Động Lực Tàu Thủy: Tìm Hiểu Về Động Cơ và Hệ Thống Mới Nhất

ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ

Lêi nãi ®Çu

Víi sù ph¸ttri Ónkh «ngng õng cñang µnhkinh t Õ vËn t¶i s«ngbi Ón,th × viÖcnghi ªn cøu vµ c¶iti Õn c¸clo ¹ithi Õt bÞ®È y tµu ®ãng métvaitr ß hÕt søcquantr äng. 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¸ttri Ón cñang µnh ®ãng míi,nh Êt lµ trong lÜnh vùcthi Õt bÞ®È y tµu vµonh ÷ng n¨m gÇn ®©y ®· ®em l¹inh ÷ngthay ®æi vÒ chÊt.Trongth ùc tÕ®· cã thÓ gi¶i ® îc mét lo¹t bµito ¸n míinh m« t¶ bÒ mÆt c¸nhchongch ãng b»ngto ¸n häc cÇnchovi Öc lËp ch ¬ngtr ×nh ®iÒukhi Ón c¸c m¸y c«ng cô cã l¾p bé ®iÒukhi Ónch ¬ngtr ×nh vµ tù®é ng vÏ h×nh ®Ó chÕ t¹ochongch ãng. TÝnhto ¸n søc bÒn c¸nhchongch ãng cã®Ó ý®Õ n c¸c ®Æc tÝnh vÒ mái.Nghi ªn cøu hÕt søc tØ mØ c¸c tÝnhch Êtdao ®éng cñachongch ãng vµ sù t ¬ng t¸cthu û®é nggi ÷ach óng víith ©n tµu.Xem x Ðt sù lµmvi Öc cñachongch ãng ë c¸c chÕ ®é ®Æc biÖt.

Kü thuËt ®iÖnto ¸n ®· ® îc ¸p dông réng r·i vµo c«ngvi Öc tÝnhto ¸n kü thuËtnh »m cung cÊpnh ÷ngki Õnth øcth ùc tÕ chosinhvi ªntrongnh ÷ngtr êng hîp nã®· cã thÓ lo¹i bá ® îc c¸c s¬ ®å tÝnh to¸n b»ng tay.

Thêigian g Çn ®©yng êitaquan t ©mnhi Òu ®Õnvi Öcnghi ªn cøu kÕt cÊu cña dßng ch¶y ë gÇnth ©n tµu vµ tÝnhto ¸n dßngch ¶y ®ã,nh »m ® ara c ¸cbi Önph ¸p ®Ó n©ngcao hiÖu qu¶ ®Èy vµ ®é tin cËy cña thiÕt bÞ ®Èy còng nh gi¶m tiÕng ån thuû ®éng,... Sù ph¸ttri Ón cña kü thuËtth ùcnghi Ömchoph Ðptanh Ën ® îcnh ÷ng t liÖu míi trong lÜnh vùc nµy vµ cã gi¸ trÞ kü thuËt quan träng.

TÝnhch Êt næi bËt cña tËpgi ¸otr ×nh nµy lµ tµili Öukh ¸ tængquantrongkhu «nkh æ h¹nch Õ phï hîp víich ¬ngtr ×nhkho ¸ häcthu écng µnh “§ãng vµ söach ÷a tµu”. Nã chøa ®ùngnhi Òuch ¬ng bæ xung ®Ó sö dông lµm tµili Öugi ¸okhoacho l Ünh vùc “Thuû khÝ ®éng häc” nãi chung.

§Ó ph¸thuykh ¶ n¨ng tù nghiªn cøu cñasinhvi ªncho n ªngi ¸otr ×nh nµy ®· hÕt søcch ó ý®Õ nvi Öc nªu bËt c¸cquylu Ët vËt lý c¬ b¶n ®Ó nãi lªn sù lµmvi Öc cña c¸c lo¹ithi Õt bÞ®È y tµu c¸cch øngminh c ña c¸c ®¸p sè vµ mèi rµngbu éc lÉnnhaugi ÷a c¸c phÇn cñagi ¸otr ×nh ®Ó t¹ora m ét c¬ së®¸ ngtin c Ëychovi Öc s¸ng t¹otronggi ¶iquy Õt c«ngvi Öc kü thuËt vµ nghiªn cøu khoa häc.

Khivi Õtcu èn s¸ch nµych óng t«i xÐt r»ng,sinhvi ªn ®· ® îc häc c¸c m«n c¬ chÊt vËytrongnhi Òutr êng hîptr ¸nh ® îc sù trïng lÆp vµ láng,to ¸n vµ kü thuËt tÝnh.Nh t¹o kh¶ n¨ng h íng cho sinh viªn vµovi Öc gi¶i bµi to¸n b»ng m¸y tÝnh ®iÖn tö. ThuËtng ÷ vµ hÖ thèng ký hiÖuquy íc ®uîc dïngph ï hîp víi s¸ch nµy ®Ó sinh ®Ó®¶ m b¶o sù thèngnh Êtquanni Ömtrong c ¸cph Çn viªn sö dôngthamkh ¶o còngnh 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.

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

09 PhÇn 1 Ch ¬ng 1

10 1.1 §èi t îng cña m«n häc 1.2 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu thuû vµ c¸c thµnh phÇn cña lùc c¶n 15 1.3 Nh÷ng c«ng thøc chung ®Ó tÝnh to¸n lùc c¶n vµ c«ng suÊt kÐo cña tµu 18

20 1.4 §Æc ®iÓm thay ®æi lùc c¶n 1.5 X¸c ®Þnh lùc c¶n cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu b»ng c¸c ®Æc tr ng cña vÕt thuû ®éng 22 1.6 MÆt ít cña tµu vµ c¸ch tÝnh diÖn tÝch mÆt ít

23 Ch ¬ng 2

27 2.1 Líp biªn vµ vÕt thuû ®éng häc 2.2 Lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng 2.3 Lùc c¶n nhít cña pr«fin dÔ tho¸t n íc vµ c¸c vËt thÓ trßn xoay 28

28 2.4 Lùc c¶n nhít cña vËt thÓ khã tho¸t n íc 2.5 Lùc c¶n nhít cña tµu

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 36

39 2.9 C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n nhít 2.10 Lùc c¶n kh«ng khÝ ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu

43 Ch ¬ng 3

47 3.1 Sù h×nh thµnh sãng b¶n th©n khi tµu chuyÓn ®éng 3.2 C¸c tÝnh chÊt cña lùc c¶n sãng 3.3 C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n sãng

49 Ch ¬ng 4

51 4.1 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trong n íc c¹n 4.2 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trong kªnh ®µo

53 4.3 Nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ lùc c¶n cña tµu chuyÓn ®éng trong kªnh ®µo 55 Ch ¬ng 5

57 Ch ¬ng 6

59 6.1 BÓ thö m« h×nh tµu 6.2 TÝnh chuyÓn lùc c¶n tõ m« h×nh sang tµu thùc

61 Ch ¬ng 7

62 7.1 Ph©n lo¹i c¸c ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó tÝnh lùc c¶n 7.2 Ph ¬ng ph¸p tÝnh lùc c¶n d 7.3 X¸c ®Þnh lùc c¶n b»ng c¸ch tÝnh chuyÓn tõ tµu mÉu

65 Ch ¬ng 8

65 8.1 C¸ch chän h×nh d¸ng th©n tµu

66 8.2 nh h ëng cña sù thay ®æi thÓ tÝch ng©m n íc

66 vµ tû sè kÝch th íc cña tµu ®èi víi lùc c¶n nh h ëng cña c¸c hÖ sè bÐo tíi lùc c¶n

68 8.3 8.4 H×nh d¸ng th©n tµu biÓn 8.5 H×nh d¸ng tµu néi ®Þa vµ tµu pha s«ng biÓn

69 Ch ¬ng 9

70 9.1 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu hai vµ ba th©n 9.2 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña ®oµn tµu kÐo, ®Èy

73 Ch ¬ng 10

75 10.1 Lùc c¶n cña c¸c tµu ch¹y ë chÕ ®é chuyÓn tiÕp 10.2 Tµu l ít vµ lùc c¶n cña tµu l ít 10.3 C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng cña bÒ mÆt l ít

77 Ch ¬ng 11

83 11.1 Tµu c¸nh ngÇm 11.2 C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng cña c¸nh ngÇm 11.3 Dßng bao vËt thÓ vµ lùc c¶n khi cã hiÖn t îng x©m thùc 11.4 Lùc c¶n tµu ®Öm khÝ kiÓu buång 11.5 Lùc c¶n cña tµu ®Öm khÝ kiÓu phun

85 thiÕt bÞ ®Èy Tµu thuû

85 PhÇn 2 Ch ¬ng 12

86 12.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ thiÕt bÞ ®Èy tµu 12.2 C¸c kiÓu thiÕt bÞ ®Èy vµ tÝnh chÊt cña chóng

91 Ch ¬ng 13

93 13.1 C¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña chong chãng 13.2 C¸c ph ¬ng ph¸p ®Þnh h×nh chong chãng, c¸ch biÓu diÔn bÒ mÆt c¸nh b»ng to¸n häc 96

99 13.3 X©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng 13.4 KÕt cÊu chong chãng

101 Ch ¬ng 14

101

102 14.1 C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc cña chong chãng 14.2 C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc cña chong chãng

107 Ch ¬ng 15

107

108 15.1 Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu 15.2 Chong chãng lý t ëng t¶i träng thÊp

111 Ch ¬ng 16

111

114 16.1 C¸c ®Þnh luËt ®ång d¹ng khi thÝ nghiÖm chong chãng 16.2 C¸c ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu chong chãng b»ng thùc nghiÖm. C¸c ®ît thö hµng lo¹t m« h×nh cã hÖ thèng 116

119 16.3 C¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng 16.4 Sö dông c¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng c¸nh hÑp

121 Ch ¬ng 17

121 17.1 Kh¸i niÖm chung vÒ sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ ®Èy vµ th©n tµu 121

124

126

128 17.2 Dßng theo vµ c¸c thµnh phÇn cña nã 17.3 Dßng theo cã Ých vµ tèc ®é cña dßng theo 17.4 Lùc hót 17.5 C¸c sè liÖu thùc nghiÖm vÒ c¸c hÖ sè t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ ®Èy víi th©n tµu 130 17.6 HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c thµnh phÇn cña nã

131 Ch ¬ng 18

131

133 18.1 Kh¸i niÖm vÒ sù x©m thùc 18.2 X©m thùc khi dßng n íc bao c¸c mÆt chÞu lùc vµ c¸c thiÕt bÞ ®Èy tµu 136 18.3 TiÕng ån do x©m thùc vµ ®é ¨n mßn chong chãng

138

140 18.4 Dù ®o¸n x©m thùc chong chãng 18.5 ThiÕt kÕ chong chãng x©m thùc

143 Chu¬ng 19

143 Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu, hÖ thèng xo¸y cña c¸nh vµ chong chãng 147 Ch ¬ng 20

147

148 20.1 C¸c nguyªn t¾c chung 20.2 Chän s¬ bé c¸c phÇn tö chÝnh cña chong chãng vµ ®¸nh gi¸ c«ng suÊt tiªu thô 150 20.3 Sù phï hîp gi÷a chong chãng víi hÖ thèng ®éng lùc vµ lùa chän chÕ ®é tÝnh to¸n 152 20.4 Lùa chän chÝnh x¸c c¸c yÕu tè h×nh häc c¬ b¶n cña chong chãng 157

158

160 20.5 ThiÕt kÕ chong chãng theo ®å thÞ 20.6 §å thÞ vËn hµnh cña tµu, c¸ch tÝnh to¸n vµ x©y dùng 20.7 Søc bÒn cña chong chãng

165 Ch ¬ng 21

165 21.1 L îng tiªu thô n¨ng l îng cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m nã 166 21.2 ViÖc ¸p dông chong chãng cã ® êng kÝnh t¨ng thªm khi vßng quay gi¶m xuèng 167 21.3 ViÖc gi¶m tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n

169 Ch ¬ng 22

169

169 22.1 C¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña hÖ chong chãng- §¹o l u 22.2 C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc, ®éng lùc häc, c¬ thuû häc cña hÖ chong chãng- ®¹o l u 172 22.3 §Æc ®iÓm thiÕt kÕ hÖ chong chãng- ®¹o l u

DAnh môc c¸c ký hiÖu, c¸cch ÷ 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-Chi Òu 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- S è c¸nh chong chãng ZP - Sè l îng trôc chong chãng  -Chi Òu 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- H Ö sè hót  1 t R BT

 - 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)

3.A0)

2.A0)

.

TDv E



KJ 4

. Tn 4



- VÐc t¬ lùc thuû ®éng t¸c dông lªn c¸nh chong chãng

- VÐc t¬ m«men cña lùc thuû ®éng t¸c dông lªn c¸nh

E  T

Cx - HÖ sè c¶n cña phÇn tö c¸nh 2.b.1) Cx = 2X/(. v R Cy - HÖ sè lùc n©ng cña phÇn tö c¸nh 2.b.1) Cy = 2Y/(. v R CPA - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo c«ng suÊt CPA = 2PD/(. v A CTA - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy CTA = 2T/(. v A  F KDE - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc kÐo K KDT - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy khi ® êng kÝnh kh«ng ®æi  K KNT - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy khi vßng quay kh«ng ®æi   K v KQ, KQB - HÖ sè m«men quay cña chong chãng trong n íc tù do vµ sau th©n tµu  M 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,

 - 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

PhÇn 1 Lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµu

Ch ¬ng 1 Kh¸ini Ömchung v Ò lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµu

Méttrongnh ÷ng tÝnhch Êt hµnh h¶iquantr ängnh Êt cña tµu lµ tÝnhdi ®éng,ngh Üa lµ kh¶ n¨ngph ¸thuy ® îc vËn tèc línnh Êtkhi s ö dônghi Öuqu ¶ c«ngsu Êt ®· cho cña thiÕt bÞ n¨ng l îngch Ýnh. TÝnhdi ®éngph ô thuéc vµo kÝchth íc, kÕt cÊu, h×nh d¸ng th©n tµu,tr ¹ngth ¸i cña vá tµu,lo ¹i ®éng c¬, c«ngsu Êt vµ®Æ c tÝnh cña ®éng c¬ còng nh c¸c ®iÒuki Önchuy Ón ®éng. TÝnhdi ®éngkh «ngth Ó ® îcxem x Ðtbi Öt lËp víi tÝnh næi, tÝnh æn ®Þnh, tÝnhch ßngch µnh vµ tÝnh ¨n l¸i. §Ó®¸ nhgi ¸ tÝnhdi ®éngtrong c ¸c ®iÒuki Önkh ¸cnhauph ¶i cã sè liÖu vÒ lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµu, c¸c ®Æc tÝnh cña thiÕt bÞ®È yho Æc cña tµu kÐo t¹o lùc kÐo ®Ó kÐo tµu. Sù lµmvi Öc cña bÊt cø lo¹ithi Õt bÞ ®Èy nµotu ú møc ®é cã ¶nh h ëng ®Õn cÊutr óc cña dßngch ¶ybaoquanhth ©n tµu vµ lµmthay ®æi lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµu.Tuynhi ªnth êngth êng lùc c¶nth ©n tµu ® îcxem x Ðt bá qua ¶nh h ëng cñathi Õt bÞ®È y, cßn lùc bæ sungdo ¶nh h ëng ®ã vµ lùc c¶n cña b¶nth ©nthi Õt bÞ®È y ® îcxem x Ðtri ªngbi Ötkhi t Ýnhto ¸nhi Öusu Êt cña thiÕt bÞ ®Èy.

Tronggi ¸otr ×nhtaxem x Ðt c¸cnguy ªnnh ©n g©yra l ùc c¶nchuy Ón ®éng, sù thay ®æi c¸c lùc ®ã, c¸cph ¬ngph ¸p x¸c ®Þnh, c¸cbi Önph ¸pthay ®æi vµ gi¶m lùc c¶n.Do vËytaph ¶inghi ªn cøu cÊutr óc cña dßngch ¶y ë gÇnth ©n tµu, tõ®ã phô thuécqu ¸ tr×nh ph¸t sinh lùc c¶n.

Nh÷ng sè liÖunh Ën ® îc tõ kÕtqu ¶ tÝnhto ¸n lùc c¶n,nh ÷ngkhuy Õnngh Þ vÒ c¸c ph ¬ngph ¸pgi ¶m lùc c¶n ® îc dïngtrongthi Õt kÕ tµukhich än c¸c kÝchth ícch Ýnh, h×nh d¸ng th©n tµu, tÝnh to¸n thiÕt bÞ ®Èy vµ chän thiÕt bÞ n¨ng l îng chÝnh. HiÖnnaytrongnghi

ªn cøu lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµung êita d ïngph ¬ng ph¸pnghi ªn cøu lý thuyÕt vµ ph ¬ngph ¸pnghi ªn cøuth ùcnghi Öm. TÝnhto ¸n lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu lµ méttrong c ¸c vÊn ®Ò cña bµito ¸nngo µi cña c¬ chÊt láng ®Ó x¸c ®Þnh lùc thuû ®éng cña chÊt láng ch¶y bao vËt thÓ.

íc

C¸c ký hiÖuquy 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

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** - S è 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 tµuchuy Ón ®éngtrongch Êt láng sÏ xuÊthi Ön lùcthu û®é ng, mµ trÞ sè cña nã phô thuéc vµo khèi l îng riªng vµ ®é nhít cña chÊt láng.

Khèi l îngri ªng - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ kg/m3.Kh èi l îngri ªng cña n íc Ýtthay ®æi kh«ng nÐn ® îc vµ®å ngnh Êt,songkh èi l îng khithay ®æi ¸p lùc, vËy n íccoinh riªng cña n íc l¹i thay ®æi nhiÒu theo nhiÖt ®é. Trong ngµnh ®ãng tµu ta sö dông sè liÖu cña LiªnBang Nga.

nhiÖt ®é t = 4oC:

- §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 -Kh èi 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

(1.2.1) = .g

§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®¹ i l îng ®Æctr ngcho t Ýnh chÊt tõnglo ¹ich Êt láng  Ýtthay ®æitheo ¸psu Êt,nh ng l¹ithay ®æinhi Òutheonhi Öt ®é.

HÖ sè nhít ®éng häc - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ m2/s lµ gia tèc cña lùcnh ítxu Êthi Öntrong chÊt láng

 (1.2.2)  

Do t¸c dông t ¬ng hç gi÷a tµu vµ chÊt láng, nªn däctheo m Æt uít  hÖ lùc mÆt

xuÊt hiÖn vµ ph©n bè liªn tôc. T¹i mçi ®iÓm trªn  vÐct¬ c êng ®é cña lùc mÆt lµ

H×nh 1.1. HÖ to¹ ®é kh¶o s¸t chuyÓn ®éng cña tµu.

nP lªnph ¬ngph ¸ptuy Õn n cñaph ©n tè diÖn tÝch d lµ ¸p lùc

H×nhchi Õu cña

nP lªn ph ¬ng cña ® êng dßng ®i qua d lµ øng suÊt tiÕp o

thuû ®éng p

Cßn h×nh chiÕu cña 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 lªnph Çnng ©m n íc cña tµu lµ lùcthu û®é ng, cßnkh «ngkh Ý t¸c dông lªnph Çnkh « cña tµu lµ lùckh Ý®é ng, vËy tæng hîp c¸c lùc kÓ trªn trªn bÒ mÆt cña tµu gäi lµ lùc thuû khÝ ®éng häc. Lùcthu û khÝ®é ng 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)



dP n



(1.2.3)

   dr

  P n





 M (1.2.4)

Trong ®ã r - vÐct¬ b¸n kÝnh cña d ®èi víi t©m quy chiÕu ®· chän. §Ó nghiªn cøu tÝnhdi ®éng cña tµung êita g ¾n lªn tµutr ôcto ¹®é di ®éng x1y1z1, trong ®ã:

-Tr ôc x1 h íng vÒ phÝa mòi tµu -Tr ôc y1 h íng vÒ phÝa m¹n ph¶i -Tr ôc 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: -Tr ôcx h íng theo vËn tèc v cña tµu -Tr ôc y h íng vÒ phÝa m¹n ph¶i -Tr ôcz h íng lªn trªn Hai hÖ to¹®é x1y1z1 vµ xyz sÏ trïngnhaukhi t µukh «ngchuy Ón ®éng. Cßnkhi t µu

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"L ùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµu lµ h×nhchi Õu cña lùcthu û khÝ®é ng 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:

(1.2.5) Rx = Rx1cos + Rz1sin

V× vÐct¬ nP ® îcph ©nth µnhhaith µnhph Çnph ¸ptuy Õn p vµ tiÕptuy Õn o nªn lùc

 d)x,

 p





   c¶n còng cã thÓ viÕt d íi d¹ng tæng hai thµnh phÇn (Xem 1.2.6) cos( )x,p cos( Rx = (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 cos( d)x, (1.2.7)   

Nguyªnnh ©nxu Êthi Ön lùc c¶nma s ¸t RF lµ do ¶nh h ëng ®é nhít cñach Êt láng

g©y ma s¸t vµo vá tµu lµm xuÊt hiÖn øng suÊt tiÕp o - Lùc c¶n ¸p lùc:





  p cos( d)x,p R p (1.2.8)

Dùa vµo c¸chi Ön t îng vËt lý th× nguyªnnh ©nxu Êthi Önth µnhph Çn lùc c¶n ¸p lùc cã thÓ gi¶i thÝch nh sau:

Theo c¬ häcch Êt lángth × vËtth Ó cã kÝchth íc h÷u h¹nchuy Ón ®éng tÞnhti Õn víi vËn tèckh «ng ®æitr ªn mÆt tù do v« h¹n cñach Êt lángkh «ngnh ítth × vËtth Ó®ã kh«ng chÞu lùc c¶n chuyÓn ®éng (Theo ®Þnh lý ¥le). VËtth Ó khichuy Ón ®éngch Ø xuÊthi Ön lùc c¶nch Ø khitr êng vËn tèc ë phÝatr íc vµ phÝa sau vËt thÓ lµ kh¸c nhau.

H×nh 1.2. S¬ ®å m« t¶ nguyªn nh©n xuÊt hiÖn c¸c thµnh phÇn cña lùc c¶n.

* XÐt vËtth Ó chuyÓn ®éng ë gÇnho Æc ë mÆt tù do cñach Êt láng(Xem H1.2.a)

d íi t¸c dông cñatr äng lùcth × vËtth Ó sÏ t¹oratr ªn mÆt tù do cñach Êt láng mét hÖ thèng sãngdo c ¸cph Çn tö chÊt láng t¸chra t õ vÞ trÝ c©n b»ng dÉn tíi sù thay ®æi cña tr êng vËn tèc vµ ¸psu Êt däctheo b Ò mÆt vËtth Ó. H×nhchi Õu cña ¸p lùc sãng lªn ph ¬ngchuy Ón ®éng gäi lµ lùc c¶n sãng lªnph ¬ngchuy Ón ®éng gäi lµ lùc c¶n sãng RW. C«ng cña vËtth Ó sinhra ®Ó th¾ng lùc c¶n sãng ® îcti ªu tèncho s ù t¹oth µnh n¨ng l îng sãng.

* C¸c tµu bÐoho Æc tµuch ¹ykh «ng t¶ing êitath Êy c¸c sãng ë phÇn n íc mòi tµu bÞ san gÇnph ¼ng kÐotheo s ù t¹oth µnh c¸c bät.Qu ¸ tr×nh ®ã®· lµm t¨ngth ªm lùc c¶n sãng vµ thµnh phÇn lùc c¶n ®ã gäi lµ lùc c¶n ph¸ sãng mòi RWB.

*Khi v Ëtth Ó chuyÓn ®éngtath Êy râ nhÊt ë phÇn mòi tµu cã c¸ctia n íc h¾tra t õ hai bªn m¹n. C¸ctia n íc ®ã t¹oth µnhph ¶n lùc, mµ h×nhchi Õu cñaph ¶n lùc ®ã lªn ph ¬ngchuy Ón ®éng gäi lµ lùc c¶nto Ð n íc RS.Lo ¹i lùc c¶n nµy ®Æctr ngcho c ¸c tµu ch¹y nhanh.

*Theo l ý thuyÕt c¸nh nÕu vËtth Ó cã d¹ng h×nh c¸nhkhichuy Ón ®éng cã l u sè vËn tècth × sÏ ph¸tsinh l ùc n©ngtr ªn c¸nh. Sù lµmvi Öc cña c¸nh cã thÓ thay b»ng mét hÖ thèngxo ¸y, hÖ thèng nµy sÏ t¹ora c ¸cxo ¸y tù dosau c ¸nh(Xem H1.2.b). H Ö thèngxo ¸y g©yra v Ën tècth ¼ng ®øng lµm lÖch ® êng dßng nªn ¸p lùcthu û®é ngxu Êt hiÖntr ªn c¸nh, mµ h×nhchi Õu lªnph ¬ngchuy Ón ®éng gäi lµ lùc c¶n c¶m øng Ri. C«ng ®Ó th¾ng lùc c¶m øng ® îcti ªu tèncho s ù t¹oth µnh n¨ng l îngxo ¸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 vËtth Ó chuyÓn ®éng víi vËn tèc línth × trªn bÒ mÆt vËtxu Êthi Ön sù x©m thùc(S ù x©mth ùc lµ hiÖn t îng h×nhth µnh vµ ph¸ttri Óntr ªn bÒ mÆt vËtth Ó c¸c bät chøa ®Çykh «ngkh Ý hoÆc h¬i n íc b·oho µ)(Xem H1.2.c). S ù x©mth ùc ®· lµmcho tr êng vËn tèc vµ ¸psu Êt däctheo b Ò mÆt vËtth Ó thay ®æi lµmxu Êthi Ön lùc c¶n x©m thùc Rc. C«ng ®Ó th¾ng lùc c¶n x©mth ùc ® îcti ªu tèncho s ù duytr × c¸c bätkh Ý hoÆc h¬i,ngh Üa lµ cho sù thay ®æitr êng vËn tècso v íitr êng hîpch ¶y vßngli ªn tôc(Xem H 1.2.c).

Qu¸ tr×nhxu Êthi Ön c¸cth µnhph Çn lùc c¶n RW, RWB, RS, Ri, Rc Ýtph ô thuéc vµo ®é nhít cñach Êt láng,do v Ëyph ¬ngph ¸p tÝnhto ¸n lý thuyÕt cã thÓ dùa vµo m« h×nh chÊt láng kh«ng nhít.

*Do ¶nh h ëng cña ®é nhítquylu Ëtph ©n bè ¸psu Êttr ªn bÒ mÆt vËtth Ó thay ®æi so víitr êng hîpch ¶y vßngtrongch Êt lángkh «ngnh ít. §é nhít lµm h×nhth µnh líp biªn däctheo m Æt vËtth Ó vµ t¹o nªn dßngtheo. D ßngtheo l µ nh÷ng vÕtthu û®é ng ë sau vËtth Ó lµm cÊutr óc cñatr êng vËn tèc ë phÝatr íc vµ sau vËtth Ó trongch Êt láng nhít lµ kh¸cnhau. D ßngtheo ë sau vËtth Ó lµ vïngch ¶y rèi t¹oxo ¸y(Xem H1.2.d) lµmgi ¶m ¸psu Êt ë vïng ®u«i vËtth Ó so víich Êt lángkh «ngnh ít vµ ph¸tsinh ¸psu Êt tæng hîp gäi lµ lùc c¶n ¸p suÊt nhít hoÆc lùc c¶n h×nh d¸ng RVP.

VËy lùc c¶ndo øngsu Êtti Õp o g©yra g äi lµ lùc c¶nma 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¸txu Êthi Öndo ®é nhít cñach Êt láng vµ chóng t¹o

thµnh lùc c¶n nhít RV = RVP + RF. Tõ c¸c ®iÒu kÓ trªnth × lùc c¶n cña n íc ®èi víichuy Ón ®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 «ngph ¶i lóc nµo còngxu Êthi Ön ®ångth êi, cã thÓ cã tr êng hîp vµi thµnh phÇn kh«ng cã. C¬ së vËt lý®Ó ph©nchia l ùc c¶nra c ¸cth µnhph Çn lµ ®iÒu rÊt cÇnthi Õt ®Ó x©y dùng c¸c ph ¬ng ph¸p lý thuyÕt, thùc nghiÖm vµ nh÷ng nguyªn t¾c m« h×nh ho¸.

Dokh èi l îngri ªng cña n íc vµ kh«ngkh Ý lµ kh¸cnhau,do v Ëy tæng lùc c¶n ® îc

chia thµnh lùc c¶n cña n íc vµ lùc c¶n kh«ng khÝ RAA. VËy cã hainguy ªnnh ©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 tÝnhch Êt cña c¸cth µnhph Çn lùc c¶nng êita s ö dônggi ¶ thiÕt vÒ sù®é c lËp cñach óng.Theogi ¶ thiÕt ®ã th× c¸cqu ¸ tr×nh vËt lý g©yra t õngth µnh phÇn cña tæng lùc c¶n lµ®é c lËpnhau,ngh Üa lµ qu¸ tr×nh t¹o sãng ®éc lËp víi ®é nhít cñach Êt láng, vµ lùcnh ít còng sÏ kh«ng ¶nh h ëng tíiqu ¸ tr×nh t¹o sãng,ngo µira nh÷ng hiÖn t îng x¶y ra trong n íc kh«ng ¶nh h ëng tíi lùc c¶n kh«ng khÝ.

Trongqu ¸ tr×nhnghi ªn cøu vµ tÝnhto ¸n lùcthu û®é ng, m« men cña lùcthu û®é ng cÇnph ¶i cã sù t ¬ngquan ®Çy ®ñ vÒ kÕt cÊu dßngch ¶y cñach Êt lángbaoquanh m « h×nh vµ tµuth ùc. Sù t ¬ngquan ®ã gäi lµ®å ng d¹ng ®éng lùc häc cña dßngch ¶y. C¸c tham sè chungkh «ng ®æi ® îc gäi lµ c¸cchu Èn ®ång d¹ng cña dßngch ¶y, c¸cchu Èn nµy ® îc x¸c ®Þnh tõ lý thuyÕt ®ång d¹ng.

Dßngch ¶y cñach Êt lángch ¶y vßng vËtth Ó®å ng d¹ng h×nh häc, ® îc gäi lµ®å ng d¹ng ®éng lùc häc nÕu ë c¸c ®iÓm t ¬ng øng cã sù b»ngnhau c ña c¸c lùcthu û®é ng kh«ngth ø nguyªn, còngnh ®¶m b¶oph ¬ng cña c¸c vÐc t¬ vËn tèc vµ lùcthu û®é ng (nghÜa lµ h×nh d¸ng ® êng dßng t¹oxo ¸y vµ t¹o sãngtrong c ¸c dßngch ¶y ®ã lµ®å ng 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:

K  (1.3.1) L L

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.

Quaph ©n tÝchchuy Ón ®éngchoth Êy r»ng: Sù®¶ m b¶o ®ång d¹ng h×nh häc vµ ®éng lùc häc cñach Êt lángkh «ng nÐn ® îc d íi t¸c dông cñatr äng lùckhich ¶y vßng m« h×nh vµ tµuth ùc nÕuchi Òu dµiL, v Ën tècv,th êigianT v µ hÖ sè nhít ®éng häc  ®ång thêi tho¶ m·n ba mèi quan hÖ sau:

 (1.3.2) v M gL v H gL

M Lv MM 

 (1.3.3) Lv HH 

 (1.3.4) L M Tv L H Tv HH

*Bi Óuth øckh «ngth ø nguyªn gäi lµ sè Frót. Nã®Æ c tr ng cho lùc qu¸n Fr 

v gL tÝnh vµ träng lùc cña dßngch ¶y cñach Êt láng. NÕuFr M =Fr H 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.

gäi lµ vËn tèc Trong tÝnhto ¸n sè Fr ®«ikhi ® îcbi Ôudi Ônqua ®¹i l îng v L

t ¬ng ®èi cã thø nguyªn.Trongnh ÷ngtr êng hîp ®Æcbi Öt(ch ¼ng h¹n xÐt vÒ chÕ®é chuyÓn ®éng cña tµu)th × chiÒu dµi ®Æctr ng cã thÓ lÊy b»ng V1/3,trong ®ã V=D/ g

3 Vg

v ; Fr 

Hay , trong ®ã gäi lµ chiÒu dµi t ¬ng ®èi cña tµu.    Fr FrV L 3 V

*Bi Óuth øckh «ngth ø nguyªn gäi lµ sè R©ynol. Nã®Æ ctr ngchoquan  Re

vL  hÖ gi÷a lùcqu ¸n tÝnh vµ lùcnh íttrong d ßngch ¶y cñach Êt láng. NÕu ®¶m b¶o sù b»ng nhau cña c¸c sè R©ynol(Re M =Re H)ta s Ï lËp ® îc sù®å ng d¹ng cña lùc c¶nnh ít, kÕt cÊu líp biªn, dßng theo cña tµu thùc vµ m« h×nh ®ång d¹ng h×nh häc.

*Bi Óuth øckh «ngth ø nguyªn gäi lµ sè Struhan. Nã®Æ ctr ng vÒ®é ng Sh 

L vT lùc häc cña dßngch ¶ythay ®æitheoth êigian. N ã choph Ðptaso s ¸nh c¸c lùc vµ qu¸ tr×nhch ¶y vßng cã gia tèc cñach Êt láng.Khi v Ëtth Ó chuyÓn ®éngkh «ng cã gia tècth × sè Struhan kh«ng x¸c ®Þnh vµ kh«ng cÇn xÐt tíi.

* ngsu Êtti Õp o vµ ¸psu Êt p cña lùc mÆt ® îc ®Æctr 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

 Eu (1.3.5) p2 2v 

- HÖ sè ¸p suÊt:

 p (1.3.6)  )pp(2 o 2  v

trong ®ã p0 lµ ¸p suÊt thuû tÜnh. - Quan hÖ gi÷a hÖ sè ma s¸t côc bé vµ øng suÊt tiÕp:

o 2

  C (1.3.7) 2  v

Dßngch ¶y cñach Êt lángnh ítbaoquanh m « h×nh vµ tµuth ùc ®ång d¹ng h×nh häc sÏ cã®å ng d¹ng ®éng lùc häc nÕu c¸c sè Fr,Re,Sh c ña c¸c dßngch ¶y ®ã b»ngnhau. CßnEu, p , Cf kh«ngph ¶i lµ c¸cti ªuchu Èn ®ång d¹ng, mµ chóngch Ø cã vaitr ß thø yÕu vµ chØ ® îc xÐttrongnh ÷ngtr êng hîpri ªng(ch ¼ng h¹n dßngch ¶y bÞ x©mth ùcth × ¸p suÊttrong c ¸c bätkh Ý b»ng ¸psu Êt h¬i n íc b·oho µ p= p v).Khip=p v sÏ xuÊthi Ön x©m thùc, lóc ®ã Eu ® îc biÓu diÔn qua sè x©m thùc:

 (1.3.8)  )pp(2 v 2  v

§Ó®¶ m b¶o sù®å ng d¹ng cña c¸c dßngch ¶y rèita d ùa vµo ®é rèi T cña dßng ch¶y:

T 

  'v v

(1.3.9)

Khi xÐt tíi ¶nh h ëng cña søc c¨ng bÒ mÆtta d ïng hÖ sè c¨ng bÒ mÆt H. XÐt ¶nh h ëng cña lùc c¶n toÐ n íc ta dïng sè Webe:

H Lv

 We (1.3.10)  

§Ó t×m c«ngth øcchung ®Ó tÝnh lùc c¶ntabi Óudi Ôntr Þ sè ¸psu Êt vµ øngsu Êtti Õp

qua Eu vµ Cf.

 Eu

 d)x,





VËy c«ng thøc (1.2.6) ® îcvi Õt l¹i:      v5,0 cos( R C)x,p cos( (1.3.11)

ChuyÓn tÝchph ©n(1.3.11) v Ò d¹ngkh «ngth ø nguyªn,mu èn vËy ® adi Ön tÝch 

vµo hµm gi¶i tÝch, ta sÏ ® îc tÝch ph©n kh«ng thø nguyªn vµ kÝ hiÖu lµ Cx:



 Eu





   C cos( C)x,p cos( )x, (1.3.12)  d 

Lóc ®ã (1.3.11) sÏ cã d¹ng:

2 

 (1.3.13) R vC x 1 2

Trong c«ngth øc(1.3.13)th × Cx =f(Fr,Re,Sh) g äi lµ hÖ sè lùc c¶n ë nh÷ng vËtth Ó ®ång d¹ng h×nh häc cã cïngph ¬ngchi Òu cña vËn tècchuy Ón ®éngth × c¸c hÖ sè lùc c¶n cña chóng sÏ b»ng nhau CxM = CxH nÕu

(1.3.14) FrM = FrH,Re M = ReH vµ ShM = ShH

xM 

xH 

   Tõ (1.3.13) vµ (1.3.14) ta cã: R2 2 v MM (1.3.15)

  R R    1 2 K R2 2 v HH 2 v HH 2 v MM              BiÓu thøc (1.3.13) còng ®óng cho c¸c thµnh phÇn cßn l¹i cña lùc thuû ®éng:

2 

 (1.3.16) R vC y

2 

 (1.3.17) R vC z 1 2 1 2 Trong ®ã Cy, Cz t ¬ng øng lµ hÖ sè lùc d¹t vµ hÖ sè lùc n©ngthu û®é ngtheo ph ¬ng th¼ng ®øng. M« men thuû ®éng sÏ b»ng:

2

 (1.3.18) M vm L. 1 2

Trong ®ã m = f(Fr, Re,Sh) l µ hÖ sè m« men thuû ®éng kh«ng thø nguyªn Trong tÝnhto ¸n cã thÓ tuú tõngtr êng hîp mµ thaydi Ön tÝch  b»ng c¸cdi Ön tÝch ®Æc tr ng kh¸c:

3/2

2 

2 Vv



   (1.3.19) R C vC x vC 1x 1 2 1 2 1 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

 C

  v

 (1.3.20)  R C 1 2 Trong ®ã CV vµ CW t ¬ng øng lµ hÖ sè lùc c¶nnh ít 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.

(1.3.21) Lùc c¶n tØ lÖ b×nh ph ¬ng víi vËn tèc. Cïng víi lùc c¶ntrongqu ¸ tr×nhnghi ªn cøuthi Õt bÞ®È y vµ thiÕt bÞ n¨ng l îng cña tµung êita d ïngkh ¸ini Öm c«ngsu Êt kÐo cña tµu PE lµ c«ngsu Êtph ¶i s¶nra ®Ó kÐo tµu víi vËn tèc ®· cho. TrÞ sè c«ng suÊt kÐo ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: PE = Rxv

-Tr Þ sè c«ngsu Êt kÐo cña tµu PE lµ hµm sè bËcba c ña vËn tèc, cßn ®¬n vÞ cña c«ng

suÊt kÐo lµ W (kW). - §èi víi tµu s«ngth × vËn tèc tÝnh b»ng km/h, cßn tµubi Ón lµ h¶i lý/h, 1 h¶i lý/h = 1,853 km/h.

3/2

-Chuy Ón vËn tèc tõ h¶i lý/h sang m/s ta dïngquan h Ö v=0,514v S. VËn tècv, m/s cßn vS, h¶i lý/h.

 

3/2

150 D  (1.3.22) C - Tõ (1.3.21) cã xÐt tíi (1.3.13), nÕu mÉu sè nh©n víi V2/3 vµ ký hiÖu:  514,0 C

 3 Dv C

ta sÏ ® îc biÓu thøc tÝnh c«ng suÊt kÐo cña tµu cho ®¬n vÞ m· lùc, cv  (1.3.23) P  E

(1.3.23) gäi lµ c«ngth øc h¶iqu ©n, CE gäi lµ hÖ sè h¶iqu ©n. HÖ sè CE tØ lÖ nghÞch víi hÖ sè Cx. - §èi víi tµubi Ón vËn tèckhaith ¸cnh á h¬n vËn tècth ö®Ó®¶ m b¶o dù tr÷ c«ng suÊt cña tµu khi ho¹t ®éng ë nh÷ng vïng thêi tiÕt xÊu.

-Trongthi Õt kÕ tµuchi Òu dµigi ÷ahai ® êngvu «ng gãcth êngnh á h¬nchi Òu dµi cho tµu métchongch ãng, cßnch óng sÏ b»ngnhaucho t µu %32  ® êng n íckho ¶ng hai chong chãng.

Trªn c¬ së c¸cph Ðp tÝnhto ¸nho Æc c¸cph Ðpth ö ta cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc lùc c¶n Rx hoÆc c«ngsu Êt 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.

H×nh 1.3. Quan hÖ gi÷a Rx, PE víi vS.

Quan hÖ gi÷a c¸cth µnhph Çn lùc c¶nph ô thuéc vµo kÝchth íc h×nh d¸ngth ©n tµu hÖ sè bÐoth Ó tÝch . Tµu cã thÓ chuyÓn ®éng ë s©uso v íi mÆt vµ sè Fr còngnh tho¸ng, nh vËy nã kh«ng chÞu ¶nh h ëng cña mÆt tù do.

Tµu cã thÓ võa cí phÇnch ×m vµ phÇn næi(t µu ë mÆt tù do). Tµu cã thÓ chuyÓn ®éng ë®é s©uso v íi mÆttho ¸ng(t µung Çm). Tµuchuy Ón ®éngtr ªn mÆt tù do(t µu c¸nh ngÇm, tµu ®Ömkh Ý). Víi mçilo ¹i tµukh ¸cnhauquan h Ö víi c¸cth µnhph Çn lùc c¶n cña tæng lùc c¶n lµ kh¸cnhau.Quylu Ëtthay ®æi cña métth µnhph Çn còng cã thÓ kh¸c nhautrong c ¸ctr êng hîpkh ¸cnhau.Vaitr ß cña c¸cth µnhph Çn lùc c¶nph ô 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: -Ch Õ ®é b¬i -Ch Õ ®é chuyÓn tiÕp -Ch Õ ®é l ít * chÕ ®é b¬i:

(1.4.1) D = gV

3 Vg

v Khi ®ã   0,1 Fr V (1.4.2)

(1.4.3)

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 ThÓ tÝch V1 < V tµu b¾t ®Çu næi dÇn lªn vµ 3 Fr 1 (1.4.4)

chÕ ®é nµy ®Æc tr ng cho c¸c tµu ch¹y nhanh. * chÕ ®é l ít:

  (1.4.5) 0V;RD z

(1.4.6) Khi ®ã FrV > 3

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

N¨ng l îng cña tµutruy Ònchoch Êt láng kÐotheo s ù ph¸tsinh c ñatr êng vËn tèc vµ ¸psu Êt, sù biÕn d¹ng cña mÆt tù do dÉn tíixu Êthi Ön sãng tµu.Do v Ëy ë phÝa sau tµu hoÆc m« h×nh tµuxu Êthi Ön c¸c vÕtthu û®é ng.Tuynhi ªn cÊutr óc cña vÕt ®ã phô thuéc vµo h×nh d¸ngth ©n tµu, vËn tèc, lùcnh ít vµ träng lùc. S¬®å ph©nchia l ùc c¶n cña n íc ra c¸c thµnh phÇn nh sau:

XÐtlu ångch ¶ybaoquanh t µu ®øng yªn ë mÆt tù do cñach Êt láng cã chiÒu s©u v« h¹n (H 1.4)

H×nh 1.4. S¬ ®å luång ch¶y bao quanh tµu.

§Ó tÝnhto ¸n lùcthu û®é ngta s ö dông ®Þnhlu Ët ®éng l îngtrong m «n c¬ chÊt láng:



  R dS.v.v n dS.P n (1.5.1)

nP - t ¬ng øng lµ vÐc t¬ vËn tèc vµ øngsu Êt cña lùc mÆttrongch Êt láng nP bao gåm ¸psu Êtnh ít, ¸psu Êt råi, øngsu Êtph ¸p,

Trong ®ã: S - mÆt kiÓm so¸t kÝn vµ kh«ng di ®éng n - ph ¬ng ph¸p tuyÕn ngoµi víi mÆt ®ã v vµ nP cã h íngtu ú ý so mÆtS, nhít, øng suÊt tiÕp. T¹i mÆt vu«ng gãc víi trôc x ta cã:

  P.i .j P n P x  .k xy

trong ®ã:

 P  2P 'v x  v x  x

   'v'v y  v x  y v y  x         

-Ch än mÆtS c ã d¹ng h×nh b×nh hµnh víi mÆttr ªn lµ mÆt tù doto ¹®é t ¬ng øng

zB = f(x,y) vµ mÆt ít  cña tµu, mµ däc theo nã vn = 0. - MÆt S1 ®Æt ë xaph Ýatr íc tµu, mµ t¹i ®ã kh«ng cã vËn tècph ¸tsinh v µ mÆtch Êt láng n»m ngang.

- MÆt S2 ®Æt tuú ý sau tµu c¾t vÕt thuû ®éng. - MÆt n»mngang S 3 vµ c¸c mÆtth ¼ng ®øng S4, S5 songsong v íi mÆtph ¼ng ®èi xøng cña tµu vµ c¸chxa n ã®Ó vËn tècph ¸tsinh l µ nhá nh»m bá qua ¶nh h ëng cña ®é nhít vµ sù t¹o sãng.

§Ó tÝnh lùc c¶n ta chiÕu R lªn trôc x, ta ® îc

2 dS.v



S 1

 SSS 4 5

   R v dS. dS.v.v n dS.P xx dS.P xx (1.5.2)  S 1  S 2



S 1

S Dùa vµo(1.5.3)choph Ðpkh ö tÝchph ©ntheo c ¸c mÆt(S 3 + S4 + S5)trongbi Óuth øc , ta cã

 dS.v dS.v x Theo ph ¬ng tr×nh liªn tôc víi mÆt S ta cã:   (1.5.3) dS.v n  SSS 4 5

gz (1.5.2) cßn ë mÆt S1 vµ S2 quy luËt ph©n bè ¸p suÊt theo quy luËt thuû tÜnh y

2 B

 





  y

S 1

S 2

   dy dS.z dS.z zdzdy (1.5.4) 1 2 z y

NÕu ®Èy mÆt S4 vµ S5 ra xa v« cïng ta cã lùc c¶n ® îc tÝnh theo biÓu thøc sau:

2 x

2 B

     R v.v v dS P gz  2 'v dS dy







 z 

 v x  x  g 2  S        

NÕu tµuchuy Ón ®éngtrong k ªnhho Æc n íc n«ngth × vÕ ph¶i cña(1.5.4) c Çn kÓ thªm øng suÊt tiÕp theo chu vi kªn hoÆc ®¸y s«ng. Trongtr êng hîpch Êt lángkh «ngnh ít, dßngch ¶ykh «ngxo ¸y, lóc ®ã dßngch ¶y



  



2 y1

2 z1

     t¹i tiÕt diÖn tuú ý vµ t¹i S1, øng víi ®iÓm trªn mÆt tù do sÏ cã:  5,0 v5,0  vv gz P v v

Trong ®ã: v1x, v1y, v1z lµ nh÷ng vËn tècph ¸tsinh.Kh ö P+gz vµ xÐt øngsu Êtnh ít, øngsu Êt rèi, lóc ®ã biÓu thøc (1.5.4) sÏ ® îcvi Õt thµnh:

2 x1

2 y1

2 z1

2 B

   zg5,0 

    R 5,0 v( v dS)v dy (1.5.5)   S

*Bi Óuth øc(1.5.4) x ¸c ®Þnh tæng lùc c¶n cña tµutrongch Êt lángnh ít, cßnbi Óu thøc (1.5.5) x¸c ®Þnh lùc c¶n cña tµu trong chÊt láng kh«ng nhít. *Khi t µu ë trong dßngch ¶y v« h¹n cñach ¾t lángnh ít, nÕu bá qua øngsu Êtnh ít

2 x

  PP o

   v.v dS R R v





 



(1.5.6) vµ rèi dùa vµo biÓu thøc (1.5.4) ta cã biÓu thøc tÝnh lùc c¶n nhít:   2S

Trong ®ã: Po - ¸p suÊt thuû tÜnh n¬i ®Æt tµu Dùa vµo(1.5.5) v µ (1.5.6)ng êita t Ýnhto ¸n b»ngth ùcnghi Öm c¸c lùc c¶n sãng vµ nhít.

