθ . Câu 4: Nguyên lý làm việc cho thiết bị giảm chòng chành là bể nước. Câu 5: Nguyên lý làm việc cho thiết bị giảm chòng chành là con quay. Câu 6: Nguyên lý làm việc cho thiết bị giảm chòng chành là vây giảm lắc. Câu 7: Kích thước của vây giảm lắc. Câu 8: Bố trí vây giảm lắc trên tàu. Câu 9: Khi nào cần bố trí vây giảm lắc. Câu 10: Vật liệu và kết cấu vây giảm lắc. Đề 04 Câu 1: Phương trình chuyển động tịnh tiến theo trục x của tàu. d 2ξ g m = ∑ Qξ dt 2 Trong đó m = D/g – khối lượng tàu ( D – trọng lượng ngâm nước). ξ g – các toạ độ tuyệt đối của trọng tâm tàu theo ph ư ơng G ξ ∑Qξ - tổng hình chiếu của các lực thuỷ động và ngoại lực lên trục tuyệt đối G ξ Câu 2: Phương trình chuyển động tịnh tiến theo trục y của tàu. d 2η g m = ∑ Qη dt 2 Trong đó m = D/g – khối lượng tàu ( D – trọng lượng ngâm nước). η g– các toạ độ tuyệt đối của trọng tâm tàu theo ph ư ơng G η ∑Qη- tổng hình chiếu của các lực thuỷ động và ngoại lực lên các trục tuyệt đối G η Câu 3: Phương trình chuyển động tịnh tiến theo trục z của tàu. d 2ζ g m = ∑ Qζ dt 2 Trong đó m = D/g – khối lượng tàu ( D – trọng lượng ngâm nước). ζ g – các toạ độ tuyệt đối của trọng tâm tàu theo ph ư ơng Gζ ∑Qζ - tổng hình chiếu của các lực thuỷ động và ngoại lực lên các trục tuyệt đối G ζ 4
Câu 4: Phương trình chuyển động quay quanh trục Gx của tàu. − ( I y − I z ) w y wz = ∑ M x dwx Ix dt Ix – các mômen quán tính chính của khối lượng tàu đối với các trục Gx wx– hình chiếu của véctơ toạ độ góc lên các trục Gx ∑Mx– tổng các mômen của tất cả các lực thuỷ động và ngoại lực với các trục Gx Câu 5: Phương trình chuyển động quay quanh trục Gy của tàu. dwy Iy − ( I z − I x ) wz wx = ∑ M y dt Iy– các mômen quán tính chính của khối lượng tàu đối với các trục Gy wy– hình chiếu của véctơ toạ độ góc lên các trục Gy ∑ My– tổng các mômen của tất cả các lực thuỷ động và ngoại lực với các trục Gy Câu 6: Phương trình chuyển động quay quanh trục Gz của tàu. − ( I x − I y ) wx w y = ∑ M z dw z Iz dt Iz – các mômen quán tính chính của khối lượng tàu đối với các trục Gz. wx, wy, wz – hình chiếu của véctơ toạ độ góc lên các trục Gx, Gy, Gz. ∑ Mz – tổng các mômen của tất cả các lực thuỷ động và ngoại lực với các trục Gz. Câu 7: Ảnh hưởng của chòng chành tới tính ổn định của tàu cỡ lớn. Chòng chành trên sóng làm giảm đáng kể các chỉ tiêu ổn định của những tàu tương đối lớn. Ví dụ chòng chành ngang nghiêng do tác dụng của gió dật. Nguy hiểm nhất là trường hợp khi gió tĩnh đột ngột tăng mạnh và thay đổi hướng ngược lại, nghĩa là gió dật thổi lên tàu vào thời điểm đang có biên độ chòng chành ngang lớn nhất về phía xuôi gió. Việc lật các tàu khá lớn có thể xảy ra khi chở các hàng rời (hạt, quặng, than đá, và v.v...) mà khi chòng chành có thể vừa bị xô dịch vừa tạo ra góc nghiêng tăng từ từ về một bên mạn (thường về phía ngược gió). Nguy hiểm nhất là chở hàng rời có độ ẩm cao (ví dụ các tinh quăng sắt) khi chỗ các hàng này diễn ra sự dồn nén các lớp dưới, tạo cho các lớp trên xô dịch. Để giảm ảnh hưởng sấu do hàng rời xô dịch trong các hầm hàng người ta đặt các vách dọc tạm thời. Ổn định của tàu khi chòng chành trên sóng cũng giảm xuống khi nước biển tràn lên mặt boong qua các đoạn boong hở và tạo lên mômen nghiêng bổ xung tương tự như hàng lỏng. Câu 8: Ảnh hưởng của chòng chành tới tính ổn định của tàu cỡ bé. Sự nguy hiểm lật tàu do tác dụng trực tiếp của sóng và chòng chành chỉ xảy ra ở nhưng tàu nhỏ với điều kiện là chúng nằm trên đỉnh sóng theo và tốc độ v của tàu gần bằng tốc độ truyến sóng C. Việc lật tàu nhỏ có thể xảy ra cả khi chúng nằm áp mạn vào các sóng phi tuyến dồn tới, nếu một trong các sóng đó rất lớn so với sóng bên cạnh. Ổn định của tàu khi chòng chành trên sóng cũng giảm xuống khi nước biển tràn lên mặt boong qua các đoạn boong hở và tạo lên mômen nghiêng bổ xung tương tự như hàng lỏng. Câu 9: Lực tác dụng lên tàu trong giai đoạn ba. Fy, Fx - Lực thuỷ động trên bánh lái (Fx là lực cản, Fy là lực ngang) Ry, Rx - Lực thuỷ động trên thân tàu (Rx là lực cản, Ry là lực ngang) TS - Lực đẩy của chong chóng Câu 10: Phương trình chuyển động tàu trong giai đoạn ba. v2 M ′ sin θ + R x + Fx − TS = 0 r v2 R y = Fy + M ′ cos θ r ′ Fy m − R y n ± M Sr = 0 Trong đó: Fy – lực nâng (lực ngang) của bánh lái; r – bán kính quay vòng; v – vận tốc; θ-góc lệch hướng ′ M Sr - mômen xuất hiện do việc không cân bằng của lực đẩy của chong chóng mạn trái và phải. Fy, Fx - Lực thuỷ động trên bánh lái (Fx là lực cản, Fy là lực ngang) Ry, Rx - Lực thuỷ động trên thân tàu (Rx là lực cản, Ry là lực ngang) 5
TS - Lực đẩy của chong chóng Đề 05 Câu 1: Phương trình vi phân chòng chành theo phương trục Gξ của tàu. D  g ( ) ξ g + λ11ξg + f 1ξ ξ g + f 2ξ (ξ g ) = f 3ξ ( t )   Số hạng thứ nhất trong có phương trình này đặc trưng lực quán tính khối lượng tàu. Số hạng thứ hai – lực quán tính của khối lượng nước kèm mà trị số của chúng được viết theo dạng: λ11ξg ở đây λ 11 - khối nước kèm theo hướng trục Gx  Các hàm f1 – mô tả các số hạng biểu thị sức cản, và mômen cản phụ thuộc vào tốc độ chuyển động; hàm f2 – số hạng xét đến các lực bổ xung và mô men lực nổi và là các lực hồi phục; hàm f3 – tác dụng của các lực và mômen cưỡng bức phụ thuộc vào thời gian. Câu 2: Phương trình vi phân chòng chành theo phương trục Gη của tàu. ηg + λ 22ηg + f1η (η g ) + f 2η (η g ) = f 3η ( t ) D    g Số hạng thứ nhất trong có phương trình này đặc trưng lực quán tính khối lượng tàu. Số hạng thứ hai – lực quán tính của khối lượng nước kèm mà trị số của chúng được viết theo dạng: λ 22ηg ở đây λ 