2/L

Lùc c¶n Rx tØ lÖ thuËn víidi Ön tÝch mÆt ít . NÕuph ¬ngtr ×nh mÆt ít cña tµu cã d¹ng y = f(x,z) th× diÖn tÝch mÆt ít cña tµu sÏ lµ:



2   



2/L

2   y   x  V× rÊt khã x¸c ®Þnh y = f(x,z) cña mÆt thËt, nªn  ® îc tÝnh gÇn ®óng. -Theo ph ¬ng ph¸p h×nh thang: n

(1.6.1)  2 dxdz .1  y  z      



 l



 0i

 l   (1.6.2) l L2 n 2      

Trong ®ã: n - sè kho¶ng s ên lý thuyÕt. NÕu tµu cã 21 kho¶ng s ên th× n = 20 l -chi Òu dµi lý thuyÕt cña c¸c s ên.Vi Öcdu çith ¼ng c¸c s ên lý thuyÕt ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:





  l 2 1 dz.  y  z      

gÇn ®óng th× trÞ sè l ® îc x¸c ®Þnh b»ng th íc cong. -Theo ph ¬ng ph¸pTreb sÐp:



 1i

 (1.6.3) L2 m

Trong ®ã: m - sè s ênTreb sÐp. Ta lÇn l ît tÝnhtr Þ sè  cho mét vµichi Òuch ×m, råi x©y dùng ® êngcong  =f(T) s Ï choph Ðp x¸c ®Þnh  ë c¸ctr ¹ngth ¸i t¶itr ängkh ¸cnhau ( d ïngcho t µu l ít vµ tµu c¸nh ngÇm). Tronggiai ®o¹nthi Õt kÕ s¬ bé ch a cã tuyÕn h×nh tµuta c ã thÓ dïng c¸c c«ngth øc

gÇn ®óng d íi ®©y ®Ó x¸c ®Þnh diÖn tÝch mÆt ít : - §èi víi tµu ch¹y nhanh:

  (1.6.4)  13,1 B T  36,1LT      - §èi víi tµu vËn t¶i cã hÖ sè bÐo thÓ tÝch lµ lín:

 



 (1.6.5)  37,12LT ,0 274 B T     - §èi víi tµu ®¸nh c¸:

 55,0

PP

   (1.6.6)  52,1 B T  5,01TL      - §èi víi tµu s«ng kh«ng cã vßm ®u«i:

    (1.6.7) V 3/2 074,01,5 4,0      

L T DiÖn tÝch  tÝnhtheo c ¸c c«ngth øctr ªn cÇnph ¶i kÓ thªmdi Ön tÝchph Çnnh « (gi¸ ®ì chongch ãng,tr ôcchongch ãng, b¸nh l¸i,ky l ¸i, v©ygi ¶m l¾c,...)tu ú thuéc vµo c¸c phÇn nh«, trong tÝnh to¸n lÊy ph.nh« = (1,5  7)%.

Ch ¬ng 2 Lùc c¶nnh ít

Khi tµuchuy Ón ®éngtrongch Êt lángnh ít víi sè Re lín,do ¶nh h ëng cña ®é nhít nªn cÊu cña dßng ch¶y ë vïng gÇn bÒ mÆt vËt thÓ gäi lµ líp biªn.

ChiÒu dµy lípbi ªn  t¨ng dÇn tõ®Ç u vÒ ®u«i vËtth Ó. CÊutr óc lípbi ªn vµ nh÷ng hiÖn t îng x¶y ra trong ®ã lµm thay ®æi lùc c¶n nhít mét c¸ch ®¸ng kÓ.

Lípbi ªn kÕtth óc ®Òu ®Æn ë phÝa ®u«iho Æc bÞ t¸ch ë bÒ mÆt vËtth Ó,song c ¶ hai tr êng hîp kÓ trªnph Ýasau v Ëtth Ó sÏ t¹oth µnh mét vïnglu ångch ¶y, ®uîc gäi lµ vïng vÕtthu û®é ng häc.Trong v ïng nµyng êita ®Ætchongch ãng, b¸nh l¸i cña tµu mét chong chãng.

ngoµi vïng lípbi ªn vµ vÕtthu û®é ng häc lùcnh ítkh «ng ®¸ng kÓ cã thÓ ® îc bá qua vµ coi nã nh luång ch¶y cña chÊt láng kh«ng nhít.

§Æctr ng c¬ b¶n cña lípbi ªn lµ chiÒu dµy lípbi ªn , lµ kho¶ng c¸ch ®otheo ph ¬ngph ¸ptuy Õn víi bÒ mÆt cña vËtth Ó mµ t¹i ®ã thµnhph Çn däc cña vËn tèc ®¹t tíi 99,5% so víi trÞ sè vËn tèc cña luång ngoµi t¹i ®iÓm ®ã cña vËt thÓ. T¹i métti Õtdi Ön cña lípbi ªn vËn tèctr ªn mÆt vËt b»ngkh «ngdo ®iÒuki Ön dÝnh nhít.Trong l íp biªn vËn tèc t¨ng dÇn tõ mÆt vËt ra biªn ngoµi. NÕu b¸n kÝnhcong c ña vËtth Ó lµ lín vµ chiÒu dµy lípbi ªn t ¬ng ®èinh á th× ¸p suÊt t¹i tiÕt diÖn ®ã cña líp biªn lµ kh«ng ®æi vµ t ¬ng øng víi ¸p suÊt ë biªn ngoµi.

Cã sù ph©n biÖt gi÷a líp biªn ph¼ng vµ líp biªn kh«ng gian nh sau: Lípbi ªnph ¼ngxu Êthi Öntrongtr êng hîpch ¶ybao c ¸c vËtth Ó cã kÝchth íc lín vu«ng gãc víi ® êng sinh cña chóng (tÊm, c¸nh, trô) Lípbi ªnkh «nggianxu Êthi Öntrongtr êng hîpch ¶ybao c ¸c vËtth Ó trßnxoay v µ êng hîpch ¶ybao v Ëtth Ó trßnxoay l ípbi ªn ®èi xøng víitr ôc cña th©n tµu.Trongtr vËt thÓ.

§Ó m« t¶ lípbi ªnph ¼ng vµ®è i xøngtr ôcta d ïnghaito ¹®é x,y, h íng cñatr ôc x ¬ngph ¸ptuy Õn víi mÆt vËtth Ó,

däctheo b Ò mÆt cña vËtth Ó, h íng cñatr ôc ytheoph nghÜa lµ vx = f(y). Ch¶ybao v Ëtth ©n tµuxu Êthi Ön lípbi ªnbachi Òu(kh «nggian) c ã cÊutr óclu ång ch¶y kh¸c nhiÒu so víi líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc. Trong lípbi ªnph ¼ngho Æcbachi Òuxu Êthi Önlu ångch ¶y tÇngho Æc rèi.Lu ång ch¶y rèi ®Æc tr ng cho tµu thùc vµ m« h×nh cña nã.

ChiÒu dµy lípbi ªn , c¸c ®Æctr ng tÝchph ©n * vµ ** x¸c ®Þnh tõ sù ph©n bè vËn

 ,

tèc vx = f(y)









  * 1 v v    (2.1.1)     ,    ** 1 dy v v v v             

Trong ®ã: v - vËn tèc t¹i biªn ngoµi cña líp biªn * - chiÒu dµy nÐn, ®Æc tr ng trÞ sè lÖch cña ® êng dßng ë luång ngoµi. ** -Chi Òu dµy tænth Êtxung, t Ø lÖ thuËn víi tænth Êt ®éng l îng cña dßngch ¶y ®Ó th¾ng lùc nhít ë líp biªn vµ øng suÊt tiÕp xuÊt hiÖn trªn bÒ mÆt vËt thÓ.

; ;   (2.1.2) *Re* *Re Re  C¸c sè R©ynol t¹i mét tiÕt diÖn cña líp biªn cã thÓ viÕt:  **v   *v   v  C¸ctr Þ sè cñach óng sÏ ¶nh h ëng ®Õn sù chuyÓnti Õp tõ ch¶y tÇngsangch ¶y rèi ë líp biªn.

ChiÒu dµy lípbi ªn  t¨ng dÇn tõ®Ç u tíi ®u«i vËt. Dï vËn tèc ë biªnngo µi lµ kh«ng ®æith × sè Re däctheo v Ëtth Ó vÉn t¨ng lªn.Do v Ëy ë®Ç u vËtth Ó, ®Æcbi Ötkhi vËn tèc kh«ng lín sè Re sÏ nhá ®iÒu ®ã dÉn ®Õn sÏ duy tr× mét vïng ch¶y tÇng.

suÊt däctheo l ípbi ªn lµ®¸ ng kÓ th× ë vïng ®u«i vËtth Ó, n¬i mµ ( >0) c ã thÓ Khibao m Ætcongxu Êthi Ön sù gi¶m ¸psu Êt däctheo v Ëtth Ó nÕu ®é sôt däc cña ¸p  P  x  P  x

sau ®iÓm cã = 0 c¸cph Çn tö cñach Êt láng ë trong lípbi ªndo t ¨ng ¸psu Êt cã hiÖn t îng ®øt dßng.  P  x mµ chóng chuyÓn dÞch vÒ phÝa ®u«i víi gia tèc ©m.

sau ®iÓm = 0khi y = 0do ¸psu Êt ë phÝa ®u«i t¨ng lªn lµmxu Êthi Ön dßng  v x  y

Óuth Þ mÆtph ©n c¸chch Ìn Ðp lípbi ªnkh ái mÆt vËtth Ó

víi ®iÒuki Ön = 0 vµ theo c«ngth øcNiut ¬n o = 0 sÏ x¸c ®Þnh ® îc ®iÓm t¸ch cña

ch¶yng îc. § êng1(H2.1)bi  v x  y líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc.

H×nh 2.1. S¬ ®å t¸ch líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc.

Lípbi ªnbachi Òutrongtr

êng hîpch ¶ybaoth ©n tµu cã cÊutr ócph øc t¹p h¬n, cã xuÊthi Ön dßngch ¶yph ô vu«ng gãc víi ® êng dßng cñalu ångngo µibi ªnkh «ngnh ít. ¬ngngang c ña VËn tèc vz do ®é cong cña vá tµu vµ ¶nh h ëng cña sù tôt ¸ptheoph ® êng dßng.

H×nh 2.2. § êng dßng giíi h¹n vµ hÖ sè ma s¸t côc bé Cf t¹i ®u«i m« h×nh tµu. I- ® êng dßng; II- ® êng dßng døt

ngsu Êtti Õp o t¹i mÆt vá tµu h íng däctheo ® êng dßng vµ luångngo µith ©n tµu

t¹o víi biªn ngoµi cña líp biªn gãc o.

H×nh 2.3. S¬ ®å ph¸t sinh vËn tèc vz.

C¸c tÊmph ¼ng ® îcbao b »ng dßngch Êt lángtheo h íng däc, ®Æcbi Öt tÊmkh «ng cã l îng tôt ¸p däctheo b Ò mÆt, ®iÒu ®ã gi¶n ®¬n ® îcph Ðp tÝnh lípbi ªn vµ lùc c¶n nhít, mµ trong tr êng hîp nµy chØ gåm cã lùc c¶n ma s¸t, nghÜa lµ RV = RFo.

Khi tÝnh lùc c¶n nhít cña tµu ng êi ta dïng kh¸i niÖm tÊm ph¼ng t ¬ng ® ¬ng. Ta cã thÓ nhËn ® îc mét c¸chkh ¸®¬ ngi ¶n c«ngth øcchung ®Ó tÝnhto ¸n lùc c¶n ma s¸t cña tÊm nhê c¸c ®Æc tÝnh cña líp biªn ë mÐp sau cña tÊm ph¼ng ®ã.

 

(2.2.1) R dx

Trong ®ã: o - øng suÊt tiÕp trªn bÒ mÆt cña tÊm L - chiÒu dµi cña tÊm

(2.2.2)  v o   d  dx     VËy:

** K



 (2.2.3) R  v d dx.  v

§èi víi tÊm ph¼ng rÊt máng  0 dvS  , voy = 0 vµ vS = v lóc ®ã dx  d dx  o  v

HÖ sè lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng ® îc x¸c ®Þnh:

** K L

 2   (2.2.4) C R2 Fo 2  Lv

BiÓuth øc(2.2.3) v Én ®óngcho m äich Õ®é dßngch ¶ytrong l ípbi ªn vµ m« t¶ lùc c¶nma s ¸t cña métph Ýa tÊmth «ngquachi Òu dµy tænth Êtxung ** t¹i mÐpsau c ña tÊm. *Khi ch ¶y tÇng c¸c ®Æc tÝnh trong líp biªn ® îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c c«ng thøc sau:

 2,5 ; * = 0,332; ** = 0,128; o = 0,332  x v v3 x Khi sö dông(2.2.2)ta c ã thÓ nhËn ® îc c«ngth øc cñaBLASINS x ¸c ®Þnh hÖ sè lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng

(2.2.5) C Fo  328,1 Re Trong ®ã:

Re = vL  Tõ kÕtqu ¶ thÝ nghiÖmcho c ¸ctr Þ sè Re <2,5.10 5 th× (2.2.5) lµ c«ng thøc chinh x¸c ®Ó tÝnh hÖ sè lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng ch¶y tÇng.

* TÝnhto ¸n lùc c¶nma s ¸t cña tÊmph ¼ngtrong l ípbi ªnch ¶y rèitr ªnsu ètchi Òu dµi tÊmli ªnquan ®Õnvi Öcch än gÇn ®óngquylu Ëtph ©n bè vËn tèctrung b ×nhtheo th êi giantrong l ípbi ªn,ng êitanh Ën ® îc hÖ thøc ®¬ngi ¶nnh Êt,song c òngph æ biÕnnh Êt khi sö dông d¹ng luü thõa:

1H5,0 

   n; y  v v      

Trong ®ã: H(f) -ph ô thuéc vµoph ¬ngph ¸p xÊp xØ quylu Ëtph ©n bè vËn tèctrong l ípbi ªn

2**

th× H = theo sè Re, n gi¶m tõ 1  7 1 11  **  f -th «ng sè h×nh d¹ng cña lípbi ªn nã®Æ ctr ngcho s ù ¶nh h ëng cñagradien ¸p suÊt däc:

f =  dv  dx      



th× : NÕu lÊy n = 1 11

** 

  ,0 217 x ; ,0  C; 0705 ,0 00655 *Re*    xv     vµ kÕt hîp víi (2.2.4) ta cã:

CFo = 0,0307Re-1/7

(2.2.6) Tængqu ¸tnh Êt lµ dßngch ¶y rèitrong l ípbi ªn cã quylu Ëtph ©n bè vËn tèc d¹ng loga

 58,2

 lg

C«ng thøc tho¶ m·n kÕt qu¶ Cf = (2lgRex - 0,65)-2,3 ® îcvi Õt d íi d¹ng: ,0 455 (2.2.7) C  Fo Re

(2.2.7) ® îc gäi lµ c«ng thøc PRANTO - SLICHTING C¸c kÕtqu ¶ tÝnhto ¸n cñaCACMANth ùchi Ön vµ x©y dùngtheo m « h×nhtr êng

 CRe

,0  lg (2.2.8) vËn tèc t ¬ng tù ®· ® îcSENHE ® a ra c«ng thøc: Fo 242 C

2

 lg

 C (2.2.9) N¨m 1957 kho¸ häp vÒ c¸c bÓ thö VIII ng êi ta ®· x©y dùng ® îc c«ng thøc 075,0  2Re

Theokhuy Õnngh Þ cña Héingh Þ Quèc tÕ vÒ c¸c bÓ thö nªn ¸p dông c«ngth øc (2.2.9)

C¸c vËt thÓ ® îc ph©n thµnh hai d¹ng:

- VËt thÓ dÔ tho¸t n íc - VËt thÓ khã tho¸t n íc. Víi mét vËtth Ó x¸c ®Þnhth × tuú thuéc vµovi Öc ®Þnh h íng nã theoph ¬ng cña dßng ch¶y mµ cã thÓ trë thµnh d¹ng dÔ tho¸t n íc hoÆc khã tho¸t n íc.

nh÷ng vËtth Ó dÔ tho¸t n ícth × dßngbaoquanh s Ï tr«ich ¶y mét c¸ch ªm ®Òm khái mÐpsau c ñaph Çn ®u«i vµ t¹ora v Õtthu û®é ng häc.Trong v Õtthu û®é ng häc nµy tuy rèinh ngkh «ngch øa c¸cxo ¸y lín rêi r¹c. VËtth Ó lo¹i nµy lµ c¸c c¸nh, vËtth Ó trßnxoay. §Æc ®iÓmch Ýnh cña vËtth Ó dÔ tho¸t n íc lµ thµnhph Çn lùc c¶n h×nh d¸ng trong lùc c¶n nhít th êng kh«ng lín.

Ta xÐt lùc c¶n nhít cña vËt thÓ h×nh c¸nh cã diÖn tÝch S:  C 2 R V 2  Sv

vµ cña tÊm ph¼ng t ¬ng ® ¬ng víi nã:   C C 2 R Fo 2  Sv

Trong ®ã:

mÆt ít cña tÊm:  = 2S

K



KH5,05,2

, do ®ã: ** ** NÕu lµ tÊm th×: vK = v, 



KH5,05,2

(2.3.1)  2   ** ** v SK v C C      



§¹i l îng   k1   ** ** v SK v      

VËy

 k1C



   C 2 C (2.3.2) R V 2  v

Cßn ®èi víi c¸nh th×



 k1C2 Fo

  C 2 R V 2  Sv

Trong ®ã:

k = -1 ® îc gäi lµ hÖ sè h×nh d¸ng, nã xÐt ®Õn lùc c¶n h×nh d¸ng cña vËtth Ó ¶nh h ëng cña ®é cong bÒ mÆt ®èi víi lùc c¶nma s ¸t, v× thÕ k cã thÓ biÓu còngnh diÔn d íi d¹ng:

k = kVP + kF

(2.3.3) C«ngth øc(2.3.2)bi Óudi Ôn mèiquan h Ö afin vÒ lùc c¶nnh ít cña vËt dÔ tho¸t n íc vµ lùc c¶n ma s¸t cña tÊm nh¾n t ¬ng ® ¬ng. HÖ sè c¶n h×nh d¸ng vµ ma s¸t ® îc x¸c ®Þnh:

(2.3.4) CVP = CFokVP; CF = CFo(1 + kF)

HÖ sè h×nh d¸ng k hoµn toµn phô thuéc vµo h×nh d¹ng cña vËt thÓ

Trong dßngbao v Ëtth Ó khã tho¸t n íc x¶yrahi Ön t îng t¸ch lípbi ªn vµ h×nh thµnh vïng cã chøa c¸cxo ¸y lín rêi r¹c lµm biÕn d¹ng ®ét ngét dßng thÕ bªn ngoµi. VËt thÓ khã tho¸t n íc cã thÓ ph©n thµnh:

- VËt cã ®iÓm t¸ch biªn cè ®Þnh - VËt cã ®iÓm t¸ch biªn di ®éng.

§iÓm t¸chbi ªn cè®Þ nh x¶yra t ¹i c¸c mÐpnh änho Æc gãcnh än vµ kh«ngph ô thuéc vµotr Þ sè Re cña dßngch ¶y(ch ¼ng h¹n c¸c ®Üatr ßn, tÊmch ÷ nhËt n»mngang dßng n íc hoÆc gãc tÊm lín. HÖ sè c¶n lóc ®ã Cx = CV.

§iÓm t¸ch líp biªn di ®éng: Trong lùc c¶nnh ít cña vËtth Ó khã tho¸t n ícth × thµnhph Çn lùc c¶n h×nh d¸ng ®ãngvaitr ß chñ yÕu.Vi Öc tÝnhto ¸n lùc c¶nnh ít cña vËtth Ó khã tho¸t n íc b»ng lý thuyÕt lµ mét bµito ¸nph øc t¹p, vËyvi Öc ¸p dôngph ¬ngtr ×nhNavi ª-St ècch Ø cã thÓ êng hîpcho d ßngch ¶y tÇng vµ sè Re bÐ Re <10 3,song n ã vÉn thùchi Ön ® îctrongtr bÞ h¹nch Õ bëikh èi l îng bé nhí cña c¸c m¸y tÝnh ®iÖn tö (bëi v× bµito ¸n cã liªnquan ®Õnvi Öc thùc hiÖn c¸c s¬ ®å sai ph©n khi gi¶i ph ¬ng tr×nh). Nhê m¸y tÝnh ®iÖn tö ta t×m ® îc h×nh ¶nhxu Êthi Önkh «ng æn ®Þnh cña kÕt cÊu

dßng ch¶y o = tv/b trong ®ã b - chiÒu réng cña vËt thÓ.

Lùc c¶nnh ít cña tµu RV bao gåm lùc c¶nma s ¸t RF, lùc c¶n h×nh d¸ng RVP vµ lùc c¶n c¶m øng Ri.Tuynhi ªn Ri ® îcgh Ðp vµo RVP v× Ri xuÊthi Ön lµ do c¸cxo ¶y däc mòi tµu vµ ®u«i bëi hiÖn t îng t¸ch líp biªn.

Lùc c¶nma s ¸t RF phô thuéc vµo sù ph©n bè cña øngsu Êtti Õp o trªnth ©n tµu. Lùc c¶n nµych Þu ¶nh h ëng cña ®é cong däc vµ congngangth ©n tµu. TÊt c¶ c¸chi Ön t îng ®ã lµmbi Õn ®æi côc bé øngsu Êtti Õpso v íiquylu Ët t ¬ng øng cña tÊmph ¼ngkhi s è Re b»ng nhau. Lùc c¶n nµy ® îc m« t¶ ë h×nh vÏ (Xem H 2.4)

H×nh 2.4. Sù ph©n bè hÖ sè ma s¸t côc bé Cf däc ® êng n íc (® êng 1) vµ ë sèng ®¸y (® êng 2) cña m« h×nh lÇn ®Çu cã Re = 3.106, Fr = 0,209

Theo kÕtqu ¶ tÝnhto ¸n cñaSIRE v µ STINth × hÖ sè ma s¸t côc bé Cf cho tÊmph ¼ng I vµ th©n tµu ë tÊt c¶ c¸ctr Þ sè Fr vµ Re Ýt lÖchso v íi tÊmph ¼ng t ¬ng ® ¬ng. KÕtqu ¶ tÝnh lípbi ªnbachi Òuchoth ©n tµu còng vËy. §iÒu nµy t¹o c¬ së chovi Öc tÝnhto ¸n lùc c¶n ma s¸t cña tµu vµ m« h×nh tµu b»ng c¸ch dïng kh¸i niÖm tÊm ph¼ng t ¬ng ® ¬ng. HÖ sè lùc c¶n ma s¸t cña th©n tµu ® îc tÝnh theo c«ng thøc:

CF = CFo(1 + kF)

Trong ®ã: kF - hÖ sè kÓ®Õ n ¶nh h ëng cña ®é cong bÒ mÆt vá tµu b»ngkho ¶ng0,02  0,06 vµ kh«ng phô thuéc vµo sè Re.

Lùc c¶n h×nh d¸ng RVP sinhra b ëi ¶nh h ëng cña lípbi ªn ®èi víi quy luËt ph©n bè ¸psu Êttr ªnth ©n tµu, nã phô thuéc vµo c¸c d¹ng t¸ch lípbi ªn, mµ hiÖn t îng nµy l¹i ¶nh h ëng bëi h×nh d¸ng th©n tµu.

HiÖn nay ng êi ta ¸p dông réng r·i c«ng thøc Afin CVP = CFokVP. HÖ sè kVP phô thuéc vµo h×nh d¸ngth ©n tµu vµ kh«ngph ô thuéc vµo sè Rekhi chuyÓn kÕt qu¶ tõ m« h×nh sang tµu thùc.

TheoPRAVIN: khi <3 th× Ta dïng kh¸i niÖm hÖ sè h×nh d¸ng k = kF + kVP. VËy CV = CFo(1 + k ) B T

(2.5.1) k = 18,7   

 lg

vµ lóc ®ã:  C   B  L  §èi víi c¸c tµu bÐo theo VATANABA th× khi tÝnh CFo nªn sö dông c«ng thøc 075,0  2Re

2  2

 k 017,0 20  (2.5.2)

B T      

L B HiÖn t îng t¸ch lípbi ªn ®· lµm t¨ng ®¸ng kÓ lùc c¶nnh ít, sù xuÊthi Ön c¸cxo ¸y däcph Çn mòi ®i ®«i víivi Öc t¨ngth µnhph Çn lùc c¶n c¶m øng Ri cña lùc c¶nnh ít lªn kho¶ng Ri  (0,02  0,03)RV vµ cã thÓ kÕt hîp víi c¸cxo ¶y däc ë ®u«i tµu lµm lùc c¶n nhít cã thÓ t¨ng lªn tíi (0,03  0,08)RV.

Trªn bÒ mÆt vá tµulu «nlu «n cã chich Ýt c¸c ®iÓm gå ghÒ kh«ng b»ngph ¼ng vµ®« i khi cã ¶nh h ëng ®¸ng kÓ tíi lùc c¶n.

NÕuchi Òucao c ¸c ®iÓm gå ghÒ rÊtnh á so víichi Òu dµy lípbi ªn t¹i ®iÓm ®ã th× ng êita ® arakh ¸ini Öm vÒ®é nh¸m cña bÒ mÆt vµ ®é nh¸m chØ ¶nh h ëng tíi lùc c¶n nhít. §é nh¸m bÒ mÆt cã thÓ ph©n ra thµnh:

- §é nh¸m chung - §é nh¸m côc bé. §é nh¸mchung ® îcph ©n bè hÇunh

®ång ®Òutr ªnsu èt bÒ mÆt vá tµu, cßn ®é nh¸m côc bé lµ nh÷ngch ç nh« ra,th ôt vµo lÎ tÎ n»m ®¬n ®écho Æcth µnhnh ãmtr ªn bÒ mÆt vá tµu.

Trªn c¸c tµuth ùc, ®é nh¸mchung l µ®é nh¸m cña vá bao ® îcsinhra b ëi c¸c tÝnh chÊt cña vËtli Öu vµ®Æ c ®iÓm xö lý vËtli Öu, còngnh tÝnhch Êt vµ ph ¬ngph ¸p t¹ora c¸c lípph ñ b¶o vÖ, ®Æcbi Öt lµ s¬n.Ngo µira, c ßndo m øc ®é gîn sãng vµ låi lâmnh ¨n nheo cña t«n vá sinh ra trong qu¸ tr×nh ®ãng míi th©n tµu. Cßn ®é nh¸m côc bé sinhra b ëi c¸c mèi hµn, c¸c tÊm c¸c ®o¹n gå ghÒ,nh ÷ngch ç

lâm s©u, c¸c lç khoÐt cè ®Þnh. M« h×nh tµu còngnh c¸c tÊmph ¼ng dïng ®Ó thÝ nghiÖmtrong b Ó thö hoÆctrong kh«ng ¶nh h ëng èngkh Ý®é ngth × bÒ mÆt ® îc xö lý nh½n ®Õn møc ®é nh¸m hÇunh tíi lùc c¶n, nghÜa lµ m« h×nh ® îcxem nh bÒ nh½n thuû ®éng. §é nh¸mchung c ña bÒ mÆtkh «ngqu Ðt s¬nph ô thuéc vµo vËtli Öu vµ møc ®é xö lý vËt liÖu ®ã. §é nh¸m cña bÒ mÆt mµ trªn ®ã cã lípph ñ còngph ô thuéc vµo kÕt cÊu cña bÒ mÆt tr íc khi phñ, d¹ng líp phñ (s¬n) vµ ph ¬ng ph¸p phñ.

Trongqu ¸ tr×nhkhaith ¸c tµuho Æcth Ý nghiÖm m« h×nh ®é nh¸m cã thÓ thay ®æido lípph ñ bÞ ph¸ huû, bÞ ¨n mßn, rç bÒ mÆt,xu Êthi Ön ë®ã nh÷ng vÕtnh µy vµ hµ b¸m còng nh nh÷ng h háng c¬ häc kh¸c.

H×nh 2.5. BiÓu ®å pr«fin cña vá bao th©n tµu.

a. §µ s¬n kh« b. Lóc b¾t ®Çu khai th¸c c.Sau th êi gian dµi khai th¸c.

C¸cth «ng sè h×nh häc cña ®é nh¸mchung ® îcnghi ªn cøu b»ng c¸c m¸yghi pr«fin(m ¸yghibi ªn d¹ng).Ng êita ®opr «fintr ªn mét ®o¹n bÊt kú cã chiÒu dµi c¬ së lth «ngth êng b»ng50 mm.Ng êitach änchi Òucao ®Ønhnh ¸m k lµmth «ng sè chÝnh ®Æc tr ng vÒ h×nh häc cña ®é nh¸m chung.

2 dxy



Trong ngµnh ®ãng tµu ®èi víi ®é nh¸m kh«ng ®ång ®Òu (Xem H 2.5) Ng êi ta dïng kh¸i niÖm chiÒu cao b×nh ph ¬ng trung b×nh cña m« nh¸m ktb.



(2.6.1)          k l

TrÞ sè ktb thay ®æi trong giíi h¹n (40  230).10-3, mm

2  i



 1i



k (2.6.2)        k n

Trªn nh÷ng m« h×nh quÐt parafin ktb = (3  8).10-3, mm Trªn nh÷ng tµu vá gç quÐt s¬n ktb = (10  15).10-3, mm

chÕ®é ch¶y tÇngtrong l ípbi ªn ®é nh¸mchungkh «ng t¸c ®éng lªnquylu Ët ph©n bè vËn tèc vµ trÞ sè lùc c¶n. Däctheoth µnh bªntrong l ípbi ªn rèi vÉn tån t¹i mét líp nÒnnh ít vµ vïngchuy Ón

tiÕp, chiÒu dµy B t¨ng däc theo bÒ mÆt vËt thÓ.

nh h ëng cña ®é nh¸m ®èi víiquylu Ëtph ©n bè vËn tèctrong l ípbi ªnch ¶y rèi

 ® îc biÓu diÔn theo c¸c d¹ng sau: 1  (2.6.3) ln  c *yv  v x *v v x *v

= 0,5 lµ gia sè vËn tèc cña biÓu ®å trong vÕt rèi thuû ®éng. Trong ®ã: -h»ng sè rèi, = 0,4 c - h»ng sè, c =5,2 xv

v* = o 

x v *v

Trongbi Óuth øc(2.6.3)hi Öu sè B = gäi lµ hµm cña ®é nh¸mph ô thuéc  c

vµ kiÓu nh¸m. k *v  §èi víi líp biªn ch¶y rèi däc trªn bÒ mÆt cã ®é nh¸m chung th×:

1   (2.6.4) ln B *yv  v x *v

Theo kÕt qu¶ thÝ nghiÖm:

1 B = C -   (2.6.5) C exp C  C1ln 1  *vk   *vk   *vk              Trong ®ã:

C1, C2, C3 - C¸c h»ng sè phô thuéc vµo d¹ngnh ¸m ® îc x¸c ®Þnhtheo ®å thÞ (x) êng vËn tèc ë lµ hµmkh «ngth ø nguyªn xÐt ®Õn ¶nh h ëng cña l îng tôt ¸ptrongtr vïng ngoµi líp biªn.

(y/) - hµmkh «ngth ø nguyªnbi Óuth Þ chotr êng vËn tèc cña vÕtthu û®é ng häc, gÇn ®óng:

(2.6.6)  = 1- cos(y - )

hoÆc  = 6(y/)2 - 4(y/)3

(2.6.7) §é nh¨nnheo v µ låi lâm bÒ mÆt vá tµuph ¸tsinhtrong ®ãng míi cã d¹ng h×nhsin

víi chiÒu cao trung b×nh 2a = 1,5  5 mm vµ chiÒu dµi sãng  = 500  1000 mm. Lùc c¶n cña bÒ mÆtnh ¨nnheo l µ tæng hîp lùc cña c¸c øngsu Êtti Õp, lùc ¸psu Êt, hay nãi c¸ch kh¸c gåm lùc c¶n ma s¸t vµ h×nh d¸ng.

nh h ëng cña ®é tôt ¸p däc côc bé cã thÓ lµmgi ¶m(10  15)% lùc c¶nma s ¸t, nh ng lîi thÕ nµy l¹i v« hiÖu ho¸ bëi lùc c¶n h×nh d¸ng t¨ng.

Gäi CWW lµ hÖ sè lùc c¶n do nh¨n nheo vá bao vµ theo kÕt qu¶ thö m« h×nh th×:

CWW = 0,2(2a/)2

(2.6.8) Khi xÐt ®Õn ¶nh h ëng cña ®é nh¸mchungth × hÖ sè lùc c¶nnh ít cñath ©n tµu ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

CV = CF(1 + k)

Trong ®ã: CF - ® îc x¸c ®Þnh theo c¸c ®å thÞ (Xem H2.6)

H×nh 2.6. Sù phô thuéc hÖ sè c¶n ma s¸t cña tÊm vµo ®é nh¸m t ¬ng ®èi.

a. §é nh¸m h¹t ®Òu b. BÒ mÆt míi s¬n c. BÒ mÆt ® îc s¬n sau 12 th¸ng ng©m n íc I - tÊm nh½n

§é nh¸m côc bé ë d¹ng c¸c ®iÓmnh « lÎ tÎ, mµ chiÒucao c ñach óngvu îtqu ¸ líp nÒnnh íttrong d ßngch ¶y rèi.Khich än c«ngth øc ®Ó tÝnh lùc c¶nnh ít tõng ®iÓm gå ghÒ R ta ph¶i xÐt tíi tÝnh kh«ng ®ång nhÊt cña dßng theo. Theo ®Ò nghÞ cña FE §£ EP th×:

2 



 (2.7.1) R vC  1 2

2 dyv x





 (2.7.2) v Trong ®ã: C - HÖ sè c¶n cña ®iÓm gå ghÒ.  - DiÖn tÝch mÆt c¾t gi÷a cña ®iÓm gå ghÒ. v - ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: 1 k

H×nh 2.7. S¬ ®å ph©n bè vËn tèc dßng ch¶y bao ®iÓm gå ghÒ.

HÖ sè c¶n C lµ hµm cña R ek   vk 

§èi víi tÊm ®Æt ngang hÖ sè C ® îc tr×nh bµy theo h×nh vÏ(Xem H2.8)

H×nh 2.8. HÖ sè c¶n cña ®iÓm gå ghÒ.

* §èi víi c¸c mèi hµn: k = 1,5  5,0 mm, chiÒu réng b = 10  25 mm, hÖ sè c¶n cña chóng C = 1,3k/b. Sù thay ®æi øngsu Êtti Õptrong v ïng gå ghÒ vµ sau ®ã ® îc bµitr õ lÉnnhau v µ lùc c¶n bæ sung vÒ c¬ b¶n chØ lµ lùc c¶n h×nh d¸ng cña ®iÓm gå ghÒ. NÕuchi Òu dµi cña mèi hµn t¹o víi h íng vËn tèc cña dßng t¹ibi ªnngo µi cña líp

biªn gãc  th× vËn tèc bao ngang mèi hµn lµ vsin, lóc ®ã:



(2.7.3)   R sin  LkvC5,0 

2 

Trong ®ã: L - chiÒu dµi cña mèi hµn. Th«ng th êng ng êi ta dïng quan hÖ:

o vC

R  1 2



(2.7.4) Trong ®ã:  C C   k       1n2  

§èi víi tµu thuû cã thÓ lÊy n =1/11 HÖ sè Co n»m trong kho¶ng Co = (0,1  0,15)10-3 Trong ®ã®ã ng gãp cña c¸c mèi hµnngangchi Õm70  80 % cßn c¸c mèi hµn däc

30  20 %.

* §èi víi c¸c lç khoÐt vµ chç tròng Th©n tµulu «n cã lç khoÐt vµ chç tròng ®Ó lÊy n íc vµocho c ¸c hÖ thèngtr ªn tµu, c¸c cöa ¨n th«ng víi n íc ngoµi tµu. Khi n ícli ªn tôc vµoth ©n tµuqua c ¸c lç ph¶i tÝnh lùcthu û®é ng bæ xungdo t ¸c dông cña dßng n íc lªn chóng.

Lùc c¶n RH bæ xung do c¸c chç tròng ® îc tÝnh theo c«ng thøc:

(2.7.5) RH = CH v2F/2

Trong ®ã: F - diÖn tÝch chç tròng theo h×nh chiÕu n»m. v- v Ën tèc dßngch ¶y t¹ibi ªnngo µi cña lípbi ªn t¹ich ç tròng, gÇn ®óng lÊy b»ng vËn tèc tµu hoÆc m« h×nh tµu.

HÖ sè c¶n CH phô thuéc h×nh d¸ngch ç tròng vµ vÞ trÝ cña nã theochi Òu dµi tµu. NÕu cµng t¨ng h/l th× CH cµng dÇn dÇn æn ®Þnh

H×nh 2.9. S¬ ®å dßng bao chç tròng h×nh ch÷ nhËt.

 a. 15,0 h l

  b. 5,0 0,1

  c. 75,1 5,2 h l h l

Lùc c¶n chç tròng cã thÓ gi¶m xuèng b»ng hai c¸ch: - L într ßn c¸c mÐptrong v µ mÐpngo µi vµ choth µnhsaunghi ªng vÒ phÝa dßng ch¶y ®Ó chÊt lángtrong l ç dÔ l uth «ngtu Çnho µn vµ hít bít c¸c ®Ønh ¸psu Êt ë c¸c vïng cã gãc vµ mÐp.

- Dïng l íi óp lªn c¸c lç®Ó c¶ntr ë sù t¸c dông lÉnnhaugi ÷a c¸ckh èi n íc bªn trong vµ bªnngo µi lç, c¸c lç « van nªn ®Ættr ôc lín n»mngang h íng dßngch ¶y cã kh¶ n¨ng gi¶m 30  40 % lùc c¶n nhít. Lç khoÐt vµ chç tròng cßn cã kh¶ n¨ng sinh thªm lùc c¶n xung:

(2.7.6) RI = Qv = v1vF

Trong ®ã: v1 - vËn tèc dßng ch¶y cña chÊt láng qua chç tròng Q = v1F - l u l îng chÊt láng. HÖ sè c¶n xung:

(2.7.7) CI = 2RI/v2F = 2 v1/v

ViÖcng ©m tµutrong n íc sÏ lµmthay ®æi kÕt cÊu vµ®é nh¸m cña vá bao,do ®ã lùc c¶nnh ít sÏ t¨ng lªn.Vi Öc t¨ng lùc c¶n cã thÓ g©y nªn l îng tænth Êt ®¸ng kÓ cho vËn tèc.

Khing ©m d íi n ícph Çnch ×m cña tµu míi s¬n bÞ phñ nhanhch ãng mét mµng gåm c¸cvikhu Èn, bïn vµ c¸cth µnhph Çnkh ¸c.Khi t µuchuy Ón ®éng mµng ®ã bÞ dßng n íc cuèn ®i mét phÇn, phÇn cßn l¹i sÏ t¨ng thªm lùc c¶n.

§Æcbi Öt lµ n íc mÆnsinhra m ét líp rªu, hµ b¸m vµo vá tµu, c êng ®é b¸mph ô thuéc vµoth êigian t µu ®ç, vïngho ¹t ®éng, ®é mÆn cña n íc,th êiti Õt vµ thêigian trong n¨m. Trong n ícng ätkh ¶ n¨ng b¸mkh «ng lín,ch ñ yÕu lµ rong rªu vµ chØ tr«ngth Èy ë vïng ® êng n íc. Ph ¬ngph ¸pph ßngch èng cã hiÖuqu ¶ líp hµ b¸m lµ ¸p dông c¸clo ¹i s¬n ®Æc biÖt, cã chøa c¸c chÊt ®éc theo d¹ng hîp chÊt ®ång asen...

nh T«nbao b Þ ¨n mßn t¹o nªn møc gå ghÒ víichi Òucao ®Ønhnh ¸m 1  3 mm. h ëng nµy gÇn gièng víi ¶nh h ëng cña mÆt nh¸m r¶i h¹t.

Líp hµ b¸m vµ sù ¨n mßnph Çn mòi, n¬i mµ líp nÒnnh ít vµ vïngchuy Ónti Õp dµy h¬n cã ¶nh h ëng línnh Êt tíi lùc c¶n, v× vËytrong v ïng nµykhi t µu lªn ®µ ph¶i lµm s¹ch rØ vµ hµ b¸m. BiÕn l îng t ¬ng ®èi lín cñachi Òucao ®Ønhnh ¸mtrongth êigiansaukhi s ¬n cã thÓ ®¸nh gi¸ theo h×nh vÏ (Xem H2.10)

H×nh 2.10. L îng thay ®æi t ¬ng ®èi cña chiÒu cao ®Ønh nh¸m.

vµ sù thay ®æi lùc c¶n ma s¸t theo thêi gian (Xem H2.11)

H×nh 2.11. L îng t¨ng hÖ sè c¶n ma s¸t CF øng víi sè Re = 8.106 2.107 cña tÊm ®· s¬n phô thuéc vµo thêi gian ng©m n íc.

Hµ b¸m ®· lµm tæn thÊt tèc ®é tµu mét c¸ch ®¸ng kÓ (Xem H2.12)

H×nh 2.12. L îng tæn thÊt tèc ®é cña tµu dÇu do hµ b¸m.

1. Träng t¶i 33.000T 2. Träng t¶i 130.000T 3. Träng t¶i 75.000T

T¶itr äng cña tµu cµng línth × tænth Êt tèc ®é cµng lín h¬n. Tµuchuy ªntuy Õn ® îc quÐt s¬nch èng hµ, l îng bæ xung hÖ sè lùc c¶nnh ít CV sinhrado ¶nh h ëng cña líp hµ b¸m do LUIT ® a ra c«ng thøc sau:

CV = (0,076n + 0,006n2).10-3

Trong ®ã: n - sè th¸ng sau khi tµu lªn ®µ. Sau c¸c kú lªn ®µ lùc c¶n cña tµu míi ® îc s¬n tõ tõ t¨ng lªndothay ®æi kÕt cÊu mÆt nh¸m cña chóng.

TheoLAKENB ¥®è i víi c¸c tµu vËn t¶i cì línsauba l Çn lªn ®µ víikho ¶ngth êi gian 1  1,5 n¨m l îng t¨ng c«ngsu Êt cÇnthi Õt PD ®Ó gi÷ nguyªn tèc ®é ban ®Çu cña tµu cã thÓ®¹ t tíi 8  30%. VËyvi Öc dïng s¬n £p«xy vµ b¶o vÖ b»ng ®iÖn cùcngo µi t¹o kh¶ n¨ng b¶o toµn ® îc vá tµu.

ThÝ nghiÖmchoth Êyng ©m m« h×nhtrong n íc cña bÓ thö sauth êigian1,5  2

th¸ng th× l îng t¨ng hÖ sè lùc c¶n nhít CV lªn tíi (0,15  0,2).10-3.

Lùc c¶nnh ít ®ãngvaitr ß chÝnhtrong t æn lùc c¶n cña tµu, cßn ë nh÷ng vËtch ×m chØ cã lùc c¶nnh ít. VËyvi Öc t×m c¸cbi Önph ¸p gi¶m lùc c¶n nhít lµ hoµnto µn hÇunh ®iÒu quan träng. §èi víi c¸c vËtth Ó dÔ tho¸t n ícch óý®Õ nvi Öcgi ¶m lùc c¶nma s ¸t v× thµnhph Çn lùc c¶n h×nh d¸ng kh«ng lín.

Cßn ®èi víi c¸c vËt thÓ khã tho¸t n íc ph¶i gi¶m lùc c¶n h×nh d¸ng. §Ó gi¶m lùc c¶nnh ítph ¶igi ¶m ®é nh¸mchung v µ®é nh¸m côc bé, ®Æcbi Öt lµ®é nh¸mdovi Öcqu Ðt s¬n,ph ßngch èng rªu hµ b¸m vµ®é ¨ n mßn, ¸p dông c¸c d¹ng tµu tr¸nh hiÖn t îng t¸ch líp biªn.

§a sè c¸cph ¬ngph ¸p ®Ó gi¶m lùc c¶nnh ít lµ ® a vµovi Öc lµmthay ®æi c¸c ®Æc tÝnh dßng ch¶y trong líp biªn theo h íng quy ®Þnh, nghÜa lµ theo h íng nhê líp biªn. Méttrongnh ÷ngph ¬ngph ¸pgi ¶m lùc c¶ncho v Ët dµi lµ thay ®æi dßng rèi b»ng dßng ch¶y tÇng c¶ khi trÞ sè Re lín.

C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n nhít ® îc cô thÓ ho¸ nh sau: *Vi Öcch ¶y tÇngho ¸ lípbi ªn cã thÓ thùchi Ön ® îc b»ng c¸ch t¹oranh ÷ng h×nh

d¹ng ®Æcbi Ötcho v Ëtth Ó mµ ë®ã trªnph Çn línchi Òu dµi cã < 0 vµ ®iÓm cùcti Óu  P  x

cñabi Óu ®å ¸psu Êt dÞch vÒ phÝa ®u«i.Nh ÷ng vËtth Ó vµ pr«fin mµ h×nh d¸ng vµ®é nh½n bÒ mÆt cñach óng cã kh¶ n¨ngduytr × ® îc lípbi ªnch ¶y tÇngtr ªn mét m¶ng bÒ mÆt lín ® îc gäi lµ c¸c ®èi t îng ch¶y tÇng ho¸. T¸c ®éng cÇnthi Õtkhiph ©n bè ¸psu Êt cã thÓ®¹ t ® îc b»ng c¸ch dÞch mÆt c¾t lín nhÊt cña pr«fin hoÆc vËt trßn xoay vÒ t©m hoÆc vÒ ®u«i.

êng A cã cïngchi Òu dµy.Ch Õ®é

H×nh2.13tr ×nh bµy méttrong c ¸cpr «finB v µ c¸c hÖ sè c¶n cña nã so víipr «fin b×nhth ch¶y tÇngho ¸ chØ hiÖuqu ¶ tíi sè Re  (3  5).107,sau ®ã lípbi ªn sÏ chuyÓnsang r èi vµ u ®iÓm cñapr «finch ¶y tÇng ho¸ sÏ biÕn mÊt.

H×nh 2.13. ¶nh h ëng cña l îng tôt ¸p däc vµ hót chÊt láng. H×nh 2.14. ¶nh h ëng cña ch¶y tÇng ho¸ vµ hót.

*Ph ¬ngph ¸pch ¶y tÇngho ¸ nh©n t¹o lµ lîi dôngvi Öc hótch Êt láng tõ lípbi ªn qua bÒ mÆt cña vËtth Ó, ®iÒu nµychoph Ðpgi ¶m bítchi Òu dµy cña lípbi ªn,ngh Üa lµ gi¶mRe*, ®ångth êithay ®æi d¹ngbi Óu ®å ph©n bè vËn tèc(XemH2.14).Khi h ótli ªn tôc víi vËn tèc voy kh«ng ®æi däc theo chiÒu dµi.

H×nh 2.15. Sù ph©n bè vËn tèc trong líp biªn ch¶y tÇng cña tÊm.