22- khối nước kèm theo hướng trục Gy  Các hàm f1 – mô tả các số hạng biểu thị sức cản, và mômen cản phụ thuộc vào tốc độ chuyển động; hàm f2 – số hạng xét đến các lực bổ xung và mô men lực nổi và là các lực hồi phục; hàm f3 – tác dụng của các lực và mômen cưỡng bức phụ thuộc vào thời gian. Câu 3: Phương trình vi phân chòng chành theo phương trục Gζ của tàu. D  g  ( ) ζ g + λ33ζg + f1ζ ζ g + f 2ζ (ζ g ) = f 3ζ ( t ) Số hạng thứ nhất trong có phương trình này đặc trưng lực quán tính khối lượng tàu. Số hạng thứ hai – lực quán tính của khối lượng nước kèm mà trị số của chúng được viết theo dạng: λ33ζg ở đây λ 33 - khối nước kèm theo hướng trục Gz;  Các hàm f1 – mô tả các số hạng biểu thị sức cản, và mômen cản phụ thuộc vào tốc độ chuyển động; hàm f2 – số hạng xét đến các lực bổ xung và mô men lực nổi và là các lực hồi phục; hàm f3 – tác dụng của các lực và mômen cưỡng bức phụ thuộc vào thời gian. Câu 4: Phương trình vi phân chòng chành theo phương trục GX của tàu.  ( ) I xθ + λ 44θ + f 1θ θ + f 2θ (θ ) = f 3θ ( t )  Số hạng thứ nhất trong có phương trình này đặc trưng mômen của các lực quán tính khối lượng tàu. Số hạng thứ hai -mômen của các lực quán tính của khối lượng nước kèm mà trị số của chúng  được viết theo dạng: λ44θ g ở đây λ 44mômen quán tính nước kèm đối với trục Gx Các hàm f1 – mô tả các số hạng biểu thị sức cản, và mômen cản phụ thuộc vào tốc độ chuyển động; hàm f2 – số hạng xét đến các lực bổ xung và mô men lực nổi và là các lực hồi phục; hàm f3 – tác dụng của các lực và mômen cưỡng bức phụ thuộc vào thời gian. Câu 5: Phương trình vi phân chòng chành theo phương trục G Ycủa tàu. I yψ + λ55ψ + f1ψ (ψ ) + f 2ψ (ψ ) = f 3ψ ( t )    Số hạng thứ nhất trong có phương trình này đặc trưng mômen của các lực quán tính khối lượng tàu. Số hạng thứ hai –mômen của các lực quán tính của khối lượng nước kèm mà trị số của chúng được viết theo dạng: λ55ψ g ở đây λ 55- mômen quán tính nước kèm đối với trục Gy  Các hàm f1 – mô tả các số hạng biểu thị sức cản, và mômen cản phụ thuộc vào tốc độ chuyển động; hàm f2 – số hạng xét đến các lực bổ xung và mô men lực nổi và là các lực hồi phục; hàm f3 – tác dụng của các lực và mômen cưỡng bức phụ thuộc vào thời gian. Câu 6: Phương trình vi phân chòng chành theo phương trục GZ của tàu. I zϕ + λ66ϕ + f1ϕ ( ϕ ) + f 2ϕ ( ϕ ) = f 3ϕ ( t )    6
Số hạng thứ nhất trong có phương trình này đặc trưng mômen của các lực quán tính khối lượng tàu. Số hạng thứ hai –mômen của các lực quán tính của khối lượng nước kèm mà trị số của chúng được viết theo dạng: λ66ϕ g , ở đây λ 66 - mômen quán tính nước kèm đối với trục Gz.  Các hàm f1 – mô tả các số hạng biểu thị sức cản, và mômen cản phụ thuộc vào tốc độ chuyển động; hàm f2 – số hạng xét đến các lực bổ xung và mô men lực nổi và là các lực hồi phục; hàm f3 – tác dụng của các lực và mômen cưỡng bức phụ thuộc vào thời gian. Câu 7: Ảnh hưởng của chòng chành tới tốc độ tàu. Việc giảm tốc độ chạy tàu vB trên sóng so với trị số v trên nước yên lặng sinh ra bởi các nguyên nhân sau đây: tăng sức cản nước do chòng chành dọc của tàu, thay đổi sức cản không khí, quay đứng tàu trên hướng đi, giạt ngang do sóng gió, ảnh hưởng đến sự làm việc của chong chóng và hệ thống động lực chính. Lượng tổn thất tốc dộ chạy trên sóng lớn nhất ∆v = v - vB vân quan trắc được khi tàu chuyển động trên sóng ngược hoặc gần với sóng đó. ∆v Ảnh hưởng cơ bản tới trị số được thể hiện qua tỷ số giữa chiều dài sóng λ và chiều dài tàu v L. Cũng như qua mức cung cấp năng lượng đơn vị ∑Ne/D (CV/Tấn). Nghĩa là tổng công suất của hệ động lực trên trọng lượng ngâm nước. Đối với tàu nội địa trên các hồ, vịnh trong thời tiết sấu, lượng tổn thất tốc độ ∆v sơ bộ tính: ∆v 1 0,27 = . v L ∑ Ne (3.1.1) 1 + 2π − 0,05 λ D L Ne Trong đó: 0,3 ≤ ≤ 3 và 0,25 ≤ ≤ 0,50 λ D Công thức này đúng cho cả những tàu chạy biển và chịu chòng chành dọc thuần tuý khá mạnh; nhưng trong trường hợp này , ∑ phải nằm trong giới hạn ≤ 0,8; ∑ l Ne L Ne ≤ 0,36 . λ D λ D Câu 8: Ảnh hưởng của chòng chành tới tính ăn lái của tàu. Câu 9: Các đặc tính chuyển động của tàu trong giai đoạn 1 của quá trình lượn vòng. – Ngoài chuyển động cơ bản ban đầu, tàu bắt đầu chuyển dịch qua hướng ngang, ngược chiều với chiều quay của bánh lái, do xuất hiện lực ngang do dòng chảy bao quanh thân tàu – bánh lái. Quỹ đạo chuyển động của trọng tâm tàu hình chữ S và vận tốc chuyển động của tàu giảm dần, mũi tàu lệch về phía quay của bánh lái, còn mặt phẳng đối xứng của tàu tạo với tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động của trọng tâm tàu một góc θ gọi là góc lệch hướng. Câu 10: Các đặc tính về lực tác dụng lên tàu và bánh lái trong giai đoạn 1 của quá trình lượn vòng. Nếu ta quay bánh lái sang bên mạn, tàu sẽ chịu tác dụng của lực cản R xo, lực đẩy của chong chóng TS. Lực thuỷ động trên bánh lái Fy và Fx (Fx là lực cản, Fy là lực nâng bánh lái), δ p là góc bẻ lái. y Fy Fy M = . x F m v0 Rx0 δp Fx x TS G m Fy Hình 1.4 – Lực tác dụng lên tàu, bánh lái khi bánh lái quay. Lực nâng của bánh lái Fy làm tàu dịch chuyển vận tốc vy. Lực cản của bánh lái Fx làm tăng lực cản của tàu và làm giảm tốc độ vo. Lực Fy gây ra mômen Mx = Fy.m làm cho tàu quay, mặt phăng đối xứng của tàu tạo với véc tơ tốc độ một góc lệch hướng θ, hướng của TS và Rxo cũng tạo góc θ, thân tàu xuất hiện lực ngang L, lực 7