§ êng 1 h×nh2.13tr ×nh bµy vïng tÇn sè kÝchth Ýchph ¸ ho¹i æn ®Þnh cñabi Óu ®å

khi hót trong ®ã Re1*  80.000.

Trªn h×nh 2.15 trÞ sè khi y = 0 cña biÓu ®å 1 lín h¬n biÓu ®å 2.  v  v

HÖ sè hót

(2.9.1) CQ = Q v

Trong ®ã: Q - l u l îng hót trong mét gi©y. Khi hótxu Êthi Ön lùc c¶nxung b æ xung cña dßng lµm ®éng l îng mÊt ®i mét l îng lµ:

(2.9.2) Rl = vQ

Khi hót ph¶i hót qua nhãm lç hoÆc khe n»m trªn mÆt vËt thÓ. Trªn h×nh2.14 h ót lípbi ªnqua l ç trªnprofin C o cßn ® êngcong C øng víipr «fin kh«ng hót. L u l îng Q cñach Êt láng ® îc hóttr ªn mét ®¬n vÞ chiÒu réngkhe h ót vµ chiÒu

s©u hót ko = 2**/1** lµ:

0,228)Ren**

(2.9.3) Q = 6(1 - ko

(2.9.4) Trong ®ã: 1** - tr íc khe 2** - sau khe Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c khe ®èi víi tÊm ph¼ng lµ: 2)/(0,44v)

li = Ren**(1 - koi §Ó tr¸nh ¶nh h ëng cña ®é nh¸m ph¶i sao cho ** > 1,5k. *Vi Öcch ¶y tÇngho ¸ lípbi ªn ®¹t ® îcngay c ¶ khithay ®æi c¸c tÝnhch Êt cñach Êt láng, vÝ dô®è t nãngho Æc lµm l¹nh bÒ mÆt vËtth Ó sÏ lµmthay ®æi ®é nhíttrong l íp biªn, dÉn ®Õnthay ®æi cÊutr óc cñatr êng vËn tèc còngnh Re* vµ®é æ n ®Þnh cña líp biªn. V× nhiÖt ®é t¨ng th× ®é nhít gi¶m ch¶y tÇng ho¸ thuËn lîi h¬n.

*Vi Öcnghi ªn cøuqu ¸ tr×nh b¬i cña c¸ ®enphinng êita ®· h íng vµovi Öc sö dôngnh ÷ng líp dÔ®µ n håiph ñ lªn bÒ mÆt vËtth Ó®Ó gi¶m lùc c¶nma s ¸t, kÐo dµi ®o¹n chuyÓn tiÕp tõ ch¶y tÇng sang ch¶y rèi trong líp biªn do t¨ng trÞ sè Re1* (Xem H2.16) * §Ó gi¶m bít lùc c¶nma s ¸t cã thÓ ¸p dông bÒ mÆt cã g©n víi c¸c b íc däc. VÝ dô d¹ng r·nh c a mÆt c¾tngang ®Æt däctheo d ßng, nªn c¸c r·nh c agi ¶m l îngchi Õm n íc toÐ ngang (Xem H2.17).

H×nh 2.17. ¶nh h ëng cña c¸c g©n däc tíi lùc c¶n ma s¸t cña tÊm..

H×nh 2.16. HÖ sè c¶n nhít. 1- VËt thÓ cã líp ®µn håi 2- TÊm cøng ma s¸t

* §Ó gi¶m lùc c¶nma s ¸tng êita t ¹ora m ét ®Öm máng cè®Þ nh ®Ó ng¨n c¸ch dßngch ¶y víibi ªn cøng. B»ng c¸ch cÊpkh «ngkh Ý liªn tôcqua b é t¹okh Ý chohang nµy.

* nh÷ng tµu bÐo lùc c¶n h×nh d¸ngsinhradohi

Ön t îng t¸ch lípbi ªn ë phÇn ®u«i tµu vµ thµnhph Çn lùc c¶n nµy ®ãngvaitr ß chÝnhtrong l ùc c¶nnh ít. §Ó gi¶m bít chiÒu dµiph Çn t¸chbi ªnng êita c ã thÓ dïng c¸nh cã dé dang bÐ vµ®Æ t nã vu«ng gãc víi vá bao phÝa tr íc vïng dù kiÕn cã t¸ch líp biªn. * Dïng líp phô da p«lime phñ lªn bÒ mÆt vá tµu.

Khibaoquanhph Çnnh « cña tµu b»nglu ångkh «ngkh Ý th× trªn bÒ mÆt cña nã sÏ xuÊthi Ön ¸p lùc vµ øngsu Êtti Õp. Tæng hîp c¸c lùc nµyta ® îc lùckh Ý®é ng AR , ®iÓm ®Æt t¹igiaogi ÷a ® êng n íc t¸c dông vµ mÆtph ¼ng ®èi xøng cña tµu(t ©m ¸psu Êt)ph ô thuéc h×nh d¸ng phÇn nh« cña tµu.

Theo h íng bÊt kú cña vËn tèckh «ngkh Ý vA so víi mÆtph ¼ng ®èi xøng cña tµu

® îc x¸c ®Þnh b»ng gãc 1 (Xem H2.18)

H×nh 2.18. S¬ ®å luång bao khi tµu chuyÓn ®éng trong ®iÒu kiÖn cã giã.

AR sÏ t¹o víi mÆtph ¼ng ®èi xøng gãc 1.Chi Õu

AR lªn h íng chuyÓn ®éngv c ña tµuta ® îc RAA, lùc nµy gäi lµ lùc c¶nkh «ngkh Ý®è i víichy Ón ®éng cña tµu.

Lùckh Ý®é ng

Khi tµuchuy Ón ®éngxu «igi ã 1 =180 o. VËn tèclu ångkh «ngkh Ý vA bao lÊyph Çn kh« cña tµu phô thuéc vµo vËn tèc tµu v vµ vËn tèc tuyÖt ®èi cña giã vB.

-Khikh «ng cã giã th× vËn tèc t ¬ng ®èi cñakh «ngkh Ý vA = -v,tr Þ sè cña nã cã vËy lùc c¶nkh «ngkh Ý t¹o nªn bëi

thÓ kh«ng ®æitheochi Òucao t Ýnh tõ mÆtbi Ón,nh chuyÓn ®éng cña b¶n th©n tµu. Cßn trÞ sè RAA = RA. -Khi c ã giã vËn tèc t ¬ng ®èi cñakh «ngkh Ý vA b»ng tæng h×nh häc cñav v µ vB t¹o

víi nhau gãc 2.Tr Þ sè cña nã ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 2 (2.10.1)    v v v vv2 cos

 gãc 1 ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

(2.10.2) sin(1 + ) = vBsin2/vA

Cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc vA b»ng m¸y ®o giã. CÊpgi ã ® îcph ©nth µnh12 c Êpgi ã Bopho dùatheo k Õtqu ¶ cña côckh Ý t îng thuû v¨nLi ªn X«.

CÊp giã 7 8 9 10 11 12 VËn tèc giã (m/s) 12,5 - 15,2 15,3 - 18,2 18,3 - 21,5 21,6 - 25,1 25,2 - 29,0 trªn 29,0 CÊp giã 0 1 2 3 4 5 6 CÊp giã Bopho (T¹i ®é cao h = 6,0 m so víi mÆt n íc biÓn) VËn tèc giã (m/s) 0 - 0,5 0,6 - 1,7 1,8 - 3,3 3,4 - 5,2 5,3 - 7,4 7,5 - 9,8 9,9 - 12,4

Quylu Ëtbi Õnthi ªn vËn tècgi ã theochi Òucao l µ quylu Ët l«ga. TÝnhchuy Ón vB ghi trong b¶ng sang chiÒu cao kh¸c 6m theo c«ng thøc sau:

vBh = vB6ln(500h)/ln3000

(2.10.3) Tr êng hîp 1  0(ho Æc 1  180o)th × ngoµi RAA vµ lùckh Ý®é ngngang R AN cßn cã m«men Mz ®èi víi trôc ®øng n»m ë s ên gi÷a. Lùc c¶n kh«ng khÝ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

2FT/2

(2.10.4) RAA = CAAAvA

M«men:

2FTL/2

(2.10.3) Mz = mzAvA

Trong ®ã: A - khèi l îng riªng cña kh«ng khÝ FT - diÖn tÝch h×nh chiÕu phÇn kh« cña tµu lªn mÆt ph¼ng s ên gi÷a. CAA, CAN, mz - hÖ sè lùc c¶nkh «ngkh Ý, hÖ sè lùc c¶nkh Ý®é ngngang v µ hÖ sè m«men (Xem H2.19)

H×nh 2.19. HÖ sè CAA, CAN vµ mz phô thuéc

1.

VÒ c¬ b¶n lùc c¶nkh «ngkh Ý chñ yÕu lµ lùc c¶n h×nh d¸ngkhi 1  0ho Æc 1  180o c¸cth îng tÇngchekhu Êt lÉnnhau.Khi 1  20o  40o t¸c dôngchekhu Êt lÉn nhaubi Õn mÊt nªn lùc c¶nkh «ngkh Ý sÏ t¨ng lªn.Khikh «ng cã giã th× RAA th êng kh«ng lín.

§èi víi tµu vËn t¶itu ú thuéc vµo h×nh d¸ngph Çnkh « vµ vËn tèc RAA =1,5  3%. Khi cã giã vµ ng îcgi ã cÊp 4  5tr ªn c¸c tµu vËn t¶i cã thÓ chiÕm tíi10  15 % lùc c¶n toµn bé. ë nh÷ng tµu cao tèc RAA cã trÞ sè ®¸ng kÓ ngay c¶ khi kh«ng cã giã. HÖ sè CAA khi 1 = 0 cho c¸c kiÓu tµu mµ khi tÝnh to¸n s¬ bé ph¶i dïng ®Õn

KiÓu tµu

CAA 0,5 - 1,0 0,4 - 0,6

Tµu dÇu, container, tµu hµnh kh¸ch C¸c tµu cao tèc Tµu hµnh kh¸ch ch¹y s«ng - Víi th îng tÇng th«ng th êng - Víi th îng tÇng tho¸t khÝ 0,8 - 0,9 0,4 - 0,5 Do t¸c dông ®ångth êi cña lùcthu û®é ng vµ khÝ®é ng lªnth ©n tµu vµ b¸nh l¸i nªn

tµu ch¹y lÖch h íng mét gãc  víi gãc bÎ l¸i lµ P.

Ch ¬ng 3 Lùc c¶n sãng

Khi tµuchuy Ón ®éngtr ªn mÆttho ¸ng cñach Êt lángtr äng lùc sÏ sinhra s ãng(s ãng b¶n th©n), sãng ®ã sinh ra lùc c¶n sãng. Sãngsinhrakhi t

µuchuy Ón ®éng lµ do t¸c dông cñatr äng lùc vµ søc c¨ng bÒ mÆt cñach Êt láng.Tr äng lùc ®ãngvaitr ß chÝnhtrongvi Öc h×nhth µnh sãng vµ t¹o nªn lùc c¶n sãng.

H×nh 3.1. Sù t¹o thµnh sãng b¶n th©n.

MÆttho ¸ngkh «ngng ¨n c¶n ® îc h¹t lángdichuy Óntheo h íngth ¼ng ®øng, nªn theoph ¬ngtr ×nhBecnulikhi t µuchuy Ón ®éngtrong n íc ë vïng mòi vµ ®u«i ¸p lùc t¨ng lªn lµm mÆt n íc d©ng lªn, cßn ë phÇngi ÷a tµu ¸p lùcgi ¶mxu èng lµm mÆt n íc tôtxu èng(XemH3.1) øng víi ® êng1. D íi t¸c dông cñatr äng lùc vµ søc c¨ng bÒ mÆt c¸c h¹t láng n»mxungquanh t µu mÊtth Õ c©n b»ng b¾t ®Çuth ùchi Ön c¸cdao ®éng.Do t ¸c dông cña lùcqu ¸n tÝnh c¸cpha c ñach óng bÞ tôt l¹iso v íi c¸c kÝchth Ých c¬ b¶n, c¸cdao ®éng ®ã t ¬ng øng lµ ® êng2 v µ ® êng 3 cã nguån lïi, lµm mÆt tho¸ngbi Õn d¹ng lÆp ®i lÆp l¹i.Do k Õt hîp c¸clo ¹ibi Õn d¹ng mÆttho ¸ng, mµ ë phÇn mòi n íc d©ng lªn gäi lµ ®Ønh sãng vµ phÇn gi÷a tµu n íc tôt xuèng gäi lµ ®¸y sãng.

Sãng lan truyÒn vÒ phÝa sau ®u«i tµu vµ cã d¹ng h×nh d¶i qu¹t. Trªn h×nh 3.2 m« t¶ d¹ng sãng ë m¹n vµ sau ®u«i tµu

H×nh 3.2. Sãng ë m¹n vµ sau ®u«i tµu.

VËykhi v Ën tèckh ¸cnhauth × kÕt cÊu cña ® êng dßng,tr êng vËn tèc vµ ¸psu Êt sÏ kh¸c nhau. KÕt luËn nµy ® îc kh¼ng ®Þnh qua h×nh vÏ d íi ®©y:

H×nh 3.3. Pr«fin sãng vµ sù ph©n bè ¸p suÊt däc th©n tµu.

§ êng I - ¸p lùckhith ö m« h×nhtrong èngkh Ý®é ngkh «ngch Þu ¶nh h ëng cña sãng b¶n th©n.

Sù thay ®æitr êng ¸psu Êtdo s ãng b¶nth ©n dÉn ®Õnvi Öcxu Êthi Ön lùc c¶n sãng lùc n©ng, m« men däc lµmchi Òuch ×m vµ gãcch ói cña tµuthay ®æikhi t µu còngnh chuyÓn ®éng.

Sãng b¶nth ©nbao g åmhai h Ö sãngch Ðo vµ ngang. §èi víi tµu bÐo sãng mòibi Õn mÊt.Tr ªnnh ÷ng tµu cã ®o¹nth ©n èng dµinh ×nth Êy râ nhãm sãngch Ðo vµ ngang ë phÝa mòi vµ ®u«i tµu. C¸c ®Ønh sãng nµykh «ng n»mngo µigi íi h¹n cña h×nhqu ¹t, ® íngsinh c ña h×nhqu ¹t t¹o víi mÆtph ¼ng ®èi xøng gãc B, ë trong n íc s©u gãc nµy kh«ngph ô thuéc tèc ®é, h×nh d¸ng tµu vµ b»ngkho ¶ng28  20o.Trongqu ¹t nµy sù kÝch ®éng cña mÆttho ¸ngkh «ng ®¸ng kÓ vµ cµngxabi ªn cña nã cµng dËp t¾tnhanh. C¸c ®Ønh cña c¸c sãngch Ðo h¬i bÞ uèncongnh ngtr Þ sè cña gãcgi ÷a ®o¹n ®Ønh sãng n»m gÇn biªn ngoµi cïng cña h×nh qu¹t vµ mÆt ph¼ng ®èi xøng lµ 2B.

C¸c sãngngang ®Òu n»m bªntrongqu ¹t, c¸c ®Ønh cñach óng cã d¹ng h×nhcung nghiªng víi mÆtph ¼ng ®èi xøng gãc90 o.To µn bé h×nh ¶nh cña sãngngangsau ®u«i tµu ® îc t¹oth µnh bëi sù giaothoa v µ t¸c dông t ¬ng hç cña c¸c sãngngangnh ãm mòi vµ nhãm ®u«i. ChiÒu dµi c¸c sãng ngang t¨ng dÇn vÒ phÝa ®u«i.

NÕugi ¶ thiÕt r»ngngu ån dù tr÷ n¨ng l îng cñach óng lµ thay ®æi vµ n¨ng l îng sãng tØ lÖ víi b×nhph ¬ng cñabi ªn ®é th× cã thÓ kÕtlu Ën r»ng:Chi Òucao c ¸c sãng ®ã gi¶m tØ lÖ nghÞch víi c¨n bËchai c ñakho ¶ng c¸ch tÝnh tõ mòi(XemH3.2).Khi t µu chuyÓn ®éngth × hÖ thèng sãng vÉn cè®Þ nh ®èi víing êiquan s ¸t ®øngtr ªn tµu,ngh Üa lµ nã di chuyÓn cïng víi vËn tèc v. Tõ lý thuyÕt sãngtath Èy vËn tèctruy Òn sãngC v íibi ªn ®é rÊt bÐ trªn n íc s©u cã

liªn quan víi chiÒu dµi sãng  theo hÖ thøc:

 = 2C2/g

(3.1.1) Ýnh ® îc sè l îng sãngch ång xÕp lªnnhau d äctheo ® êng n íc Khi lÊyC=vta t cña tµu:

(3.1.2) L/ = gL/(2v2) = 1/(2Fr2)

KÕt qu¶ ®óng víi sãng b¶n th©n cña m« h×nh tµu cã Fr < 0,5. D¹ng cña gå sãng phÝa sau ®u«i tµu lµ kÕt qu¶ giao thoa nhãm sãng mòi vµ ®u«i.

Qu¸ tr×nh t ¬ng t¸cgi ÷ahainh ãm sãng cã thÓ xÐt ® îc nÕuthayth Õ mét c¸ch cã hÖ thèng t¸c dông cña ®iÓm mòi vµ ®iÓm ®u«i tµu b»ng ®iÓm ¸psu Êt d ¬ng(+) v µ ©m (-) di chuyÓn, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÓm nµy cã thÓ lÊy b»ng boL, trong ®ã bo < 1.

H×nh 3.4. S¬ ®å sãng b¶n th©n khi chÞu ¸p suÊt di ®éng.

Sãng b¶nth ©nsinhra b ëi c¸c ®iÓm ¸psu Êtdi ®éng víi vËn tècvtr ªn mÆt n íc, nã n»m gäntrongqu ¹t, cã®Ø nh lµ t©m ¸psu Êt vµ c¸c ® êngsinh t ¹o víinhau g ãc 2B = 38o56'. C¸c s ên sãngngang ®Çuti ªn n»m c¸chsau t ©m ¸psu Êt(+) v µ (-) métkho ¶ng xt = 5/6 vµ x = 9/8. Ta xÐtqu ¸ tr×nh kÕt hîp c¸cdao ®éngsinh b ëi c¸c ¸psu Êt(+) v µ (-). Tængbi ªn ®é cña c¸c sãng ngang lµ:

2 H

2 K

(3.1.3)     a a a aa2 cos

Trong ®ã: aH -bi ªn ®é hÖ sãngngang ë mòi cã xÐt ®Õn l înggi ¶m nã khichuy Ón vÒ phÝa ®u«i.

aK - biªn ®é cña hÖ sãng ngang ë ®u«i. o - gãc lÖch pha cña c¸c sãng thuéc hai hÖ. Gãc o cã thÓ tÝnh dùa vµo h×nh 3.4

o = 2(boL + 0,5)/ V× cos[2( boL+0,5 )/] =-cos(2 boL/) nªn dùa vµo c«ngth øc(3.1.2)ta c ã thÓ viÕt:

2

 /b o

2 K

2 H

   aa2 Fr a a a

(3.1.3) cos - NÕupha c ña c¸c sãngngang h Ö mòi vµ ®u«itr ïngnhau v µ cos(bo/Fr2) =-1,ngh Üa

êng hîp lµ Fr2 = bo/n,trong ®ã n =1,3,5,...th × sau ®u«i tµuxu Êthi Ön c¸c sãngnganggiaothoa víibi ªn ®é a= a H + aK. C¸c sè Fr vµ vËn tèc t ¬ng øng víich óngtrongtr nµy lµ bÊt lîi.

- Cßnkhicos(b o/Fr2)=1 s Ï x¶yrahi Ön t îng ®¸y vµ®Ø nh cñahainh ãm sãng kÕt ®u«i tµu sÏ bÞ san hîp víinhau, l óc ®ã a= a H - aK vµ®Ø nh sãngnganggiaothoasau b»ng ®¸ng kÓ, c¸c sè Fr t¹o nªn hiÖn t îng nµy gäi lµ c¸c sè Fr cã lîi.

HÖ sè bo phô thuéc vËn tèc vµ h×nh d¸ng th©n tµu: bo =  + Fr2/2 khi Fr <  2/ NÕu Fr  0,5 qu¸ tr×nh giao thoa nãi trªn mÊt hÕt ý nghÜa.





  Lùc c¶n sãng cña tµu thùc hoÆc m« h×nh ® îc x¸c ®Þnh b»ng biÒu thøc sau: cos( d)x,n P R W

C«ngth øc nµychoph Ðp tÝnh lùc c¶n sãng cñach Êt lángkh «ngnh ít cßn nÕuch Êt láng nhít th× tÝch ph©n bªn vÕ ph¶i lµ tæng cña lùc c¶n sãng vµ h×nh d¸ng.



 k1CC (3.2.1) Fo §Ó x¸c ®Þnh lùc c¶n sãngtheo v Õtthu û®é ng häcta c ã thÓ sö dông c«ngth øc

Khi thö m« h×nh tµu ta nhËn ® îc:  C

(1.5.5) Lùc c¶n sãng còng cã thÓ x¸c ®Þnh ® îcngaykhi ®· x¸c lËp ® îc mèi quan hÖ cña nã víi n¨ng l îng sãng. N¨ng l îng ®ã tØ lÖ thuËn víi b×nh ph ¬ng biªn ®é cña sãng. Trong vïng cña c¸c sè Fr bÊt lîing êitaquan s ¸t ® îchi Ön t îng t¨ng t ¬ng ®èi cña biªn ®é c¸c sãng ngang.

HÖ sè lùc c¶n sãng cã mét d·y cùc ®¹i vµ cùcti Óu.Ngo µirakhiFr  0 vµ Fr  

th× RW  0. Trªn h×nh3.5 m « t¶ CW =f(Fr) c ña c¸c Sªri m« h×nh tµu vËn t¶i cã hÖ sè bÐoth Ó tÝch  kh¸c nhau, ta nhËn thÊy c¸c cùc ®¹i vµ cùc tiÓu theo d¹ng gå vµ tròng.

H×nh 3.5. HÖ sè lùc c¶n sãng theo c«ng thøc (3.2.1).

a. cho c¸c m« h×nh Sªri"60" b. cho tµu cao tèc

Trªnnh ÷ng tµu cã h×nh d¸ng b×nhth êngth × c¸c gå trªn ® êngcong(c ¸c cùc ®¹i) øng víi Fr b»ng 0,22; 0,25; 0,30 vµ 0,50.

C¸c tµu vËn t¶i kh«ng ®¹t tíi trÞ sè Fr  0,5. Trªnnh ÷ng tµu bÐo mòi tµuth × trong vïngFr =0,16  0,18 lùc c¶n sãng gÇn b»ng kh«ng nªn lùc c¶n ph¸ sãng mòi sÏ ®ãng vai trß ®¸ng kÓ.

Lùc c¶n sãngph ô thuéc vµo sè Fr, nªn ë nh÷ng sè Frkh ¸cnhauth × CW, CWB cña vËy h×nh ¶nh cña c¸c

 HWB

 MWB  Fr

 C W Khi

   C C (3.2.2) m« h×nh vµ tµuth ùc ®ång d¹ng h×nh häc vµ sÏ b»ngnhau.Nh sãng ph¸t sinh ®ång d¹ng h×nh häc. Do ®ã:  C Fr H   

Lóc ®ã:

  v v v k (3.2.3) L L

NÕu sö dông c«ngth øc Rx =(C V + CW)v2/2 vµ kÕt hîp víi(3.2.2) ®Ó tÝnh lùc c¶n sãngth × tØ sè cña lùc c¶n sãng cña c¸c vËt ®ång d¹ng h×nh häckhi c ¸c sè Fr b»ng nhau cã thÓ viÕt:

2  v MM 2  v HHWH

  (3.2.4) k     R R

C C V× k3 = VM/VH;D = gV nªn:

(3.2.5) RWM/DM = RWH/DH

NghÜa lµ lùc c¶n sãng ®¬n vÞ cña m« h×nh vµ tµu thùc b»ng nhau khi FrM = FrH.

Lùc c¶n sãng cña tµuch ñ yÕuph ô thuéc vµo sè Fr vµ h×nh d¸ngth ©n tµu, RW  0 khiFr b Ð hoÆc lín.Vi Öcgi ¶m sè Frkh «ngph ¶i lµ gi¶m lùc c¶n sãngtheo h íng tÝch cùc,tuynhi ªnnhi Òutr êng hîpkhigi ¶m sè Fr cã thÓ®¹ t u thÕ vÒ lùc c¶n sãng vµ ® a chuyÓn ®éng vµo vïng tèc ®é cã lîi (H3.5). -Vi Öcthay ®æi sè Frtheo h íng cã lîikhigi ÷ nguyªn tèc ®é chuyÓn ®éng b»ng c¸ch thay ®æi chiÒu dµi tµu.

-Vi Öcgi ¶m ®étng étho Æctri Ötti ªuho µnto µn lùc c¶n sãngkhi ® achuy Ón ®éng vµo sè Fr >1,0, c ¸cch Õ®é nµy lµ chÕ®é næi tÜnh b»ngch Õ®é l ít(n æi ®éng),hay n ãi c¸ch kh¸c lµ vïng tµu c¸nh ngÇm hoÆc tµu ®Öm khÝ.

- Dïng tµu ngÇm: Víi sè Fr ®· cho ®Ó gi¶m lùc c¶n sãng b»ng c¸chch än hîp lý c¸c kÝchth íc vµ hÖ

sè bÐo th©n tµu. T¨ngL/B v µ  = 3 V .

§Ó gi¶m lùc c¶n sãng ta dïng thiÕt bÞ giao thoa nh mòi qu¶ lª, c¸nh,... NÕuch än kÝchth íc vµ vÞ trÝ hîp lý cña mòiqu ¶ lª th× hÖ sãngdo b ¶nth ©n mòi qu¶ lª sinh ra sÏ giao thoa cã lîi víi th©n chÝnh cña tµu lµm gi¶m lùc c¶n sãng.

H×nh 3.6. S¬ ®å cña c¸c thiÕt bÞ giao thoa.

a. mòi qu¶ lª b. c¸nh mòi c. gãt m¹n

H×nh 3.7 giíi thiÖu lùc c¶n d ®¬n vÞ cña tµu cã hoÆc kh«ng cã thiÕt bÞ giao thoa.

H×nh 3.7. Lùc c¶n d ®¬n vÞ cña tµu.

1. kh«ng cã mòi qu¶ lª 2. cã mòi qu¶ lª 3. cã c¸nh mòi

Ch ¬ng 4 Lùc c¶nkhi t µuchuy Ón ®éngtrong n íc c¹n vµ kªnh ®µo

Sù thay ®æi lùc c¶n cña tµu néi ®Þakhich ¹ytrong n íc c¹n sÏ®¸ nhgi ¸ ® îc ¶nh h ëng cña chiÒu s©u luång l¹ch tíi lùc c¶n.

nh h ëngdo s ù h¹nch Õ cñachi Òu s©ulu ång l¹ch ® îc ®Æctr ng b»ng tØ sè H/T hoÆcH/L(trong ®ã H lµ chiÒu s©ulu ång l¹ch). C¸cchu Èn ®ång d¹ng cã liªnquan ®Õn chiÒu s©u h¹nch Õ lµ sè FrH =v/ gH lµ th«ng sè mµ khi tµuchuy Ón ®éngtrong n íc c¹n phô thuéc vµo nã.

ChiÒu s©ulu ång l¹ch cã ¶nh h ëng tíi lùc c¶nnh ít vµ lùc c¶n sãng h×nhth µnh líp biªn däc ®¸y s«ng lµm t¨ng lùc c¶nma s ¸t, ®ångth êi lùc c¶n h×nh d¸ng còng t¨ng thªm.

§Æcbi ÖtkhiH/T=2,0  1,5 lùc c¶nnh ít t¨ng lªn râ rÖt, kÕtqu ¶ nµy rótra t õ viÖc thö m« h×nh tµu cì lín trong bÓ thö (Xem H4.1)

H×nh 4.1. Lùc c¶n nhít phô thuéc vµo chiÒu s©u luång l¹ch.

Dochi Òu s©u h¹nch Õ nªn lùc c¶n sãng còngthay ®æi ®¸ng kÓ. Víi vËn tèctruy Òn nhau,th × chiÒu dµi cña c¸c sãngti Õntr ªn n íc c¹n lín h¬n trªn n íc s©u, sãngti Õnnh nªn lùc c¶n sãng n íc c¹n lín h¬n n íc s©u.

; øng víi FrH = 1

Khi tØ sè H/ bÐ th× vËn tèc truyÒn sãng tíi h¹n ® îc kÝ hiÖu lµ vth. v th  NÕu gäi lµ vËn tèc tr íc tíi h¹n gH

NÕu gäi lµ vËn tèc sau tíi h¹n. gH gH v th  v th 

*Khi gH  FrH <1,0th × chiÒu dµi sãng  chç n íc n«ng lín h¬nch ç v th  n íc s©u, lµm qu¹t sãng më réng (Xem H4.2.a)

Bªntr ¸i mÆtph ¼ng ®èi xøng lµ s¬®å sãng b¶nth ©n ë chç n íc s©u H = , cßn bªn

ph¶i lµ ë chç n íc c¹nkhi c ïng vËn tècv, l µm t¨ngdi Ön tÝch mÆttho ¸ng mµ sãngbao phñ, dÉn tíi lµm t¨ng vËn tèc c¶m øng t¨ng chiÒu cao sãng nªn lùc c¶n sãng t¨ng thªm.

H×nh 4.2. S¬ ®å sãng b¶n th©n khi tµu chuyÓn ®éng trong vïng n íc c¹n.

gH  FrH  1. v th 

*Khi Gãcgi ÷a s ên sãngngangch Ðothu écnh ãm mòi vµ nhãm ®u«i t¹o víi mÆtph ¼ng ®èi xøng cña tµu mét gãc gÇn90 o vµ c¶ hai hÖ sãng vÒ c¬ b¶n dånth µnhhai s ãng ngang (Xem H4.2.b).

gH KhiH/T b Ð sãng mòi cã biªn ®é®¸ ng kÓ lµm t¨ng ®étng ét lùc c¶n sãng, c¸c sãng ngang nµy ® îc xÕp vµolo ¹i ®¬n, c¸c sãng ®¬nch Ø sinhra m ét lÇnkh «ngph ¶iti ªu tèn n¨ng l îng ®Ó duytr × nã vµ sãng nµy cã thÓ lantruy Òn vÒ phÝatr íc tµu.Khi H L/2 nhÊt lµ trong khu vùc 0,4 < Fr < 0,6.  FrH > 1,0 v th 

*Khi VËn tèc tµucao h ¬n vËn tèc tíi h¹n, lóc nµy c¸c sãngngangbi Õn mÊt, mµ chØ cßn l¹i c¸c sãngch Ðo. VËn tèctruy Òn sãngch Ðovu «ng gãc víi s ên cña nã (s ên cña sãng chÐo t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng gãc B). (Xem H4.2.c)

(4.1.1) vcos(90o - B)  gH

nghÜa lµ sinB  1/FrH

(4.1.2) Khichuy Ón ®éngsaugi íi h¹nqu ¹t sãngch Ø chøa c¸c sãngch Ðo vµ chiÒu réng qu¹tgi ¶m dÇnkhi v Ën tèc t¨ng lªn víiFr H >3 nã rÊt hÑpso v íi d¶i n íc s©u.Vi Öcbi ªn mÊt c¸c sãngngang v µ vïng sãngbaoph ñ thu hÑp vµo s¸tth µnh tµu dÉn ®Õnvi Öcgi ¶m lùc c¶n sãng, lùc c¶n ®ã nhá h¬n so víi chç n íc s©u.

nh h ëng cña chiÒu s©u h¹n chÕ ®Õn lùc c¶n (Xem H4.3)

H×nh 4.3. Lùc c¶n d phô thuéc chiÒu s©u luång l¹ch.

NÕuH/T=31 h Ö sè lùc c¶n d cña tµu CR trong vïng n íc c¹n t ¬ng tù nh vïng n íc s©u v« h¹n. Songsong v íi lùc c¶n, t

thÕ cña tµukhichuy Ón ®éngtrong n íc c¹n còng bÞ thay ®æi ®¸ng kÓ.Tr ªn h×nh4.4 m « t¶ c¸c ® êngcong n ãi lªn sù thay ®æi gãcch ói o vµ chiÒu ch×m t ¬ng ®èi Ttb/T

H×nh 4.4. Sù thay ®æi gãc chói vµ chiÒu ch×m t ¬ng ®èi cho tµu s«ng cao tèc ch¹y trong n íc c¹n.

Sù thay ®æi ®ã sÏ®¸ ng kÓ khi tµuch ¹y gÇn vïng vËn tèc giíi h¹n, nghÜa lµ khi h×nh

thµnh sãng ®¬n cã Fr  1. HiÖn t îng nµynguyhi Ómdo t µuva v µo ®¸y s«ngqua c ¸c b·i båi.Sau v Ën tèc tíi h¹n th× gãc chói gi¶m dÇn.

Kªnh ®µo cã thÓ chia thµnh: - Kªnh n íc s©u - Kªnh n íc c¹n. Khi tµuch ¹ytrong k ªnh ®µo cã chiÒu s©u v« h¹n, nã t ¬ng tù nh ch¹ytrong v Þnh hÑpnh ng s©u(fiord).Trongtr êng hîp nµych Ø xÐt ¶nh h ëng cña sù h¹nch Õ cña chiÒu réng cña vïng n íc s©u tíi lùc c¶n. C¸cth µnh kªnh hÑp lµmph ¶n x¹ c¸c sãng chÐo vµ h¾t c¸c sãng ®ã lªnth ©n tµu,do ®ã lµmxu Êthi Ön sù giaothoa c ña c¸c hÖ sãng, g©y ¶nh h ëng tíi lùc c¶n sãng.

Trong c¸c kªnh réng c¸c sãngph ¶n x¹ kh«ngtruy Òn tíith ©n tµunh ng dï sao c¸c vËn tèc c¶m nøg bæ sung bëi c¸cth µnh kªnh vÉn lµm *ph ©n bè l¹i ¸psu Êt sãng nªn vÉn lµm thay ®æi lùc c¶n sãng. Trªn h×nh4.5tr ×nh bµy c¸c hÖ sè lùc c¶n sãng cña c¸c m« h×nhchuy Ón ®éngtrong kªnh n íc s©u høng hÑp ë 0, 35 < Fr < 0,55

H×nh 4.5. HÖ sè CW phô thuéc Fr vµ b/B.

KF

Ngoµi tØ sè b/B,H/T c ßn cã th«ng sè bæ xungkhich ¹ytrong k ªnh c¹n lµ ,

trong ®ã  , FK t ¬ng øng lµ diÖn tÝch s ên gi÷a vµ diÖn tÝch mÆt c¾t kªnh.

C¸chi Ön t îng x¶yratrong k ªnh c¹n t ¬ng tù nh trong n íc c¹n nh ng cßn thªm métlo ¹t c¸c tÝnhch Êt bæ xung ®ã lµ xuÊthi Öntrong v ïng tµu n»m vµ métkho ¶ngtr íc tµu dßng chÊt láng cã vËn tèc v.

Khi vËn tèc tµu lín h¬n v1 (v1 lµ vËn tèc tíi h¹nth ø nhÊt)th × vËn tèc v h íng vÒ phÝang îcchi Òu víichi Òuchuy Ón ®éng cña tµu,ngh Üa lµ xuÊthi Ön dßng n ícng îc lµm t¨ng thªm vËn tèc trung b×nh cña dßng bao.

Khi vËn tèc tµu lín h¬n v2 (v2 lµ vËn tèc tíi h¹nth ø hai)xu Êthi Ön dßng n íc bæ xung víi vËn tèc(- v) h íngtheochi Òuchuy Ón déng cña tµu t¹o nªn dßngtheonh á h¬n vËn tèc t ¬ng ®èi cña dßngbao t µu. Vïng vËn tèc v1

H×nh 4.6. Lùc c¶n m« h×nh tµu khi H/T =4. 1. Trong n íc s©u 2. trong n íc c¹n 3. trong kªnh ®µo

KF

, h×nh d¸ng th©n tµu, h×nh d¸ng mÆt c¾t kªnh.

Khiv < v 1 mùc n íc bÞ h¹ thÊp do dßng ng îc. Khiv < v 2 mùc n íc d©ng cao. VËn tèc v phô thuéc Trong vïng gÇngi íi h¹n lùc c¶n t¨ngth ªm lµ do lùc c¶nnh ít t¨ng cßnkhiFr H > 0,5 do lùc c¶n sãng t¨ng.

Khi vËn tèc gÇn v1 ph¶i h¹nch Õ vËn tèc tµuch ¹ytrong k ªnh vµ th êng lÊyv <

0,55 gH .

Saukhi v îtqua v 1 lùc c¶n vÉnti Õp tôc t¨ngnh ngkh «ng m¹nh, tµu b¾t ®Çu næi thÕ tÜnh.Qu ¸ tr×nh ®ã kÕtth óctrong v ïngthu éc vËn tèc tíi h¹nth ø lªn tõ tõ so víi t hai, sãng gèi ®¬n ph¸t triÓn n¬i mµ lùc c¶n ®¹t cùc ®¹i.

Khi v îtqua v 2 gèi n íc mòi tµu vµ sãng ®¬nbi Õn mÊt vµ quanh tµuch Ø cßn l¹i sãng chÐo, víi vËn tèc v3 nµo ®ã lùc c¶n sÏ cã gi¸ trÞ nhá nhÊt. Trong vïng v2 vµ v3 h×nh ¶nh dßngbao t µu vµ t

KF

thÕ tµukh «ng æn ®Þnh.Khiv> v 2 chiÒucao s ãngkh «ng lín, ®é chói tõ tõ gi¶m,gi ¶ith Ýchhi Ön t îng nµy lµ do c¸c sãng ngang biÕn mÊt. , H/T, h×nh d¸ng mÆt c¾t kªnh. TrÞ sè v1, v2 vµ v3 phô thuéc vµo

KF lùc c¶n nhá h¬n kªnh h×nh thang kho¶ng 20  40%.

Dïng kªnhth Ý nghiÖm cã mÆt c¾tngang h ×nhthang, l ßng v¸t h×nhch ¶o víi kh¸cnhau, v Ën tèc tµu gÇn tíi h¹nth × kÕtqu ¶ cho r»ng kªnh h×nhch ÷ nhËtcho

Trong vïng gÇn vËn tèc tíi h¹n tµu sÏ chói ®u«i, lùc ¸psu Êt t¸c dông lªn ®¸y tµu

theo h íng chuyÓn ®éng lùc nµy lµ RP, gÇn ®óng ® îc tÝnh RP = D.

Khi tµukh «ng n»mtrong m Ætph ¼ng ®èi xøng cña kªnh mµ gÇn métth µnh kªnhth × h×nh ¶nh dßngbao t µu vµ sãng b¶nth ©nkh «ng ®èi xøng,hi Ön t îng ®ã sÏ lµm t¨ng lùc c¶ntrong v ïng gÇn tíi h¹n, ®ångth êiph ¸tsinh l ùcngang, l ùc ®ã sÏ ¸p tµu vµoth µnh kªnh gÇn nhÊt, vµ trong vïng sau tíi h¹n sÏ ®Èy tµu xa thµnh kªnh ®ã.

Tagi ¶ thiÕt r»ng ®ang xÐt dßngbao t µu ®øng yªntrong k ªnh víi mÆt c¾tngang c è

®Þnh, chÊt láng ® îc coi lµ kh«ng nhít, dßng ch¶y trong mÆt c¾t lµ kh«ng ®æi. Saukhivi Õtph ¬ngtr ×nh BÐcnulicho c ¸c ®iÓm n»mtr ªn mÆttho ¸ngxatr ícth ©n tµu vµ trong mÆt c¾t s ên gi÷a c¸c tµu (Xem H4.7)

H×nh 4.7. S¬ ®å dßng bao tµu trong kªnh.

2/2

(4.3.1) gH + v2/2 = gH1 + vc

Trong ®ã: H1 = H  H cã xÐt ®Õn l îng biÕn thiªn mÆt n íc. vc - vËn tèc t¹i s ên gi÷a. Ph ¬ngtr ×nh l u l îngch Êt lángqua m Æt c¾t kªnh n»mxatr ícth ©n tµu vµ mÆt c¾t t¹i s ên gi÷a víi chiÒu réng kªnh kh«ng ®æi:

(4.3.2) vFK = vc( FK -  -bH)

Dùa vµo (4.3.1) ta t×m ® îc l îng biÕn thiªn mÆt n íc trong vïng tµu n»m:

2 - v2)/2g (4.3.3) Thay vµo(4.3.2)ta c ã ph ¬ngtr ×nh bËcba ®Ó tÝnh vËn tèc dßngch ¶ytrong m Æt c¾t

H = (vc

bÞ bã hÑp vc:

3 - vc[v2 + 2g(FK - )/b] + 2gvFK/b = 0

(4.3.4) vc

trong ®ã b/ Ph©n tÝchph ¬ngtr ×nh nµychoth Êytu ú theotr Þ sè cñaFr H =v/ gFK

FK/b = Htb khi /FK cè ®Þnh.

C¸c vËn tèc vc cã thÓ nhá h¬nho Æc lín h¬n vËn tècv n Õunh

trong vïng vËn tèc v1

A.M.Basin ®· tÝnh c¸c vËn tèc v1, v2 theo /FK c¸c kÕtqu ¶ tÝnhto ¸n ® îc nªu

trªn h×nh 4.8, khi b  nghÜa lµ chuyÓn ®éng trong kªnh c¹n v1 v2  gH

v gH v gH H×nh 4.8. C¸c trÞ sè FrH1 = vµ FrH2 = phô thuéc vµo /FK.

Ch ¬ng 5 Lùc c¶nkhi t µuchuy Ón ®éngtr ªn sãngbi Ón

nh h ëng cña sãng biÓn tíi lùc c¶n vµ vËn tèc cña tµu VËn tèckhichuy Ón ®éngtr ªn sãngph ô thuéc vµo sù thay ®æi lùc c¶nchuy Ón ®éng vµ lµm gi¶m hiÖu suÊt cña chong chãng còng nh kh¶ n¨ng ®iÒu ®éng tµu.

Lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµuph ô thuéc ®ångth êi vµo sãngbi Ón vµ chßngch µnh cña tµu. Sù thay ®æi mÆt ítdo t µuch ßngch µnh vµ sãngbi Ón lµmxu Êthi Önhi Ön t îng S¬leming. Sù thay ®æi lùc c¶nch ñ yÕusinhra b ëi ¶nh h ëng ®ångth êi cña sãngbi Ón vµ chßng chµnh tíi dßng bao th©n tµu.

ViÖcnghi ªn cøukh ¶o s¸t c¸c tÝnhch Êt cña lùc c¶n bæ sungkhi t µuch ¹ytr ªn sãng biÓnph ¶i dùa vµo sè liÖutrong c ¸c ®iÒuki Önchuy Ón ®éng cña m« h×nh tµutrong b Ó thö trªn sãng tuyÕn tÝnh. Lùc c¶n bæ xung khi tµu ch¹y trªn sãng:

RAW = R - RTB

Trong ®ã: RTB - lùc c¶n cña tµukhichuy Ón ®éngtr ªn n íc yªn lÆng vµ ® îcsinhra b ëi c¸c nguyªn nh©n c¬ b¶n.

Khi bá qua sù thay ®æi cña lùc c¶n nhít RAW cã thÓ ® îcvi Õt d íi d¹ng: RAW = RAW1 + RAW2 + RAW3

Trong ®ã: RAW1 - gäi lµ lùc c¶n chßng chµnh. Khi tµuch ßngch µnh dÉn ®Õnvi Öcph ©n bè l¹i ¸psu Êt däcth ©n tµu lµmxu Êthi Ön thµnhph Çn lùc c¶n bæ xungdo t µuch ßngch µnh RAW1 so víi lùc c¶n cña tµukh «ng chßng chµnh vµ chuyÓn ®éng trªn n íc yªn lÆng.

RAW2 - gäi lµ lùc c¶n nhiÔu x¹. NÕucho t µukh «ngch ßngch µnhtr ªn sãngth × khi ®ã tµu ® îccoi l µ méttr íng ng¹i vËt,khi c ¸c sãngbi Ón t¸c dông lªnth ©n tµu,th × chóng bÞ ph¶n x¹ l¹i métph Çn, qu¸ tr×nh ®ã gäi lµ sù nhiÔu x¹ cña c¸c sãng vµ sinhra m étth µnhph Çn lùc c¶n bæ xung RAW2.

RAW3 - gäi lµ lùc c¶n t ¬ng t¸c. HÖ thèng sãngsinhra b ëi tµudao ®éng t ¬ng t¸c víi sãngti Õn ®· bÞ qu¸ tr×nh

nhiÔu x¹ biÕn thÓ, sinh ra thµnh phÇn lùc c¶n bæ sung RAW3. C«ngth øc RAW ®óngngay c ¶ khi tµuch ¹ytr ªn sãngphituy Õn,tuynhi ªnvaitr ß cña tõng sè h¹ng trªn sãng tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn lµ kh¸c nhau.

2B2L-1.

C¸cth «ng sè ¶nh h ëng ®Õnth µnhph Çn lùc c¶n bæ xungkhi t µuch ¹ytr ªn sãng biÓn lµ: tØ sè /L;2z B/ (trong ®ã zB lµ biªn ®é cña sãng), gãcch ¹y tµu B (gãc t¹o bëi h íng vËn tèc tµu vµ h íngtruy Òn sãng).Khi t µuchuy Ón ®éngtr ªn sãngti Õn B = 180o vµ ch¹y trªn sãng theo th× B = 0o.

§Ó so s¸nhkh ¶ n¨ngdi ®éng cña tµutr ªn sãng cÇnph ¶i sö dông lùc c¶n bæ xung ®¬n vÞ RAW/D=f(Fr, /L,2z B/, B)ho Æc hÖ sè lùc c¶n bæ xungkh «ngth ø nguyªn AW = RAW/gzB

C¸c kÕtqu ¶ thÝ nghiÖmchoth Êy r»ng:KhiFr =const,chi

Òucao t ¬ng ®èi cña sãng2z B/ =constth × lùc c¶n bæ xungkhi t µuch ¹ytr ªn sãngti Õn cã ®iÓm cùc ®¹i n»m trong vïng chiÒu dµi sãng gÇn b»ng chiÒu dµi tµu (  L)

Cµng t¨ng sè Fr th× RAW cµng t¨ng. Khi tµuch ¹yxu «i sãng(ch ¹ytr ªn sãngtheo) n Õuv/c <1; B = 0th × lùc c¶nthay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ, nhÊt lµ khi tØ sè /L lín. tr êng hîp Khiv/c > 1 s ãngdichuy Ónch Ëm h¬n tµu vµ chuyÓn ®énggi èngnh ng îc sãng.

Sù thay ®æi lùc c¶nkhi t µuch ¹ych Ðo sãng rÊtph øc t¹p,tuynhi ªn RAW línnh Êt kh«ngph ¶i lóc nµo còng øng víitr êng hîpch ¹yng îc sãng vµ®« ikhi /L< 1 v Én cã thÓ ph¸t hiÖn ë gãc B  120  130o. L îng tænth Êt tèc ®é khi tµuch ¹yng îc sãngkh «ngnh ÷ngph ô thuéc vµo RAW mµ cßn thµnh phÇn lùc c¶n cña kh«ng khÝ, vËy buéc tµu ph¶i h¹ thÊp tèc ®é. §èi víi tµuchuy Ón ®éngng îc sãng vµ ng îcgi ã lµ bÊt lîinh Êt.Khi x ¶yranguy hiÓm do n íc h¾t lªn boong hoÆc S¬leming th× b¾t buéc ph¶i h¹ thÊp tèc ®é cña tµu.

Ch ¬ng 6 X¸c ®Þnh lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµu b»ngph ¬ngph ¸pth ùcnghi Öm

C¸c ph ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu cã thÓ lµ: - b»ng ph ¬ng ph¸p lý thuyÕt. - b»ng ph ¬ng ph¸p thùc nghiÖm. Ph ¬ngph ¸pth ùcnghi Öm lµ dùatr ªnvi Öcth ö m« h×nh tµu vµ tµuth ùc, ® îc ¸p dông réng r·itrong c ¸c c«ngtr ×nhnghi ªn cøukhoa h äc,trongqu ¸ tr×nh x©y dùng h×nh d¸ngchonh ÷ngcon t µu ® îcthi Õt kÕ míi, còngnh ®¸nhgi ¸ tÝnhdi ®éng cñanh ÷ng con tµu ®· ® îc ®ãng míi. Cã haiph ¬ngph ¸pnghi ªn cøu lùc c¶n b»ngth ùcnghi Öm ®ã lµ thö m« h×nh tµu vµ tµu thùc. Thö m« h×nh tµuchoph Ðpso s ¸nh mét c¸ch ®¸ngtin c Ëyhi Öuqu ¶ cña c¸cph ¬ng ¸n kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ tµu. §èi víi c¸c n íc cã ngµnh ®ãng tµuph ¸ttri Ónth × tµu ® îcthi Õt kÕ vµ®ã ng míi ph¶i qua giai ®o¹n thö m« h×nh ®Ó lËp dù ¸n thiÕt kÕ tèi u.

ViÖc lËp m« h×nh vÒ tÝnhdi ®éng vµ c¸c tÝnh n¨ng ®ibi Ónkh ¸cph ¶iph ï hîp víi c¸c yªu cÇu cña lý thuyÕt ®ång d¹ng ®éng lùc häc. Lý thuyÕt ®ång d¹ng lµ c¬ së®Ó x©y dùng c¸c ph ¬ng ph¸p tÝnh chuyÓn kÕt qu¶ thö m« h×nh sang tµu thùc. Khinghi ªn cøu lùc c¶n b»ngth Ý nghiÖmta ¸p dônghainguy ªn t¾c c¬ b¶n ®Ó lËp m« h×nh, ®ã lµ: Nguyªn t¾cth ø nhÊt: LËp c¸c m« h×nhchuy Ón ®éngph ¼ngtrong n íc yªn lÆng ® îc thùc hiÖn trong c¸c bÓ thö hoÆc trong c¸c vïng n íc hë cã trang bÞ ®Æc biÖt.

Nguyªn t¾cth ø hai: LËp c¸c m« h×nhchuy Ón ®éngngh Þch ®¶o,ngh Üa lµ cho dßng bao lÊy m« h×nh ®øng yªn.Nguy ªn t¾c nµy ® îc ¸p dôngtrong c ¸c èngkh Ý®é ng vµ èng x©m thùc.

 Khi vËtth Ó chuyÓn ®éng ®Òu(kh «ng cã gia tèc)th × c¸c ®Æctr ng cña dßngbao t µu kh«ngph ô thuécth êigian,ngh Üa lµ sè Shkh «ng ¶nh h ëng tíi c¸c hÖ sè cña lùc c¶n êng hîp nµy ®Ó®¶ m b¶o tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña m« h×nh vµ thuû®é ng,trongtr tµu thùc chØ cÇn c¸c trÞ sè Fr vµ Re. v M gL v H gL

 Lv MM  Lv HH 

M L L

 k

§Ó tho¶ m·n ®iÒuki Öntr ªnth × ph¶ith ö m« h×nhtrongch Êt láng cã hÖ sè nhít

kh¸c víi ®é nhít cña chÊt láng H n¬i mµ tµu thùc chuyÓn ®éng:

(6.1.1) M = Hk1,5

Khi hÖ sè kkh «ng lín,kh «ngth Ó chän ® îcch Êt lángth Ých hîp ®Ó thö m« h×nh. V× vËykhith ö m« h×nh tµu tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña c¸c dßngch ¶ykh «ng ® îc ®¶m b¶o ®Çy ®ñ nªnkhi t Ýnhchuy Ón kÕtqu ¶ tõ thö m« h×nhsang t µuth ùc sÏ gÆpkh ã kh¨n. §Ó tr¸nhnh ÷ngkh ã kh¨n ®ã cÇnph ¶i sö dông c¸ch lËp m« h×nh tõngph Çn, b»ng c¸ch tho¶ m·n mét trong c¸c ®iÒu kiÖn ®ång d¹ng.

vM = vH(LH/LM)(M/H)

2)(1/k2)th × lùc c¶nnh ít cña m« h×nh vµ tµuth ùc sÏ

* LËp m« h×nh tõng phÇn theo sè Re: Tõ ®iÒu kiÖn cÇn tho¶ m·n ReM = ReH th× vËn tèc chuyÓn ®éng cña m« h×nh sÏ lµ: (6.1.2) Theo(6.1.2) v Ën tèc m« h×nh vM trongch Êt láng cã cïng ®é nhít mµ tµuth ùc

chuyÓn ®éng ë ®ã sÏ lín h¬n 1/k lÇn so víi vËn tèc cña tµu thùc. 2/MvM Dùa vµo RxH = RxM(HvH b»ng nhau.

Do vËykhith ö m« h×nh tµuth êngkh «ng ®¶m b¶o ® îc sù b»ngnhau c ña c¸c sè Re,ngh Üa lµ kh«ng ®¶m b¶o ® îc sù®å ng d¹ng cña c¸cxo ¸y, c¸c lùcthu û®é ng t¹o nªn bëi ®é nhít cña chÊt láng.

* LËp m« h×nh tõng phÇn theo sè Fr. Tõ ®iÒu kiÖn cÇn tho¶ m·n FrM = FrH th× vËn tèc chuyÓn ®éng cña m« h×nh sÏ lµ:

(6.1.3) 2)(1/k2)th × khi m« h×nhchuy Ón ®éngtrong vM = vH k 2/MvM Nh vËy dùa vµo RxH = RxM(HvH

chÊt láng cã cïng khèi l îng riªng víi tµu thùc: RxM = RxHk3

Môc ®Ých cñavi Öcth ö m« h×nh lµ nh»m ®¸nhgi ¸ tÝnh hµnh h¶i vµ chännh ÷ng ® êng h×nh d¸ng (tuyÕn h×nh) tèt nhÊt cho tµu.

Ph ¬ngph ¸pph æ biÕnnh Êt lµ ph ¬ngph ¸pth ö kÐo m« h×nhtrong b Ó thö.Trong qu¸ tr×nhth ö cã thÓ ®o ® îc lùc kÐoR t ¬ng øng víi vËn tècchuy Ón ®éng cña m« h×nh vM. BÓ thö ® îc lµm b»ng vËtli Öu bª t«ngho Æckimlo ¹ich øa n ícng ät vµ cã mÆt tho¸ng hë.

C¸c bÓ thö th êng ® îc chia thµnh hai d¹ng chÝnh. -Lo ¹i bÓ cã xe tù hµnhch ¹ytr ªn ® êngray ®Æt däctheo b Ó dïng ®Ó kÐo m« h×nh chuyÓn ®éng. BÓ cã trang bÞ c¸cthi Õt bÞ ®o ®Æcbi Öt.Hi Önnayvi Öc ®o ®¹c sè liÖukhi thö còngnh l utr ÷, xö lý c¸c sè liÖu vµ vÏ®å thÞ,... cã thÓ tù®é ngho ¸ hoµnto µnnh ê m¸y tÝnh ®iÖn tö.

-Lo ¹i bÓ kiÓutr äng lùc - BÓ thö kiÓu nµyth × m« h×nh ® îc kÐo b»ng d©ynh ê vËt r¬i tù do. mét sè bÓ kiÓutr äng lùc còng cã trang bÞ xe kÐoch ¹ytr ªn ® êngray, nh ngkh «ngph ¶i kÐo m« h×nh mµ kÐo c¸cthi Õt bÞ ®o ®Ættr ªn ®ã.Ngo µira c òng cã c¸c bÓ thö mµ m« h×nh ® îc kÐo b»ng têi quÊn d©y.

H×nh 6.1. MÆt c¾t ngang bÓ thö Car®erok (Mü).

1. MÆt c¾t ngang bÓ thö n íc s©u 2. MÆt c¾t ngang bÓ thö tèc ®é 3. HÖ thèng cÊp n¨ng l îng cho xe thö.

Dokh «ngtho ¶ m·n ® îc ®Çy ®ñ c¸cchu Èn ®ång d¹ng c¬ b¶n v× vËy cÇnph ¶i sö dông c¸ch lËp m« h×nh tõng phÇn.

Khi lËp s¬®å tÝnhchuy Ónph ¶ixem c Çnph ¶i lËp m« h×nhtheoti ªuchu Èn ®ång d¹ng nµo vµ thµnhph Çn lùcthu û®é ng nµoph ô thuéc vµoti ªuchu Èn ®ã. C¸c hÖ sè kh«ngth ø nguyªn cña c¸cth µnhph Çn lùc c¶n ®ã cña m« h×nh vµ tµuth ùcph ¶i b»ng nhau. cßn c¸cth µnhph Çn lùc c¶nkh «ng ® îc lËp m« h×nh cÇnph ¶i lîi dông mét sè gi¶ thiÕt cã c¬ së vËt lý nµo ®ã hoÆcph ¬ngph ¸p lý luËn ®Ó cã thÓ tÝnhri ªngch óng ë trªn m« h×nh hoÆc ®Ó tÝnh cho tµu thùc.

B×nhth êngtrongqu ¸ tr×nhth ö kÐo m« h×nhtrong b Ó thö c¸c sè Fr cña m« h×nh vµ tµuth ùcph ¶i b»ngnhauFr M =Fr H. Lùc c¶nnh ítkh «ng ® îc lËp m« h×nh vµ®Ó t¸ch ® îc nã ph¶i lîi dông gi¶ thiÕt vÒ sù ®éc lËp cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n.

§Ó tÝnh lùc c¶n nhít ta cã thÓ sö dông hai ph ¬ng ph¸p c¬ b¶n sau ®©y: -Ph ¬ngph ¸pth ø nhÊt: Dùa vµovi Öcph ©nchia l ùc c¶nnh ítra c ¸cth µnhph Çn, mµ mçith µnhph Çnph ¶i x¸c ®Þnh b»ngnguy ªn t¾c tÝnhchuy Ónri ªng.Ph ¬ngph ¸p nµy do Froude ®Ò x íng.

-Ph ¬ng ph¸p thø hai: TÝnh chuyÓn tæng hîp lùc c¶n nhít. B©ygi ê ta xÐt s¬®å vµ tÝnhchuy Óntheoph

¬ngph ¸pth ø nhÊt.Ph Çnch Ýnh cña lùc c¶nnh ít ® îcxemnh lµ lùc c¶nma s ¸t cña tÊm t ¬ng ® ¬ng. §èi víi m« h×nh lµ mÆt tr¬nnh ½nthu û®é ng, cßn ®èi víi tµuth ùc lµ mÆtnh ¸m víigi ¶ thiÕt dßngbao t µuth ùc vµ m« h×nh lµ dßngch ¶y rèi. §Ó tÝnh lùc c¶nma s ¸tta d ïng tÊm rèi t ¬ng ® ¬ng.Ti Õp theogi ¶ thiÕt r»nghi Öu CV - CFo lµ kh«ng ®æi,kh «ngph ô thuéc vµoRe v µ Fr cña tµu thùc vµ m« h×nh.

Ta gép RV - RFo cña tÊm t ¬ng ® ¬ng víi lùc c¶n sãng RW thµnh mét tªnchung l µ lùc c¶n d RR

RR = R- RFo = RV - RFo + RW VËy hÖ sè lùc c¶n d lµ:

(6.2.1)

(6.2.2) CR = 2( R - RFo)/v2 Khi FrM = FrH th× CRM = CRH

Dùa vµo c«ng thøc (6.2.2) ta thùc hiÖn ® îc phÐp chuyÓn. Tõ RWM/DM = RWH/DH do sù b»ng nhau cña FrM = FrH nªn ta cã

RRM/DM = RRH/DH

(6.2.3) NÕukh «ng ®Ó ý®Õ n sù thay ®æichi Òuch ×m tµukhichuy Ón ®éng tõ n ícng ätsang n íc mÆn th× ®iÒu kiÖn (6.2.3) cã thÓ viÕt d íi d¹ng sau:

RRH = RRM(H/M)(1/k3)

(6.2.4) KhiFr M =Fr H vµ vM = vHk3 th× lùc c¶n cña n íc ®èi víichuy Ón ®éng cña tµu ® îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

(6.2.5) RH = (RM - RFoM)(H/M)(1/K3) + RFoH

Theo hÖ sè lùc c¶n cña m« h×nh vµ tµu thùc ta cã:

2H

CM = 2RM/MvM

2M vµ CH = 2RH/HvH (6.2.6) §Ó x¸c ®Þnh hÖ sè c¶nto µn bé cña n íc ®èi víichuy Ón ®éng cña tµuta c éng hÖ sè lùc c¶n d CRH víi c¸c hÖ sè c¶nsau: h Ö sè c¶nma s ¸t cña tÊm t ¬ng ® ¬ng CFoH t ¬ng øng víi tµu, hÖ sè gia t¨ngdo ®é nh¸m vá bao tµu CA vµ nÕu m« h×nh ® îcth ö kh«ng cã phÇn nh« th× céng c¶ hÖ sè c¶n xÐt tíi phÇn nh« CAP. Do ®ã, hÖ sè lùc c¶n cña tµu thùc khi vH = vM k/1

® îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

2H/2 + RAA

(6.2.7) CH = CM - CFoM + CFoH + CA + CAP

(6.2.8) 2F/2. §èi víi n ícNga vµ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu lµ: RH = CHHvH Lùc c¶nkh «ngkh Ý RAA tÝnhtheo c «ngth øc RAA = CAAAvA

ng êi ta lÊy nhiÖt ®é cña n íc 4oC vµ  = 1,57.10-6 m2/s. HÖ sè gia t¨ngdo ®é nh¸m vá bao ® îc x¸c ®Þnhtheo k Õtqu ¶ thö m« h×nh,nh sau:

HÖ sè CA (0,4  0,3).10-3 0,2.10-3 0,1.10-3 0 -0,1.10-3 -0,2.10-3 ChiÒu dµi tµu L, m 50  150 150  210 210  250 250  300 300  350 350  400

HÖ sè c¶n cña phÇn nh« ® îc x¸c ®Þnh nh sau: §èi víi tµu vËn t¶i mét chong chãng CAP = (0,05  0,15).10-3 §èi víi tµu vËn t¶i hai chong chãng CAP = (0,4  0,6).10-3.

Ch ¬ng 7 C¸cph ¬ngph ¸p gÇn ®óng ®Ó tÝnh lùc c¶n cña n íc

®èi víichuy Ón ®éng cña tµu

ViÖc x¸c ®Þnh lùc c¶n b»ng c¸ch tÝnhchuy Ón tõ c¸c sè liÖuth ö m« h×nhch Ø cã thÓ thùchi Ön ® îc nÕunh êita ®· ¸p dông cã b¶n vÏ tuyÕn h×nh. Tõ tr íc tíinayng réng r·i c¸cph ¬ngph ¸p tÝnh gÇn ®óng lùc c¶nph ï hîpcho t õngki Óu tµu vµ®¹ t ® îc ®é chÝnh x¸c t ¬ng ®èi cao.

TÊt c¶ c¸cph ¬ngph ¸p gÇn ®óng ®Òu ® îc dùa vµo c¸c sè liÖuth Ý nghiÖm m« h×nhtrong c ¸c bÓ thö.Khi h ×nh d¸ng cñacon t µu cÇn tÝnh lùc c¶ntr ïng víi h×nh d¸ng cña m« h×nhth × c¸cph ¬ngph ¸p tÝnh gÇn ®óngcoi l µ®ñ chÝnh x¸c. §Ó x©y dùng c¸c ®å thÞ phôc vô chovi Öc tÝnhto ¸n lùc c¶n Ýtkhing êita s ö dông c¸c sè liÖuth ö tµu thùc v× c¸c sè liÖu ®ã th êngkh «ng cã hÖ thèng vµ trongnhi Òutr êng hîp còng kh«ng ® îc chÝnh x¸c.

Nh÷ngph ¬ngph ¸p ®¹t kÕtqu ¶ caonh Êt lµ nh÷ngph ¬ngph ¸p ® îc x©y dùng theo c¸c ®îtth ö hµnglo ¹t cã hÖ thèngph ï hîp víi c¸cch Õ®é cña dßngbaoth ©n tµu thùc vµ m« h×nh. §Ó chÕ t¹o métlo ¹t m« h×nh mµ c¸cth «ng sè kÝchth íc h×nh d¸ng cña nã ® îc thay ®æi cã hÖ thèng, ® îc ph©n thµnh hai bµi to¸n sau:

- Bµito ¸nth ø nhÊt:Ch Õ t¹o métlo ¹t m« h×nh, mµ c¸c yÕu tè chÝnh cñatuy Õn h×nh thay ®æitrong m étgi íi h¹n réng. §«ikhing êita d ïng kÕtqu ¶ cuèi cïngtrongqu ¸ tr×nhth ö mét vµilo ¹tkh «ng cã hÖ thèng ®Ó lËp ®å thÞ hoÆc c¸c c«ngth øc tÝnhto ¸n. §«ikhi c ¸c ®å thÞ nµychoph Ðp ®¸nhgi ¸ ® îckh ¸chquan l ùc c¶n cña tµu,nh ng l¹i kh«ngti Ön lîi ®Ó ® ara c ¸ckhuy Õnngh Þ®Ó thay ®æi h×nh d¸ng cña tµu. C¸cph ¬ng ph¸p nµy lµ c¸c ®å thÞ hoÆc c«ng thøc tÝnh cña , ...

- Bµito ¸nth ø hai:Khich Õ t¹o m« h×nhth ö ng êita ®Ò cËp tíi c¸c sè liÖu, mµ ng êich Õ t¹okh «ngnh ÷ng dùa vµo ®ã®Ó tÝnh lùc c¶n, mµ cßn ®¸nhgi ¸ ® îc ¶nh ®Ó sö dông c¸ctuy Õn h ëng cña sù thay ®æi cñatuy Õn h×nh tíi lùc c¶n ®ã, còngnh h×nh tèi u cã h×nh d¸ngth ©n tµu tètnh Êt.Vi Öcthi Õt kÕ vµ chÕ t¹olo ¹t m« h×nh ®ã lµ nh÷ng c«ngvi Öc hÕt søcquantr äng.Khi ®ãng míi métlo ¹t m« h×nhng êitach Ø quan t©m tíi mét vµi c¸cth «ng sè dÔ thay ®æi cã hÖ thèng, mµ c¸c ¶nh h ëng cñach óng cÇn ® îcnghi ªn cøu, vµ c¸c ®Æc tÝnh cßn l¹i sÏ kh«ng cÇn ®Õn v× coich óng ¶nh h ëng kh«ng ®¸ng kÓ tíi lùc c¶n. C¸cph ¬ngph ¸p gÇn ®óng dïng ®Ó tÝnh lùc c¶n cã thÓ ph©nth µnhbanh ãmsau ®©y:

- TÝnh lùc c¶n toµn bé - TÝnh lùc c¶n d - TÝnh chuyÓn lùc c¶n tõ tµu mÉu. * C¸cph ¬ngph ¸p tÝnh lùc c¶n cñanh ãmth ø nhÊt c¬ b¶n Ýtch Ýnh x¸c, v× khi x©y dùng m« h×nhth ö khã®Ó ý®Õ n ¶nh h ëng ®ångth êi cña c¸c sè Re vµ Fr ®èi víi lùc

c¶nkhi c ¸c sè®ã thay ®æitronggi íi h¹n réng. §a sè c¸cph ¬ngph ¸p cñanh ãm nµy ®Òu x©y dùngtheo d ¹ng tÝnh c«ngsu Êt kÐo cña tµu, mµ nã liªnquan t íi lùc c¶n b»ng c«ngth øc: PE = Rx.v.Ngu êitacho r »ng CR =f(Fr) ®iÒu nµymang l ¹isai s ãttrong t Ýnh to¸n. * C¸cph ¬ngph ¸p cñanh ãmth ø hai cã®é chÝnh x¸c tÝnhto ¸ncao h ¬n.Vi Öc tÝnh lùc c¶n ma s¸t, ¶nh h ëng cña ®é nh¸m, phÇn nh« ® îc coi lµ chÝnh x¸c. * C¸cph ¬ngph ¸p cñanh ãmth ø ba lµ tÝnhchuy Ón lùc c¶n vµ c«ngsu Êt kÐo cña tµu theo sè liÖu cña tµu mÉu, tiÖn sö dông trong thiÕt kÕ ban ®Çu.

Khi x©y dùng c¸cph ¬ngph ¸p gÇn ®óng tÝnh lùc c¶n d , còngnh

khi tÝnh chuyÓn kÕtqu ¶ thö m« h×nh,ng êitagi ¶ thiÕt r»ng: hÖ sè lùc c¶n d cña c¸c tµu ®ång d¹ng h×nh häc ®Òu b»ng nhau. Khi c¸c trÞ sè Fr b»ng nhau:

CRH = CRM khi FrH = FrM. C¸cph ¬ngph ¸p ® îccoi l µ gÇn ®óng, bëi v× tµukh «ngho µnto µn ®ång d¹ng h×nh

häc víi m« h×nh, mµ c¸c sè liÖu cña nã l¹i ® îc l©y lµm c¬ së cñaph ¬ngph ¸p.Nh vËy chØ x¸c ®Þnh ® îc sù phï hîp chØ theo vµi th«ng sè chÝnh.

CR = f(Fr) hoÆc RR/D = f(Fr)

Trong ®ã CR = (RR/D)(2/Fr2)(V/L)

(7.2.1) C¸c hÖ sè lùc c¶n d cña tµu t×mtr ùcti Õptheo c ¸c ®å thÞ tÝnhto ¸nho Æc c«ngth øc tÝnh (6.2.1) NÕuch än ®óngph ¬ngph ¸p tÝnhto ¸nta c ã thÓ®¹ t ® îc ®é chÝnh x¸ccaonh Êtkhi x¸c ®Þnh lùc c¶n d .

Ng êitakh «ng cÇn ®Õn c¸c ®å thÞ hoÆc c¸c c«ngth øc håiquy ®Ó x¸c ®Þnh lùc c¶n toµn bé hoÆc lùc c¶n d nÕu cã c¸c sè liÖu ®¶m b¶o vÒ lùc c¶n gÇn víi h×nh d¹ng cña tµu mÉu.Tuynhi ªnkh «ngph ¶i lóc nµo còngch än ® îc h×nh d¹ng vµ kÝchth íc tµu mÉu s¸t víi tµu thiÕt kÕ.

*Ph ¬ng ph¸p h¶i qu©n. ViÖc tÝnhchuy Ón c«ngsu Êt kÐotheoph

¬ngph ¸p hÖ sè h¶iqu ©n lµ®¬ ngi ¶nnh Êt. B¶nch Êt cñaph ¬ngph ¸p nµy lµ dùa vµo sù b»ngnhau c ñahai h Ö sè CE cña tµu ® îc thiÕt kÕ vµ tµu mÉu. Khi c¸c sè Fr cña chóng b»ng nhau, nghÜa lµ:

CE = CE mÉu khi Fr = Fr mÉu

Gi¶ thiÕt nµy cµng ®óngkhi c ¸c yÕu tè cñatuy Õn h×nh cñahai t µu, còngnh (7.3.1) c¸c

3D2/3/CE vµ gi¶ thiÕttr ªnta c ã c«ngth øc tÝnh c«ngsu Êt

kÝch th íc cña chóng cµng gÇn nhau. XÐt ®Õn c«ngth øc PE = vs kÐo cña tµu:

(7.3.2) PE = PE mÉu(vs/vs mÉu)3(D/DmÉu)2/3

mÉuLL /

Víi ®iÒu kiÖn vs = vs mÉu

(L/LmÉu)2/3 = (D/DmÉu)1/2 Th× c«ng suÊt kÐo sÏ cã d¹ng:

(7.3.3) PE = PE mÉu(D/DmÉu)7/6

* TÝnh chuyÓn lùc c¶n d tõ c¸c sè liÖu cña tµu mÉu. TÝnhchuy Ón RR tõ c¸c sè liÖu cña tµu mÉutrongnhi Òutr êng hîpcho k Õtqu ¶ cao h¬n c¸c ph ¬ng ph¸p dïng ®å thÞ. C«ngth øc(7.2.1) v Én cã thÓ ® îc ¸p dông ®Ó tÝnhchuy Ón lùc c¶n d ®¬n vÞ cho

ph ¬ng ph¸p nµy nÕu Fr = Fr mÉu.

Gi¶ thiÕt r»ng: VíiFr ®· choth × CR lµ hµm cña c¸cth «ng sè i ®Æctr ngcho h ×nh d¸ng cña th©n tµu:

CR(1, 2,... , i)

(7.3.4) Khi xÐt ¶nh h ëng cña sù biÕnthi ªn i cña c¸cth «ng sè®ã cã thÓ sö dông c«ng thøcTaylor cho h µm nhiÒu biÕn.

RmÉu

2  1

R 2

  C C  1  2 VÝ dô: NÕu biÓu thøc gåm hai th«ng sè th×:  C R   C R  (7.3.5)       2 1 2 C  C  C R  1       ...  

Cho c¸c l îngbi Õnthi ªn cñatuy Õn h×nh lµ bÐ vµ bá qua c¸c sè h¹ngch øa i cã bËc cao h¬n mét vµ c¸c tÝch cña chóng ta cã c«ng thøc chung:

 (7.3.6) CR = CR mÉu +   RC 

 - l înghi Öuch Ønh xÐt ®Õn l îngbi Õnthi ªn cña CR theoth «ng sè thø i Trong ®ã: CR mÉu - hÖ sè lùc c¶n d cña tµu mÉu  RC 

®Æc tr ng cho tuyÕn h×nh khi Fr = const.

C¸c th«ng sè i cã thÓ lµ L/B,B/T, , h×nh d¸ng s ên (U,V),... Ph ¬ng ph¸p thø hai cña ® a ra c«ng thøc x¸c ®Þnh:

(7.3.7) CR = CR mÉu k1 k2 k3

Trong ®ã: ki - c¸c hÖ sè ¶nh h ëng.

Ch ¬ng 8 Mèiquan h Ö gi÷a lùc c¶n cña tµu vµ h×nh d¸ngth ©n tµu

ViÖcch än c¸c kÝchth ícch Ýnh, x©y dùng b¶n vÏ tuyÕn h×nh tµu, vµ c¸cph Çnnh « ®Òuph ¶ith ùchi Öntrongqu ¸ tr×nhthi Õt kÕ theo c¸c yªu cÇu kü thuËt ®Ætra. C ¸c yªu cÇu ®ã lµ: §¶m b¶odung t Ýchch ë hµng, t×nh h×nhth Þ tr êng(gi ¸ chÊt ®èt)nh ÷ng h¹n chÕ vÒ®Æ t ®iÓmkhaith ¸c(chi Òuch ×m,chi Òu réng). C¸c yªu cÇutr ªnch ónglu «n m©u thuÉn nhau, cho nªn tÊt c¶ c¸c yªu cÇu kh«ng thÓ ®ång thêi cïng tèi u.

Khithi Õt kÕ mét vµiki Óu tµu,nh Êt lµ tµu vËn t¶i, tµu ®¸nh c¸, tµu kÐo lµ ph¶ich än nh÷ng h×nh d¸ngsaochoch óng ®¶m b¶o ® îc vËn tèc cÇnthi Õt cña tµu, ®ångth êi c«ngsu Êt ®éng c¬ ph¶inh á nhÊt. C«ngsu Êt cÇnthi Õtcho t µukh «ngnh ÷ngph ô thuéc vµo lùc c¶n, mµ cßnph ô thuécki Óuthi Õt bÞ®È y.Ch än h×nh d¸ngth ©n tµu còngph ¶i xÐt tíi ®iÒuki Önchuy Ón ®éng cña tµutr ªn sãng,ch ßngch µnh,hi Ön t îng h¾t n íc lªn boong, c¸c yªu cÇu vÒ æn ®Þnh, ¨n l¸i, c¸c ®iÒuki Ön vÒ luång l¹ch h¹nch Õ vµ c¸c yªu cÇu lµmvi Öc ®Ætbi Öt cñathi Õt bÞ®È y ®Òuli ªnquanch Ætch Ï®Õ n kÝchth íc vµ h×nh d¸ng th©n tµu.

ChÝnh v× lÏ®ã mµ c¸c sè liÖuth èng kª kh«ngph ¶i lóc nµo còngchoph Ðp rótra nh÷ng kÕtlu Ën ®óng vÒ kÝchth íc vµ h×nh d¸ng cña nã tèi unh Êt vÒ ph ¬ngdi Ön gi¶m lùc c¶n.

C¸c kÝchth íc vµ h×nh d¸ng cña tµu ®Òu ® îc x¸c ®Þnh b»ngph ¬ngph ¸pph ©n tÝch c¸c kÕtqu ¶ thö kÐo m« h×nh.Taph ¶ixem x Ðt cô thÓ ¶nh h ëng cña kÝch th íc nµo tíith µnhph Çn lùc c¶n nµo lµ chñ yÕu.Ch ¼ng h¹n lùc c¶nma s ¸t hÇunh kh«ngph ô thuéc vµo h×nh d¸ngth ©n tµu,ng îc l¹i lùc c¶n sãng vµ trªn c¸c tµu bÐoch Ýnh lµ lùc c¶n h×nh d¸ngph ô thuéc rÊtnhi Òu vµo h×nh d¸ngth ©n tµu. Lùc c¶n sãngph ô thuéc vµo c¸c tØ sè kÝchth íc vµ c¸c hÖ sè bÐoth ©n tµutrong ®ã cã hÖ sè bÐo däc . §èi víi nh÷ng tµu cã trÞ sè Frth Êp h¬n ® êngcong(XemH8.1) c Çnph ¶igi ¶m lùc c¶nnh ít, c¸c tµu ®ã gäi lµ c¸c tµu ch¹y chËm.

H×nh 8.1. C¸c sè Fr mµ t¹i ®ã lùc c¶n sãng t¨ng lªn.

Giíi h¹n thay ®æi trung b×nh cña c¸c sè Fr

KiÓu tµu

Tµu hµng láng Tµu hµng kh« Tµu chë kh¸ch KiÓu tµu Tµu nhanh chuyªn tuyÕn Tµu ®¸nh c¸ Tµu kÐo (kh«ng hµng) Sè Fr 0,15  0,22 0,19  0,27 0,22  0,27 Sè Fr 0,28  0,34 0,25  0,37 0,30  0,40

Sù thay ®æi cñath Ó tÝchng ©m n íc vµ c¸c kÝchth ícch Ýnh cña tµu cã ¶nh h ëng tíi lùc c¶n nhít vµ lùc c¶n sãng. Ta xÐt sù thay ®æi lùc c¶ndoth Ó tÝchng ©m n íc vµ c¸c kÝchth ícch Ýnhthay ®æi khi gi÷ nguyªn tÝnh ®ång d¹ng h×nh häc. TachoFr =constth × lùc c¶n d ®¬n vÞ RR/D còng sÏ kh«ngthay ®æi,nh ng lùc

1 LL /

. c¶n ma s¸t ®¬n vÞ RF/D thay ®æi do thay ®æi tèc ®é tµu øng víi tØ sè v1/v2 =

Lùc c¶n ma s¸t ®¬n vÞ tr íc vµ sau:

(8.2.1) (RF/D)1(RF/D)2 = (CFo1 - CA1)/ (CFo2 - CA2)

Trong ®ã: Re1/Re2 = (L1/L2)3/2. chØ sè "1" c¸c th«ng sè cña tµu tr íc khi thay ®æi l îng chiÕm n íc. chØ sè "2" c¸c th«ng sè cña tµu sau khi thay ®æi l îng chiÕm n íc. NÕu CA =constth × (8.2.1)ch Ø ra r»ng:khigi ¶m kÝchth íc tµu lùc c¶nnh ít ®¬n vÞ cña tµu sÏ t¨ng lªn, vµ khi t¨ng th× nã gi¶m xuèng.

Sù thay ®æichi Òu dµi tµu lµmL/Bho Æc  =L/ 3 V thay ®æi, mèiquan h Ö gi÷a nh÷ng thay ®æi cña c¸c ®¹i l îng ®ã cã thÓ viÕt:

L/V = 1/BT, nghÜa lµ  = (B/T)1/3(L/B)2/31/3

C¨n cø vµo(8.2.2)khiB/T=constth (8.2.2) × sù thay ®æi cñaL/B t ¬ng ® ¬ng víi sù thay

®æi cña 3/2.

VËyvi Öc t¨ngchi Òu dµi tµukhigi ÷ nguyªn tèc ®é, l îngchi Õm n íc, hÖ sè bÐo  vµ tØ sè B/Tth × sÏ lµm t¨ngL/B,  vµ , cßn sè Frgi ¶mcho n ªn hÖ sè lùc c¶n d gi¶m xuèng trong giíi h¹n Fr > 0,25.

RR/D = CR(Fr2/2)(/V2/3)

(8.2.3) VËyvi Öc t¨ng tØ sè B/Tkhigi ÷ nguyªnL v µ D, lóc ®ã chiÒu réng tµu t¨ng vµ thÓ tÝch tËp trung gÇn mÆt n íc, dÉn tíi lùc c¶n sãng t¨ng.

Trong c¸c hÖ sè bÐo , , ,  vµ  th× hÖ sè bÐo  vµ  cã ¶nh h ëngnhi Òunh Êt tíi lùc c¶n.

Cµng t¨ng sè Frth × viÖc t¨ng  mét c¸ch tõ tõ trë nªn hîp lý tõ  = 0,56  0,58 khi

Fr  0,3 t¨ng tíi  = 0,63  0,65 khi Fr  0,45.

Quan hÖ gi÷a  vµ Fr x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc sau:

(8.3.1) PP = a - bFr

Trong ®ã: TrÞ sè a vµ b phô thuéc kiÓu tµu vµ sè Fr. a = 0,80  1,21 vµ b = 1,44  2,3 TheoSTUMPH:

(8.3.1)  = 0,967 - 0,495Fr - 3,915Fr2

§èi víi tµu vËn t¶ing êita ®Òu sö dông ®o¹nth ©n èng. Nã lµm t¨ngdung t Ých vµ ®¬ngi ¶n c«ngngh Ö®ã ng míi,vi Öcch än hîp lý chiÒu dµi ®o¹nth ©n èng vµ vÞ trÝ cña nã sÏ kh«ng g©y ¶nh h ëng xÊu tíi lùc c¶n sãng vµ lùc c¶n h×nh d¸ng.

 khiFr =0,24  0,25. VÒ mÆtthu û

ChiÒu dµi hîp lý phÇnthon ®u«i LK >3,3

®éng th× th©n èng kh«ng cã lîi.

Hoµnh ®é t©m næi xc,th êng ® îc m« t¶ b»ng tØ sè xc/Lph ¶i ® îc x¸c ®Þnhtheo yªu cÇugi ¶m lùc c¶n vµ®é chói cña tµu. NÐu dÞch t©m næi vÒ mòi tÝnh tõ mÆtph ¼ng s êngi ÷achoph Ðp t¹o ®é nhänph Çn ®u«i tµu,th êng ¸p dôngcho c ¸c tµu cã sè Fr < 0,20 v×®è i víinh ÷ng tµu nµy cÇnquan t ©m tíivi Öcgi¶m lùc c¶nnh ít. nh÷ng tµu cã   0,55chuy Ón xc/L vÒ ®u«ikho ¶ng 2  3% . CÇnch ó ý r»ng ®é chªnh lÖch xc/Ltrong giíi h¹n 1%so v íi vÞ trÝ cã lîi sÏ kh«ng lµm t¨ng ®étng ét lùc c¶n,ch Ø ngo¹itr õ  > 0,70 vµ Fr > 0,22. §èi víi c¸c tµuch ¹ynhanhFr >0,4nh

»m môc ®Ých vãtnh än ® êng n íc mòi khoongnh ÷ng lµm t©m næi dÞchchuy Ón vÒ ®u«i mµ cïng mét lóc cßn dÞch s ên cã diÖn tÝch lín nhÊt vÒ ®u«i n»m ë 55  60% chiÒu dµi tÝnh tõ mòi tµu.

D¹ngph Çn mòi tµu ® îcthi Õt kÕ ë nh÷ngFr l ín h¬ntr Þ sè Frtr ªn h×nh8.1xu Êt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn gi¶m lùc c¶n sãng còng nh ®¶m b¶o c¸c tÝnh n¨ng ®i biÓn trªn sãng. Khi c¸c sè Frth Êp h¬ntr Þ sè Frtr ªn h×nh8.1 c Çn sö dông d¹ng ® êng n íc mòi lµ

th¼ng hoÆc låi víi gãc nhän H  30  45o øng víi ® êng 1,2 (Xem H8.2)

H×nh 8.2. D¹ng ® êng n íc mòi.

Khi sè Fr cµng línth × sãng b¶nth ©n cµng lín nªn sö dông ® êng n íc h×nhch ÷ S, ® êng 3 ®iÓm uèn O.

KhiFr  0,32 nªn sö dông ® êng n íc d¹ng h×nh nªm, ® êng4 v íi gãcnh än H = 8  14o.

§èi víinh ÷ng tµu cã  trung b×nh vµ bÐ phÇn mòi sö dông s ên d¹ngch ÷ U,ch ÷ V vµ gi÷a U víiV.

C¸cnghi ªn cøu cñaVOSSERS v µ SVENchoth Êy r»ng:trong c ¸ ®iÒuki Ön sãng c¸c tµu vËn t¶i cã s ênch ÷ V lùc c¶n lín h¬n s ênch ÷ U ®Æcbi Ötkhi /L<1, v × vËy trong c¸c ®iÒuki Ön ®ã tµu cì lín tètnh Êt lµ dïng s ênch ÷ U, cßn ®èi víi tµu t ¬ng ®èi ng¾n khi /L > 1 chän d¹ng s ên ch÷ V.

§Ó gi¶m lùc c¶n sãng cña c¸c tµu cã  =0,5  0,7khiFr  0,25  0,35ng êita dïng mòiqu ¶ lª. Mòiqu ¶ lª cã thÓ gi¶mtr ªn10  15% tæng lùc c¶n ®¬n vÞ tronggi íi h¹n c¸c sè Fr > 0,22 (Xem H8.3).

H×nh d¸ng sèng mòi ® îc x¸c ®Þnh dùatr ªn tÝnhch Êt ®ibi Ón vµ khaith ¸c cña tµu. Khi c¸c s ên h×nhch ÷ Vth × b×nhth êng sèng mòi cã vÕt lÑmph Çn d íi n íc,khi s ên ch÷ U th× kh«ng cã nã.

D¹ngph Çn ®u«ich ñ yÕu ® îcch äntheo ®iÒuki Ön lµmvi Öc cñachongch ãng, sù t ¬ng t¸c cã lîigi ÷a nã vµ th©n tµu,tr ¸nhch Ên ®éng, d¹ng ® êng n íc ®u«ich änsao chotr ¸nh ® îchi Ön t îng t¸ch lípbi ªn, vËy ® êng n íckh «ng nªn uèn ®étng ét vµ gãc nã t¹o víi mÆtph ¼ng ®èi xøngkh «ng lín h¬n33 o.Trongnh ÷ng n¨m gÇn ®©yph Çn ®u«i cña c¸c tµu vËn t¶ith êng cã d¹ng ®u«i côt vµ trªn c¸c tµunhanhkhiFr >0,4 n Õu ®u«i côt nhóng n íc sÏ cã hiÖn t îng t¸ch biªn vµ lùc c¶n nhít t¨ng lªn 5  20%.

H×nh 8.3. H×nh d¸ng phÇn mòi vµ ®u«i tµu.

C¸c tµu néi ®Þach ¹ytrong s «ng, hå, kªnh, vïng ®Ëu tµu vµ chóng cã thÓ ch¹yra biÓn ( tµu pha s«ng biÓn). H×nh d¸ng cña c¸c tµu nµy x¸c ®Þnh b»ngnh ÷ng h¹nch Õ chiÒuch ×m,chi Òu réng. TÊt c¶ c¸c tµu kiÓu nµy chia thµnh tµu tù hµnh vµ kh«ng tù hµnh.

§èi víi tµu néi ®Þa vµ pha s«ngbi Ón tù hµnh søcch ë lín víiFr =0,16  0,20,B/T >3 vµ 6

B/T = 3.5  11, vµ  = 0,8  0,9

Ch ¬ng 9 Lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµunhi Òuth ©n

Khi c¸cth ©n tµuchuy Ón ®éng gÇnnhau s Ï xuÊthi Ön c¸cqu ¸ tr×nh t ¬ng t¸cthu û ®éng phøc t¹p dÉn ®Õn thay ®æi trÞ sè lùc c¶n chuyÓn ®éng. HiÖnnayng

êita ®· cã mét sè kiÓu tµu mµ theo yªu cÇukhaith ¸cth Ó tÝchng ©m n íc ® îcph ©nra v µith ©n nèi víinhau b »ng mét sµn cøng, c¸c tµu ®ã gäi lµ tµunhi Òu th©n.Trong s è c¸c tµu ®ã ta ph©n ra tµu hai th©n (Catamaran) vµ ba th©n (Trimaran).

H×nh d¸ng vµ tû sè kÝchth íc cña c¸c tµu nãitr ªnho µnto µnkh ¸c víi tµu métth ©n cã tængth Ó tÝchng ©m n íc t ¬ng øng,ch Ýnh v× vËy ®· lµmthay ®æi ®¸ng kÓ trÞ sè vµ vaitr ß cña c¸cth µnhph Çn lùc c¶n. C¸cbi Õn l îng lùc c¶n ®Òusinhra b ëi c¸cqu ¸ tr×nh t ¬ng t¸c thuû ®éng cña c¸c th©n.

So víi tµu métth ©n cã cïngth Ó tÝchng ©m n ícVth × diÖn tÝch mÆt ít ®¬n vÞ /V2/3 cña tµuhai v µ bath ©n lín h¬n nªn nã lµm lùc c¶nma s ¸t ®¬n vÞ cña c¸c tµu ®ã t¨ng h¬n.

Trongqu ¸ tr×nh t ¬ng t¸cthu û®é nggi ÷a c¸cth ©n vËn tèc c¶m øng cña dßngbao chóng sÏ t¨ng lªn, lµm ¶nh h ëng ®Õn kÕt cÊu cña líp biªn vµ t¨ng thªm lùc c¶n nhít.

Tr êng vËn tèc c¶m øng lµmthay ®æi kÕt cÊu cña sãng b¶nth ©n cña tµunhi Òu th©n.Qu ¸ tr×nh t ¬ng t¸c sãngph ô thuéc vµoFr v µ vÞ trÝ t ¬ngquan c ña c¸cth ©n vµ lµm gi¶m lùc c¶n sãng. Nh vËy cã thÓ®¸ nhgi ¸ ® îc l îng t¨ng lùc c¶nnh ít còngnh l înggi ¶m lùc c¶n sãng so víi tæng lùc c¶n cña nh÷ng tµu mét th©n.

H×nh 9.1. S¬ ®å tµu nhiÒu th©n.

a. - tµu hai th©n b. - tµu ba th©n

Tæng ¶nh h ëng cña sù t ¬ng t¸cthu û®é nggi ÷a c¸cth ©n ®èi víi tæng lùc c¶n kh«ngch Ø phô thuéc vµo c¸ch bè trÝ t ¬ngquan c ña c¸cth ©n vµ sè Fr, mµ cßnph ô thuéc vµo h×nh d¸ng cña c¸c th©n, còng nh c¸c th«ng sè L/B,  vµ  = L/ 3 V . H×nh9.2tr ×nh bµybi Õn l îng t ¬ng ®èi cña tæng lùc c¶n cña tµuhaith ©ntheo c ¸c kho¶ng c¸ch kh¸c nhau gi÷a c¸c th©n.

H×nh 9.2. ¶nh h ëng cña Fr vµ 2b/L ®Õn lùc c¶n toµn bé cña tµu hai th©n víi L/B1 = 8.

o o + CVkW

§Ó®¸ nhgi ¸ ¶nh h ëng cña sù t ¬ng t¸cthu û®é ng ®èi víi lùc c¶n d ta cã c«ng thøc sau:

o t ¬ng øng lµ c¸c hÖ sè ¶nh h ëng t¸c dông cña c¸cth ©n tµu kÒ nhau tíi lùc c¶n sãng vµ nhít x¸c ®Þnh theo h×nh 9.3 vµ 9.4.cho tµu hai vµ ba th©n khi Fr  0,15

CR = (CV - CFo)kv Trong ®ã: o vµ kv kW

TrÞ sè (CV - CFo) lÊy b»ng tµu mét th©n.

o vµo 2 b vµ .

H×nh 9.3. Sù phô thuéc kW

o vµo 2 b vµ Fr. H×nh 9.4. Sù phô thuéc kV

o vµ

o. kW

ViÖc ¸p dông c¸cth ©nkh «ng ®èi xøngcho t µuhaith ©n sÏ cã ¶nh h ëng tíi kV

Trªnnh ÷ngtuy Õn s«ngng êita ¸p dông réng r·i c¸c sµ lankh «ng tù hµnh vµ ghÐp chóng l¹ith µnh ®oµn tµu vµ ® îctruy Òn ®éng b»ng c¸ch kÐoho Æc ®Èy. (§oµn tµu còng cã thÓ b»ngnh ÷ngph ©n ®o¹n ®Æcbi Öt). Sù t ¬ng t¸cthu û®é nggi ÷a c¸c sµ lan g©y ¶nh h ëng lín tíi lùc c¶n vµ sù lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy.

Sè Fr cña ®oµn tµu lµ bÐ Fr =0,06  0,12, v× vËyvaitr ß chÝnh lµ lùc c¶nnh ít, vµ sù thay ®æi lùc c¶n ®ã sinh ra bëi sù t ¬ng t¸c cña c¸c sµ lan víi tµu kÐo. §oµn tµu(b »ngph ¬ngph ¸p kÐo) gåmnh ÷ng sµ lan ® îc nèigh Ðp víinhautheo c¸c s¬ ®å kh¸c nhau, vÝ dô gåm ba sµ lan ghÐp hµng mét, kÝ hiÖu (1+1+1)

gåm hai sµ lan ghÐp hµng hai, kÝ hiÖu 2 gåm mét sµ lan ®itr íc,ti Õptheohai s µ lan vµ cuèi cïng lµ mét sµ lan, kÝ hiÖu (1+2+1). Lùc c¶nchuy Ón ®éng cña ®oµn tµu lµ Rkh «ng b»ng tæng lùc c¶n cña c¸c sµ lan

trong ®oµn Ro khi chóng ch¹y mét m×nh.

Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña ®oµn tµu ® îc ®¸nh gi¸ b»ng hÖ sè ghÐp kghÐp. Theo D«v«ncèp:

oiR

 1i

(9.2.1) kghÐp = R/ 

oiD

oiD = kghÐp

oiR /

 1i

 1i Giíi h¹n thay ®æi cña kghÐp

§Ó so s¸nh hiÖu qu¶ cña c¸c ®oµn tµu, ta dïng: n n (9.2.2) R/

§oµn kÐo §oµn ®Èy

§oµn 1+1 1+1+1 2 2+2 2+2+2 §oµn 1+T 1+1+T 1+1+1+T 2+2+T 2+2+2+T kghÐp 0,78  0,90 0,75  0,85 0,95  1,10 0,80  0,96 0,70  0,87 kghÐp 0,75  0,95 0,75  0,85 0,67  0,82 0,74  0,85 0,64  0,80

Qua kÕt qu¶ trªn tµu thùc vµ m« h×nh cho thÊy: Ch¼ng h¹n s¬®å ghÐp(1+1+1) l ùc c¶n cñach óng gåm lùc c¶n cña tõngchi Õc vËy sµ lan ®i ®Çu cã lùc c¶nnh á nhÊt vµ línnh Êt 49%,100% v µ 125% t ¬ng øng.Nh lµ sµ lan cuèi ®oµn.