này làm giảm dịch chuyển ngang của tàu và làm quỹ đạo chuyển động của tàu bị bẻ cong có dạng chữ S. Trong trường hợp đó Rx > Rxo và làm giảm vận tốc tàu. Đề 06 Câu 1: Phương trình vi phân chòng chành đứng của tàu trên nước yên lặng. D   + λ33 ζg + N ζ ζ g + γSζ g = 0 g    Câu 2: Hàm f1ζ . ( ) f1ζ ζ g = N ζ ζ g Câu 3: Hàm f2ζ . f 2ζ (ζ g ) = γSζ g Câu 4: Hàm f3ζ (t). f 3ζ = γSrB cos σt Câu 5: Ảnh hưởng của chòng chành tới sinh hoạt trên tàu. Chòng chành của tàu có thể gây “say sóng” cho con người trên tàu. Nguyên nhân chính làm cho con người say sóng là ảnh hưởng sinh lý của các gia tốc góc. Gia tốc đứng và sự thay đổi của nó là gia tốc khó chịu nhất. Giới hạn cảm nhận của con người đối với gia tốc góc nằm trong khoảng (2 ÷ 3) độ/s2, và đối với gia tốc đứng (0,4 ÷ 0,12) m/s2. Say sóng nhất khi gia tốc đứng đạt khoảng 0,1g ≈ 1 m/s2. Để đảm bảo điều kiện sinh hoạt bình thường của các tàu, chủ yếu là các tàu chở khách cần phải sao cho các gia tốc đứng sinh ra tại các điểm xa trục dao động nhất không vượt quá 0,1g. Yêu cầu này thoả mãn nếu các biên độ chòng chành θ m hoặc ψ m khi chạy trên sóng không vượt quá 0 0 biên độ chòng chành ngang và dọc cho phép. Các biên độ đó được xác định theo công thức: 2 T  2 θ m ≤ θ mchp = 0,1g  θ  0 0 57,3  2π  B H 2  Tψ  2 0 mψ ≤ψ0 mchp = 0,1g   2π  L 57,3  (3.1.2)   H Trong đó: Tθ , Tψ - chu kỳ chòng chành ngang và dọc của tàu (giây); BH, LH – chiều rộng và chiều dài lớn nhất của tàu. Sự giảm gia tốc khi chòng chành cũng có ảnh hưởng tốt với sự làm việc tin cậy của máy móc, thiết bị, hệ thống trên tàu. Câu 6: Ảnh hưởng của chòng chành tới sự say sóng cho con người trên tàu. Câu 7: Ảnh hưởng của chòng chành tới sự dịch chuyển hàng hóa, thiết bị trên tàu. Câu 8: Đặc tính chuyển động trong giai đoạn ba của quá trình quay vòng. Giai đoạn quay vòng ổn định trọng tâm tàu chuyển động theo một vòng tròn bán kính r và gọi là bán kính quay vòng của tàu. Câu 9: Lực tác dụng lên tàu và bánh lái trong giai đoạn ba của quá trình lượn vòng. Câu 10: Các thông số về tính ăn lái trong giai đoạn ba. Đề 07 Câu 1: Lực tác dụng lên tàu gây chòng chành. Hệ lực tác dụng lên tàu đang chòng chành trong các điều kiện sóng nói chung được chuyển vào véctơ chính và véc tơ mômen, mà thành phần của chúng là vế phải của các phương trình vi phân chòng chành. Khi lập phương trình chuyển động của tàu chòng chành tự do cần phải xét trọng lượng D, lực quán tính khối lượng của tàu, chuyển động với các gia tốc, các lực thuỷ động mang màu sắc quán tính và phi quán tính, trong trường hợp riêng còn áp suất của gió hoặc do các bộ giảm chòng chành gây ra. 8