HÖ sè ghÐp ® îcgh Ðp ® îc x¸c ®Þnhqua c ¸c ®îtth ö ®oµn tµutrong b Ó thö, v× Re rÊt bÐ nªnchi Òu dµi m« h×nh sµ lankh «ngnh á h¬n 5 m. HÖ sè kghÐp kh«ngph ô thuéc vµo tèc ®é chuyÓn ®éng, sù h¹nch Õ cñachi Òu s©ulu ång l¹ch cã ¶nh h ëng tíi kghÐp kh«ng ®¸ng kÓ. Khi H/T > 2 th× ¶nh h ëng ®ã cã thÓ bá qua.

Trongqu ¸ tr×nh kÐo,th × chiÒu dµi d©y c¸p kÐo cã ¶nh h ëng tíi lùc c¶ndo d ßng n íc mµ chongch ãng cña tµu kÐo ®¹p vµo ®oµn sµ lan.Chi Òu dµi d©y kÐo tèi u ®Ó ®¶m b¶o c¶ hai yÕu tè lµ lùc c¶n vµ tÝnh quay vßng n»m trong kho¶ng lc = (2  2,5)L1.

Trong ®ã: L1 lµ chiÒu dµi sµ lan ®i ®Çu ®oµn. ViÖc dïngph ¬ng ¸n ®Èy ®· lµmcho t èc ®é chyÓn ®éng t¨ngth ªm(5  20)%so víi ®oµn kÐo. Lùc c¶n ®oµn ®Èynh á h¬n lµ dotr ¸nh ® îc dßng n íc cñachongch ãng tµu ®Èy.

Lùc c¶n ®oµn tµu ®Èy còng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (9.2.1). HÖ sè ghÐp kghÐp phô thuéc h×nh d¹ng cña sµ lan,khe h ë gi÷ach óng, ®iÒuki Önth Ý nghiÖm (m« h×nh hay tµu thùc).

Ch÷ T kÝ hiÖucho t µu ®Èy n»mcu èi ®oµn tµukhith ö m« h×nh ®oµn tµu nÕuFr M = FrH th× CRM = CRH. §Ó xÐt ¶nh h ëng t ¬ng t¸cthu û®é ng cña c¸c sµ lan ®èi víi lùc c¶nma s ¸t cña

Foi

o Ck i



 1i

tÊm t ¬ng ® ¬ng, hÖ sè ma s¸t trung b×nh cña tÊm ® îc tÝnh theo c«ng thøc: n 

 (9.2.3) C



 1i



o - hÖ sè phô thuéc sè thø tù sµ lan tÝnh tõ mòi

o =1; 0,94; 0,92; 0,90.

Trong ®ã: n - sè sµ lan ki i =1, 2, 3, 4 ki Lùc c¶n thùc tÕ cña ®oµn tµu ® îc tÝnh theo c«ng thøc:

 

 o Ck i

FoHi



 1i

 C



 1i



 1i

FoMC

   (9.2.4) R C  v H 2             

Trong ®ã: ; CA = (0,8  1,0).10-3; CR = CM - ®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

Ch ¬ng10 Lùc c¶n cña c¸c tµuch ¹ynhanh v µ tµu l ít

Khi cµng t¨ng sè Frta c µngth Êy râ tµuchuy Ónch Õ®é tõ b¬isang l ít.Tuy v Ëy, mét sè kiÓu tµuch ¹ynhanh v Énkh «ng ®¹t ® îcch Õ®é l ít vµ c¸ctr Þ sè Fr lín ®Æc tr ngcho c ¸cki Óu tµu nµy lµ chÕ®é chuyÓnti Õp tõ b¬isang l ít(0,6 0,7 l ùc n©ngthu û®é ngxu Êthi Ön lµm t¨ngth µnhph Çn lùc c¶nto Ð ícto Ð lªnhai b ªn m¹n tµu n íc, ®ångth êi t thÕ tµu còng bÞ thay ®æi.KhiFr >1,0, n víi diÖn tÝch n íc bao phñ t¨ng thªm 20% vµ lµm t¨ng thªm lùc c¶n toÐ n íc.

R/D10

 2

R D

FR D

R D

0,8

1,0

1,2

0,4

0,6

Qu¸ tr×nh tÝnhchuy Ón lùc c¶n tõ m« h×nhsang t µuth ùccho c ¸clo ¹i tµu nµyth × RS ® îc gép vµo RR. CÇn l u ý r»ng:khi t Ýnhchuy Ón kªnh ®Ó ý®Õ nhi Öuch Ønh vÒ sù thay ®æi mÆt ít, nªn c¸c c«ng thøc tÝnh ®Òu øng víi t thÕ tÜnh cña tµu. §èi víi c¸cki Óu tµu nµy lùc c¶nph Çnnh « RAP còngnh lùc c¶nkh «ngkh Ý RAA ®ãngvai tr ß ®¸ng kÓ (Xem H10.1)

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.

R/D10 R

Frv=2,50 2,25

2,20

1,75

1,50

1,25

1,0

 L

§Ó®¸ nhgi ¸ s¬ bé lùc c¶n d cña c¸cki Óu tµu nµyta c ã thÓ sö dông ®å thÞ (Xem H10.2)theo k Õtqu ¶ thö m« h×nhdoGROTth ùchi Ön. HÖ sè CFocña c¸cki Óu tµu nµy vµ cña m« h×nh tÝnh theo c«ng thøc CFo = 0,455/ lgRe2,58.

H×nh 10.2. Lùc c¶n d ®¬n vÞ cña c¸c tµu ch¹y nhanh

phô thuéc vµo = L/ 3 L .

Méttrongnh ÷ngbi Önph ¸p ®Ó n©ngcao v Ën tèc cña tµu lµ lîi dôngch Õ®é l ít. Trongth ùc tÕ ®iÒu nµych Ø thùchi Ön ® îccho c ¸c tµu cì bÐ víichi Òu dµikh «ng lín h¬n40  50 m. C¸c tµu nµyph ¶i cã mét hÖ thèng n¨ng l îng ®ñ lín ®Ó®¶ m b¶o c¸ctr Þ sè FrV, mµ víi FrV ®ã lùc n©ng thuû ®éng Rz ®ñ lín ®Ó chuyÓn sang chÕ ®é l ít.

910

2 3

§NTK

§Ó t¹ora l ùc n©ngthu û®é ng Rz ta cã thÓ sö dông c¸cca n « cã®¸ y d¹ng tÊm ph¼ngho Æc h¬i lâm, ®Ætnghi ªng víi dßngch ¶y mét gãc bÐ nµo ®ã.Tuynhi ªn ®Ó c¶i thiÖn tÝnh ®ibi Ón vµ gi¶m bít t¶itr ängva ®Ëp cña sãng.Ngo µira c ã thÓ sö dôngca n « d¹ng gÉy gãc (Xem H10.3).

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«ith ×®é v¸tgi ¶m dÇn vµ®¸ y gÇn d¹ng tÊmph ¼ng. D¹ng gÉy gãcph ï hîp tµuchuy Ón ® îcsangch Õ®é l ít vµ c¸c tÝnh n¨ng ®i biÓn.

Lµm tµu cã®¸ ynh ¶y bËc sÏ gi¶m ® îc lùc c¶n ®o¹n ®¸ytr íc bËcnh Ënph Çn lín t¶itr ängkhiFr l ín.Tuynhi ªnkhich ¹ytr ªn sãngbi Ón c¸cca n « cã®¸ ynh ¶y bËc sÏ kh«ng ®¶m b¶o ® îc tÝnh ®i biÓn cÇn thiÕt. Lùc c¶nnh ít vµ sãng cña tµu l ítkhich ¹y gÇn ®Õn gå trªn ® êngcong l ùc 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 sãnggi ¶mxu èng vµ khiFr V = 5  6 sÏ gÇn b»ng kh«ng.

nh h ëng cña ®é nhít tíiquylu Ëtph ©n bè ¸psu Êttr ªn ®¸yca 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).

R/D10

R /R bËc

Kh«ng bËc

1,2

1,1

1,0

0,9

0,8

v F = rB

Frv

1 H×nh 10.4. Lùc c¶n ®¬n vÞ cña:

H×nh 10.5. TØ sè lùc c¶n cña ca n« cã bËc vµ kh«ng cã bËc.

1. tµu vá d a 2. g·y gãc 3. cã bËc 4. cã bËc vµ cã phÇn nh«

Trªnnh ÷ng tµu ®¸ykh «ngnh ¶y bËcFr V 5  6,tr ªn c¸c tµuth Ó thao ®¸ynh ¶y bËc

FrV = 11  12. Khica n « chuyÓn ®éng gãcch ói  thay ®æi ®Çuti ªn nã t¨ng cßnkhi n ã chuyÓn

®éng sang chÕ ®é l ít th× gãc chói  sÏ gi¶m xuèng.

chÕ®é l ít RF vµ RP cñaca n « g·y gãcph ô thuécFr v µ hÖ sè t¶itr äng tÜnh CD = D/gB3.

Nghiªn cøu c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc vµ®é ng lùc häc cña tµu l ítng êita ®· tiÕn hµnhth ö tÊmph ¼ng vµ g·y gãctrong b Ó thö, c¸c sè liÖunh Ën ® îcth êngbi Óudi Ôn 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. -Chi Òu dµi ít cña tÊm  = l/B Trong ®ã: l- chiÒu dµi mÆt ít cña tÊm. Khiv=constth

× m« men cña t¶itr äng b»ng m« menthu û®é ng t¸c dông lªn tÊm. VËykho ¶ng c¸ch tõ t©m ¸psu Êt tíi mÐpsau c ña tÊm ld cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ngth øc . 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 ®Òuph ô thuéc vµo sè Fr, gãc tíi , còng nh c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña tÊm. Mèiquan h Ö gi÷a c¸cth µnhph Çn lùc c¶n cña tµu l ít cã thÓ x¸c ®Þnhtheo s ¬®å (Xem H10.6).

m P

H×nh 10.6. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn tÊm l ít.

®©yng êitatr ×nh bµy dßngbao t Êmph ¼ng b»ng dßngch Êt láng víi gãc tíi . Tæng lùc c¶nma s ¸t Rt h íng däctheo b Ò mÆt tÊm, lùc ¸psu Êt Rn h íngvu «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«ngth øctr ªn sè h¹ngth ø nhÊt lµ lùc c¶nma s ¸t RF,th µnhph Çnth ø hai lµ ng lùc c¶n ¸p lùc(tr êng hîp tµu cã bËcho Æckh «ng cã bËc)ch óng ®Òu b»ngnhau,nh trong c©n ®èi chung cña lùc c¶n chóng h¬i kh¸c nhau.

nh÷ngca n «®¸ y cã mét bËc,ph Çntr íc bËcch Þu t¶itr ängkho ¶ng70  80%. Khi h×nh d¸ngth ©n tµu lµ kh«ng ®æith × lùc c¶n cña c¸c tµu l ítho µnto µnph ô thuéc vµo vÞ trÝ träng t©m däctheochi Òu dµi. nh h ëng cña ®é dÞch t©m vÒ ®u«i dÉn ®Õn t¨ng lùc c¶n. ChiÕu c¸c lùc lªnph ¬ngvu «ng gãc víiph ¬ng vËn tèc dßngch ¶yta x ¸c ®Þnh

® îc mèi quan hÖ gi÷a Rn vµ t¶i träng D cña tÊm:

D = Rncos - Rtsin  Rncos. Tõ c¸cph ¬ngtr ×nh nµysaukhi x ¸c ®Þnh ® îc Rn vµ ®emthay v µo(10.3.1)ta ® îc:

(10.3.2) R = RF + Dtg

(10.3.3) 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

Khi tg  th× lùc c¶n cña tµu l ít sÏ ® îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

(10.3.4) R = (CFo + CA)v2/2 + D

Ch ¬ng11 Lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµu c¸nhng Çm vµ tµu ®Ömkh Ý

R/D 10

0,4

Fr =

0,60,81,01,21,41,6

ChuyÓn ®éng cña tµutr ªn c¸c c¸nhng Çm cã thÓ thùchi Ön ë nh÷ng vËn tèc lín,khi lùc n©ngthu û®é ng Rz sinhratr ªn c¸c c¸nh ®ñ®Ó th¾ngtr äng l îng tµu ® a tµusang chÕ®é chuyÓn ®éng, mµ ë®ã chØ cã c¸c c¸nh, cétch èng, b¸nh l¸i,chongch ãng bÞ ngËp trong n íc, cßn th©n tµu ë trªn mÆt n íc. Khichuy Ón ®éngtr ªn c¸nhsaukhith ©n tµunh « lªnkh ái mÆt n ícth × mÆt ít sÏ kh«ng lín l¾m, lùc c¶n ®¬n vÞ gi¶m ®¸ng kÓ so víi tµu l ít.

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 tÝnhFrcho t µu c¸nhng Çmtaph ¶i lÊychi Òu dµi b»ngkho ¶ng c¸chgi ÷a c¸nh mòi vµ c¸nh ®u«i.

Tõ h×nh11.1ch øng tá tµu c¸nhng Çm cã chÊt l îngthu û®é ngcaonh Êt. TÝnh ®i biÓn cña tµu c¸nhng Çmcao h ¬n tµu l ít v× nã cã thÓ gi¶mho Æctr ¸nh ® îc sù va ®Ëp cña sãng.Khi t µuchuy Ón ®éngtr ªn s«ng víi vËn tèc50  80 km/h sãngsinhrakh «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.

H×nh 11.2. S¬ ®å c¸c c¸nh ngÇm. C¸c c¸nhng Çm s©uth êng lµ c¸c c¸nh cã ®iÒukhi Ón ®Ó thay ®æi gãc , b»ng c¸ch quay c¸c c¸nh t¹o lùc n©ng cÇnthi Õttu ú theoch Õ®é chuyÓn ®éng cña tµu, ®iÒu nµy hÕt søc quan träng khi tµu ch¹y trªn sãng (Xem H11.2.c,d). C¸c c¸nhng Çm c¹n cã chiÒu s©u t ¬ng ®èih/b <15(XemH11.2.a) ®Ó®¶ m b¶o lùc n©ng kh«ng ®æi. C¸c c¸nhng Çm c¾t mÆttho ¸ng(XemH11.2.b) ®¶m b¶o lùc n©ngkh «ng ®æi, gãc

gÊp cña c¸nh 30  35o ®Ó lùc n©ng thay ®æi nhÞp nhµng. §Ó c¶ithi Önkh ¶ n¨ngdi ®éngtr ªn sãngth × trªn c¸c tµu cã c¸nhng Çmng Ëp 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¸cpr «fin cña c¸nhng Çmch änsaocho ®¶m b¶och Êt l îngthu û®é ngcao,tr Þ 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:

H×nh 11.3. S¬ ®å pr«fin c¸nh cña tµu c¸nh ngÇm.

Êt l îngthu û®é ngcao h ¬n d¹ng b×nh

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¸cpr «fin h×nh nªm(XemH11.3.c)choch th êng tõ 20  40% vµ cho phÐp tr¸nh x©m thùc.

Däctheochi Òu dµi tµuth êng ®Æthai c ¸nh, ®ã lµ c¸nh mòi vµ c¸nh ®u«i.Th ©n tµu ph¶i cã h×nh d¸ngth Ých hîp ®Ó dÔ chuyÓn vµochuy Ón ®éngtr ªn 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¸nhng Çmbao g åm c¸cth µnhph Çnsau: l ùc c¶n c¸nh RKP, lùc c¶n phÇn nh« RAP vµ lùc c¶n cña kh«ng khÝ RAA. R = RKP + RAP + RAA.

Trong ®ã: lùc c¶n c¸nh ngÇm ® îc x¸c ®Þnh: RKP = RV + RW + Ri + Rc. §Ó gi¶m lùc c¶nnh ít RV th× bÒ mÆt cña c¸nhph ¶i ® îcgia c «ng tèt,ngh Üa lµ bÒ mÆt ph¶i nh½n thuû ®éng.

vËn tèc línth × lùc c¶n sãng RW kh«ng ®¸ng kÓ (®ã lµ u ®iÓm cña tµu c¸nh ngÇm).

sù Lùc c¶n c¶m øng Ri phô thuécchi Òu dµi t ¬ng ®èi cña c¸nh  = l2/S còngnh

R/D10

v S

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©mth ùcch Ø t¨ngkhi c ã hiÖn t îng t¸ch dßngbao x ©mth ùc cña c¸c c¸nh. C¸c thµnh phÇn lùc c¶n ® îc ph©n chia (Xem H11.4)

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

0

v S

-1

Gãc chói cña tµu (Xem H11.5)

H×nh 11.5. S¬ ®å gãc chói cña tµu phô thuéc vËn tèc vs.

KhiFr V =1,5  1,8 tµuch ¹ytr ªn c¸nh mòi.Taph ¶i cã l îng dù tr÷ c«ngsu Êt ®ñ lín ®Ó v ît qua ® îc gå trªn ® êng cong lùc c¶n.

KhiFr V =2,25th ©n tµu t¸chph ¶i mÆt n íc vµ chuyÓn vµoch Õ®é chuyÓn ®éng trªn c¸c c¸nh.

KhiFr V =2,5  3,0 ® êngcong l ùc c¶n cã ®iÓm cùcti Óu øng víich Êt l îngthu û ®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¶itr änggi ÷a c¸c c¸nh cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c¸ch lËpph ¬ngtr ×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

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¸cph ¬ngtr ×nhtr ªn gÇn ®óngta c ã thÓ x¸c ®Þnh ® îcdi Ön tÝch cña c¸nh mòi

SH vµ ®u«i SK.

/

C¸c ®Æc tÝnhthu û®é ng lùc c¬ b¶n cña c¸c c¸nhng Çm lµ c¸c hÖ sè lùc c¶nC v µ hÖ sè lùc n©ng Cy,ch Êt l îngthu û®é ng k= C y/ Cx, hÖ sè ¸psu Êt P trªn mÆt hót vµ®¹ p cñapr «fin c¸nh, h íng lùc n©ngkh «ng ® îc x¸c ®Þnhqua g ãc o t¹o víi d©ycung b cñapr «fin, h×nh d¹ng c¸nh ë h×nhchi Õu n»mchi Òu dµi t ¬ng ®èi  =l/b,tr Þ sè Re, ®é ngËp s©u t ¬ng ®èi , 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: KhiFr H  1tr ªn mÐpsau c ña c¸nhxu Êthi Ön méttr ôc bät t ¬ng tù nh n íc nh¶y, ® îcsinhrakhi d ßngch ¶yqua v Ëtch ¾n n»mtrong l ßng s«ng hë, t¹i ®©ytr Þ sè lùc n©ng kh«ng æn ®Þnh vµ lùc c¶n sãng t¨ng cao nhÊt.

A- A F> 1 r h

Khi FrH > 1 sau c¸nhxu Êt hiÖn mét con sãng thoai tho¶i (Xem H11.6)

H×nh 11.6

KhiFr > 5  6 mÆt n íc lâmxu èng kÌmtheo c ¸c r×a mÐp d©ng lªn,khi ®ã hÖ sè

Cykh«ng phô thuéc Fr.

B¶nch Êt cñaqu ¸ tr×nh x©mth ùc lµ sù xuÊthi Ön c¸c ®iÓm t¸chch Êt lángtrong dßngch ¶y gÇn bÒ mÆt vËtth Ó khi vËn tècchuy Ón ®éng lín. C¸c ®¶o bät h×nhth µnhtr ªn psu Êttrong d ¶i bät gÇn mÆt vËtch øa ®Çy h¬i n íc vµ khÝ hçn hîp tõ n íc t¸chra. b»ng ¸psu Êt h¬i n íc b·oho µ Pv ë nhiÖt ®é®· cho.Hi Ön t îng x©mth ùcxu Êthi Önkhi 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.

C,C y

C y

III



III-II

H×nh 11.7. S¬ ®å xuÊt hiÖn x©m thùc vµ c¸c hÖ sè C, Cy phô thuéc theo nã.

ViÖc ¸p dôngnguy ªn t¾cchuy Ón ®éng cña tµutr ªn ®Ömkh «ngkh Ý kh«ngnh ÷ng cho phÐp gi¶m ® îc lùc c¶n mµ cßn lµm cho tµu ch¹y nhanh. Trongqu ¸ tr×nhchuy Ón ®éng tµuho µnto µn c¸chlykh ái 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.

§Ömkh Ý lµ mét vïng ¸psu Êt lín kÝ hiÖu lµ Pn, ® îc h×nhth µnh d íi ®¸y tµu, nã choph Ðp tµu t¸chlyho µnto µn,ho Æc métph Çn n íc, vµ cã thÓ bayli Öngtr ªn mÆt n íc, mÆt ®Êt. êita ¸p dônghainguy ªn t¾c t¹o ®Ömkh Ý, ®ã lµ:bu ångkh Ý vµ vßi

HiÖnnayng phun (Xem H11.8). N¨m1935

®· ® ara v µ ¸p dôngth µnh c«ng s¬®å kiÓubu ångkh Ý. ¸p suÊt Pn trong ®Öm ® îc t¹o nªn b»ng c¸ch cÊpkh «ngkh Ý vµobu ång ë d íith ©n tµu, sau ®ã kh«ngkh Ý tho¸tkh áibu ångquakhe h ë gi÷ath ©n tµu vµ mÆt n íc. §Ömkh Ý 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 vßiphun-Kh «ngkh Ý ® îc cÊp vµobu ångph ©nph èi tõ®ã c¸clu ångkh «ng

khÝ tho¸t ra c¸c vßi phun n»m theo chu vi ®¸y t¹o thµnh vïng ¸p suÊt cao Pn. C¸c tµuki Óubu ång cã L/B=1,5  2,7 vµ khèi l îng tíi300T, s è Fr tÝnhtheo

chiÒu dµi ®Öm nhá h¬n 2,0 vµ ¸p suÊt trong ®Öm Pn = (1000  4000) N/m2.

H×nh 11.8. Nguyªn lý t¹o ®Öm khÝ

a.- kiÓu buång b.- kiÓu vßi phun

Lùc c¶nchuy Ón ®éng cña tµuki Óubu ångsinhra b ëi ¸psu Êt vµ c¸c øngsu Êtti Õp t¸c dông lªnth ©n tµu. C¸c ¸psu Êt nµy ®Òura b ëilu ångkh «ngkh Ý phÝango µi,trong ®Öm,trong c ¸c èng dÉnkh Ý. Lùc c¶nkh «ngkh Ý RAA víi hÖ sè CAA =f(Re).Do c Êp kh«ngkh Ý b»ngqu ¹t ®Ó t¹ora v µ duytr ×®Ö mkh «ngkh Ý nªn cßn xuÊt hiÖn lùc c¶n xung cña kh«ng khÝ RI = AvQ.

Trong ®ã: Q- l u l îngkh «ngkh Ý doqu ¹t t¹o nªn. HÖ sè lùc c¶nxung x ¸c ®Þnhtheodi Ön

tÝch Sn cña ®Öm, ® îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc CI = 2Q/ vSn.

ChuyÓn ®éng cña ®Ömkh Ý, còng cã nghÜa lµ chuyÓn ®éng cña vïng ¸psu Êtcao trªn mÆt n íc vµ lµ nguyªnnh ©n g©yra h Ö thèng sãng nªnxu Êthi Ön lùc c¶n sãng RW, nã truyÒnchoth ©n tµunh ê viÖcph ©nph èi l¹i ¸psu Êttrong ®Öm vµ lµm tµuch ói, víi gãc chói di ®éng lµ .

íc c¹nkhiFr  1 TrÞ sè RW phô thuécL/B, s è Fr,chi Òu s©ulu ång l¹chH.Trong n 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.

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 KhiL/B = 2  2,5 th× Fr < 2, 0 tÝnh theo chiÒu dµi ®Öm KhiL/B > 5 th × Fr =0,6  0,8 Lùc c¶n ® îcchiath µnh: lùc c¶n sãng cña ®Öm RW, lùc c¶nph Çnnh « RAP, lùc c¶n kh«ngkh Ý RAA, lùc c¶nxung R I doqu ¹tgi ã sinhra ®Ó duytr ×®Ö m. 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.

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

íng Träng lîng cña tµu khi ®øng yªn sÏ b»ng tæng hîp c¸c lùc ¸p suÊt theo h 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 n íc 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)

H×nh 12.1. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn tµu ®ang chuyÓn ®éng

E, vÒ mÆt trÞ sè nã b»ng lùc c¶n vµ ng îc 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

ChuyÓn ®éng th¼ng ®Òu cña tµu lµ do t¸c dông cña lùc kÐo T

Lùc kÐo cã thÓ sinh ra bëi nguån n¨ng l îng ®Æt trªn tµu vµ trong tr êng 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 l îng 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 l îng 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 = P E/PD vµ ®îc gäi lµ hiÖu suÊt ®Èy. C«ng suÊt P D lu«n lu«n nhá h¬n c«ng suÊt trªn trôc ®éng c¬ P S. Nh vËy c«ng suÊt trªn trôc cña ®éng c¬ cã liªn quan víi c«ng suÊt PD theo quan hÖ:

PD = PS.hn

hP: hiÖu suÊt cña bé truyÒn ®éng Trong ®ã: hn = hS.hP hS: hiÖu suÊt cña ®êng trôc (bé gi¶m tèc, bé t¶i ®iÖn vµ...)

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 îc chiÒu víi chiÒu

hoÆc khÝ ® îc lÊy tõ m«i tr êng bao quanh vµ ®Èy vÒ phÝa ng 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 u, kªnh) còng tiÕp nhËn. ThiÕt bÞ ®Èy, mµ

ngay c¶ c¸c bé phËn cè ®Þnh (èng, ®¹o l 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.

R 1

R 2

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).

Wr n

chiÒu chuyÓn ®éng

H×nh 12.2. S¬ ®å guång cã H×nh 12.3. c¸nh cè ®Þnh S¬ ®å guång cã c¸nh quay

Khi c¸nh lµm viÖc dßng n íc 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 ng îc chiÒu R 1 vµ R 2, vÒ trÞ sè b»ng lùc R sinh ra trªn c¸nh, ta nhËn ® îc mét ngÉu lùc R vµ R 2, mµ m«men xo¾n cña ®éng c¬ ph¶i th¾ng l¹i m«men cña chóng. ChiÕu R 1 lªn híng chuyÓn ®éng ® îc lùc ®Èy T. Sù lµm viÖc cña guång c¸nh cè ®Þnh kÌm theo nhiÒu tæn thÊt n¨ng l îng ®¸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 l îng cña nã t¬ng ®èi lín, nh ng hiÖu suÊt ®Èy cao h¬n, hiÖu suÊt ®Èy ®¹t 0,5 ‚ 0,6. T¸c dông

P 2

2P2

R 0

P 2

V E W r

êi ta kh«ng ®ãng nh÷ng con tµu míi l¾p cña guång gi¶m ®ét ngét khi tµu chßng chµnh vµ chiÒu ch×m thay ®æi, viÖc truyÒn ®éng îc sö dông trªn chóng so víi c¸c ®éng c¬ hiÖn ®¹i kh¸ phøc t¹p, v× vËy chóng chØ ® c¸c tµu s«ng luång l¹ch c¹n. HiÖn nay ng 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)

H×nh 12.4. C¸c chong chãng víi sè c¸nh kh¸c nhau

H×nh 12.5. S¬ ®å lµm viÖc cña chong chãng

Trôc quay cña chong chãng trïng víi h íng chuyÓn ®éng cña tµu hoÆc nghiªng mét gãc th êng kh«ng lín. 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 v E, 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 v E 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 h íng chuyÓn ®éng lµ lùc ®Èy dT cña phÇn tö ®· cho, cßn h×nh chiÕu lªn mÆt ph¼ng quay dF ng îc 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 l îng 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, ng êi ta sö dông c¸c chong chãng ®ång trôc quay ng îc chiÒu nhau. Trong tr êng 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.

§Ó n©ng cao hiÖu suÊt cña c¸c chong chãng ng êi ta cßn sö dông thªm c¸c thiÕt bÞ

híng dßng nh ®¹o l u vµ c¸c c¸nh. §¹o l u lµ mét c¸nh h×nh vßng bao lÊy chong chãng vµ c¸c c¸nh dÉn híng dßng ch¶y (Xem H12.6).

n i

D D

dP H i

p/2

dPH

R D D

E D D

dT H

dX H

dR H

ChiÒu chuyÓn ®éng

D H×nh 12.6. Chong chãng trong ®¹o lu §èi víi c¸c chong chãng cã b íc 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 b íc, v× c¸nh cña chóng cã thÓ quay quanh trôc h íng 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 îc vÐc t¬ lùc ®Èy khi chiÒu quay cña trôc vÉn kh«ng ®æi. Ch©n vÞt sÏ lµm thay ®æi ® ‚ 360 0. ThiÕt bÞ ®Èy nµy lùc ®Èy khi quay trong mÆt ph¼ng n»m ngang giíi h¹n tõ 0 ®îc sö dông vµo n¨m 1930, cã th©n h×nh trèng, mµ mÆt d íi 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.

D1 D2 H×nh 12.7. a . S¬ ®å lµm viÖc cña ch©n vÞt

n p

0 w

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 h íng chuyÓn ®éng vµ tiÕp tuyÕn víi vßng trßn sÏ t¹o ra lùc ®Èy vµ m«men mµ hÖ thèng n¨ng l îng 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 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

sang ngang. Ch©n vÞt kÐm chong chãng vÒ mÆt hiÖu suÊt, nã cã khèi l îng lín vµ kÕt cÊu phøc t¹p, nhng l¹i cã tÝnh chÊt ®iÒu ®éng cao nªn vÉn ® îc ¸p dông ë mét sè kiÓu tµu. Nh÷ng thiÕt bÞ ®Èy gåm c¸c èng dÉn hoÆc c¸c kªnh, mµ b¬m ®Æt trong lßng chóng

®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt níc (Xem H12.9). B¬m sÏ hót níc qua lç tiÕp nhËn vµ x¶ nã qua ®êng èng. Dßng níc x¶ cã thÓ x¶ trong n íc, vµo kh«ng khÝ hoÆc võa n íc võa kh«ng khÝ ®èi víi thiÕt bÞ phôt n íc kiÓu b¸n ch×m. Víi tèc ®é chuyÓn ®éng chËm vµ trung b×nh th× hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt n íc kÐm chong chãng, v× vËy chóng chØ ®îc ¸p dông trªn c¸c tµu ch¹y trong luång c¹n vµ vïng n íc nhiÔm bÈn. §Æc ®iÓm næi bËt cña thiÕt bÞ phôt níc lµ kh«ng cã kh¶ n¨ng ®¶m b¶o viÖc ch¹y ®¶o chiÒu cña tµu b»ng c¸ch ®æi h íng quay vµnh c¸nh b¬m. V× vËy thiÕt bÞ phôt n íc th êng ®îc l¾p c¸c thiÕt bÞ ®Ó ®æi h íng dßng níc x¶, còng nh c¸c b¸nh l¸i ®Æc biÖt vµ c¸c tÊm che ®Ó ®¶m b¶o viÖc ®¶o chiÒu. ë nh÷ng tèc ®é chuyÓn ®éng lín th× hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt níc gÇn b»ng hiÖu suÊt cña chong chãng, v× vËy trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ng êi ta ®· ¸p dông chóng trªn c¸c tµu c¸nh ngÇm vµ taï ®Öm khÝ. §Ó t¨ng ¸p trªn ®o¹n èng x¶ c¸c thiÕt bÞ phôt níc cã thÓ dïng b¬m h íng t©m hoÆc ly t©m, còng nh b»ng n¨ng lîng cña khÝ nÐn. C¸c thiÕt bÞ ®Èy trùc tiÕp biÕn n¨ng l îng d·n në chÊt khÝ sang t¨ng ¸p cho níc, ®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt khÝ. S¬ ®å cña c¸c thiÕt bÞ nµy rÊt kh¸c nhau. Chóng cã thÓ chia ra hai nhãm chÝnh - th¼ng dßng vµ m¹ch ®éng.

n + wx

H×nh 12.10. ThiÕt bÞ phôt khÝ a. Th¼ng dßng _ b. M¹ch ®éng

îc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu (Xem

ThiÕt bÞ phôt th¼ng dßng gåm mét èng víi mÆt c¾t biÕn ®æi, mµ n íc vµ khÝ cã ¸p suÊt ®i qua ®ã. Nh vËy hçn hîp hai pha ®· xuÊt hiÖn sÏ ® îc t¨ng tèc do sù gi·n në thÓ tÝch chÊt khÝ vµ x¶ vÒ phÝa ng H12.10.a). TÝnh chÊt cña thiÕt bÞ phôt khÝ th¼ng dßng lµ kh«ng cã kh¶ n¨ng t¹o ra lùc kÐo khi tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu b»ng kh«ng. ThiÕt bÞ phôt m¹ch ®éng (Xem H12.10.b) vÉn t¹o ra lùc kÐo ngay c¶ khi tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu b»ng kh«ng, nhê c¸c van ®ãng më chu kú kªnh tiÕp n íc. HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt m¹ch ®éng thÊp h¬n hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt th¼ng dßng. Nãi tãm l¹i, thiÕt bÞ phôt khÝ hoµn toµn kÐm vÒ mÆt hiÖu suÊt so víi lo¹i cã c¸nh cho nªn kh«ng ®îc ¸p dông réng r·i.

Ch¬ng 13 H×nh häc vµ kÕt cÊu chong chãng

13.1. C¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña chong chãng

êng bao cña c¸nh 3. §iÓm B cña

VÒ mÆt h×nh häc chong chãng lµ mét cÊu tróc phøc t¹p. C¸c c¸nh cña chong chãng îc t¹o bëi (Xem H13.1) lµ nh÷ng c¸nh cong 4, chiÒu dµy bÐ n»m trªn cñ 1. Chóng ® hai bÒ mÆt cong c¾t nhau. BÒ mÆt thø nhÊt lµ mÆt ®¹p 6 cña c¸nh, thø hai - lµ mÆt hót 5. MÆt ®¹p lµ mÆt c¸nh h íng vÒ ®u«i tµu, mµ khi tµu ch¹y tiÕn mÆt cã ¸p suÊt t¨ng cao. MÆt c¸nh mµ trªn ®ã ¸p suÊt bÞ h¹ thÊp gäi lµ mÆt hót, mÆt nµy h íng vÒ phÝa mòi tµu. §êng giao nhau cña mÆt ®¹p vµ mÆt hót gäi lµ ® ®êng bao c¸nh n»m c¸ch xa trôc chong chãng nhÊt gäi lµ ®Ønh c¸nh. §èi víi mçi c¸nh ngêi ta kÎ t îng trng mét ®êng th¼ng vu«ng gãc víi trôc, ® êng ®ã gäi lµ ® êng t©m c¸nh. Kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm B tíi trôc OX lµ b¸n kÝnh chong chãng R, trÞ sè gÊp ®«i nã gäi lµ ®êng kÝnh chong chãng D.

Vïng g¾n c¸nh vµo cñ gäi lµ ch©n c¸nh 2, kho¶ng c¸ch tõ ch©n c¸nh tíi ®Ønh c¸nh ®o theo b¸n kÝnh lµ chiÒu dµi cña c¸nh l = R - rH (rH- lµ b¸n kÝnh cña cñ). ViÖc chuyÓn tiÕp tõ c¸nh sang cñ ph¶i ®îc lîn ®Òu. Kho¶ng c¸ch lín nhÊt cña c¸nh ®o theo híng trôc h gäi lµ ®é n©ng cña c¸nh.

§Æc ®iÓm quan träng nhÊt cña chong chãng, thÓ hiÖn d¹ng h×nh häc cña nã lµ chiÒu quay. §èi víi mÆt c¾t h×nh trô ®ang xÐt, nÕu nh×n theo trôc X th× ë chong chãng quay ph¶i mÐp ®¹p cña c¸nh n»m xa h¬n mÐp tho¸t, ë chong chãng quay tr¸i sÏ ng îc l¹i (Xem H13.1). MÐp c¸nh c¸ch xa ng êi quan s¸t nhÊt vµ còng vµo n íc ®Çu tiªn khi tµu ch¹y tiÕn

®îc gäi lµ mÐp ®¹p 11, vµ ngîc l¹i lµ mÐp tho¸t 8. x

H×nh 13.1. HÖ to¹ ®é h×nh trô E(0, x, r, q) vµ c¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña chong chãng quay ph¶i

MÆt c¾t c¸nh 7 b»ng h×nh trô 9 ®ång t©m víi chong chãng vµ ® îc tr¶i ra trªn mÆt

ph¼ng gäi lµ pr«phin tiÕt diÖn c¸nh 10. Tuú theo kiÓu vµ chøc n¨ng cña chong chãng c¸c pr«phin cã thÓ cã h×nh d¹ng kh¸c nhau, b×nh th êng ta cã thÓ ph©n ra lµm ba nhãm pr«phin: m¶nh trßn, hµng kh«ng vµ h×nh nªm. § êng th¼ng nèi c¸c ®iÓm xa nhÊt cña pr«phin, nghÜa lµ c¸c mÐp c¸nh ® îc gäi lµ d©y cung 12. Mçi mét d©y cung lµ mét

®êng xo¾n h×nh trô. ChiÒu dµi d©y cung pr«phin b gäi lµ chiÒu réng c¸nh t¹i b¸n kÝnh ®· cho. KÝch th íc e lín nhÊt ®o vu«ng gãc víi d©y cung lµ chiÒu dµy lín nhÊt cña pr«phin tiÕt diÖn t¹i b¸n kÝnh ®· cho. H×nh d¸ng cña pr«phin tiÕt diÖn thÓ hiÖn qua chiÒu dµy t¬ng ®èi d = e/b, mµ trÞ sè cña nã phô thuéc vµo b¸n kÝnh mÆt c¾t h×nh trô vµ giao ®éng trong kho¶ng 0,2 ‚ 0,02. C¸c bÒ mÆt cong t¹o nªn c¸nh, vÒ h×nh d¹ng gÇn gièng mÆt xo¾n. Ta biÕt r»ng, mÆt

íc thay ®æi theo h íng b¸n kÝnh vµ mÆt

p 2 / ) 1 r (

p 2 / ) 3 r (

p 2 / ) 2 r (

p 2 / P

r 3

r 2

r 1

r 3

r 2

r 1

r 3

r 2

r 1

xo¾n ®îc t¹o nªn bëi ® êng cong ph¼ng quay ®Òu xung quanh trôc vµ ®ång thêi chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu däc theo trôc ®ã. Nh vËy mçi mét ®iÓm cña ® êng cong ph¼ng t¹o nªn trong kh«ng gian mét ® êng xo¾n h×nh trô cã b íc cè ®Þnh, nghÜa lµ ®êng ®îc t¹o nªn trong kh«ng gian khi mét ®iÓm võa quay ®Òu quanh mét trôc võa chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu däc trôc ®ã. §Ó x¸c ®Þnh b íc cña ®êng xo¾n ta lÊy kho¶ng c¸ch ®o däc trôc khi ®iÓm nãi trªn ®· thùc hiÖn xong mét vßng quay quanh trôc. NÕu ®êng cong ph¼ng ®îc thay b»ng mét ®o¹n th¼ng vu«ng gãc víi trôc, th× mÆt xo¾n t¹o nªn bëi ® êng xo¾n nµy gäi lµ ® êng xo¾n ®Òu. Trªn h×nh 13.2 so s¸nh c¸c mÆt c¾t h×nh trô cho mÆt xo¾n ®Òu, mÆt xo¾n cã b xo¾n cã bíc thay ®æi hçn hîp theo híng b¸n kÝnh - trôc.

c. b. a. H×nh 13.2. C¸c mÆt c¾t h×nh trô ®îc tr¶i ph¼ng

a. MÆt xo¾n ®Òu b. MÆt xo¾n cã bíc biÕn ®æi theo híng b¸n kÝnh c. MÆt xo¾n cã bíc biÕn ®æi hçn hîp b¸n kÝnh - trôc

BÒ mÆt chøa c¸c mÐp c¸nh vµ c¸c d©y cung cña tÊt c¶ c¸c mÆt c¾t h×nh trô cña c¸nh ®ang xÐt gäi lµ bÒ mÆt ®Þnh møc. B íc cña bÒ mÆt nµy gäi lµ b íc mÐp. Chong chãng ®îc gäi lµ chong chãng cã b íc kh«ng ®æi khi bíc mÐp cña tÊt c¶ c¸c mÆt c¾t ®Òu b»ng nhau. Khi bÒ mÆt ®Þnh møc cã b íc thay ®æi theo h íng b¸n kÝnh th× chong chãng ®îc gäi lµ chong chãng biÕn bíc. Trong tÝnh to¸n chong chãng, th× ®Æc tr ng h×nh häc cña c¸nh ® îc m« t¶ b»ng gãc bíc:

j = arctg[P/(2pr)] (13.1.1) Trong thùc tÕ ng êi ta lÊy b íc cña mÆt c¾t n»m t¹i b¸n kÝnh t ¬ng ®èi r = 0,7 lµm bíc kÕt cÊu. Tû sè gi÷a b íc kÕt cÊu P vµ ® êng kÝnh chong chãng D gäi lµ tû sè bíc kÕt cÊu P/D vµ nã lµ mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh h×nh häc quan träng nhÊt cña chong chãng.

DiÖn tÝch bÒ mÆt ®Þnh møc lµ diÖn tÝch cña c¸nh chong chãng. Tuy nhiªn bÒ mÆt nµy kh«ng duçi ® îc nã ®Ó trïng víi mÆt ph¼ng, nªn ta lÊy t îng trng diÖn tÝch mÆt n¾n th¼ng cña c¸nh lµm sè ®o diÖn tÝch. Nh vËy ®êng bao diÖn tÝch nµy gäi lµ ® êng bao cña mÆt c¸nh n¾n th¼ng.

a. b. c. d.

H×nh 13.3. C¸c d¹ng ®êng bao mÆt n¾n th¼ng cña c¸nh chong chãng

a. elip ®èi xøng b. kh«ng ®èi xøng hoÆc cong lìi dao c. d¹ng ph¸ b¨ng d. dµnh cho ®¹o lu

A E

)( rb

ChiÒu réng cña c¸nh n¾n th¼ng ë mçi b¸n kÝnh b»ng d©y cung cña pr«phin t ¬ng øng. DiÖn tÝch cña mÆt c¸nh n¾n th¼ng cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc:

(cid:242)=

r H

(13.1.2)

trong ®ã: b(r) - chiÒu réng c¸nh t¹i b¸n kÝnh r, cßn rH lµ b¸n kÝnh cñ chong chãng. Toµn bé diÖn tÝch cña Z c¸nh chong chãng lµ A E. Tû sè diÖn tÝch nµy trªn diÖn tÝch

A E

)

)( rb

DZ /( p

mÆt ®Üa chong chãng A0 = pD2/4 gäi lµ tû sè ®Üa:

[ 4

](cid:242)

A 0

r H

(13.1.3)

TrÞ sè cña tû sè ®Üa ®èi víi c¸c chong chãng tµu thuû dao ®éng trong kho¶ng 0,4 ‚

13.2. C¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh h×nh chong chãng, c¸ch biÓu diÔn bÒ mÆt c¸nh b»ng to¸n häc

1,4. C¸c d¹ng ®Æc tr ng cña h×nh bao mÆt c¸nh n¾n th¼ng ® îc tr×nh bµy trªn h×nh 13.3.

Do yªu cÇu rÊt chÝnh x¸c khi chÕ t¹o chong chãng nªn b¾t buéc ph¶i m« t¶ tû mû

¬ng ph¸p:

h×nh d¹ng h×nh häc cña c¸nh. ViÖc m« t¶ h×nh d¹ng h×nh häc cña c¸nh ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc chÕ t¹o míi chong chãng sau nµy, cã thÓ thùc hiÖn b»ng hai ph ph¬ng ph¸p x©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt b»ng tay, råi sau ®ã ®Õn b¶n vÏ chÕ t¹o chong chãng vµ dïng ph¬ng ph¸p to¸n häc ®Ó m« t¶ bÒ mÆt c¸nh chong chãng. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ph ¬ng ph¸p thø hai ® îc ¸p dông réng r·i cã kÕt hîp víi viÖc sö dông c¸c m¸y c«ng cô ®îc l¾p bé ®iÒu khiÓn ch¬ng tr×nh vµ c¸c bé tù ®éng vÏ h×nh ®Ó chÕ t¹o chong chãng. C¸ch biÓu diÔn bÒ mÆt c¸nh chong chãng b»ng to¸n häc hoµn toµn x¸c ®Þnh ® îc

mêi th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n kh«ng thø nguyªn cña chong chãng. Ngoµi ra ®Ó m« t¶ toµn diÖn h×nh d¹ng h×nh häc cña chong chãng, cÇn ph¶i biÕt tr íc ba trÞ sè: sè c¸nh Z, ®êng kÝnh D vµ b¸n kÝnh cñ r H cña chong chãng. Nh vËy, ®Ó m« t¶ mét c¸nh bÊt kú cÇn ph¶i cã tÊt c¶ m êi ba th«ng sè h×nh häc, trong ®ã hai th«ng sè cã thÓ lµ hµm cña mét hoÆc hai biÕn sè, t¸m th«ng sè lµ hµm cña mét biÕn vµ ba lµ hµm cè ®Þnh. Trong trêng hîp cô thÓ, c¸c th«ng sè nµy ® îc x¸c ®Þnh tõ b¶n tÝnh thiÕt kÕ chong chãng.

§èi víi mçi c¸nh ta kÎ ® êng t©m c¸nh vu«ng gãc víi trôc chong chãng. Ta thÊy r»ng ®êng t©m cña c¸c c¸nh ®Òu c¾t nhau t¹i mét ®iÓm - t¹i t©m ®Üa chong chãng vµ n»m ®èi xøng trong mÆt ph¼ng cña ®Üa ®ã, nghÜa lµ ë nh÷ng gãc b»ng nhau. Mét trong c¸c c¸nh vµ ®êng t©m c¸nh øng víi nã mang sè kh«ng.

Ta dïng hÖ to¹ ®é h×nh trô E (0, x, r, q) ®ång t©m víi chong chãng cã gèc n»m t¹i t©m ®Üa (Xem H13.1). Trôc x trïng víi trôc chong chãng h íng vÒ phÝa chuyÓn ®éng cña tµu, nghÜa lµ theo h íng tõ mÆt ®¹p tíi mÆt hót cña c¸nh. Gãc q ®îc tÝnh trong mÆt ph¼ng ®Üa tõ ®êng t©m c¸nh sè kh«ng theo híng tõ mÐp tho¸t tíi mÐp ®¹p, nghÜa íng lµ theo chiÒu kim ®ång hå ®èi víi trôc chong chãng quay ph¶i nÕu nh×n theo h trôc ox. Ph¬ng tr×nh cña ®êng xo¾n ®Òu, b¸n kÝnh r trong hÖ to¹ ®é nµy cã thÓ viÕt: x - xR = [P/(2p)]q (13.2.1) trong ®ã: P - lµ bíc cña ®êng xo¾n, xR - lµ hoµnh ®é giao ®iÓm cña ® êng xo¾n víi mÆt ph¼ng ®i qua trôc ox vµ ®êng t©m c¸nh sè kh«ng.