Các lực mang màu sắc cơ thuỷ học phân loại như sau: Các lực thuỷ động quán tính đặc trưng cho sự thay đổi động năng mà tàu truyền cho chất lỏng bao quanh nó. Các lực đó tỷ lệ với gia tốc sinh ra khi chòng chành và có thể biểu diễn bằng trị số tương ứng của khối nước kèm. Các lực hồi phục, hoặc thuỷ tĩnh cố đưa tàu trở về vị trí cân bằng ban đầu. Sức cản hoặc sức dập tắt do liên tục tiêu phí năng lượng vào việc duy trì hệ sóng do tàu chòng chành gây ra và để thắng lại độ nhớt của chất lỏng. Vậy lực đó là sức cản nhớt và sức cản sóng. Các lực cưỡng bức để duy trì chế độ chòng chành, các lực này phụ thuộc thời gian. Câu 2: Nghiệm của phương trình vi phân chòng chành đứng. Câu 3: Nghiệm của phương trình vi phân chòng chành ngang. Câu 4: Nghiệm của phương trình vi phân chòng chành dọc. Câu 5: Đặc tính chuyển động trong giai đoạn hai của quá trình quay vòng. Tàu chuyển động trên đường cong với bán kính ri nhỏ dần. Góc lệch hướng θ tăng lên, vận tốc tàu giảm dần. Câu 6: Lực tác dụng lên tàu và bánh lái trong giai đoạn hai của quá trình quay vòng. 1. Lực quán tính tiếp tuyến với đường cong chuyển động của trọng tâm tàu, chống lại việc hãm dv tàu M ′ . dt 2. Lực ly tâm tác dụng dọc theo bán kính chống lại gia tốc ly tâm. 3. Mômen của các lực quán tính chống lại sự quay của tàu. Câu 7: Sơ đồ lực tác dụng lên tàu và bánh lái đầu giai đoạn hai. y vi Fy Rx δp Fx G K θ x D L R Ry m n Lực tác dụng lên tàu và bánh lái cuối thời kỳ I. Câu 8: Sơ đồ lực tác dụng lên tàu và bánh lái cuối giai đoạn hai. Fy v2 i y Fx M 'ri δp dv R M' i y η K dt vi § êng cong quay r të G Rx m θ n J' d η x 2 x H íng ®Çu ®iban r dt2 i o Lực tác dụng lên tàu – bánh lái ở thời kỳ thứ hai quay vòng. Câu 9: Ổn định hướng đi của tàu. Nghiên cứu chuyển động trên hướng thẳng. Tàu được gọi là ổn định hướng đi với bánh lái nằm trong mặt phẳng đối xứng, nếu với tác dụng của ngoại lực tàu bị lệch hướng thì sau một thời gian sẽ chạy trên đường thẳng mới. 9
Nếu tàu không ổn định hướng đi thì độ lệch hướng ngày càng tăng và kết quả cuối cùng sẽ chuyển động trên quỹ đạo tròn. Hầu hết các tàu đều có tính ổn định động trên hướng đi. Ta giả thiết rằng tàu chuyển động trên đường thẳng với bánh lái nằm trong mặt phẳng đối xứng, bị tác dụng của ngoại lực nào đó mà tàu bị lệch hướng đi so với hướng ban đầu một góc θ 0, do đó dòng chảy đối xứng bao quanh thân tàu bị phá vỡ làm xuất hiện lực ngang L 0, đặt ở tâm áp lực thân tàu. Lực ấy gây nên chuyển động ngang của tàu với vận tốc vL theo hướng tác dụng của nó và mômen của lực đó sẽ làm quay tàu xung quanh trọng tâm tàu với vận tốc góc w z và tăng theo góc lệch ban đầu θ 0. ρ L/2 dθ M w = v 0 wz ∫ C L x 2 dx = k1 wz = k1 2 −L / 2 dt k1 – hệ số tỷ lệ. Để đảm bảo ổn định động hướng đi của tàu trong thực tế (nếu tàu không ổn định hướng) là biện pháp là phải sử dụng ky hông phụ sau lái. Khi tăng ổn định hướng của tàu sẽ làm xấu tính năng quay trở của tàu, do đó không nên quá tăng việc tính ky hông. Câu 10: Mômen quán tính khối lượng tàu đối với trục X và Y. Mô men quán tính hướng ngang Ix đối với trục dọc chính tìm được bằng cách cộng các mô men quán tính tương ứng của các nhóm tải trọng của tàu. [ g ] I x = ∑ i y i2 + ( Z i − Z g ) + ∑ i x P 2 1 g Trong đó: Pi – trọng lượng của nhóm tải trọng thứ i, yi, Zi – toạ độ trọng tâm của Pi đối với mặt phẳng đối xứng và cơ bản của tàu. Z g – chiều cao trọng tâm tàu trên mặt phẳng cơ bản; ix – mô men quán tính trung tâm bản thân của trọng lượng thuộc nhóm tải trọng thứ i đối với trục song song với trục x. Nếu giả thiết rằng: trọng lượng của nhóm thứ i phân bố đều trên diện tích hình chiếu của nó với cạnh Z0 và y0 thì: Z 02 + y 02 i x = Pi 12 Trong thực tế thường chỉ tính Ix theo công thức gần đúng của Đuaiep: ( Ix = 12 g ) 1 D 2 B + 4Z g 2 Mô men quán tính dọc của khối lượng tàu đối với trục ngang có thể tính theo công thức: ( ) 1 I y = ∫ x 2 + z 2 dm ≈ ∫ x 2 dm = ∫ qx 2 dx gL m m q Trong đó: dm = dx khối lượng của tàu phân bố giữa hai sườn nằm cách nhau một đoạn dx. g q – tung độ của đường cong trọng lượng. Trị số Iy cũng có thể tính theo công thức gần đúng: D I y = 0,07α L2 g Trong đó; α - hệ số béo của đường nước. Đề 08 Câu 1: Mômen quán tính khối lượng nước kèm đối với trục X và Y. Câu 2: Xác định chu kỳ chòng chành ngang của tàu nội địa. Chu kỳ chòng chành ngang của tàu nội địa có thể xác định theo đồ thị hình 2.4 mô tả quan hệ Tθ h0 B với thông số không thứ nguyên 3 . qua kết quả thử tàu thực và tính toán. h0 D Zg 10
Tθ Hình 2.4 – Chu kỳ tương đối của chòng h0 chành ngang cho các tàu nội địa. 12 10 8 6 4 2 0 0, 5 1, 0 1, 5 h0 B 3 D zg Câu 3: Các biện pháp giảm chòng chành trong thiết kế tàu. Hiện nay việc chống chọi với chòng chành diễn ra trong các hướng sau đây: Khi thiết kế tàu hướng vào việc chọn kích thước các hình dạng và kích thước thân tàu sao cho tàu có khả năng đi biển thoả đáng. Trong các điều kiện khai thác phải điều động theo góc chạy so với sườn sóng sao cho các thông số chòng chành đảm bảo thuận lợi. Người ta áp dụng các thiết bị chuyên dùng, được gọi là thiết bị giảm chòng chành. Yếu tố quan trọng nhất nói lên đặc điểm thuận lợi của chòng chành ngang cho tàu thiết kế trong điều kiện sóng là việc chọn hợp lý chiều cao tâm nghiêng h0. Để cải thiện điều kiện sinh hoạt cần phải tăng chu kỳ chòng chành ngang Tθ hoặc giảm chiều cao tâm nghiêng h0. Đối với các tàu chở khách việc giảm hệ số h0 bằng cách tạo độ thon hình dạng ở phần chìm của thân tàu và nâng cao trọng tâm của tàu. Nhưng phải chú ý rằng việc giảm quá đáng h 0 có thể tạo thành tàu “xóc cứng”, nghĩa là trên tàu đó do tác dụng của những tải trọng gây nghiêng sẽ tạo ra những góc nghiêng lớn. Trên các tàu hàng để giảm h0 người ta làm tăng chiều cao đáy đôi, đặt các hầm chứa và kho dưới boong... để nâng cao trọng tâm tàu. Đối với những tàu tương đối bé để đảm bảo thuận lợi chòng chành ngang trên sóng bằng cách chọn