VÞ trÝ cña mét ®iÓm bÊt kú trªn ® êng xo¾n nµy cã thÓ biÓu diÔn d íi d¹ng to¹ ®é cong x, vÒ trÝ sè tuyÖt ®èi nã b»ng chiÒu dµi cña ®o¹n ® êng xo¾n tõ gèc to¹ ®é ®Õn ®iÓm ®ang xÐt. Ta ký hiÖu chiÒu dµi ® êng xo¾n n»m gi÷a gèc to¹ ®é x vµ ®iÓm cã hoµnh ®é xR lµ |CS|. Khi CS b»ng kh«ng th× gèc to¹ ®é x trïng víi giao ®iÓm cña ® êng xo¾n ®ang xÐt víi mÆt ph¼ng ®i qua trôc ox vµ ®êng t©m c¸nh sè kh«ng.

c/2

0s =(xS, r, qS)

S x

c S

R x

- c / 2

Ngoµi hÖ to¹ ®é trô E ta dïng hÖ to¹ ®é cong côc bé F (O S, x, h) cã liªn quan víi mÆt c¾t h×nh trô t¹i b¸n kÝnh ®· cho (Xem H13.4).

H×nh 13.4. HÖ to¹ ®é côc bé F(OS, x, h)

Gèc to¹ OS n»m t¹i trung ®iÓm cña d©y mÆt c¾t c¸nh. To¹ ®é x cña hÖ F hoµn toµn t¬ng tù nh to¹ ®é ®· xÐt ë trªn vµ h íng vÒ phÝa mÐp ®¹p. To¹ ®é h vu«ng gãc víi d©y cung trong mÆt ph¼ng vµ h íng vÒ phÝa mÆt hót (Xem H13.4). Lóc bÊy giê vÞ trÝ cña mÆt c¾t c¸nh hoµn toµn ®îc x¸c ®Þnh b»ng bèn th«ng sè: r, P, x r vµ cs nghÜa lµ b¸n kÝnh cña h×nh trô c¸t tuyÕn, b íc cña mÆt c¾t, kho¶ng tú, vµ ®é cong cña mÆt c¾t. Nh vËy, viÖc chuyÓn hÖ t¹o ®é cña hÖ trôc côc bé F sang hÖ trô E ® îc thÓ hiÖn qua c¸c c«ng thøc:

x = xR + ( Cs + x ) sinj + h cosj ; q = ( 1/r ) [ ( Cs + x ) cosj - h sinj ; (13.2.2) r = rS

trong ®ã: j - ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (13.1.1). §é cong h×nh l ìi dao mÆt c¾t c s mang gi¸ trÞ d ¬ng khi t©m d©y cung dÞch theo chiÒu d¬ng x tõ mÆt ph¼ng chøa trôc Ox vµ ®êng t©m sè kh«ng, nghÜa lµ dÞch vÒ phÝa mÐp ®¹p (Xem H13.4)

§é cong h×nh l ìi dao cña mÆt c¾t C s t¹i mÆt c¾t ®ang xÐt lµ ®é dÞch chuyÓn cña t©m d©y cung mÆt c¾t c¸nh h×nh trô trong mÆt ph¼ng cña bÒ mÆt n¾n th¼ng tõ vÕt cña ®êng t©m c¸nh. Ngoµi ra, ®é cong ®ã còng ® îc biÓu thÞ b»ng gãc uèn cong h×nh l ìi dao qs, lµ to¹ ®é cña t©m d©y cung mÆt c¾t trong hÖ to¹ ®é h×nh trô E, mµ theo (13.5) nã liªn quan víi gãc bíc j vµ ®é cong Cs b»ng c«ng thøc sau:

qS = Cs cosj / r (13.2.3) Kho¶ng tú x R nãi trªn m« t¶ ®é dÞch chuyÓn d©y cung cña mÆt c¾t däc trôc x . Theo (2-5) th× sù liªn quan gi÷a kho¶ng tú lín nhÊt , gãc b íc vµ ®é cong h×nh lìi dao cña mÆt c¾t ®îc thÓ hiÖn b»ng c«ng thøc sau:

–

– =

( )xhh

xS = xR + Cs sinj (13.2.4) Nh vËy, vÞ trÝ cña t©m d©y cung mÆt c¾t trong hÖ to¹ ®é h×nh trô E ® îc x¸c ®Þnh b»ng b¸n kÝnh r, kho¶ng tú lín nhÊt xs vµ gãc uèn cong h×nh lìi dao qs (xem h×nh 2-4) Trong hÖ to¹ ®é F, mÆt c¾t ®ang xÐt cã thÓ biÓu diÔn b»ng ph ¬ng tr×nh ®êng bao nã: (13.2.5)

trong ®ã: h+ vµ h- - to¹ ®é cña mÆt hót vµ mÆt ®¹p cña mÆt c¾t t ¬ng øng. ChiÒu

( )xhxhxh ( )

=)(e

dµy mÆt c¾t lµ hµm he(x) b»ng kho¶ng c¸ch tõ mÆt hót tíi mÆt ®¹p ®o vu«ng gãc víi d©y cung, nghÜa lµ:

~ , trong ®ã x

F T

[5,0)( =

(13.2.6) Cùc ®¹i cña hµm he (x) lµ e, cßn trÞ sè x mµ t¹i ®ã øng víi ®iÓm cùc ®¹i lµ xeM. TrÞ

~ ( ) hx = c

F c

(

)

~ – xh

–

sè e gäi lµ chiÒu dµy lín nhÊt cña mÆt c¾t, cßn tû sè cña nã trªn chiÒu dµi d©y cung, nghÜa lµ d = e/b - chiÒu dµy t ¬ng ®èi cña mÆt c¾t. Hµm ph©n bè chiÒu dµy hoÆc hµm ~ ~ ( ) e ( ) chiÒu dµy t¬ng ®èi cã d¹ng: - hoµnh ®é kh«ng thø nguyªn / xhx = ®îc lÊy tõ phÐp chia kÝch th íc cho b/2. Hµm nµy ® îc sö dông ®Ó lËp tiªu chuÈn vÒ quy luËt ph©n bè chiÒu dµy mÆt c¾t theo d©y cung. C¸c tung ®é cña ® êng gi÷a mÆt c¾t ®îc coi lµ nöa tæng sè tung ®é cña mÆt hót vµ mÆt ®¹p, khi ®ã: xh c

~ ( ) x

~ ( )x

Ff cM

eF T

( ) ( )] (13.2.7) xhxh - cùc ®¹i cña hµm hc (x) kÝ hiÖu lµ f M, vµ trÞ sè x mµ t¹i ®ã x¶y ra cùc ®¹i ký hiÖu lµ xCM. TrÞ sè f M gäi lµ ®é vâng lín nhÊt cña ® êng gi÷a vµ tû sè cña nã víi d©y cung, nghÜa lµ dC = f M/b - ®é vâng t ¬ng ®èi cña mÆt c¾t. Hµm ph©n bè tung ®é cña ® êng gi÷a cã d¹ng: . Hµm nµy ®îc sö dông ®Ó lËp tiªu chuÈn vÒ quy luËt ph©n bè tung ®é cña ® êng gi÷a theo d©y cung. Chó ý tíi c¸c ký hiÖu trªn c«ng thøc (13.2.5), ta cã thÓ viÕt: 5,0 Theo OCT 5.0317 - 80 ngêi ta dù kiÕn sö dông hai ph¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó gi¶i

(13.2.8)

bµi to¸n m« t¶ bÒ mÆt c¸nh chong chãng nh : - GÇn ®óng tõng phÇn tö theo c¸c ph ¬ng tr×nh ®· ® îc viÕt trong hÖ to¹ ®é h×nh trô E. - GÇn ®óng trùc tiÕp theo c¸c ph ¬ng tr×nh th«ng sè ®· ® îc viÕt trong hÖ trôc to¹ ®é côc bé F.

Trong ph ¬ng ph¸p thø hai th× sè l îng c¸c b íc ®i ®Ó x¸c ®Þnh to¹ ®é bÒ mÆt c¸nh chong chãng kh«ng lín h¬n nªn ë giai ®o¹n chuÈn bÞ c¸c ch ¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cho thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ch ¬ng tr×nh viÖc ¸p dông ph ¬ng ph¸p nµy lµ hîp lý. Cßn ph¬ng ph¸p gÇn ®óng tõng phÇn th× ng îc l¹i, nã ® îc sö dông ë giai ®o¹n chuÈn bÞ c¸c sè liÖu ban ®Çu.

arctg

–

5,0

5,0 b

–

; j

Fe T

–

/1(

5,0

[ () ( rP ( c + + ) +

–

( j

; j

Ff cM (

cos ) sin

] ) ; r ~ ) sin x ~ ) 5,0 cos b x

Ff cM

) Fe T

)

);

D¹ng c¬ b¶n cña ph ¬ng tr×nh bÒ mÆt c¸nh chong chãng trong tr êng hîp nµy sÏ nhËn ®îc sau khi thay (13.2.8) vµ (13.2.2) cã xÐt ®Õn (13.1.1) vµ b»ng c¸ch chia tÊt c¶ c¸c kÝch thíc tuyÕn tÝnh cho b¸n kÝnh chong chãng, nh vËy:

F T

)

);

= ~ ( x ~ ( x

( c S ~ ( x e ~ ( x c

F c

1(1

1/()

)

khi

+–

–

~ - xx

~ x

~ x eM

~ x e

1(1

1/()

)

khi

+–

–

~ xx -

~ x

~ x cM

~ x c

£ (cid:236) (cid:237) (cid:238) £ (cid:236) (cid:237) (cid:238)

(cid:252) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:253) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:254)

(13.2.9)

~ cx

~ ex

)

~ ( C

~ TMF x vµ ( e

–x vµ

vµ

vµ 10 th«ng sè kh«ng thø nguyªn, ® îc gäi lµ c¸c th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n nh

Rx , e , Mf

~ , CMx

~ eMx

SC ,

, P ,

mµ kh«ng

r = 0,2 ‚ 0,9 (0,1); 0,95; 0,975] vµ 16 = - 0,95; - 0,9; - 0,85; - 0,8 ‚ + 0,8 (0,2); + 0,85; + 0,9; +

Trong ®ã (-) vµ (~) trªn c¸c ký hiÖu chØ râ c¸c ®¹i l îng kh«ng thø nguyªn nhËn - c¸c biÕn ®îc b»ng c¸ch chia phÇn tö ®· nhËn ® îc cho R vµ b/2 t ¬ng øng ®éc lËp míi ®Ó cho phÐp ¸p dông c¸c hµm quy ®æi ph©n bè chiÒu dµy vµ ph©n bè to¹ ®é cña ®êng gi÷a mÆt c¾t CMF x . Nh÷ng hµm nµy kh«ng phô thuéc vµo trÞ ) sè vµ vÞ trÝ cña c¸c ®iÓm cùc ®¹i cña c¸c hµm xuÊt ph¸t he (x) vµ hC (x) ®Æc trng cho h×nh d¸ng mÆt c¾t; –q - to¹ ®é phÝa hót vµ ®¹p cña ® êng bao mÆt c¾t t¹i b¸n kÝnh r t¬ng øng trong hÖ h×nh trô E. Trong ph ¬ng tr×nh nµy cã hai biÕn ®éc lËp r vµ ~ : x ~ FTM, FCM, b , , . Hai th«ng sè ®Çu cã thÓ phô vµo r vµ x ~ c¸c th«ng sè cßn l¹i chØ phô thuéc vµo r . NÕu FTM vµ FCM phô thuéc vµo x phô thuéc vµo r th× cã nghÜa lµ c¸nh cã mét pr«phin duy nhÊt hay quy luËt ph©n bè chiÒu dµy vµ tung ®é ®êng gi÷a cña mÆt c¾t ®Òu gièng nhau trªn tÊt c¶ c¸c b¸n kÝnh. C¸c sè liÖu xuÊt ph¸t ®Ó m« t¶ bÒ m¾t c¸nh chong chãng b»ng to¸n häc ®ù¬c x©y

dùng theo d¹ng b¶ng c¸c trÞ sè cña 10 hµm øng víi c¸c th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n. Th«ng th êng ng êi ta tr×nh bµy 10 mÆt c¾t [ ~ ®iÓm trªn mçi d©y cung [ x 0,95; + 0,975].

ViÖc ®¶m b¶o b»ng ch ¬ng tr×nh nªu trong OCT5.0317 -80 cho phÐp b»ng m¸y

13.3. X©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng

B¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng ® îc tr×nh bµy trªn h×nh 13.5, gåm cã ® êng bao mÆt n¾n ph¼ng cña c¸nh 6 cïng víi ® êng chiÒu dµy lín nhÊt 5 vµ mét lo¹t mÆt c¾t 7 (tíi 10); h×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh 4 (® êng bao thiÕt kÕ); h×nh chiÕu c¹nh 1 cã chøa

tÝnh ®iÖn tö kiÓu EC lµm tr¬n tõng phÇn vµ néi dung c¸c hµm nãi trªn b»ng nh÷ng ®êng gi¶ cong trïng lËp ph ¬ng, sau ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh to¹ ®é cña tõng ®iÓm bÒ mÆt c¸nh b»ng c¸ch sö dông ph ¬ng tr×nh (13.2.9). ViÖc lµm tr¬n lµ rÊt cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o ®é tr¬n ®Òu cho bÒ mÆt c¸nh.

ë mét phÇn ba cuèi bªn ph¶i tê giÊy vÏ, ta kÎ ® êng t©m c¸nh ë gi÷a. Trªn ® êng

5,0

–

RC S

~ x d x tx

®êng bao qui c¸ch 3 cña c¸nh vµ mÆt c¾t qui íc cña c¸nh theo ® êng chiÒu dµy lín nhÊt 2. Tû lÖ cña b¶n vÏ ® îc chän trong d·y 1:1, 1:2, 1:2,5; 1:4; 1:5; 1:10. § êng bao mÆt n¾n ph¼ng vµ ®êng chiÒu dµy lín nhÊt ®îc x©y dùng nh sau (Xem H13.5).

5,0

~ x eM

(13.3.1)

l 1

1 h

2 h

l 2

p(0,4)/2p

®ã ta ®Þnh c¸c ®iÓm t ¬ng øng víi 10 b¸n kÝnh trung gian. Qua c¸c ®iÓm ®ã ta kÎ c¸c ®êng th¼ng phô n»m ngang, trªn ®ã tÝnh tõ ® êng t©m c¸nh ta ®Æt ba trÞ sè: hoµnh ®é (trong hÖ F) cña mÐp ®¹p x®x, hoµnh ®é mÐp tho¸t xtx (Xem hoµnh ®é x trªn h×nh 13.4) ~ vµ hoµnh ®é cña ®êng chiÒu dµy lín nhÊt , ®îc tÝnh theo c¸c c«ng thøc díi ®©y: eMx (cid:252) ; Rb (cid:239) (cid:253) (cid:239)(cid:254) Nèi c¸c ®iÓm l¹i b»ng ®êng cong tr¬n vµ t¹i ®©y ta ®· kÕt thóc qu¸ tr×nh x©y dùng võa nãi. Trªn h×nh13.3 lµ c¸c s¬ ®å cña bèn d¹ng ® êng bao mÆt n¾n ph¼ng cña c¸nh ®ang ®îc sö dông th«ng dông nhÊt. §«i khi ® êng bao nµy ®îc thÓ hiÖn b»ng ®êng nÐt m¶nh trªn h×nh chiÕu ph¸p.

H×nh 13.5. C¸ch x©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng

1. §êng bao h×nh chiÕu c¹nh 2. mÆt c¾t gi¶ ®Þnh cña c¸nh theo ®êng chiÒu dµy lín nhÊt 3. ®êng bao quy c¸ch 4. ®êng bao thiÕt kÕ 5. ®êng chiÒu dµy lín nhÊt 6. ®êng bao mÆt n¾n th¼ng 7. mÆt c¾t h×nh trô.

§êng bao mÆt n¾n ph¼ng cña c¸nh th êng trïng víi c¸ch biÓu diÔn c¸c mÆt c¾t h×nh trô. MÆt c¾t t¹i mét b¸n kÝnh khi biÕt c¸c hµm F c ,FT vµ c¸c yÕu tè f M, e ph¶i ®îc x©y dùng sau khi ®· tÝnh ® îc c¸c tung ®é theo c«ng thøc (13.1.1). C¸c chiÒu dµy vµ c¸c tung ®é ph¶i ®Æt vu«ng gãc víi d©y cung. §Ó x©y dùng ®óng mÆt c¾t c¸nh gÇn c¸c mÐp ph¶i sö dông c¸c trÞ sè b¸n kÝnh cong cña c¸c mÐp ®· biÕt ®Õn trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ. Khi sö dông m¸y tÝnh ®iÖn tö ®Ó x©y dùng b¶n vÏ theo c¸ch m« t¶ b¶n vÏ b»ng to¸n îc x¸c ®Þnh häc th× kh«ng cÇn ph¶i gi¶ thiÕt c¸c b¸n kÝnh cong nãi trªn, v× chóng ® ~ trong qu¸ tr×nh lµm tr¬n vµ xÊp xØ hµm F T theo x . Nh vËy, hµm F T ph¶i ® îc ®Þnh

tríc b»ng b¶ng vµ c¸c trÞ sè trong 16 ®iÓm nãi trªn cña d©y cung. Khi x©y dùng mÆt c¾t th× ®é n©ng cña mÐp c¸nh vµ c¸c b¸n kÝnh ® îc ghi c¹nh mÐp vßng trßn, nh vËy mÆt c¾t ph¶i vÏ theo d©y cung ngoµi. Trªn b¶n vÏ thi c«ng ®èi víi tõng mÆt c¾t ph¶i chØ râ c¸c tung ®é cña mÆt ®¹p vµ tung ®é mÆt hót cña 16 ®iÓm nãi trªn. Ngoµi ra, nÕu cÇn ph¶i chØ râ c¸c th«ng sè cña mÐp. H×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh lµ h×nh chiÕu lªn mÆt ph¼ng ®Üa chong chãng vµ ® îc x©y dùng nh sau (Xem H13.5)

Tríc hÕt, ph¶i thùc hiÖn c¸c c«ng viÖc phô trî. Tõ ®iÓm O 1 øng víi trôc chong

chãng trªn ® êng bao n¾n ph¼ng, theo ® êng n»m ngang t ¬ng øng ta ®Æt trÞ sè P(r)/(2p) vÒ phÝa ngîc chiÒu víi chiÒu quay cña chong chãng, nghÜa lµ bªn tr¸i ®èi víi chong chãng quay ph¶i. NÕu b íc cña chong chãng biÕn ®æi theo b¸n kÝnh th× c¸ch x©y dùng trªn ph¶i thùc hiÖn cho tõng mÆt c¾t. Tõ ®iÓm P nhËn ® îc theo c¸ch trªn kÎ tia qua t©m d©y cung C cña mÆt c¾t ®ang xÐt. Trong vïng mÐp ®¹p ta kÎ hai ® êng tiÕp tuyÕn víi ®êng bao cña mÆt c¾t - mét vu«ng gãc víi tia PC, hai song song víi nã ta ®îc h1 vµ l1 trªn h×nh 13.5. §iÒu nµy ® îc rót ra tõ tÝnh ®ång d¹ng cña tam gi¸c b íc vµ tam gi¸c vu«ng víi c¸c c¹nh kÒ h 1 vµ l1. C¸ch x©y dùng t ¬ng tù vÉn cho phÐp t×m ®îc h2 vµ l2 cho mÐp tho¸t cña mÆt c¾t.

B©y giê ta x©y dùng ® êng bao h×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh. Vµo gi÷a tê giÊy vÏ kÎ ®êng th¼ng ®øng, mµ nã sÏ trïng víi ® êng t©m cña c¸nh sè kh«ng, ta ®Þnh vÞ trôc chong chãng O. Tõ ®iÓm O lµm t©m ta quay cung trßn øng víi mÆt c¾t ®ang xÐt, gäi C 1 lµ giao ®iÓm gi÷a ®êng t©m c¸nh víi cung trßn, th× ®Ó nhËn ® îc ®iÓm cña ®êng bao thuéc h×nh chiÕu ph¸p B' chØ cÇn chó ý r»ng chiÒu dµi d©y cung C 1B' b»ng chiÒu dµi ®o¹n l1 ®· t×m ®îc trong qu¸ tr×nh x©y dùng phô trî nãi trªn.

VÞ trÝ thùc tÕ cña ®iÓm trªn cung ®ang xÐt cã thÓ t×m b»ng ph ¬ng ph¸p ®å thÞ, khi AE/Ao > 0,7 vµ ph ¬ng ph¸p gi¶i tÝch cho tr êng hîp bÊt kú. Ph ¬ng ph¸p ®å thÞ lµ ph¬ng ph¸p mµ trªn ® êng th¼ng n»m ngang ®i qua C 1 ta ®Æt 1/4 ®o¹n l 1. Tõ ®iÓm nhËn ®îc lµm t©m quay cung trßn b¸n kÝnh b»ng 3/4 l 1vµ giao ®iÓm cña cung nµy víi cung c¬ b¶n øng víi cung cña mÆt c¾t ®ang xÐt cho ta ®iÓm ph¶i t×m B'. §èi víi chong chãng quay ph¶i ®iÓm nµy t ¬ng øng víi mÐp ®¹p vµ n»m bªn ph¶i ® êng t©m c¸nh, cßn ®èi víi chong chãng quay tr¸i ®iÓm nµy øng víi mÐp tho¸t, tuy vËy nã vÉn n»m bªn ph¶i ® êng t©m c¸nh nÕu nã di ®éng trªn cung c¬ b¶n cña b¸n kÝnh ®ang xÐt. §iÓm A' øng víi mÐp tho¸t cña chong chãng quay ph¶i vÉn cã thÓ t×m ® îc t¬ng tù. Nèi tÊt c¶ c¸c ®iÓm ®· nhËn ® îc cho tÊt c¶ c¸c b¸n kÝnh mÆt c¾t ta ® îc ®êng bao h×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh. T¹i ®©y kÕt thóc qu¸ tr×nh x©y dùng ® êng bao h×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh.

H×nh chiÕu c¹nh cña c¸nh (Xem H13.5), nghÜa lµ h×nh chiÕu lªn mÆt ph¼ng ®i qua trôc chong chãng vµ ® êng t©m c¸nh sè kh«ng, ® îc x©y dùng nh sau: Vµo gi÷a 1/3 tê giÊy vÏ ta kÎ ® êng t©m c¸nh sè kh«ng. Trªn ® êng n»m ngang ta ®Þnh t©m trôc chong chãng O2 nh ®· lµm khi x©y dùng h×nh chiÕu ph¸p. Ta xem c¸ch x¸c ®Þnh ®iÓm B" trªn h×nh chiÕu c¹nh. Tõ ®iÓm C 1 song song víi trôc chong chãng ta kÎ ® êng phô trî n»m ngang cho tíi khi c¾t ® êng t©m c¸nh trªn h×nh chiÕu c¹nh, ta cã ®iÓm C 3. Tõ ®iÓm nµy trªn ® êng n»m ngang ta ®Æt ®o¹n Rx vÒ bªn tr¸i khi x R< 0 vµ bªn ph¶i khi xR> 0. §iÓm nhËn ® îc kÝ hiÖu lµ C 2. VÒ phÝa ph¶i C 2 trªn ® êng n»m ngang ta ®Æt ®o¹n h1 (®Ó x¸c ®Þnh ®iÓm A" ®Æt h 2 vÒ bªn tr¸i). §iÓm G nhËn ®îc lµ ®iÓm t¬ng øng cña ®êng bao c¸nh (Xem H13.5), nghÜa lµ trong qu¸ tr×nh chong chãng quay vÞ trÝ cña ®iÓm ®ang xÐt lµ lín nhÊt theo chiÒu cao ë trªn h×nh chiÕu c¹nh. T¹i ®iÓm giao nhau cña ®êng th¼ng h¹ tõ G vµ ® êng n»m ngang phô ®i qua ®iÓm B' cña h×nh chiÕu ph¸p cho ta ®iÓm B". Nèi c¸c ®iÓm ®· nhËn ® îc b»ng ®êng cong tr¬n ta kÕt thóc qu¸ tr×nh x©y dùng h×nh chiÕu c¹nh ë ®©y.

§êng nèi c¸c ®iÓm C 2 cho c¸c mÆt c¾t gäi lµ ® êng sinh cña c¸nh. § êng nµy thêng cã d¹ng ® êng th¼ng ®i qua ®iÓm O 2. Trong tr êng hîp nµy gãc gi÷a ® êng sinh vµ ® êng t©m c¸nh gäi lµ gãc nghiªng cña c¸nh. Nã thay ®æi trong kho¶ng 0I150. Ngoµi ®êng bao h×nh chiÕu c¹nh cßn ® êng bao t¹o d¸ng cña c¸nh, thÓ hiÖn b»ng ®êng gi¸n ®o¹n (Xem H13.5). §Ó vÏ mÆt c¾t gi¶ ®Þnh cña c¸nh theo ® êng chiÒu dµy lín nhÊt (®å thÞ chiÒu dµy lín nhÊt) th× tõ ® êng sinh cña c¸nh theo ® êng n»m ngang ta ®Æt bªn ph¶i trÞ sè chiÒu dµy lín nhÊt cña c¸c mÆt t ¬ng øng. Nèi c¸c ®iÓm ®· nhËn ®îc b»ng ® êng cong tr¬n vµ g¹ch chÐo vïng gi÷a ® êng nµy vµ ® êng sinh (Xem H13.5). §iÓm ®Æc biÖt lµ chiÒu dµy ë ®Ønh c¸nh kh«ng b»ng kh«ng mµ nã b»ng kho¶ng c¸ch e 1 ‡ 0,007 R cho nh÷ng tµu kh«ng ch¹y trong b¨ng. Ngoµi ra chiÒu dµy lín nhÊt cña c¸c mÆt c¾t ë c¸c b¸n kÝnh t ¬ng ®èi 0,6 (cid:214) 0,7 hoÆc 0,2 (cid:214) 0,25 ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu cña §¨ng kiÓm.

13.4. KÕt cÊu chong chãng

Kh¸c víi b¶n vÏ thi c«ng trªn b¶n vÏ lý thuyÕt th«ng th êng kh«ng vÏ ®êng giao nhau cña bÒ mÆt c¸nh víi cñ mµ chØ vÏ nÐt l în ®Òu trªn mÆt c¾t cña c¸nh theo ® êng chiÒu dµy lín nhÊt. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y ng êi ta ¸p dông réng r·i chong chãng víi ® êng bao c¸nh rÊt kh«ng ®èi xøng.

Tuú thuéc vµo ph¬ng ph¸p ghÐp c¸nh víi cñ ng êi ta chiachong chãng ra lµm hai nhãm: Chong chãng bíc kh«ng ®æi c¸nh ® îc ghÐp cè ®Þnh vµo víi cñ, chong chãng biÕn bíc c¸nh cña chóng cã thÓ quay quanh trôc vu«ng gãc víi trôc chong chãng ®Ó ®iÒu chØnh bíc. Chong chãng bíc kh«ng ®æi ®ù¬c chia ra lo¹i ®óc khèi, hµn vµ chong chãng c¸nh

cñ rêi; mµ c¸nh cña nã ® îc ghÐp vµo cñ b»ng c¸ch nèi bÝch hoÆc Ðp nÐn. Cñ chong chãng lµ mét vËt trßn xoay mµ ® êng sinh cña nã cã h×nh d¸ng kh¸c nhau. D¹ng cña ®êng sinh ph¶i tÝnh to¸n vµ chän sao cho cñ kÌm theo mò tho¸t n íc vµ c¸c vËt nh« t¹o thµnh mét tæ hîp dÔ tho¸t n íc. §êng kÝnh trung b×nh cña cñ th êng lÊy b»ng 1,8 (cid:214)2,2 dB, trong ®ã d B lµ ®êng kÝnh trôc chong chãng. MÆt ®u«i cñ vÒ nguyªn t¾c cã ®êng kÝnh nhá h¬n. ChiÒu dµi cña cñ cÇn ®îc tÝnh to¸n vµ chän sao cho khi b¶o qu¶n chong chãng tùa lªn mÆt mót c¸c mÐp c¸nh kh«ng bÞ va ch¹m.

H×nh 13.6. S¬ ®å kÕt cÊu cña mò, cñ tho¸t

r 2

níc vµ trôc chong chãng

1. c¸nh 2. cñ 3. r·nh ®Æt vá chèng quÊn d©y 4. trôc chong chãng 5. ¸o trôc chong chãng 6. ®o¹n c«n trôc 7. then 8. ®o¹n trô ®Çu trôc 9. lç khoÐt trong cñ ®Ó gi¶m c«ng viÖc c¹o rµ 10. ®ai èc ®Çu trôc 11. mò tho¸t níc 12. bul«ng gi÷ mò víi cñ

Cñ vµ trôc chong chãng ® îc nèi ghÐp b»ng then hoÆc Ðp kh«ng then. Lç bªn trong cñ cã ®é c«n 1:15, ®Ó t ¬ng øng víi ®é c«n trôc chong chãng. S¬ ®å kÕt cÊu cña cñ, mò tho¸t n ¬c vµ trôc chong chãng trong tr êng hîp nèi then ® îc tr×nh bµy trªn h×nh 13.6.

háng ng êi ta l¾p mò tho¸t n íc. Mò íc

Lùc ®Èy cña chong chãng khi ch¹y tiÕn do phÇn c«n trôc tiÕp nhËn, cßn khi ch¹y lïi do ®ai èc vÆn vµo ren phÇn ®Çu trôc tiÕp nhËn. §Ó gi¶m tæn thÊt thuû lùc, tr¸nh cho phÇn c«n trôc, ®ai èc vµ ren bÞ ¨n mßn vµ h ®îc l¾p ghÐp kÝn n íc trªn cñ b»ng bu l«ng vµ ®æ ®Çy mì b«i tr¬n ®Æc. ë mót tr cña cñ còng ph¶i l¾p ®Öm kÝn ®Ó tr¸nh n íc biÓn lät vµo trôc. Trªn c¸c tµu nhá ®ai èc vµ mò thêng kÕt hîp thµnh mét chi tiÕt. Tuú theo c¸c yªu cÇu vÒ ®é chÝnh x¸c vµ ®é bãng cña bÒ mÆt khi chÕ t¹o chong

8054 - 81 ph©n ra 4 lo¹i chong chãng: S - ®Æc biÖt, I

chãng b»ng kim lo¹i theo OCT - cao cÊp, II - trung b×nh, III - th êng. Lo¹i trung b×nh dµnh cho c¸c tµu cã tèc ®é díi 15 h¶i lý/h, lo¹i th êng cho c¸c tµu vµ ph ¬ng tiÖn næi, mµ tèc ®é cña chóng (cid:214)20 h¶i kh«ng ph¶i lµ th«ng sè khai th¸c quy ®Þnh. §a sè c¸c tµu cì lín tèc ®é tõ 15 lý/h chong chãng ®îc chÕ t¹o theo lo¹i cao cÊp; lo¹i ®Æc biÖt ¸p dông cho c¸c tµu cao tèc trªn 25 h¶i lý/h. §é chÝnh x¸c vµ ®é bãng gia c«ng bÒ mÆt c¸nh chong chãng thuéc lo¹i ®Æc biÖt

ph¶i lÊy theo OCT 8054 - 81 _ c¸c chØ tiªu sau ®©y:

- Sai sè tíi h¹n tÝnh b»ng phÇn tr¨m kh«ng v

ît qu¸ –0,15 cho b¸n kÝnh chong chãng; –1,0 cho chiÒu dµi mÆt c¾t; +2,0 (cid:247)(-1,0) cho chiÒu dµy mÆt c¾t, trong ®ã sai sè tuyÖt ®èi cho ®êng kÝnh chong chãng díi 2,5 m lµ –0,5mm vµ +0,2mm (cid:247)1,0mm cho ®êng kÝnh 2,5m vµ lín h¬n; nÕu sai sè tíi h¹n tÝnh b»ng phÇn tr¨m ® îc chuyÓn sang –5,0 cho khèi l îng chong chãng; ®é milimÐt th× chóng ph¶i nhá h¬n c¸c trÞ sè ®ã; nh¸m mÆt ngoµi cña c¸nh chong chãng vµ cñ kh«ng cao h¬n 0,63 micromet cho mÆt ®¹p, ë 0,10 chiÒu dµi mÆt c¾t t¹i b¸n kÝnh (0,4 (cid:247)0,9)R vµ tõ mÆt c¾t ë b¸n kÝnh 0,9 R tíi ®Ønh c¸nh; 2,5 micr«mÐt cho cñ vµ phÇn ch©n c¸nh tíi mÆt c¾t ë b¸n kÝnh 0,4R vµ 1,25 micr«mÐt cho c¸c bÒ mÆt cßn l¹i.

VÒ mÆt gia c«ng c¸c yªu cÇu nµy rÊt kh¾t khe vµ cÇn ph¶i ®¶m b¶o c¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc häc cña chong chãng, kh«ng xuÊt hiÖn x©m thùc, gi¶m tiÕng ån, hiÖu suÊt ®Èy cao.

VÒ mÆt vËt liÖu, theo OCT 8054 - 81 th× c¸c chong chãng lo¹i ®Æc biÖt vµ cao

OCT

cÊp ®îc phÐp sö dông c¸c lo¹i vËt liÖu nh : ®ång thau ®Æc biÖt, ®ång ®á, thÐp kh«ng rØ. Trªn c¸c tµu cì bÐ ng êi ta cßn ¸p dông nh÷ng chong chãng b»ng chÊt dÎo. VËt liÖu chÕ t¹o chong chãng ph¶i cã søc chÞu ¨n mßn, c¸c chØ tiªu ®¶m b¶o søc bÒn tÜnh vµ tÝnh ®µn håi, ®é bÒn mái, dÔ d¸t máng vµ söa ch÷a, gi¸ thµnh thÊp vµ träng l îng nhá. Chong chãng lo¹i trung b×nh vµ thêng cã thÓ chÕ t¹o b»ng thÐp cacbon. Mçi chong chãng ph¶i cã lý lÞch vµ nh·n hiÖu. Theo

8054 - 81 nh·n hiÖu bao gåm: nh·n hµng ho¸, ký hiÖu xuÊt x ëng, ký hiÖu b¶n vÏ, ® êng kÝnh, bíc, chiÒu quay, ký hiÖu vËt liÖu, sè hiÖu mÎ ®óc, dÊu KCS, dÊu gi¸m s¸t cña §¨ng kiÓm, ký hiÖu tiªu chuÈn, ngµy xuÊt xëng.

100

Ch¬ng 14 C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc cña chong chãng

14.1. C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc cña chong chãng

Sù lµm viÖc cña chong chãng trong chÊt láng ® îc x¸c ®Þnh b»ng hai d¹ng chuyÓn ®éng ®ång thêi vµ ®éc lËp: chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn däc trôc víi tèc ®é v A vµ chuyÓn ®éng quay quanh trôc ®ã víi tèc ®é W = 2 pn, trong ®ã: n - vßng quay cña chong chãng. NÕu nh chong chãng quay trong m«i tr êng r¾n, tùa nh bul«ng trong ®ai èc, th× sau mét vßng quay nã dÞch theo h íng trôc mét ®o¹n b»ng b íc P cña chong chãng. Tuy nhiªn trong thùc tÕ khi lµm viÖc trong chÊt láng sau mét vßng quay nã dÞch theo híng trôc mét ®o¹n nhá h¬n P. Nh vËy chÊt láng ®· nhËn vÒ m×nh mét l îng tèc ®é nµo ®ã, ® îc gäi lµ tèc ®é c¶m øng. Tèc ®é nµy lµm t¨ng tèc dßng n íc sau chong chãng, xo¾n dßng vµ lµm gi¶m mÆt c¾t ngang cña dßng. Chóng cã thÓ ® îc m« t¶ b»ng ba thµnh phÇn tèc ®é c¶m øng: h íng trôc wx, híng tiÕp tuyÕn wq, híng b¸n kÝnh wr.

Kho¶ng c¸ch híng trôc mµ chong chãng ®· thùc hiÖn sau mét vßng quay gäi lµ bíc tiÕn tuyÖt ®èi h P cña chong chãng. B íc tiÕn nµy cã liªn quan víi thêi gian T = 1/n vµ tèc ®é v A theo c«ng thøc h P = v AT = v A/n. Khi sö dông kh¸i niÖm b íc tiÕn t¬ng ®èi cña chong chãng J, lµ tû sè gi÷a b íc tiÕn tuyÖt ®èi víi ® êng kÝnh cña chong chãng, ta cã:

)

J = hP/D = v A/(nD) §¹i lîng nµy lµ ®Æc tÝnh ®éng häc kh«ng thø nguyªn c¬ b¶n cña chong chãng, nã nªu lªn c¸c chÕ ®é lµm viÖc cña chong chãng trong chÊt láng. Híng cña tæng tèc ®é dßng ch¶y bao c¸c phÇn tö cña c¸nh chong chãng kh«ng bÞ

) r =W

c¶m øng v -∞ ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: r p (14.1.1)

trong ®ã: r = r/R. C«ng thøc (14.1.1) ® îc m« t¶ b»ng s¬ ®å tèc ®é cña c¸c phÇn tö c¸nh h×nh 3.1, trªn ®ã ngoµi tèc ®é dßng kh«ng bÞ c¶m øng, cßn tr×nh bµy c¶ c¸c tèc ®é c¶m øng wx vµ wq.

HiÖu P - h P gäi lµ ®é tr ît cña chong chãng. Nã chøng tá mét ®iÒu lµ khi dÞch chuyÓn trong chÊt láng chong chãng bÞ tôt l¹i mét Ýt so víi bul«ng dÞch chuyÓn trong m«i trêng r¾n. §é trît ®ã ®îc biÓu thÞ b»ng c¸c ®Æc trng cña bíc:

Jvµ

1 -=

s = (P - hP)/P = 1- (hP/P) (14.1.2) vµ gäi lµ ®é trît t¬ng ®èi. C¸c trÞ sè cña s vµ J cã liªn quan víi nhau qua hÖ thøc:

Ph P DP

J DP

P D

(14.1.3)

v A = 0, b íc tiÕn t¬ng ®èi J = 0 vµ ®é tr ît

Cã thÓ nãi r»ng ë chÕ ®é buéc khi t¬ng ®èi s = 1.

101

14.2. C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc cña chong chãng C¸c lùc t¸c dông lªn chong chãng, trong ®ã cã lùc ®Èy vµ m«men xo¾n, cã thÓ x¸c

®Þnh b»ng c¸ch céng tÊt c¶ c¸c lùc t¸c dông lªn tõng phÇn tö, mµ c¸c phÇn tö lµ c¸c mÆt c¾t cña c¸nh b»ng c¸c h×nh trô ®ång trôc víi chong chãng. Ph ¬ng ph¸p tÝnh dùa vµo nguyªn lý trªn cã tªn lµ lý thuyÕt c¸nh cña chong chãng.

g n é ®

n Ó y u h c g n í H

1 x W

dTY

- ¥

b b

dRX

Wr=2prn

dRY

dTX

Ta trë l¹i s¬ ®å tèc ®é cña phÇn tö c¸nh (Xem H14.1). Ta cho phÇn tö c¸nh cè ®Þnh Híng cña tèc ®é c¶m øng híng trôc wx vµ chÊt láng tõ xa ch¶y bao nã víi tèc ®é ¥-v trïng víi tèc ®é v A, cßn tèc ®é c¶m øng h íng tiÕp tuyÕn wq ngîc chiÒu víi thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña dßng ch¶y Wr. Thµnh phÇn tèc ®é c¶m øng h íng b¸n kÝnh wr kh«ng xÐt ®Õn trong lý thuyÕt c¸nh.

H×nh 14.1. S¬ ®å tèc ®é vµ lùc t¸c dông lªn phÇn tö c¸nh chong chãng. V× wx vµ wq ®Òu thay ®æi däc theo trôc chong chãng, nªn t¹i mÆt ®Üa ta kÝ hiÖu c¸c v R cña tèc ®é h íng trôc vµ

tèc ®é ®ã lµ wx1 vµ wq1. Ta gi¶ thiÕt r»ng tæng h×nh häc quay (cã xÐt c¶ wx1 vµ wq1) lµ tèc ®é nªu lªn mèi quan hÖ gi÷a dßng ch¶y víi phÇn tö c¸nh.

tgr

Lóc bÊy giê híng cña tèc ®é ®ã ® îc x¸c ®Þnh qua gãc bI, cã tang ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

lbp I I

tgbI = ( v A + wx1) + (Wr - wq1) (14.2.1) Ta gäi ®¹i l îng

2.b.dr) (14.2.2)

2.b.dr) ; CX = 2.dX/(r. v R CY = 2.dY/(r. v R trong ®ã: bdr vµ v R - t¬ng øng lµ diÖn tÝch phÇn tö c¸nh vµ tèc ®é dßng bao nã.

- bíc tiÕn c¶m øng cña chong chãng, cßn bI - gãc tiÕn c¶m øng. Ta gi¶ thiÕt r»ng: lùc t¸c dông lªn phÇn tö c¸nh ®ang xÐt víi ®é dang lín vµ h÷u h¹n ë nh÷ng gãc tíi nh nhau th× h×nh d¸ng pr«phin hoµn toµn gièng nhau. C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña phÇn tö c¸nh ® îc x¸c dÞnh b»ng hÖ sè kh«ng thø nguyªn cña lùc n©ng vµ lùc c¶n:

dY vµ dX - lùc n©ng vµ lùc c¶n h×nh d¸ng.

C¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn C Y vµ C x lµ hµm cña gãc tíi. H íng cña dßng ch¶y mµ theo nã hÖ sè C Y b»ng kh«ng gäi lµ híng kh«ng lùc n©ng. Gãc lùc n©ng kh«ng a0, lµ gãc t¹o bëi gi÷a h íng cña kh«ng lùc n©ng vµ d©y cung cña pr«phin tiÕt diÖn. §Ó thuËn tiÖn gãc tíi ph¶i tÝnh tõ h íng kh«ng lùc n©ng. Trong tr êng hîp nµy gãc gi÷a vÐct¬ tèc ®é dßng bao vµ híng kh«ng lùc n©ng gäi lµ gãc tíi thuû ®éng lùc aI.

102

§«i khi ng êi ta dïng gãc tíi cu¶ pr«phin tiÕt diÖn c¸nh a gi÷a híng tèc ®é v R

vµ d©y cung lµm gãc tíi thuû ®éng lùc aI. Mèi quan hÖ gi÷a gãc tíi thuû ®éng lùc vµ gãc tíi cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh ®îc thÓ hiÖn qua c«ng thøc: aI = a + a0

CY;

20C X

e =

CX CY

1,2

0,06

0,8

0,04

0,6

0,4

0,02

0,2

n i m e

aopt

a, ®é

Sù phô thuéc gi÷a c¸c hÖ sè thuû ®éng lùc vµo gãc aI ®îc m« t¶ trªn h×nh 14.2. Trªn h×nh nµy còng thÓ hiÖn hÖ sè chÊt l îng ngîc cña phÇn tö c¸nh e = dX/dY = CX/CY.Trªn h×nh 14.2 ta thÊy ® êng cong CY = f(aI) lµ mét ®êng th¼ng trong giíi h¹n réng cña gãc tíi vµ chØ ë nh÷ng gãc tíi lín aI - ®îc gäi lµ gãc tíi tíi h¹n C Y = (aI) míi chuyÓn sang ®êng cong.

H×nh 14.2. C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc cña pr«phin c¸nh.

( dC

2 pa I

) / d aa I I Khi dßng bao pr«phin cã chiÒu dµy bÊt kú b»ng chÊt láng nhít:

;

Th«ng th êng c¸c phÇn tö c¸nh chong chãng ®Òu lµm viÖc ë nh÷ng gãc tíi nhá h¬n gãc tíi tíi h¹n. Trong tr êng hîp nµy nghiÖm cña bµi to¸n vÒ pr«phin máng trong chÊt láng lý tëng lµ: (14.2.3)

α 0„

dC Y dα

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

(14.2.4)

Dïng c¸c hÖ sè ®iÒu chØnh m vµ n ®Ó xÐt ¶nh hëng chiÒu day pr«phin vµ ®é nhít chÊt láng ®èi víi gradien lùc n©ng (dC Y/da)I vµ gãc lùc n©ng kh«ng t ¬ng øng cã thÓ viÕt:

(14.2.5)

CY = 2pm (a + 2ndC) trong ®ã: dC - ®é vâng t¬ng ®èi cña ®êng gi÷a mÆt c¾t. Trong chÊt láng kh«ng nhít, ®èi víi nh÷ng pr«phin th êng ®îc dïng ®Ó chÕ t¹o chong chãng

mI = 1 + 0,87d ; nI = 1,015 (14.2.6) trong ®ã: d - chiÒu dµy t¬ng ®èi cña pr«phin. §èi víi pr«phin thuéc d¹ng ®· biÕt th× chÊt l îng ngîc e phô thuéc vµo gãc tíi. Trong giíi h¹n cña nh÷ng gãc tíi cho dßng bao kh«ng bÞ vÊp khi mµ t¶i träng ph©n bè theo d©y cung pr«phin t ¬ng ®èi ®ång ®Òu vµ mÐp ®¹p kh«ng cã ®iÓm nhän th× hµm e(aI) cã gi¸ trÞ nhá nhÊt, nghÜa lµ dßng bao kh«ng bÞ vÊp vµ gãc tíi t ¬ng øng víi aopt - gäi lµ tèi u.

Gãc tíi tèi u vµ ®é vâng t ¬ng øng cña ® êng gi÷a mÆt c¾t øng víi chÕ ®é dßng bao kh«ng bÞ vÊp phô thuéc vµo h×nh d¸ng cña pr«phin, vÝ dô trong chÊt láng lý t ëng ®îc biÓu thÞ b»ng c«ng thøc lý thuyÕt sau ®©y:

103

a = 0 ; dC = 0,05515CY (14.2.7) ®èi víi pr«phin cã sù ph©n bè ®Òu t¶i träng theo d©y cung (kiÓu NACA, a = 1) hoÆc

exp

0691

46,12

1855

( 87,01 -=

[ ) 1

] ) ;

05,0

;

015

a = 0,0269CY ; dC = 0,05515CY (14.2.8) ®èi víi pr«phin cã sù ph©n bè ®Òu t¶i träng ë 80% d©y cung (kiÓu NACA, a = 0,8). Do tÇm quan träng cña chÕ ®é kh«ng vÊp nãi trªn c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña pr«phin kiÓu nµy ® îc nghiªn cøu kh¸ tû mû. §Æc biÖt ®èi víi pr«phin cã sù ph©n bè t¶i träng kiÓu NACA, a = 0,8 vµ sù ph©n bè chiÒu dµy kiÓu NACA - 66 dùa theo tÝnh to¸n cã hÖ thèng cña B. G. MiskªvÝch ®· nhËn ®îc c¸c c«ng thøc sau ®©y:

( - ( dd ln

) ,0

- R

4378

)

ø œ œ ß

04664 )

Ø 1 Œ ( ,0 Œ º ( 05808 3,21 + 1458 ,0

RC e Y

(cid:252) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:253) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:254)

(14.2.9)

n/bv R

R lS

- sè Reynolds.

0 ;10 5

0,03;

0,1

1,0;

0,3.

trong ®ã: C¸c c«ng thøc trªn kh«ng nh÷ng ®óng cho chÕ ®é gãc tíi kh«ng vÊp mµ c¶ trong

δ ££

l S

‡ B©y giê ta tiÕp tôc xÐt phÇn tö c¸nh ®é dµi dr gièng nh

giíi h¹n cña c¸c gãc tíi gÇn víi chÕ ®é ®ã khi R 0 £

phÇn tö c¸nh m¸y bay,

( -W+

)

qw 1

( v A t¹o víi híng kh«ng lùc n©ng gãc tíi thuû ®éng lùc: aI = j + a0 - bI (14.2.11) Trªn phÇn tö nµy xuÊt hiÖn lùc n©ng dY vµ lùc c¶n h×nh d¸ng dX. ChiÕu c¸c lùc

(14.2.10) trong ®ã ta lÊy d©y cung b b»ng chiÒu réng duçi ph¼ng cña phÇn tö t¹i b¸n kÝnh ®ang xÐt. Tæng tèc ®é v R ®îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc (xem h×nh 14.1). + w x 1

nµy lªn ph¬ng trôc chong chãng ta nhËn ®îc lùc ®Èy do phÇn tö c¸nh t¹o nªn:

dT = dTY - dTX = dY cosbI - dX sinbI = dY cosbI (1 - etgbI) (14.2.12) ChiÕu dY vµ dX lªn ph ¬ng tiÕp tuyÕn vµ nh©n víi b¸n kÝnh ta nhËn ® îc m«men cña lùc tiÕp tuyÕn ®èi víi trôc quay chong chãng mµ ®éng c¬ ph¶i th¾ng l¹i:

dQ = r(dRY + dRX) = r(dYsinbI + dXcos = rdYsinbI (1 + ecotgbI) (14.2.13) Tõ c¸c c«ng thøc trªn ta thÊy r»ng: lùc ®Èy cña phÇn tö c¸nh ® îc t¹o nªn bëi lùc

cosbI (1 - etgbI) dr (14.2.14) 2 sinbI (1 + ecotgbI) dr (14.2.15)

n©ng vµ lùc c¶n h×nh d¸ng. Lùc c¶n h×nh d¸ng lµm gi¶m lùc ®Èy vµ lµm t¨ng m«men c¶n quay cña chong chãng.

ρC,

cos

εtgβ

BiÓu diÔn lùc ®Èy vµ m«men cña phÇn tö c¸nh b»ng c¸c hÖ sè lùc ta cã: dT = 0,5r CY b vR dQ = 0,5r CY b vR §Ó tÝnh lùc ®Èy vµ m«men cña c¶ chong chãng cÇn ph¶i tÝch ph©n biÓu thøc (14.2.14) vµ (14.2.15) trong giíi h¹n chiÒu dµi c¸nh theo h íng b¸n kÝnh vµ nh©n víi sè lîng c¸nh:

( 1

)dr

(cid:242)

r H

(14.2.16)

104

sin

cot

ρC,

gβ

ZQ =

( 1

)dr

(cid:242)

r H

(14.2.17)

εtgβ

cos

NÕu chuyÓn c¸c biÓu thøc tõ d¹ng tÝch ph©n sang d¹ng kh«ng thø nguyªn, ta cã:

( 1

) rd

C Y

(cid:242)

T Dn 2

b D

v R nD

Z 4

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:230) (cid:231) (cid:247) ł Ł

(cid:246) (cid:247) ł

gβ

sin

cot

(14.2.18)

( 1

) rdr

(cid:242)

Q Dn 2

b D

v R nD

Z 8

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:230) (cid:246) (cid:231) (cid:247) ł Ł

(cid:246) (cid:247) ł

(14.2.19)

C¸c ®¹i lîng KT vµ KQ - gäi lµ hÖ sè lùc ®Èy vµ hÖ sè m«men cña chong chãng. C«ng suÊt PD cÇn ®Ó quay chong chãng cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau: PD = QW = 2pKQrn3D5 (14.2.20) HiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng trong níc tù do lµ tû sè gi÷a c«ng suÊt cã Ých T. v A víi c«ng suÊt ph¶i bá ra P D ®Ó quay nã ®îc x¸c ®Þnh theo (14.2.18), (14.2.19) vµ (14.2.20):

h 0

K K

J 2 p

Tv A = P D

KT; 10KQ; h

0,8

/ 1

P =

0,6

1 J

/ 2

P =

0,4

10KQ

2 J

0,2

1,2

0,6

0,8

0,4

(14.2.21)

H×nh 14.3. §êng lµm viÖc cña chong chãng.

C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc kh«ng thø nguyªn K T, KQ vµ h0 ®îc biÓu diÔn theo bíc tiÕn t¬ng ®èi J - gäi lµ ® êng cong lµm viÖc cña chong chãng (h×nh 3.3). Nhê c¸c ®êng cong nµy ta cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc lùc ®Èy vµ m«men cña chong chãng ë c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c nhau.

Khi chong chãng lµm viÖc sÏ xÈy ra mét lo¹t c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c nhau. Khi kh«ng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn (chÕ ®é buéc) b íc tiÕn t¬ng ®èi J = 0 vµ c¸c hÖ sè K T, KQ cã trÞ sè lín nhÊt do c¸c gãc tíi cã trÞ sè lín nhÊt (Xem H14.4). Nh vËy hiÖu suÊt lµm viÖc b»ng kh«ng v× kh«ng chuyÓn ®éng däc trôc nªn chong chãng kh«ng s¶n ra c«ng cã Ých. Cµng t¨ng J th× c¸c gãc tiÕn c¶m øng bI cµng t¨ng, dÉn ®Õn gi¶m c¸c gãc tíi cña c¸c phÇn tö c¸nh, vµ ® ¬ng nhiªn lµm gi¶m c¶ c¸c lùc t¸c dông lªn c¸c phÇn tö ®ã. C¸c hÖ sè K T vµ KQ gi¶m xuèng vµ ë mét trÞ sè J 1 nµo ®ã K T sÏ b»ng kh«ng (Xem H14.3). ChÕ ®é øng víi nã gäi lµ chÕ ®é kh«ng lùc ®Èy cßn hÖ sè K Q vÉn gi÷ nguyªn gi¸ trÞ d¬ng, nghÜa lµ T = 0, Q „ 0, hiÖu suÊt lµm viÖc ë chÕ ®é nµy còng b»ng kh«ng.

105

P C

dRY

dTY

V R

x 1

dTX

dRX

P C

H H

a I

-dT

H×nh 14.4. C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña phÇn tö c¸nh a. chÕ ®é buéc b. chÕ ®é kh«ng lùc ®Èy c. chÕ ®é kh«ng m«men

dR dX b) dR ChÕ ®é kh«ng lùc ®Èy dµnh cho phÇn tö c¸nh tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: dT = dY cosbI - dX sinbI = 0 ; tgbI = 1/e (14.2.22) nh vËy, ë chÕ ®é nµy sau mét vßng quay, chong chãng sÏ thùc hiÖn mét b íc P1 - gäi lµ bíc kh«ng lùc ®Èy. TrÞ sè J 1 = P1/D -bíc tiÕn t¬ng ®èi kh«ng lùc ®Èy hoÆc tû sè bíc thuû ®éng lùc. VÒ nguyªn t¾c P1/D > P/D. Khi tiÕp tôc t¨ng bíc tiÕn t¬ng ®èi (J > J1) sÏ xÈy ra chÕ ®é, khi gãc tíi cña phÇn

tö c¸nh t¹i b¸n kÝnh ®ang xÐt aI = 0 vµ lùc n©ng trªn phÇn tö nµy kh«ng xuÊt hiÖn. Bíc tiÕn t ¬ng ®èi J 0 vµ tû sè b íc P0/D øng víi chÕ ®é nµy ® îc gäi lµ b íc tiÕn t¬ng ®èi vµ tû sè bíc kh«ng lùc n©ng.

TiÕp tôc t¨ng J tíi J 2 t¬ng øng víi hÖ sè m«men KQ = 0. Lóc nµy hÖ sè lùc ®Èy K T

vµ gãc tíi aI cã gi¸ trÞ ©m (Xem H14.3). Chong chãng lµm viÖc ë chÕ ®é kh«ng m«men. ChÕ ®é kh«ng m«men dµnh cho phÇn tö c¸nh tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

0 = dY sinbI - dX cosbI = 0 ; tgbI = e (14.2.23) Tû sè P2/D øng víi chÕ ®é kh«ng m«men gäi lµ tû sè b íc kh«ng m«men, P 2/D >

J ££

P1/D > P/D. Cµng t¨ng b íc tiÕn t ¬ng ®èi (J > J 2) hÖ sè K Q sÏ ©m, nghÜa lµ chong chãng quay theo t¸c dông cña dßng ch¶y, t¹o ra m«men h íng vÒ phÝa chiÒu quay cña chong chãng. Ph©n tÝch ®êng cong lµm viÖc cña chong chãng ta cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng: trong

giíi h¹n cña b íc tiÕn t¬ng ®èi chong chãng t¹o ra lùc ®Èy d ¬ng vµ lµm 1 viÖc mang tÝnh chÊt cña thiÕt bÞ ®Èy tµu. Hay nãi c¸ch kh¸c chong chãng tµu thuû ® îc thiÕt kÕ ë chÕ ®é lµm viÖc .

Khi J > J 2 - chong chãng t¹o ra m«men quay vµ lµm viÖc nh tuècbin. Trong giíi h¹n J1 < J < J2 chong chãng kh«ng thÓ dïng lµm thiÕt bÞ ®Èy còng nh lµm tuècbin. §é dµi cña giíi h¹n nµy phô thuéc vµo chÊt lîng ngîc e vµ cµng kÐo dµi khi t¨ng e. Khi kh«ng cã tæn thÊt nhít c¸c ®iÓm dY = 0, dT = 0, dQ = 0 ®Òu trïng nhau cho tõng mÆt c¾t.

106

Ch¬ng 15 Lý thuyÕt tæng qu¸t vÒ chong chãng lý tëng vµ thiÕt bÞ ®Èy lý tëng

15.1. Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu

ViÖc tÝnh to¸n c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng theo c¸c c«ng thøc cña ch¬ng III cÇn ph¶i x¸c ®Þnh tr íc c¸c gãc tiÕn c¶m øng b1 vµ gãc tíi c¶m øng aI, mµ khi x¸c ®Þnh chóng l¹i ph¶i biÕt c¸c tèc ®é c¶m øng. §Ó x¸c ®Þnh c¸c tèc ®é nµy tr íc hÕt ph¶i x©y dùng ® îc m« h×nh to¸n häc cña chong chãng ®Ó liªn kÕt c¸c tèc ®é c¶m øng víi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc. Dùa theo lý thuyÕt dßng ch¶y ta cã thÓ x©y dùng ®îc m« h×nh to¸n häc ®¬n gi¶n nhÊt.

Khi thiÕt bÞ ®Èy cã kÕt cÊu bÊt kú lµm viÖc ®éc lËp sÏ t¹o ra dßng n íc híng vÒ

phÝa ng îc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña nã. Tuy nhiªn trong c¸c ®iÒu kiÖn lý tëng th× ®éng n¨ng cña khèi chÊt láng lµm t¨ng liªn tôc vËn tèc cña dßng chÊt láng trong vÕt thuû ®éng. Khi nghiªn cøu thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc trong chÊt láng kh«ng nhít cÇn ph¶i gi¶ thiÕt r»ng vÕt ®ã kÐo dµi tíi v« tËn. Theo c¸ch lËp s¬ ®å nµy ng êi ta thÊy r»ng lùc kÐo T E cña thiÕt bÞ ®Èy chÝnh b»ng sù biÕn ®æi ®éng l îng cña khèi chÊt láng trong vÕt sau mét ®¬n vÞ thêi gian, cßn l îng tæn thÊt c«ng suÊt DPD chÝnh b»ng lîng t¨ng ®éng n¨ng cña khèi chÊt láng trong vÕt sau mét ®¬n vÞ thêi gian. Nh vËy viÖc t¹o ra lùc ®Èy bëi thiÕt bÞ ®Èy lu«n lu«n liªn quan ®Õn sù h×nh thµnh vÕt thuû ®éng mµ ph¶i tiªu tèn c«ng suÊt ®Ó t¹o thµnh nã.

Tæng c«ng suÊt truyÒn vµo thiÕt bÞ ®Èy P D b»ng tæng c«ng suÊt cã Ých do thiÕt bÞ

®Èy t¹o ra TE v A vµ tæn thÊt c«ng suÊt DPD nãi trªn. HiÖu suÊt lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy ®îc biÓu thÞ b»ng c«ng thøc sau:

h I

vT AE D+

D+

vT AE P D

vT AE

P D

( vTP D

)AE

1 NÕu thiÕt bÞ ®Èy kh«ng lµm viÖc ®éc lËp th× lùc kÐo nãi trªn gåm cã lùc ®Èy t¸c dông lªn thiÕt bÞ ®Èy T vµ c¸c lùc t¸c dông lªn tÊt c¶ c¸c vËt cßn l¹i n»m trong chÊt láng.

(15.1.1)

Trong ch¬ng nµy ta chØ xÐt thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc ®éc lËp, khi mµ trong chÊt láng kh«ng cã c¸c vËt thÓ vµ c¸c lùc t¬ng øng, chØ cã lùc kÐo b»ng lùc ®Èy: (15.1.2)

TE = T C¨n cø vµo c¸c gi¶ thuyÕt ® îc dïng trong lý thuyÕt dßng ch¶y ta ph©n ra hai m« h×nh to¸n häc, ®ã lµ chong chãng lý t ëng vµ thiÕt bÞ ®Èy lý t ëng. Chong chãng lý tëng lµ m« h×nh to¸n häc cña chong chãng ®Ó ý ®Õn c¸c tæn thÊt c«ng suÊt chØ liªn quan ®Õn sù xuÊt hiÖn c¸c thµnh phÇn h íng trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng. NÕu kh«ng ®Ó ý ®Õn thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng th× ta ® îc m« h×nh to¸n häc ®¬n gi¶n h¬n gäi lµ thiÕt bÞ ®Èy lý t ëng. M« h×nh nµy tiÖn cho viÖc nghiªn cøu kh«ng nh÷ng cho thiÕt bÞ ®Èy lµ chong chãng mµ cßn cho c¸c thiÕt bÞ ®Èy kh¸c. NÕu trong m« h×nh to¸n häc ®ang xÐt ta cho c¸c tèc ®é c¶m øng lµ bÐ so víi tèc ®é tÞnh tiÕn cña thiÕt bÞ ®Èy v A th× m« h×nh ®ã gäi lµ m« h×nh cña thiÕt bÞ ®Èy t¶i träng thÊp. NÕu kh«ng cã mét gi¶ thuyÕt nµo vÒ ®é bÐ cña tèc ®é c¶m øng th× m« h×nh ®ã gäi lµ

107

15.2. Chong chãng lý tëng t¶i träng thÊp

m« h×nh thiÕt bÞ ®Èy t¶i träng lín. Nã ® îc sö dông trong mäi giíi h¹n lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy tõ chÕ ®é buéc ®Õn chÕ ®é kh«ng lùc ®Èy.

r =w

b»ng c«ng thøc quen thuéc: t¹i mét ®iÓm bÊt kú trong kh«ng gian liªn quan tíi vÐct¬ tèc ®é dÞch r r vµ vÐc t¬ tèc ®é t¬ng ®èi Rv v A xi

r iv xA

r v R

(15.2.1)

M« h×nh lý t ëng cña chong chãng lý t ëng lµm viÖc ®éc lËp xÐt trong môc nµy cho phÐp x¸c ®Þnh ® îc hiÖu suÊt lµm viÖc, c¸c thµnh phÇn h íng trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng t¹i mÆt ®Üa cña chong chãng. C¸c yÕu tè ®· cho lµ lùc ®Èy T, ® êng kÝnh D, tèc ®é quay W, tèc ®é tiÕn v A vµ mËt ®é r cña chÊt láng. Dùa vµo m« h×nh to¸n häc ®· nãi ta gi¶ thiÕt r»ng thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc trong chÊt láng kh«ng nhít, v« h¹n, kh«ng träng l îng vµ kh«ng chÞu nÐn, dßng ch¶y ph¸t sinh lµ dßng cã thÕ kh¾p êi ta n¬i bªn ngoµi vÕt thuû ®éng vµ t¹i ®Üa thiÕt bÞ ®Èy. Bëi lÏ trong m« h×nh nµy ng kh«ng chó ý ®Õn sè l îng c¸nh vµ ®Þnh h×nh trôc nªn thiÕt bÞ ®Èy ® îc coi lµ ®Üa trßn máng vµ ph¼ng víi b¸n kÝnh R. Ta g¾n vµo t©m ®Üa hÖ to¹ ®é h×nh trô E*(0, x*, r, q), trôc x*vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®Üa vµ cã chiÒu h íng vÒ phÝa ng îc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng tiÕn cña thiÕt bÞ ®Èy. MÆc dï ta xÐt chong chãng ®ang quay nh ng ®Ó tiÖn kh¶o s¸t vÉn ph¶i coi hÖ to¹ ®é E* lµ kh«ng quay xung quanh trôc x*, mµ chØ cïng víi ®Üa chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo h íng trôc ®ã víi tèc ®é v A. Lóc bÊy giê vÐc t¬ tèc ®é r c¶m øng w chuyÓn r trong ®ã: xi Tèc ®é tuyÖt ®èi lµ tèc ®é cña h¹t láng ® îc ®o trong hÖ to¹ ®é tuyÖt ®èi, nghÜa lµ trong hÖ to¹ ®é mµ ®èi víi nã h¹t láng kh«ng bÞ kÝch thÝch, n»m rÊt xa phÝa tr íc thiÕt bÞ ®Èy. Tõ ®ã rót ra mét tiÒn ®Ò quan träng cña lý thuyÕt ®ang xÐt lµ: M«®un cña vÐct¬ tèc ®é c¶m øng ë xa ®Üa thiÕt bÞ ®Èy vµ bªn ngoµi vÕt thuû ®éng sinh ra sau ®Üa vµ kÐo dµi theo trôc x* tíi v« tËn. Trong hÖ to¹ ®é E* nãi trªn ta gi¶ thiÕt r»ng chÊt láng chuyÓn ®éng dõng, nghÜa lµ tèc ®é c¶m øng kh«ng phô thuéc vµo thêi gian. VÕt thuû ®éng chØ gåm nh÷ng h¹t láng ch¶y qua ®Üa thiÕt bÞ ®Èy, v× vËy nã lµ vïng ®èi xøng trôc, b¸n v« tËn vµ ®ång trôc víi trôc chong chãng. Vïng nµy bÞ h¹n chÕ bëi thiÕt bÞ ®Èy (Xem H15) vµ bÒ mÆt dßng ch¶y, nghÜa lµ bÒ mÆt cña chÊt láng kh«ng lät qua nã ra ngoµi, v× vÐc t¬ cña tèc ®é t ¬ng ®èi tiÕp tuyÕn víi mÆt ®ã ë mäi ®iÓm. Tr êng tèc ®é vµ ¸p suÊt lµ liªn tôc trong toµn bé kh«ng gian, trõ ®Üa vµ c¸c biªn cña vÕt thuû ®éng. T¹i ®Üa xÈy ra hiÖn tîng nhÈy bËc cña thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng vµ nhÈy bËc ¸p suÊt DP, cßn thµnh phÇn híng trôc cña tèc ®é c¶m øng khi chuyÓn qua ®Üa vÉn liªn tôc. Trªn biªn cña vÕt xuÊt hiÖn b íc nhÈy thµnh phÇn tiÕp tuyÕn vµ h íng trôc cña tèc ®é c¶m øng, cßn ¸p suÊt kh«ng cã b íc nhÈy. V× ta ®ang xÐt tr êng hîp chong chãng lý t ëng t¶i träng thÊp nªn gi¶ thiÕt r»ng c¸c thµnh phÇn h íng trôc, tiÕp tuyÕn vµ híng b¸n kÝnh cña tèc ®é c¶m øng ®Òu bÐ bËc nhÊt so víi v A.

- vect¬ ®¬n vÞ cña hÖ to¹ ®é E*.

108

12 0

0 12

p D

H×nh 15. S¬ ®å chuyÓn ®éng cña chÊt láng ®èi víi chong chãng lý tëng. - - - - èng dßng c¬ b¶n; p- ¸p suÊt; Dp- lîng t¨ng ¸p suÊt t¹i ®Üa thiÕt bÞ ®Èy; wx, wq - thµnh phÇn híng trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng

ViÖc nghiªn cøu sù lµm viÖc cña chong chãng lý t ëng nªn b¾t ®Çu tõ viÖc xÐt sù lµm viÖc cña phÇn tö vµnh kh¨n, ® îc giíi h¹n trong mÆt ®Üa thiÕt bÞ ®Èy bëi hai vßng îng chÊt láng trßn ®ång t©m b¸n kÝnh r vµ (r + dr). Sau mét ®¬n vÞ thêi gian khèi l ch¶y qua phÇn tö vµnh kh¨n ®ã lµ dm, do quü ®¹o cña c¸c h¹t láng vµ ® êng dßng trïng nhau, nªn chÊt láng kh«ng thÊm qua biªn cña èng dßng vµnh kh¨n (Xem H15). §Ó ph©n tÝch tiÕp ta dïng c¸c mÆt c¾t b»ng c¸c mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi trôc cña thiÕt bÞ ®Èy (Xem H15) vµ ®Þnh c¸c ký hiÖu sau ®©y: P A, v A- ¸p suÊt vµ tèc ®é t ¬ng ®èi híng trôc x* t¹i mÆt c¾t A - A rÊt xa tr íc ®Üa thiÕt bÞ ®Èy; wx0, wq0- thµnh phÇn híng trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng cho c¸c ®iÓm cña mÆt c¾t 0 - 0 trïng víi mÆt ®Üa thiÕt bÞ ®Èy; wq1, wq2, P1, P2 - thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng vµ ¸p suÊt cho c¸c ®iÓm cña mÆt c¾t 1-1 vµ 2-2 n»m s¸t tr íc vµ s¸t sau mÆt ®Üa; P¥, wx¥, wq¥ - ¸p suÊt vµ c¸c thµnh phÇn h íng trôc, tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng cho c¸c ®iÓm thuéc mÆt c¾t ¥ - ¥ n»m rÊt xa sau ®Üa; dA, dA 0, dA ¥ - diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña èng dßng vµnh kh¨n ë rÊt xa tr íc ®Üa, t¹i ®Üa vµ rÊt xa sau ®Üa. Do dßng ch¶y ®èi xøng trôc nªn tÊt c¶ c¸c ®¹i lîng nµy chØ phô thuéc vµo vÞ trÝ cña èng dßng ®ang xÐt, mµ ë mÆt c¾t 0 - 0 nã ®Æc tr ng b»ng ®¹i l îng r vµ ë mÆt c¾t ¥ - ¥ nã ®Æc tr ng b»ng ®¹i l îng r¥. Theo gi¶ thiÕt nãi trªn ¸p suÊt ë c¸c mÆt c¾t ¥ - ¥ bªn ngoµi vÕt b»ng PA, nghÜa lµ P¥ = PA. Theo nguyªn lý b¶o toµn kh«Ý l îng, nªn qua c¸c mÆt c¾t cña èng dßng vµnh kh¨n sau mét ®¬n vÞ thêi gian cïng mét khèi lîng chÊt láng dm, nghÜa lµ:

dA0

» dA ¥

dm = r ( v A + wx0) dA0 = r ( v A + wx¥) dA¥ = r v AdA (15.2.2) §èi víi chong chãng lý t ëng t¶i träng thÊp, khi tèc ®é c¶m øng bÐ bËc nhÊt, nh

®· thÊy tõ c«ng thøc trªn, gÇn ®óng bËc nhÊt , nghÜa lµ mçi èng dßng vµnh kh¨n còng nh vÕt nãi chung lµ nh÷ng bÒ mÆt h×nh trô vµ trong gÇn ®óng bËc nhÊt nã tho¶ m·n:

(15.2.3)

r¥ = r Do biÕn ®æi c«ng suÊt nªn t¹i ®Üa thiÕt bÞ ®Èy xÈy ra b íc nhÈy ¸p suÊt Dp = p 2 - p1. LÊy bíc nhÈy ®ã nh©n víi diÖn tÝch h×nh vµnh kh¨n dA 0 ta cã thÓ t×m ®îc lùc ®Èy t¸c dông lªn phÇn tö ®ã:

(15.2.4) dT = Dp dA0 §èi víi chong chãng lý t ëng toµn bé c«ng suÊt truyÒn vµo vµ ®Ó quay nã cÇn

th¾ng l¹i m«men cña c¸c lùc sinh ra trªn c¸c c¸nh cña nã. Momen ®ã vÒ mÆt trÞ sè b»ng m«men t¸c dông lªn chÊt láng nh ng kh¸c dÊu. V× vËy c«ng suÊt dP D truyÒn vµo phÇn tö vµnh kh¨n ph¶i b»ng tÝch cña m«men quay dQ t¸c dông lªn chÊt láng ch¶y qua

109

phÇn tö ®ã vµ tèc ®é gãc quay cña chong chãng W (W = 2pn) ®Ó t¹o thµnh c«ng, vµ nh vËy;

(15.2.5)

íc nhÈy

îng dPD = W dQ Chó ý tíi tÝnh ®èi xøng trôc vµ tÝnh cã thÓ cña dßng ch¶y bªn ngoµi vÕt thuû ®éng ta cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng: tr íc ®Üa thiÕt bÞ ®Èy thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng b»ng kh«ng, nghÜa lµ wq1 = 0. T¹i ®Üa do t¸c dông cña dQ nªn xÈy ra b cña thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng, nghÜa lµ dßng bÞ xo¾n vÒ phÝa chiÒu quay cña chong chãng. Nh vËy, t¹i mÆt c¾t 2 - 2 ngay sau ®Üa thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng wq2 kh«ng b»ng kh«ng. Theo ®Þnh luËt b¶o toµn ®éng l m«men dQ ®îc x¸c ®Þnh nh sau:

2 + wr2

(15.2.6)

2 + Dp/r) dm (15.2.7)

dQ = r wq2 dm §Ó x¸c ®Þnh c«ng suÊt dP D truyÒn vµo phÇn tö vµnh kh¨n ta nhËn thÊy r»ng c«ng suÊt nµy dïng ®Ó t¨ng thªm ®éng n¨ng vµ thÕ n¨ng cña chÊt láng khi ch¶y qua ®Üa. Râ rµng sau mét ®¬n vÞ thêi gian qua mÆt c¾t 1 - 1 ngay tr íc ®Üa, èng dßng ®îc cung cÊp 2] dm vµ thÕ n¨ng b»ng p 1dm/r. Qua mÆt nguån ®éng n¨ng b»ng 0,5 [( v A + wx1)2 - wr1 c¾t 2 - 2 ngay sau ®Üa, sau mét ®¬n vÞ thêi gian tõ thÓ tÝch ®ang xÐt ®éng n¨ng ph¶i bá 2] dm vµ thÕ n¨ng b»ng p 2dm/r. ChÊt ra mét lîng b»ng 0,5 [( v A + wx2)2 + wq2 îng láng kh«ng thÊm qua c¸c bÒ mÆt bªn cña èng dßng, nªn viÖc trao ®æi n¨ng l kh«ng xÈy ra. Lóc bÊy giê ta nhËn thÊy r»ng Dp = p2 - p1 vµ tèc ®é vÉn liªn tôc, nghÜa lµ wx1 = wx2 = wx0 vµ wr1 = wr2 = wr0 ta cã thÓ nhËn ®îc:

dPD = (0,5 wq2 ThÕ (15.2.7) vµ (15.2.6) vµo (15.2.5) ta dÔ dµng nhËn ® îc bíc nhÈy ¸p suÊt vµ bíc nhÈy thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng t¹i ®Üa:

Dp = r wq2 (Wr - 0,5 wq2) (15.2.8) hoÆc gÇn ®óng bËc nhÊt: Dp = r r W wq2 (15.2.9) V× trong vÕt sau ®Üa cña thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc ®éc lËp kh«ng cã vËt thÓ nµo vµ dÜ

nhiªn còng kh«ng cã sù t ¬ng t¸c lùc víi chÊt láng, nªn theo ®Þnh luËt b¶o toµn m«men ®éng lîng, m«men ®ã vÉn kh«ng ®æi trong vÕt tõ mÆt c¾t 2 - 2 tíi mÆt c¾t ¥ - ¥, nghÜa lµ:

r wq2 dm = r¥ wq¥ dm (15.2.10)

Tõ ®ã, khi chó ý tíi (15.2.3) cho tr êng hîp chong chãng lý t ëng t¶i träng thÊp, gÇn ®óng bËc nhÊt ta cã:

(15.2.11) wq¥ = wq2

Trong lý thuyÕt ®ang xÐt ta gi¶ thiÕt r»ng: thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng t¹i ®Üa b»ng nöa trÞ sè cña nã khi ë mÆt c¾t 2 - 2 s¸t sau ®Üa, nghÜa lµ chó ý ®Õn (15.2.11):

(15.2.12)

wq0 = wq¥/2

110

Ch¬ng 16 Nghiªn cøu chong chãng b»ng thÝ nghiÖm

Khi nghiªn cøu chong chãng ng êi ta ¸p dông réng r·i ph ¬ng ph¸p thÝ nghiÖm

16.1. C¸c ®Þnh luËt ®ång d¹ng khi thÝ nghiÖm chong Chãng

chong chãng trong c¸c èng thuû ®éng. Qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®ã cho phÐp kiÓm chøng l¹i c¸c ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n b»ng lý thuyÕt, tõ ®ã x©y dùng ® îc c¸c ®êng cong lµm viÖc cña chong chãng, còng nh x¸c ®Þnh ¶nh hëng cña c¸c ®Æc ®iÓm tiªu cùc ®èi víi c¸c hÖ sè thuû ®éng lùc. C¸c ®ît thö hµng lo¹t m« h×nh chong chãng trong n íc tù do ®Òu ®a ra sè liÖu xuÊt ph¸t ®Ó x©y dùng c¸c ®å thÞ, mµ nhê chóng cã thÓ thiÕt kÕ ® îc chong chãng vµ tiÕn hµnh tÝnh to¸n ®Æc tÝnh di ®éng cña tµu. C¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh chØ cã thÓ ®¶m b¶o khi tho¶ m·n ®Þnh luËt ®ång d¹ng c¬

häc toµn diÖn gi÷a chong chãng thùc vµ m« h×nh. Tõ c¸c quan ®iÓm chung cña lý thuyÕt ®ång d¹ng c¬ häc toµn diÖn gi÷a ®èi t îng thùc vµ m« h×nh chØ cã thÓ ®¶m b¶o khi chóng ®ång d¹ng h×nh häc, ®éng häc vµ ®éng lùc häc cña c¸c dßng n íc bao quanh chong chãng thùc vµ m« h×nh.

TÝnh ®ång d¹ng h×nh häc ® îc tho¶ m·n nÕu tÊt c¶ c¸c kÝch th íc t¬ng øng cña chong chãng thùc vµ m« h×nh cña nã n»m trong mét tû lÖ cè ®Þnh ® îc gäi lµ tû lÖ. Nh vËy, tÊt c¶ c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc kh«ng thø nguyªn ®Òu ph¶i b»ng nhau, c¸c ® êng bao c¸nh vµ pr«phin mÆt c¾t ®ång d¹ng nhau. Yªu cÇu t ¬ng tù còng ®îc ¸p dông cho c¸c biªn cña dßng ch¶y, vÝ dô nh chiÒu s©u cña chong chãng díi mÆt tho¸ng.

§ång d¹ng ®éng häc cña dßng ch¶y bao quanh chong chãng thùc vµ m« h×nh ph¶i ¬ng øng cña dßng ch¶y ®ã cã ng cña

®îc tháa m·n ë ®iÒu kiÖn mµ tèc ®é t¹i c¸c ®iÓm t híng gièng nhau vµ tû sè cña chóng ph¶i cè ®Þnh. §Ó biÓu thÞ tèc ®é ®Æc tr chong chãng ta dïng tèc ®é tiÕn vA vµ tèc ®é quay pnD cña mót c¸nh. Lóc bÊy giê: v AH / nH DH = v AM / nM DM = const = J (16.1.1) NghÜa lµ khi chän c¸c tèc ®é ®Æc tr ng th× ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña c¸c dßng ch¶y lµ b íc tiÕn t¬ng ®èi cña chong chãng thùc vµ m« h×nh khi ®· ®ång d¹ng h×nh häc ph¶i b»ng nhau J H = JM. Trong ®ã: chØ sè H - dµnh cho ®èi t îng thùc, M - cho m« h×nh cña nã.

( W+ r

vA 2

sÏ cïng híng t¹i c¸c ®iÓm t ¬ng øng cña c¸c

Tõ ®iÒu kiÖn (16.1.1) cÇn thÊy r»ng: sù c©n b»ng nhau cña c¸c b íc tiÕn t¬ng ®èi sÏ cho sù b»ng nhau cña c¸c gãc tiÕn trªn tÊt c¶ c¸c b¸n kÝnh tg b = J / p r , ( r = r / R), nghÜa lµ c¸c tèc ®é v E = dßng ch¶y.

§ång d¹ng ®éng lùc häc chØ ®¶m b¶o khi tho¶ m·n ®ång d¹ng h×nh häc vµ ®éng häc theo ®Þnh luËt ®ång d¹ng Niut¬n, nghÜa lµ tû sè cña c¸c lùc t ¬ng øng ph¶i cè ®Þnh vµ b»ng tû lÖ tam thõa. C¸c lùc xuÊt hiÖn trªn c¸c c¸nh chong chãng phô thuéc vµo c¸c chuÈn ®ång d¹ng sau: + ChuÈn ®ång d¹ng ¥le:

p p - 0 Eu r = 2/2 v

(16.1.2)

111

Fr =

(16.1.3)

(16.1.4)

+ ChuÈn ®ång d¹ng Frót: + ChuÈn ®ång d¹ng R©ynon: Re = v L / g + ChuÈn ®ång d¹ng Stru-han: Sh = L / v T (16.1.5) Do tû sè cña c¸c lùc lµ cè ®Þnh, nªn c¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn cña c¸c lùc sÏ b»ng nhau. Ta nhËn thÊy r»ng: ®èi víi c¸c dong ch¶y kh«ng bÞ x©m thùc th× gi÷a chong chãng thùc vµ m« h×nh cña nã lu«n tho¶ m·n sù b»ng nhau cña c¸c trÞ sè ¥le.

NÕu tèc ®é ®Æc tr ng cña chong chãng lµ tèc ®é tiÕn v A, thêi gian ®Æc tr ng lµ T - chu kú cña mét vßng quay T = 1/n vµ kÝch th íc ®Æc tr ng D - ® êng kÝnh cña chong chãng th× trÞ sè Stru-han cã thÓ biÓu thÞ b»ng biÓu thøc sau ®©y:

TIM

Sh = n D / v A = 1/J , hoÆc J = 1/Sh NghÜa lµ sù b»ng nhau cña c¸c b íc tiÕn t ¬ng ®èi sÏ ®¶m b¶o tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña c¸c dßng ch¶y, v× vËy khi thö chong chãng ®ång d¹ng h×nh häc vµ ®éng häc (kh«ng x©m thùc) chØ cÇn ®¶m b¶o sù b»ng nhau cña hai chuÈn Frót vµ R©ynon. Sù b»ng nhau cña c¸c sè Frót nãi lªn sù b»ng nhau cña c¸c hÖ sè ¸p suÊt t¹i c¸c ®iÓm t¬ng øng cña c¸c dßng ch¶y vµ cã thÓ coi lµ sù tho¶ m·n ®Þnh luËt ®ång d¹ng cña Niut¬n cho c¸c lùc ¸p suÊt sinh ra trªn c¸nh chong chãng. §èi víi chong chãng lµm viÖc trong chÊt láng lý t ëng v« h¹n (kh«ng xÐt ®Õn Fr vµ Re) th× theo ®Þnh luËt Niut¬n tû sè c¸c lùc ®Èy cña chong chãng thùc vµ m« h×nh cña nã sÏ biÓu diÔn:

T IM T

K K

r r

TIH

Dn 2 MM Dn 2 H H

(16.1.6)

QIM = K QIH, tõ ®ã:

trong ®ã: M = DM/DH - tû lÖ ®ång d¹ng h×nh häc. NÕu lÊy D 2 lµm diÖn tÝch ®Æc tr ng, tèc ®é ®Æc tr ng nD, th× khi chó ý ®Õn tÝnh ®ång d¹ng h×nh häc vµ ®éng häc ta nhËn ® îc KTIM = KTIH, ®iÒu nµy ®óng víi kÕt luËn cña lý thuyÕt ®ång d¹ng, ®ã lµ sù b»ng nhau cña c¸c hÖ sè lùc ®Èy kh«ng thø nguyªn. T¬ng tù ®èi víi m«men ta còng cã K

hIM =hIH khi JM = JH. Nh vËy, sù b»ng nhau cña c¸c b íc tiÕn t¬ng ®èi sÏ ®¶m b¶o ®îc sù b»ng nhau

cña c¸c hÖ sè lùc ®Èy, hÖ sè m«men vµ hiÖu suÊt cña chong chãng lµm viÖc trong chÊt láng lý tëng v« h¹n.

gL H

(16.1.7) §èi víi c¸c chong chãng thùc còng ph¶i tho¶ m·n c¸c chuÈn ®ång d¹ng Fr vµ Re. îc ®¶m b¶o cho ViÖc tho¶ m·n chuÈn ®ång d¹ng Fr khi thö chong chãng cÇn ® nh÷ng trêng hîp khi c¸c lùc mang b¶n chÊt sãng cã ý nghÜa quan träng. §Þnh luËt nµy buéc ph¶i ®îc tho¶ m·n khi chiÒu ch×m cña trôc chong chãng h 0 díi mÆt tho¸ng lµ bÐ, vµ kh«ng ®¶m b¶o khi h 0 ‡ D. Sù ®ång d¹ng cña c¸c lùc mang b¶n chÊt sãng sÏ ®îc ®¶m b¶o khi sè Fr cña chong chãng thùc vµ m« h×nh cña nã b»ng nhau: gL M

gD M

gD H

DD M H

(16.1.8)

v M §èi víi chong chãng lÊy v = v A vµ L = D ta nhËn ®îc: v Tõ ®ã: §¼ng thøc nµy tháa m·n ®iÒu kiÖn ®ång d¹ng ®éng häc cho nh÷ng tèc ®é t (16.1.9) ¬ng

øng vµ cho phÐp t×m ®îc tèc ®é vA khi thö m« h×nh.

112

NÕu lÊy tèc ®é quay cña ®Ønh c¸nh pnD lµm tèc ®é ®Æc tr ng chÝnh th× tõ (5.7) ta t×m ®îc:

π Dn HH gD

(16.1.10)

DDn H M

n M

π Dn MM gD M C«ng thøc nµy cho phÐp t×m ®îc tû sè sau ®©y ®Ó tÝnh vßng quay: Ta thÊy r»ng: ®èi víi chong chãng, dùa theo (16.1.7) vµ (16.1.10) ta cã thÓ tÝnh

(16.1.11)

hoÆc

( π

) DnD ng

®îc sè Fr theo mét trong c¸c c«ng thøc sau: : (16.1.12)

Fr C¸c lùc mang b¶n chÊt nhít t¸c dông lªn bÒ mÆt c¸nh chong chãng ph¶i tho¶ m·n chuÈn ®ång d¹ng R©ynon. §èi víi chong chãng sè Re cã thÓ viÕt:

Re = v r lr / g (16.1.13) Trong ®ã: v r, lr - c¸c trÞ sè ®Æc tr ng cho tèc ®é vµ kÝch th íc cña c¸nh ë b¸n kÝnh ®· chän r; cßn g - ®é nhít ®éng häc. B×nh th êng ngêi ta lÊy tèc ®é pnD lµm tèc ®é ®Æc trng, chiÒu réng trung b×nh cña c¸nh b tb lµm kÝch thíc ®Æc trng. Lóc bÊy giê sè Re cã thÓ viÕt:

Db tb

Re = (p n D2 / n) (btb / D) (16.1.14) hoÆc cho:

A E A 0

)( 1

)

( 5 nD

AA 0 E

p 2 Z )( Yªu cÇu vÒ sù b»ng nhau cña c¸c sè Re gi÷a chong chãng thùc vµ m« h×nh ®·

(16.1.15)

chuyÓn sang mèi quan hÖ gi÷a c¸c vßng quay nh sau:

nM = nH (gH/gM) (1/M2) (16.1.16) Khi tiÕn hµnh viÖc thÝ nghiÖm m« h×nh chong chãng trong chÊt láng víi gH = gM

2DH

2DM

4 = KTr(nH

2/M4) (DHM)4 = KTrnH

4 = TH (16.1.17)

thùc tÕ kh«ng thÓ tho¶ m·n ® îc (16.1.16) v× gÆp nhiÒu khã kh¨n vÒ kü thuËt: chong chãng ph¶i cã sè vßng quay kh¸ lín v× M «1 vµ nh vËy lùc t¸c dông lªn m« h×nh b»ng lùc t¬ng øng cña chong chãng thùc, vÝ dô:

TM = KTrnM Khi thö m« h×nh chong chãng cã thÓ xuÊt hiÖn hiÖu øng tû lÖ, v× nã g©y nªn sù kh¸c nhau gi÷a c¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc gi÷a m« h×nh vµ chong chãng thùc hoÆc gi÷a c¸c m« h×nh cã tû lÖ kh¸c nhau (nghÜa lµ ®îc thö ë nh÷ng sè Re kh¸c nhau). Nguyªn nh©n c¬ b¶n cña hiÖu øng tû lÖ lµ ë mét phÇn c¸nh m« h×nh xuÊt hiÖn chÕ ®é dßng bao ch¶y tÇng, g©y ¶nh h ëng lín tíi thµnh phÇn m«men cña lùc nhít, song nã ¶nh h ëng Ýt tíi thµnh phÇn lùc ®Èy. Kinh nghiÖm thö m« h×nh cho thÊy hiÖu øng tû lÖ hÇu nh kh«ng cã nÕu thö m« h×nh trong giíi h¹n c¸c sè Re cao h¬n con sè tíi h¹n, víi nã kh«ng cã ¶nh h¬ng râ rÖt tíi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng. Khi thö m« h×nh chong chãng ngêi ta thêng lÊy Reth = (4 ‚ 5)105. Dùa vµo ®ã c¸c kÝch th íc vµ vßng quay cña m« h×nh ph¶i chän sao cho trong qu¸ tr×nh thö sè Re tÝnh theo (16.1.15) lín h¬n con sè tíi h¹n Re > Reth.

Nh vËy, nÕu tho¶ m·n ® îc c¸c ®iÒu kiÖn h 0 > D, Re > Re th th× kÕt qu¶ thö m« h×nh chong chãng trong n íc tù do cho phÐp nhËn ® îc c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc kh«ng thø nguyªn K T, KQ vµ h0, mµ chóng lµ nh÷ng hµm ®¬n trÞ cña b íc tiÕn t¬ng îc bao b»ng dßng kh«ng x©m ®èi J cña c¸c chong chãng ®ång d¹ng h×nh häc khi ® thùc. C¸c kÕt qu¶ cña nh÷ng ®ît thö nµy th êng ®îc coi lµ kh«ng phô thuéc vµo tû lÖ, nghÜa lµ lÊy KTM = KTH, KQM = KQH vµ hOM = hOH khi JM = JH.

113

16.2. C¸c ph¬ng ph¸p nghiªn cøu chong chãng b»ng

thùc nghiÖm. C¸c ®ît thö hµng lo¹t m« h×nh cã hÖ thèng.

Ta ph©n ra c¸c ®ît thö m« h×nh chong chãng trong n

0n h

íc tù do vµ sau th©n tµu, nghÜa lµ thö m« h×nh chong chãng ®éc lËp vµ thö m« h×nh tµu ch¹y b»ng chong chãng. C¸c ®ît nghiªn cøu nµy th êng ®îc thùc hiÖn trong c¸c bÓ thö. Trong môc nµy chóng ta chØ xÐt viÖc thö m« h×nh chong chãng trong níc tù do. NhiÖm vô chÝnh cña nh÷ng ®ît thö nµy lµ x¸c ®Þnh

H×nh 16.1. ThiÕt bÞ ®Ó thö m« h×nh chong chãng trong níc tù do.

c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng ®éc lËp, nghÜa lµ c¸c hÖ sè K T, KQ vµ h0 theo c¸c chÕ ®é lµm viÖc cña chong chãng, nghÜa lµ phô thuéc vµo b íc tiÕn t¬ng ®èi J. C¸c ®ît thö ® îc tiÕn hµnh nhê mét thiÕt bÞ ®Æc biÖt. Nã lµ mét chiÕc thuyÒn con ®¸y b»ng rÊt tho¸t níc, nèi víi mét xe kÐo vu«ng gãc víi cét d¹ng dÔ tho¸t n íc (h×nh 16.1). ThuyÒn ® îc ®Æt trong n íc sao cho chong chãng ch×m d íi mÆt níc ë ®é s©u ®· biÕt. B»ng c¸ch tÝnh to¸n trôc chong chãng thß ra khái thuyÒn sao cho thuyÒn kh«ng ¶nh hëng tíi chong chãng.

Nh vËy, chiÒu dµi cña trôc b»ng kho¶ng 2

‚ 2,5 ® êng kÝnh chong chãng. §Ó tr¸nh ¶nh h ëng cña mÆt tho¸ng ®èi víi c¸c lùc thuû ®éng, ® êng t©m chong chãng ph¶i ch×m tíi 1,0 ‚ 1,5 ®êng kÝnh chong chãng. §iÒu nµy cho phÐp lo¹i sè Fr khái c¸c ®Þnh luËt ®· nãi.

¬ng tr×nh ®· ®Þnh trong qu¸ tr×nh thÝ C¸c th«ng sè cÇn ghi - lùc ®Èy, m«men vµ vßng quay cña chong chãng ph¶i ®o b»ng c¸c ph ¬ng ph¸p ®iÖn, v× chóng cho phÐp sö dông réng r·i m¸y tÝnh ®iÖn tö ®Ó tËp hîp, l u tr÷ vµ xö lý c¸c th«ng tin theo ch nghiÖm, vµ trong vµi trêng hîp ®Ó tù ®éng ho¸ hoµn toµn ®ît thö.

VÒ nguyªn t¾c c¸c m« h×nh ®Òu ® îc thö trong níc tù do víi vßng quay cè ®Þnh ®Ó ®¶m b¶o sè Re tíi h¹n vµ tèc ®é tiÕn kh¸c nhau do thay ®æi tèc ®é kÐo thuyÒn. §iÒu nµy cho phÐp kh¶o s¸t ®îc toµn bé giíi h¹n biÕn thiªn cña bíc tiÕn t¬ng ®èi - tõ chÕ ®é buéc (J = 0) tíi chÕ ®é lùc ®Èy vµ m«men b»ng kh«ng. NÕu cÇn cã thÓ nghiªn cøu ®îc c¶ chÕ ®é ®¶o chiÒu.

Trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm cÇn ph¶i ®o lùc ®Èy vµ m«men cña m« h×nh chong chãng, vßng quay vµ tèc ®é tiÕn cã thÓ tÝnh ® îc c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc K T, KQ vµ h0. C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc nµy ® îc biÓu diÔn theo d¹ng ® êng cong phô thuéc vµo bíc tiÕn t ¬ng ®èi J (Xem H14.3). §ãng vai trß quan träng trong c¸c ®ît thÝ nghiÖm lµ thö hµng lo¹t m« h×nh chong chãng cã hÖ thèng trong n íc tù do. Lo¹t ë ®©y ®îc hiÓu lµ mét tËp hîp c¸c m« h×nh chong chãng , mµ trong ®ã c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc kh«ng thø nguyªn ®îc thay ®æi tõ chong chãng nµy sang chong chãng kh¸c, vÝ dô: tû sè bíc theo mét hÖ thèng qui ®Þnh. TËp hîp chÝnh cña c¸c phÇn tö cña c¸c chong chãng cña lo¹t vÉn ph¶i gi÷ nguyªn. C¸c ®ît thö hµng lo¹t m« h×nh chong chãng cã hÖ thèng cho phÐp ®¸nh gi¸ mèi quan hÖ gi÷a c¸c ®Æc t×nh h×nh häc víi c¸c ® êng cong lµm viÖc cña chong chãng, ®ång thêi x©y dùng ® îc ®å thÞ ®Ó thiÕt kÕ chong chãng vµ tÝnh to¸n kh¶ n¨ng di ®éng cña tµu.