hình dáng thân tàu sao cho tăng được lực và mômen dập tắt (cản). Độ ngả của mạn phần giữa tàu, hông nhọn, mở rộng phần luồn trục ở đuôi, vây hông... sẽ tạo điều kiện cho việc làm đó. Việc giảm biên độ chòng chành dọc trên sóng ngược có thể thực hiện bằng cách dùng các sườn chữ V hài hoà và các đường nước ở phần mũi thẳng hoặc hơi lồi. Khả năng dễ bị hắt nước ở phần mũi có thể giảm bớt khi tạo cho các sườn ở phần ngâm nước một độ ngả cần thiết về hai mạn. Để tăng khả năng chạy biển của tàu cần phải dùng sống mũi nghiêng, kết hợp với độ nghiêng của nhánh đường cắt dọc ở phía mũi. Chọn hợp lý tốc độ v và góc chạy tàu β 0 đối với hướng truyền sóng; (Tθ hoặc Tψ ≈ Tζ) không nhỏ hơn 30% so với chu kỳ sóng quy đổi nhằm để giảm biên độ chòng chành trên sóng. Các biện pháp nêu trên chỉ có ý nghĩa hạn chế và không đủ hiệu quả để chống lại những tác hại của chòng chành của tàu trong các điều kiện sóng gió khác nhau. Biện pháp chống chọi tin cậy và phổ biến nhất là lắp đặt các thiết bị giảm chòng chành chuyên dụng, mặc dù có liên quan đến kinh phí, tăng thêm trọng lượng tàu và giảm bớt thể tích có ích của các hầm tàu. Câu 4: Các thông số chủ yếu khi lượn vòng của tàu. Thông số quan trọng nhất có thể xác định được khi thử tàu thực là: Đường kính quay vòng ổn định Dc. Các thông số đặc trưng khác: Độ dịch chuyển phía trước (quá trình khai triển đường vòng) A là khoảng cách từ trọng tâm tàu G vào thời điểm bắt đầu bẻ lái đến khi mặt phẳng đối xứng của tàu quay được một góc 900 đo theo phương dọc. Độ dịch chuyển ngang T là khoảng cách trọng tâm tàu từ lúc bắt đầu bẻ lái tới khi nó quay được một góc 900 đo theo phương ngang. Đường kính quay vòng Dt khi tàu quay một góc 1800 bằng khoảng cách giữa hai vị trí trọng tâm tàu từ lúc bẻ lái tới lúc tàu quay được 1800 đo theo phương ngang. Đối với các loại tàu bình thường Dt = 0,9 ÷ 1,2 Dc. 11
Câu 5: Tỉ số Pt/L. có thể xác định gần đúng quỹ đạo quay vòng ứng với tỉ số Dt/L cho trước d ựa v ào đ ồ th ị Nếu tỉ số Dt/L nhỏ sẽ tốt. Đối với tàu biển Dt/L = 2,8 ÷ 4 ,0. Đối với tàu sông Dt/L =1,2 ÷ 2,8. Câu 6: Bán kính quay vòng của tàu. Câu 7: Bán kính quay vòng của tàu chiến. Câu 8: Tính khối lượng nước kèm trong chòng chành thẳng đứng. Câu 9: Phương trình vi phân chòng chành ngang trên nước yên lặng. θ + 2 µθ θ + wθ2θ = 0   Nθ 2 µθ = I x + λ44 Dh0 wθ = I x + λ 44 Trong đó: µθ hệ số sức cản tương đối hoặc hệ số tương đối của lực dập tắt. wθ - tần số dao động tự do của tàu khi không có sức cản. Câu 10: Phương trình vi phân chòng chành đứng trên nước yên lặng. ζg + 2 µ ζ ζ g + wζ2 ζ g = 0  Nζ 2µζ = D / g + λ33 γS wζ = D / g + λ33 Trong đó: µζ hệ số sức cản tương đối hoặc hệ số tương đối của các lực dập tắt. wζ - tần số dao động tự do của tàu khi không có sức cản. 12