C¸c sè liÖu cña c¸c ®ît thö hµng lo¹t m« h×nh ®Òu ® îc xö lý trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö, ®iÒu nµy cho phÐp ¸p dông c¸c ph¬ng ph¸p ph©n tÝch håi quy ®Ó x©y dùng m« h×nh to¸n häc cho tõng chong chãng riªng lÎ. B»ng m¸y tÝnh ®iÖn tö sÏ tÝnh vµ x©y dùng ®îc c¸c ®êng cong thiÕt kÕ chong chãng vµ tÝnh to¸n kh¶ n¨ng di ®éng cña tµu.

114

Tû sè ®Üa

1 5

R 5 7 4 . 0

D 7 6 7 . 0

0.045D

H×nh 16.2. C¸c ®Æc trng h×nh häc cña chong chãng 4 c¸nh thuéc lo¹i “B”.

HiÖn nay ngêi ta ®· thö ®îc sè lîng kh¸ lín m« h×nh chong chãng cã hÖ thèng hÇu nh bao trïm toµn bé giíi h¹n biÕn thiªn c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña chong chãng ë Liªn bang Nga còng nh ë níc ngoµi.

6 ®Æc tr ng cho c¸c

Trªn h×nh 16.2 tr×nh bµy c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña lo¹t “B” cña bÓ thö Hµ Lan cã Z = 4 vµ 3 trÞ sè tû sè ®Üa. Lo¹t gåm 120 m« h×nh chong chãng ® êng kÝnh 240 mm víi sè c¸nh thay ®æi (tõ 2 ‚ 7), tû sè ®Üa (tõ 0,3 ‚ 1,05) vµ tû sè bíc kÕt cÊu (tõ 0,5 ‚ 1,4). Bíc tiÕn t¬ng ®èi thay ®æi tõ kh«ng tíi bíc tiÕn t¬ng ®èi øng víi chÕ ®é kh«ng lùc ®Èy. ViÖc xö lý cuèi cïng c¸c kÕt qu¶ thö cña hµng lo¹t nµy bao gåm c¶ viÖc tÝnh

v i

( ) (

)

) ( t AADP i 0

JC T i

(cid:229)

1 =

îc c¸c m« h×nh to¸n häc cña c¸c chong chuyÓn c¸c hÖ sè thuû ®éng lùc sang sè Re qui chuÈn Re = 2.10 chong chãng thùc, ®ång thêi x©y dùng ® chãng. M« h×nh nµy ®îc m« t¶ theo d¹ng ®a thøc:

v i

( ) (

)

) ( t AADP 0

JC Q i

(cid:229)

1 =

(cid:252) (cid:239) (cid:239) (cid:253) (cid:239) (cid:239) (cid:254)

(16.2)

nã cho phÐp x¸c ®Þnh ® îc c¸c ®êng cong lµm viÖc cña chong chãng víi trÞ sè Z

biÕn thiªn vµ c¸c trÞ sè AE/A0, P/D vµ J n»m trong giíi h¹n ®· nªu trªn.

Trªn h×nh 16.3 ®Ó lµm vÝ dô: ng êi ta tr×nh bµy c¸c sè liÖu cña lo¹t nµy cho nh÷ng chong chãng Z = 4 vµ A E/A0 = 0,55, mµ chóng nªu bËt ® îc ¶nh hëng cña tû sè bíc kÕt cÊu ®èi víi hÖ sè lùc ®Èy vµ hiÖu suÊt lµm viÖc. Lêi gi¶i thÝch vÒ ¶nh h ëng cña P/D ®èi víi c¸c ® êng cong lµm viÖc cña chong chãng ® îc tr×nh bµy ë ch ¬ng thiÕt kÕ chong chãng.

115

K ;

0h ;

K ;T

10K ; Q

16.3. C¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng §å thÞ tæng hîp cña ®ît thö mét nhãm m« h×nh chong chãng thuéc lo¹t cã hÖ

H×nh 16.3. C¸c ®êng cong lµm viÖc cña chong chãng 4 c¸nh thuéc lo¹t “B” víi tû sè bíc kh¸c nhau

thèng ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 16.3 ®· ®îc x©y dùng kh¸ chÆt chÏ.

KT; h

0,8

1 ,4

h i P / D = 0 , 5

0,6

h k h i P / D =

h k

0,4

,1 = 0 h

h = 0 , 5

0,2

KT khi P/D =1,4

0h = 0,5

1,4

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Nh»m môc ®Ých ®ã, ®èi víi tõng chong chãng víi trÞ sè P/D cña nã qua mét kho¶ng ®· biÕt ta chuyÓn trÞ sè hiÖu suÊt lªn ® êng cong KT = KT(J) sao cho c¸c ®iÓm cã cïng trÞ sè hiÖu suÊt ® îc nèi víi nhau b»ng nh÷ng ® êng cong tr¬n nh ®· tr×nh bµy trªn h×nh 16.4. KÕt qu¶ lµ ta nhËn ® îc ®å thÞ, nh h×nh 16.5, ®Ó trªn ®ã ®Ó b¶n vÏ kh«ng rêm rµ ta chØ kÎ mét sè l îng võa ph¶i c¸c ® êng hiÖu suÊt b»ng nhau. Tõ ®å thÞ ta hoµn toµn x¸c ®Þnh ® îc c¸c th«ng sè cña chong chãng thiÕt kÕ cã trÞ sè Z, AE/A0, P/D . . . §å thÞ ®ã dïng ®Ó x¸c ®Þnh hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng trong nh÷ng ®iÒu kiÖn thiÕt kÕ cô thÓ. Muèn vËy cÇn ph¶i gi¶ thiÕt lùc ®Èy T, tèc ®é tiÕn v A, ®êng kÝnh D vµ vßng quay n cña nã. Sau khi tÝnh to¸n ® îc KT vµ bíc tiÕn t¬ng ®èi J, trªn ®å thÞ ta t×m ® îc ®iÓm, mµ vÞ trÝ cña nã x¸c ®Þnh ngay ® îc P/D vµ hiÖu suÊt lµm viÖc h0. Tuy nhiªn chong chãng thiÕt kÕ theo c¸ch ®ã khã cã thÓ ®¹t ® îc tèi u, bëi v× trong khi gi¶ thiÕt ®Ó thiÕt kÕ nã th× ® êng kÝnh còng nh vßng quay (khi T vµ v A kh«ng ®æi) vÉn kh«ng lÊy tèi u.

H×nh 5.4. S¬ ®å x©y dùng c¸c hiÖu suÊt lµm viÖc b»ng nhau.

Nh vËy, hiÖu suÊt lµm viÖc cã thÓ rÊt thÊp mµ c«ng suÊt t ¬ng øng cÇn thiÕt l¹i

qua cao. §Ó tèi u ho¸, vÝ dô ® êng kÝnh cÇn ph¶i cho vßng quay cè ®Þnh vµ sau khi võa thay ®æi ® êng kÝnh võa ph¶i thùc hiÖn nhiÒu phÐp tÝnh ®Ó t×m mèi quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt lµm viÖc vµ ®êng kÝnh. Chong chãng víi ®êng kÝnh tèi u sÏ øng víi chong chãng cã hiÖu suÊt lµm viÖc lín nhÊt. DÜ nhiªn ®Ó tèi u ho¸ vßng quay khi D = const

116

TK 0,6

1,2

0,5

0 0,2

1 , 0 = h

0,3

1,0

DTK =1,0

0,4

0,8

0 , 8

0,5

K =1,2

K = 0,6

0,3

0,6 5

0,6

K DT

0,7

K =2 DT 0,7 5

2,4

0,2

optn 0,5

Dopt

K NT

0,1

1,4J = v / n D

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

55,0

cÇn ph¶i thùc hiÖn mét lo¹t tÝnh to¸n víi n biÕn ®æi vµ t×m hÖ thøc h = h0(n). Ta vÉn cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc vßng quay tèi u khi gi¶ thiÕt T, v A vµ D.

AE A 0

) H×nh 5.5. §å thÞ thiÕt kÕ chong chãng (Z = 4;

C¸c tÝnh to¸n kiÓu nµy sÏ tèn nhiÒu c«ng søc. §Ó tr¸nh ®iÒu ®ã, tõ c¸c biÓu thøc tÝnh KT vµ J ta lo¹i mét trong c¸c th«ng sè qui ®Þnh n hoÆc D. VÝ dô: ta lo¹i ® êng kÝnh vµ nhËn ®îc:

J K

nT v r

2 A

4 NT

(16.3.1)

trong ®ã: ta kÝ hiÖu:

A n

J K Trªn h×nh 16.5 ® êng KNT lµ ® êng parabol bËc 4 ®Æc tr ng cho mét tËp hîp v« h¹n c¸c chong chãng tho¶ m·n bµi to¸n, nh ng cã hiÖu suÊt lµm viÖc kh¸c nhau vµ chØ cã mét ®iÓm duy nhÊt øng víi hiÖu suÊt lµm viÖc lín nhÊt, ®iÓm ®ã x¸c ®Þnh chong chãng cã ®êng kÝnh tèi u.

(16.3.2)

Trªn ®å thÞ ®ang xÐt, ®èi víi mét lo¹t trÞ sè K NT t×m c¸c ®iÓm cã hiÖu suÊt lµm viÖc lín nhÊt vµ qua c¸c ®iÓm ®ã kÎ ® êng cong tr¬n ký hiÖu lµ D opt vµ c¶ nh÷ng ®o¹n K NT = const c¾t ®êng cong ®· cho. Tõ c¸c K NT ®· cã trªn ®êng cong Dopt cho phÐp ta x¸c ®Þnh ®îc c¸c th«ng sè cña chong chãng cã ® êng kÝnh tèi u, nghÜa lµ K T, J, h0 vµ P/D. §êng kÝnh tèi u ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

Dopt = v A / (nJ) (16.3.3) NÕu biÕt ®êng kÝnh, lùc ®Èy vµ tèc ®é muèn t×m vßng quay tèi u th× b»ng c¸ch

J K

2 DT =

lo¹i vong quay ®ã khái biÓu thøc tÝnh KT vµ J, ta t×m ®îc:

JT Dv r 2 A Dv A

(16.3.4) trong ®ã:

117

16.4. Sö dông c¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng c¸nh hÑp C¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng cña E.E Papmeil (Phô lôc I) vµ cña bÓ thö Hµ Lan

¬ng t¸c gi÷a chong chãng kÕ c¸c chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu khi kÓ ®Õn sù t víi th©n tµu.

(Phô lôc II) lu«n cho c¸c trÞ sè tÝnh to¸n kh¸c nhau khi cïng c¸c sè liÖu xuÊt ph¸t. Sù kh¸c nhau vÒ hiÖu suÊt lµm viÖc vµ c¸c yÕu tè cña chong chãng kh«ng thÓ gi¶i thÝch ®îc b»ng c¸c sai sè thÝ nghiÖm vµ c¸ch xö lý, mµ vÉn xÈy ra khi x©y dùng mäi ®å thÞ theo c¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh , ngay khi chóng ® îc tiÕn hµnh hoµn toµn øng víi c¸c yªu cÇu cña lý thuyÕt ®ång d¹ng. Sù sai lÖch vÒ trÞ sè cña ® êng kÝnh, tû sè b íc kÕt cÊu vµ hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng lµ do sù kh¸c nhau trong viÖc ®Þnh d¹ng mÆt c¾t c¸nh cña lo¹t m« h×nh thö, ® îc tr×nh bµy trong c¸c phô lôc I, II. C¸c m« h×nh chong chãng, mµ theo kÕt qu¶ thÝ nghiÖm x©y dùng ® îc c¸c ®å thÞ cña phô lôc I cã c¸c d¹ng mÆt c¾t låi lâm v¬Ý ®é l în cong mÆt ®¹p cña c¸nh d2 = 1% trªn c¸c b¸n kÝnh mÆt c¾t. Cßn c¸c m« h×nh chong chãng, mµ theo kÕt qu¶ thÝ nghiÖm x©y dùng ® îc c¸c ®å thÞ cña phô lôc II cã mÆt ®¹p cña c¸nh ph¼ng.

C¸c chong chãng c¶ hai lo¹t cã chiÒu dµy t ¬ng ®èi cña c¸c mÆt c¾t c¸nh gÇn b»ng ¬ng

nhau (ë nh÷ng chong chãng phô lôc I chiÒu dµy lín h¬n) v× vËy b¸n kÝnh cong t ®èi cña mÆt c¾t trªn c¸c chong chãng phô lôc I lín h¬n ë nh÷ng chong chãng thuéc phô lôc II. C¨n cø vµo ®ã khi tû sè b íc kÕt cÊu vµ chiÒu dµy t¬ng ®èi cña c¸nh gièng nhau c¸c c¸nh thuéc phô lôc II cã ® êng kÝnh lín h¬n. §èi víi c¸c chong chãng thuéc phô lôc II khi hÖ sè t¶i träng theo lùc ®Èy C TA » 0,5 th× b¸n kÝnh cong cña mÆt c¾t rÊt hîp lý. MÆt ®¹p lâm cã thÓ coi lµ hîp lý khi c¸c chong chãng bÞ h¹n chÕ ® êng kÝnh, do ®ã ë nh÷ng hÖ sè t¶i träng lín ®iÒu cÇn thiÕt lµ ph¶i sö dông chóng.

119

120

Ch¬ng 17 Sù t¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ ®Èy vµ th©n tµu 17.1. Kh¸i niÖm chung vÒ sù t¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ ®Èy vµ th©n tµu

Th©n tµu tù ch¹y, cßn thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc c¹nh nã, vÒ ph ¬ng diÖn c¬ thuû häc lµ mét hÖ thèng duy nhÊt mµ gi÷a c¸c phÇn tö cña nã cã sù t ¬ng t¸c thuû ®éng lùc dÉn ®Õn sù ph©n bè l¹i c¸c lùc t¸c dông lªn chóng. B¶n chÊt cña sù t ¬ng t¸c nµy lµ sù ¶nh hëng lÉn nhau cña c¸c trêng thuû ®éng lùc do th©n tµu vµ thiÕt bÞ ®Èy t¹o ra. ThiÕt bÞ ®Èy lµm thay ®æi trêng tèc ®é vµ ¸p suÊt trªn th©n tµu. Do ®ã lùc c¶n cña tµu khi thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc kh«ng b»ng lùc c¶n cña tµu khi bÞ kÐo ®i.

Nh vËy, kh¸c víi c¸c lùc kh«ng ®æi theo thêi gian t¸c dông lªn thiÕt bÞ ®Èy khi lµm viÖc trong níc tù do, c¸c lùc t¸c dông lªn thiÕt bÞ ®Èy khi lµm viÖc sau th©n tµu do dßng ch¶y kh«ng ®Òu, song song víi thµnh phÇn cè ®Þnh cßn cã thµnh phÇn kh«ng dõng. Do thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc, nªn trªn th©n tµu ph¸t sinh ra ¸p suÊt kh«ng æn ®Þnh. V× vËy sù t¬ng t¸c nãi trªn kh«ng chØ x¸c ®Þnh hiÖu qu¶ sö dông c«ng suÊt cña hÖ ®éng lùc, mµ cßn c¶ c¸c tÝnh chÊt khai th¸c cña tµu cã liªn quan ®Õn viÖc ph¸t sinh ¸p suÊt kh«ng æn ®Þnh trªn thiÕt bÞ ®Èy vµ th©n tµu, còng nh c¸c chÊn ®éng sinh ra bëi ¸p suÊt ®ã. Khi thiÕt kÕ thiÕt bÞ ®Èy còng nh lùa chän h×nh d¸ng phÇn ®u«i tµu ®Òu ph¶i l u ý ®Õn sù t¬ng t¸c nµy. Trong khi sù t ¬ng t¸c lµ mét hiÖn t îng thuû ®éng phøc t¹p, th× sù nghiªn cøu

chÆt chÏ nã b»ng lý thuyÕt gÆp v« vµn khã kh¨n vµ cho tíi nay vÉn ch a ®em l¹i kÕt qu¶. V× vËy ®Ó nghiªn cøu hiÖn t îng ®ã ng êi ta ¸p dông ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó xÐt riªng biÖt ¶nh h ëng cña th©n tµu v¬Ý sù lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy vµ sù lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy ®èi víi dßng bao th©n tµu. Khi nghiªn cøu dßng bao th©n tµu th× dßng ch¶y tíi nã ®îc thay b»ng t¸c dông cña thiÕt bÞ ®Èy.

ViÖc lîi dông ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng ®ã cho phÐp ¸p dông mét c¸ch kh¸ ®¬n gi¶n íc tù do ®Ó thiÕt kÕ

17.2. Dßng theo vµ c¸c thµnh phÇn cña nã

c¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh chong chãng lµm viÖc ®éc lËp trong n chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu. Tuy nhiªn ngay theo c¸ch ®Æt vÊn ®Ò ®¬n gi¶n ®ã dùa theo c¸ch gi¶i quyÕt b»ng lý thuyÕt chØ cã thÓ nhËn ® îc c¸c hÖ thøc vÒ mÆt chÊt lîng. Ph ¬ng ph¸p chÝnh ®Ó thu ® îc c¸c kÕt qu¶ vÒ mÆt sè l îng ®Ó tÝnh to¸n kh¶ n¨ng di ®éng lµ thÝ nghiÖm.

Khi tµu chuyÓn ®éng trong chÊt láng sau ®u«i tµu sÏ xuÊt hiÖn dßng n íc cïng

chuyÓn ®éng h íng vÒ phÝa chuyÓn ®éng cña tµu vµ v× thÕ gäi lµ dßng theo. Th«ng thêng dßng theo ®îc x¸c ®Þnh t¹i n¬i ®Æt thiÕt bÞ ®Èy (t¹i ®Üa thiÕt bÞ ®Èy). Dßng theo ®îc x¸c ®Þnh khi kh«ng cã thiÕt bÞ ®Èy gäi lµ dßng theo ®Þnh møc. Tæng vect¬ tèc ®é cña dßng theo t¹i mét ®iÓm bÊt k× trªn ®Üa cã thÓ ph©n ra thµnh ba thµnh phÇn: h íng trôc, híng tiÕp tuyÕn vµ h íng b¸n kÝnh. Khi tÝnh to¸n vµ thiÕt

121

yx = v yx/v , yq = v yq/ v (17.2.1)

0,6

0,5

0,4

0,5

0,4

0,3

0,1

0,2

y = 0,2

0,7

0,2

0,5

0,3

0,05 xy = 0, 0 1

0,2 0,1 0,05

0,01

kÕ thiÕt bÞ ®Èy ng êi ta chØ chó ý tíi thµnh phÇn h íng trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é dßng theo, ®îc kÝ hiÖu lµ v yx vµ v yq. LËp tØ sè : c¸c hÖ sè yx vµ yq - gäi lµ hÖ sè dßng theo. Do h×nh d¸ng phÇn ®u«i tµu lµ phøc t¹p, tÝnh chÊt kh¸c biÖt cña dßng theo lµ møc ®é kh«ng ®ång ®Òu t¹i ®Üa thiÕt bÞ ®Èy, v× thÕ c¸c hÖ sè dßng theo yx vµ yq thay ®æi tõ ®iÓm nµy sang ®iÓm kh¸c. H×nh 17.1 biÓu diÔn c¸c hÖ sè dßng theo yx. Tèc ®é dßng theo cã trÞ sè lín nhÊt ë gÇn mÆt ®èi xøng vµ gi¶m dÇn vÒ hai m¹n. §èi víi tµu mét chong chãng dßng theo ®Þnh møc ®èi xøng qua mÆt ph¼ng ®èi xøng (Xem H17.1.a). §èi víi tµu hai chong chãng dßng theo gÇn nh ®èi xøng qua mÆt ph¼ng ®èi xøng cña gi¸ ch÷ nh©n hoÆc c¸c æ ®ì trôc (Xem H17.1.b).

a) b) H×nh 17.1. Trêng thµnh phÇn híng trôc cña hÖ sè dßng theo

a. tµu mét trôc chong chãng b. tµu hai trôc chong chãng

Trong trêng hîp chung c¸c hÖ sè dßng theo ë mÆt ph¼ng ®Üa phô thuéc vµo hai

to¹ ®é - gãc quay c¸nh q vµ b¸n kÝnh r mµ phÇn tö c¸nh t¹i vÞ trÝ ®ã: y = y(r, q).

Trªn h×nh 6.2 tr×nh bµy sù thay ®æi cña c¸c thµnh phÇn yx vµ yq theo gãc quay cña c¸nh cho tµu mét chong chong víi h×nh d¸ng phÇn ®u«i b×nh th êng, c¸c sè liÖu ®Òu m« t¶ cho b¸n kÝnh r = 0,64R, trong ®ã R - b¸n kÝnh chong chãng. §èi víi tµu mét chong chãng hÖ sè dßng theo yx = yx(q) vµ yq = yq(q) ®èi xøng qua mÆt ph¼ng ®èi xøng. Tèc ®é côc bé cña dßng theo ®Þnh møc cã thÓ ® îc dïng ®Õn khi x¸c ®Þnh c¸c lùc tøc thêi sinh ra trªn c¸c phÇn tö c¸nh vµ c¸c ®Æc tÝnh cña chong chãng nãi chung.

122

0,1

r/R

y (q)x 1,0

1,0

0,5

0,8

y (q) q 0,1

0,6

60120180240300360

-0,1

0,4

0,2

0,2 0,4

0,6

0,8

1,0

v x/ v = 1 - f x(r)

H×nh 17.2. Sù thay ®æi thµnh phÇn híng trôc vµ tiÕp tuyÕn cña hÖ sè dßng theo phô thuéc gãc quay c¸nh.

H×nh 17.3. Sù ph©n bè tèc ®é thµnh phÇn híng trôc theo b¸n kÝnh cho c¸c kiÓu ®u«i tµu kh¸c nhau: 1. ch÷ U vµ qu¶ lª; 2. d¹ng ch÷ V; 3. tµu hai chong chãng

r )(

r ,(

)

Khi tÝnh to¸n kh¶ n¨ng di ®éng ng êi ta sö dông trÞ sè trung b×nh cña dßng theo. C¸c hÖ sè dßng theo trung b×nh t¹i mét b¸n kÝnh ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc :

2 p (cid:242) qqy

1 2 p

(17.2.2)

r )(

Khi lÊy trung b×nh nh vËy, th× thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña hÖ sè dßng theo y q thêng b»ng kh«ng, v× thÕ khi tÝnh kh¶ n¨ng di ®éng ng êi ta chØ quan t©m tíi thµnh phÇn híng trôc cña dßng theo y x. Sù ph©n bè theo b¸n kÝnh cña thµnh phÇn nµy phô thuéc kh¸ nhiÒu vµo h×nh d¸ng ®u«i tµu vµ kh¸c nhau ®èi víi tµu mét hoÆc hai trôc nh tr×nh bµy ë h×nh 6.3, trªn ®ã tr×nh bµy c¸c sè liÖu vÒ tû sè tèc ®é: v x(r)/ v = 1 - y x(r). Nh ®· thÊy tèc ®é ë gÇn cñ cña chong chãng cã trÞ sè nhá nhÊt, sù ph©n bè tèc ®é theo b¸n kÝnh cho tµu mét truc kh«ng ®ång ®Òu so víi tµu hai trôc.

(cid:242) y

1 A

R (cid:242) y r 2 rH H

0 A 0 trong ®ã: A0 - diÖn tÝch ®Üa thiÕt bÞ ®Èy , rH - b¸n kÝnh cñ.

(17.2.3) VÒ trÞ sè trung b×nh cña hÖ sè dßng theo ®Þnh møc t¹i ®Üa ®îc x¸c ®Þnh : 2 -

Khi tÝnh to¸n ngêi ta thêng lÊy trÞ sè trung b×nh theo chu vi vßng trßn ë b¸n kÝnh r = ( 0,65 (cid:247) 0,7 )R lµm trÞ sè trung b×nh cña dßng theo, nã gÇn b»ng y. Trªn h×nh 17.3 thÓ hiÖn ba ®êng cong khi: y = 0,35. Dßng theo cã thÓ gåm hai phÇn. PhÇn thø nhÊt lµ tr êng tèc ®é sau th©n tµu ngoµi

giíi h¹n líp biªn gäi lµ dßng theo cã thÕ. Dßng theo nµy tån t¹i c¶ trong chÊt láng kh«ng nhít. Thµnh phÇn dßng theo cã thÕ ® îc sinh ra bëi hai nguyªn nh©n. Nguyªn nh©n thø

nhÊt lµ khi tµu chuyÓn ®éng sÏ sinh ra mét khèi chÊt láng, mµ khèi chÊt láng nµy ® îc dån vµo kh«ng gian tù do ë sau ®u«i tµu vµ sau ®ã chuyÓn ®éng cïng chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu .PhÇn dßng theo nµy gäi lµ dßng theo h¾t ra. Nguyªn nh©n thø hai lµ xuÊt hiÖn sãng b¶n th©n do tµu ch¹y trªn mÆt tho¸ng, lµm

thay ®æi tr êng tèc ®é t¹i n¬i ®Æt thiÕt bÞ ®Èy. PhÇn dßng theo nµy gäi lµ phÇn dßng theo sãng.

123

v yP = v yd + Y v yw (17.2.4)

Nh vËy, dßng theo cã thÕ v yq cã thÓ viÕt díi d¹ng

trong ®ã: v yd - tèc ®é dßng h¾t ra, v yw - tèc ®é dßng theo sãng. PhÇn thø hai cña dßng theo ® îc sinh ra bëi ¶nh hëng cña ®é nhít chÊt láng. Líp êng hîp tµu ch¹y trong chÊt biªn trªn bÒ mÆt th©n tµu ®· ph©n bè l¹i tèc ®é so víi tr láng kh«ng nhít.

y = yP + yv = yd + yw + yn

0,1

y ; 0,8

0,6

0,4

0,2

q(cid:176)

Do ¶nh hëng cña ®é nhít phÇn chÊt láng bÞ cuèn vÒ phÝa sau th©n tµu sÏ t¹o nªn dßng theo nhít v yV. Nh vËy, gÇn ®óng cã thÓ coi tæng hÖ sè dßng theo lµ tæng cña ba thµnh phÇn: (17.2.5) trong ®ã : yd - hÖ sè dßng theo h¾t ra yw - hÖ sè dßng theo sãng, yn - hÖ sè dßng theo cã nhít.

17.3. Dßng theo cã Ých vµ tèc ®é cña dßng theo

H×nh 17.4. So s¸nh hÖ sè dßng theo cã thÕ vµ tæng hÖ sè dßng theo ë b¸n kÝnh r = 0,6R Ta nhÊn m¹nh r»ng: ®èi víi c¸c tµu vËn t¶i biÓn vai trß quyÕt ®Þnh trÞ sè vµ ph©n bè tèc ®é dßng theo t¹i ®Üa thiÕt bÞ ®Èy lµ thµnh phÇn nhít. Trªn h×nh 6.4 thÓ hiÖn sù ph©n bè theo chu vi vßng trßn t¹i r/R = 0,60 cña thµnh phÇn cã thÕ vµ hÖ sè dßng theo tæng cho tµu dÇu cã d = 0,75. TrÞ sè y lµ d¬ng khi dßng theo trung b×nh híng cïng chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu. Dßng theo h¾t ra vµ dßng theo nhít lu«n d¬ng. Dßng theo sãng cã thÓ d¬ng hoÆc ©m. Khi chong chãng lµm viÖc díi ®Ønh sãng th× dßng theo sãng sÏ lµ d¬ng, lµm viÖc díi ®¸y sãng sÏ lµ ©m. Trªn c¸c tµu vËn t¶i hiÖn nay, trõ c¸c tµu ch¹y nhanh dßng theo sãng lµ bÐ vµ thêng kh«ng chó ý ®Õn khi tÝnh to¸n. C¸c tµu ch¹y nhanh, vÒ nguyªn t¾c dßng theo sãng ©m nªn lµm tæng hÖ sè dßng theo gi¶m xuèng.

Chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu vµ lµm thay ®æi dßng theo ®Þnh møc cña nã. Dßng theo sau th©n tµu sinh ra khi chong chãng lµm viÖc ® îc gäi lµ dßng theo cã Ých. Tèc ®é dßng theo cã Ých lµ hiÖu sè gi÷a tèc ®é dßng ch¶y qua chong chãng khi nã lµm viÖc sau th©n tµu vµ khi kh«ng cã nã . Nh vËy, ta gi¶ thiÕt r»ng: diÖn tÝch mÆt c¾t thuû lùc cña chong chãng trong c¶ hai tr êng hîp vÉn nh nhau vµ c¶ tæng tèc ®é c¶m øng còng gièng nhau. Tèc ®é c¶m øng do chong chãng lµm viÖc g©y nªn kh«ng ® îc xÕp vµo dßng theo cã Ých.

¶nh hëng cña chong chãng ®èi víi sù ph©n bè tèc ®é vµ trÞ sè cña dßng theo cã Ých vµ sù kh¸c nhau cña dßng theo cã Ých víi dßng theo ®Þnh møc phô thuéc kh¸ nhiÒu vµo tÝnh chÊt dßng bao cña phÇn ®u«i tµu vµ t¶i träng cña chong chãng. §èi víi nh÷ng tµu cã hÖ sè bÐo trung b×nh vµ t¶i träng chong chãng thÊp, c¸c trÞ sè trung b×nh t¹i ®Üa chong chãng cña dßng theo cã Ých vµ ®Þnh møc Ýt cã sù kh¸c nhau.

Trªn c¸c tµu bÐo, ë ®ã dßng theo c¬ b¶n ® îc t¹o nªn bëi ¶nh h ëng cña ®é nhít ®ång thêi cã thÓ xuÊt hiÖn hiÖn tîng t¸ch biªn, chong chãng cã hÖ sè t¶i träng lín C TA = 5 (cid:247) 10 cã ¶nh h ëng ®¸ng kÓ tíi dßng theo nhÊt lµ ®èi víi thµnh phÇn nhít. ¶nh

124

hëng cña chong chãng tíi hiÖn t îng t¸ch biªn cßn lµm phøc t¹p h¬n nhiÒu h×nh ¶nh xuÊt hiÖn dßng theo cã Ých vµ kh¸c víi dßng theo ®Þnh møc. LÊy vÝ dô trªn h×nh 17.5 ta tr×nh bµy c¸c ® êng cong hÖ sè dßng theo h íng trôc

0,7

0,8

0,6

1,0

y = 0,7

cña dßng theo ®Þnh møc vµ cã Ých t¹i ®Üa chong chãng cho tµu dÇu cì lín ®u«i d¹ng x× gµ vµ trªn h×nh 17.6 m« t¶ ¶nh h ëng cña chong chãng ®ang lµm viÖc ®èi víi sù ph©n bè tèc ®é côc bé trung b×nh còng cho tµu dÇu ®é bÐo lín. §èi víi nh÷ng tµu nµy sù ph©n bè dßng theo cã Ých kh¸c h¼n víi sù ph©n bè dßng theo ®Þnh møc. ViÖc bá qua sù kh¸c nhau nµy cã thÓ ®em l¹i sù sai lÇm nghiªm träng khi tÝnh to¸n c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc vµ x©m thùc cña chong chãng sau th©n tµu. §èi víi nh÷ng tµu cã ®é bÐo nhá vµ trung b×nh th× hiÖu sè tèc ®é cña dßng theo ®Þnh møc vµ cã Ých lµ kh«ng lín.

0,7 a) 0,6

XEy = 0,5

0,8

0,4 0,3 0,2

0,6 0,5

H×nh 17.5. So s¸nh trêng hÖ sè thµnh phÇn híng trôc cña

1,0

X ;y

Xy ;

y XE

XEy

1,0

y X

0,5

r/R =0,7

y XE

XEy

0,5

1,0

180

r/R

q, ®é

1,0

dßng theo cã Ých (a) vµ ®Þnh møc (b) cña tµu dÇu cì lín víi ®u«i d¹ng X× gµ

a) b)

H×nh 6.6. ¶nh hëng cña chong chãng tíi sù ph©n bè thµnh

phÇn híng trôc côc bé vµ trung b×nh theo chu vi (a) vµ b¸n kÝnh (b) cña dßng theo

So s¸nh c¸c trÞ sè trung b×nh cña dßng theo ®Þnh møc vµ cã Ých cÇn chó ý r»ng: trong trêng hîp chung nhÊt t¸c dông hót cña chong chãng ®èi víi tèc ®é sÏ t¨ng thµnh phÇn cã thÕ vµ gi¶m thµnh phÇn nhít cña dßng theo . §èi víi nh÷ng tµu cã h×nh d¸ng thon nhän vµ nh÷ng tµu cã hÖ sè bÐo trung b×nh sù thay ®æi cña chóng hÇu nh ®îc bï trõ lÉn nhau. V× vËy th«ng th êng dßng theo cã Ých h¬i lín h¬n hoÆc b»ng dßng theo ®Þnh møc.

125

Ey 0,6

0,4

§èi víi nh÷ng tµu d¹ng bÐo thµnh phÇn nhít tréi

0,2

0,4

0,6 y

h¬n. Trªn h×nh 17.7 tr×nh bµy tû sè thèng kª trung b×nh gi÷a dßng theo ®Þnh møc vµ cã Ých dùa theo sè liÖu thÝ nghiÖm.

H×nh 17.7. Tû sè gi÷a dßng theo ®Þnh møc vµ cã Ých

Theo quan ®iÓm nãi trªn ta thÊy r»ng: khi chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu tèc ®é chuyÓn ®éng cña nã so víi chÊt láng v A sÏ kh¸c víi tèc ®é cña tµu mét l îng b»ng tèc ®é dßng theo cã Ých. Tuy nhiªn viÖc x¸c ®Þnh nã b»ng thÝ nghiÖm gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n v× ph¶i ®o trêng tèc ®é sau th©n tµu t¹i ®Üa chong chãng khi nã ®ang lµm viÖc.

Chó ý r»ng c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu thêng ®îc tÝnh theo c¸c ®å thÞ thùc nghiÖm, khi chän c¸c phÇn tö chong chãng tèc ®é v A b»ng:

v w = v - v A (17.3.2)

v A = v - v w = v [ 1 - ( v w / v )] = v (1 - wT) (17.3.1) trong ®ã: wT = v w / v - hÖ sè tèc ®é dßng theo tÝnh to¸n. Nh vËy, tèc ®é dßng theo tÝnh to¸n b»ng hiÖu tèc ®é tµu vµ tèc ®é chong chãng chuyÓn ®éng trong chÊt láng v A.

HÖ sè dßng theo tÝnh to¸n w T ®îc x¸c ®Þnh b»ng ph ¬ng ph¸p ph©n tÝch kÕt êng

17.4. Lùc hót

qu¶ thö m« h×nh tµu tù ch¹y. ViÖc ph©n tÝch ®ã lµ dùa vµo gi¶ thiÕt víi nh÷ng ® kÝnh, vßng quay vµ lùc ®Èy trong n íc tù do gièng nhau vµ chong chãng sau th©n tµu còng cã cïng tèc ®é v A. Ph©n tÝch b»ng lý thuyÕt cho thÊy c«ng suÊt mµ chong chãng tiªu thô còng gièng nhau. Nh vËy, hÖ sè dßng theo tÝnh to¸n ph¶i hiÓu lµ hÖ sè dßng theo tÝnh theo ®iÒu kiÖn c«ng cña chong chãng sau th©n tµu t ¬ng ®¬ng víi c«ng khi ë trong níc tù do, nghÜa lµ theo ®iÒu kiÖn c©n b»ng lùc ®Èy vµ c«ng suÊt tiªu thô. ThÝ nghiÖm cho thÊy r»ng c¸c trÞ sè trung b×nh cña hÖ sè dßng theo cã Ých vµ tÝnh to¸n gÇn b»ng nhau.

Chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu võa lµm t¨ng thªm tèc ®é dßng bao phÇn ®u«i võa lµm gi¶m ¸p suÊt trªn bÒ mÆt cña phÇn th©n tµu ®ã. Tr íc hÕt, lîng gi¶m ¸p suÊt sÏ t¹o ra lùc bæ xung tû lÖ víi phÇn cã nÐt g¹ch cña biÓu ®å ¸p suÊt t¸c dông lªn th©n tµu theo h íng ng îc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu vµ dÜ nhiªn nã lµm t¨ng thªm lc c¶n cña tµu (Xem H17.8).

Lùc c¶n bæ sung cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu sinh ra bëi chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu ® îc gäi lµ lùc hót DR. Do cã lùc c¶n bæ sung ®ã nªn chong chãng ph¶i t¹o ra lùc ®Èy cao h¬n lùc kÐo ®Ó kÐo tµu mét lîng b»ng lùc hót:

E = R / ZP (17.4.2)

T = TE + DR (17.4.1) trong ®ã: TE - lùc kÐo cña chong chãng, vÒ trÞ sè nã b»ng lùc c¶n cña tµu R(v) s¶n ra trªn mét chong chãng. §èi víi tµu mét chong chãng T E = R, tµu cã Z P chong chãng khi cïng c«ng suÊt tiªu thô th×: T

P.TE = R + RZ (17.4.3)

§èi víi tµu kÐo c«ng thøc nµy cã d¹ng : trong ®ã: R - lùc c¶n tµu kÐo, RZ - lùc c¨ng trªn mãc kÐo.

126

1 -=

R D T

T E T

K K

(17.4.4)

E = T (1 - t) ; T = TE / (1 - t) (17.4.6 ) E = KT (1 - t) ; KT = KE / (1 - t) (17.4.7)

y ;

ET =R/ZP

n + wx

v p 0

y ;

Tû sè gi÷a lùc hót vµ lùc ®Èy cña chong chãng gäi lµ hÖ sè hót: TT - E T trong ®ã: KE - hÖ sè lùc kÐo: KE = TE / (r n2 D4) (17.4.5) K T - hÖ sè løc ®Èy. Nhê cã hÖ sè hót ta cã thÓ x¸c ®Þnh mèi quan hÖ gi÷a lùc hót vµ lùc ®Èy theo c«ng thøc sau:

0 )

PP - v r

T hoÆc: K

H×nh 17.8. S¬ ®å h×nh thµnh lùc hót

1. sù ph©n bè ¸p suÊt däc th©n tµu kh«ng cã chong chãng 2. sù ph©n bè ¸p suÊt khi chong chãng lµm viÖc 3. sù ph©n bè ¸p suÊt däc th©n tµu khi chong chãng lµm viÖc

Thùc tÕ lôc hót kh«ng chØ ®ãng vai trß ph©n bè l¹i ¸p suÊt däc th©n tµu mµ cßn ph©n bè l¹i tr êng tèc ®é trong líp biªn, dÉn ®Õn lµm biÕn ®æi ¸p suÊt vµ øng suÊt tiÕp mang b¶n chÊt nhít. Do thµnh phÇn lùc c¶n nhít thay ®æi nªn lùc hót bëi nhít xuÊt hiÖn. Khi tµu

P + tw + tv (17.4.8)

chuyÓn ®éng sÏ h×nh thµnh sãng b¶n th©n céng víi sù lµm viÖc cña chong chãng ®· ¶nh hëng trùc tiÕp tíi trÞ sè ¸p suÊt ë phÇn ®u«i tµu nªn lùc hót bëi sãng xuÊt hiÖn. C¨n cø vµo c¸c lý do ®ã vµ t ¬ng tù nh hÖ sè dßng theo, gÇn ®óng hÖ sè hót cã thÓ viÕt d íi d¹ng tæng ba thµnh phÇn:

t = t trong ®ã: tP, tw, tv - t¬ng øng lµ hÖ sè hót cã thÕ, hÖ sè hót bëi sãng vµ hÖ sè hót bëi nhít. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n ng êi ta bá qua thµnh phÇn sãng cßn thµnh phÇn nhít rÊt nhá so víi cã thÕ nªn xÊp xØ ta lÊy:

t » tP ; tw = tv = 0 (17.4.9) Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hÖ sè hót hiÖu qu¶ nhÊt lµ dùa vµo c¸c ph©n tÝch kÕt qu¶ thö m« h×nh tù ch¹y.

127

C¸c sè liÖu vÒ hÖ sè hót vµ hÖ sè dßng theo ®¸ng tin cËy nhÊt cã thÓ nhËn ® îc theo c¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh trong bÓ thö.

(

] )

KWL

HiÖn nay ng êi ta ®· tËp hîp ® îc sè liÖu thèng kª kh¸ lín ®Ó x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè t¬ng t¸c. ë ®©y ta tr×nh bµy c¸c c«ng thøc gÇn ®óng ®Ó x¸c®Þnh c¸c hÖ sè ®ã cho c¸c tµu vËn t¶i trong giai ®o¹n thiÕt kÕ ban ®Çu. §èi víi tµu vËn t¶i mét chong chãng cã d¹ng s ên phÝa ®u«i ch÷ U vµ U võa cã hÖ

5,0

w T =

( 2,2 d ( 1,0 d -

] { ) 94,0 ( ,0 055

5,0 )

[ 8,08,1 - ) 8,1 -

} (cid:252) (cid:253) (cid:254)

(17.5.1) sè bÐo thÓ tÝch d ‡ 0,60 [ 25,0 + 20,0

[ 7,07

] )

KWL

§èi víi tµu container mét chong chãng d¹ng s ên phÇn ®u«i h×nh ch÷ V cã d £

5,0

w T =

) +

( TD ) 0,2

55,0 )

} (cid:252) (cid:253) (cid:254)

] { 97,0 + ( 055 ,0 §èi víi tµu container hai chong chãng víi d < 0,65; D/TKWL » 0,6 (cid:247) 0,65

09,0

(17.5.2) 0,65 ; D/TKWL £ 0,7 [ ( 8,02,0 d + ( 18,0 35,0 d

15,0

5,0

0,2

w T =

) +

( 14,0 d ( 53,0 d -

5,0 )

( 055

(cid:252) (cid:253) )(cid:254)

(17.5.3)

6,0

(

] )

w T

KWL

20%.

{ 17,0 19,0

6,0

0,2

[ 7,00,6 -

- )

) )

[ ( bd [ ( 6,1 bd

} (cid:252) (cid:239) (cid:253) (cid:239)(cid:254)

(17.5.4)

05,0

5,0 d

§èi víi tµu ®¸nh c¸ mét chong chãng ch¹y tù do sên ch÷ V vµ d ‡ 0,55 { } ] 2 94,0 ] ( 1,0 K + trong c¸c c«ng thøc: d - hÖ sè bÐo thÓ tÝch; D - ®êng kÝnh chong chãng; T KWL -

wk T t

(cid:252) (cid:253) (cid:254)

(17.5.5) chiÒu ch×m theo ®êng níc thiÕt kÕ; b - hÖ sè bÐo sên gi÷a. §èi víi tµu vËn t¶i biÓn mét chong chãng, theo Taylor: w T =

= 25,0 25,0

trong ®ã: d - hÖ sè bÐo thÓ tÝch; kT - hÖ sè: kT = 0,5 (cid:247) 0,7 khi c¸c thiÕt bÞ bè trÝ sau chong chãng thµnh tæ hîp tho¸t n íc, kT = 0,9 (cid:247) 1,05 cho d¹ng kh«ng tho¸t n íc, kT = 0,7 (cid:247) 0,9 cho b¸nh l¸i d¹ng tho¸t níc.

§èi víi tµu vËn t¶i biÓn hai chong chãng theo Taylor: 55,0 d Tw Tw

165,0

D-

Tw 20,0 - khi cã èng bao trôc :14,0 t = + khi cã gi¸ ch÷ nh©n (17.5.6) t :06,0 = + t » wT : cho tµu ®u«i vßm §èi víi tµu vËn t¶i biÓn, theo Papmiel:

w T

V D

(17.5.7)

128

trong ®ã : V – thÓ tÝch cña tµu, m3 D - ® êng kÝnh chong chãng, m x = 1 cho tµu mét chong chãng x = 2 cho tµu hai chong chãng DWT lîng hiÖu chØnh do sù t¹o sãng

gL £ 0,2 th× DWT = 0

khi Fr = > 0,2 th× DWT = 0,1 ( Fr – 0,2 )

12,0

5,4

cßn khi Fr §èi víi tµu vËn t¶i mét chong chãng theo Senher:

fq 11

1 2

E T

D E

cj L )( 8,18,2 c -

) j

( 67 -

(cid:230) (cid:231) Ł

(cid:246) (cid:247) ł

(17.5.8)

- 0,02 (17.5.9)

(cid:247) 0,6 cho d¹ng ®u«i h×nh th×a

(cid:230) (cid:231) Ł

trong ®ã: L - chiÒu dµi tµu, m B - chiÒu réng tµu, m T - chiÒu ch×m tµu, m D - ®êng kÝnh chong chãng, m E - chiÒu cao trôc chong chãng trªn mÆt ph¼ng c¬ b¶n, m c - hÖ sè bÐo th¼ng ®øng cña tµu j - hÖ sèbÐo däc tµu f1 - gãc nghiªngc¸nh chong chãng , ®é q - hÖ sè: q = 0,3 cho d¹ng tµu ®u«i th«ng thêng q = 0,5 §èi víi tµu vËn t¶i biÓn hai chong chãng theo Senher: 3 2f (cid:246) (cid:247) WT = 2d5( 1 - d ) + 0,2 cos2 2 ł

WT = 2 d5 (1 - d) + 0,04 (17.5.10)

trong ®ã: f2 - gãc nghiªng cña èng bao trôc so víi mÆt ph¼ng c¬ b¶n. Còng tµu vËn t¶i biÓn hai chong chãng cã gi¸ ch÷ nh©n, theo Senher: §èi víi tµu néi ®Þa kh«ng cã vßm ®u«i, theo E.E Papmiel:

16,0 x

V D

WT = 0,11 + - DWT (17.5.11)

t = 0,6WT( 1 + 0,67WT ) - cho tµu mét chong chãng t = 0,8WT( 1 + 0,25WT ) - cho tµu hai chong chãng C¸c trêng hîp tµu cã vßm ®u«i, lÊy t » wT. Mét sè tr êng hîp trong thùc tÕ tÝnh to¸n ng êi ta sö dông c«ng thøc kh«ng nãi lªn mèi quan hÖ gi÷a c¸c hÖ sè t ¬ng t¸c víi t¶i träng. §Ó tÝnh to¸n kh¶ n¨ng khi thay ®æi chÕ ®é khai th¸c cña tµu trong tr êng hîp nµy cã thÓ sö dông c«ng thøc gÇn ®óng cña E.E Papmiel, hÖ sè hót phô thuéc vµo ®é trît:

)]

t s

t 0 /( DPJ 1

(17.5.12) = t =

®óng:

t0 » t{1 - [ J / (P1 / D)} (17.5.13 )

129

17.6. HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c thµnh phÇn cña nã

HiÖu qu¶ biÕn ®æi c«ng suÊt truyÒn vµo chong chãng sang lùc kÐo ® îc biÓu thÞ b»ng hiÖu suÊt ®Èy :

hD = TE v / PD (17.6.1)

trong ®ã: PD - c«ng suÊt truyÒn vµo chong chãng ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: PD = QB.W = QB.2.p.n (17.6.2) trong ®ã: Q B - m«men c¶n quay cña chong chãng khi nã lµm viÖc sau th©n tµu, W - tèc ®é gãc quay cña chong chãng, n - vßng quay cña nã.

hD = TE v / (2 p n QB) (17.6.3)

h D

vT AB 2 nQ p

(17.6.4)

Nh vËy: ThÕ T vµ v t¬ng øng víi (17.3.1) vµ (17.4.6) vµo c«ng thøc trªn ta cã: 1 t - w 1 - T trong ®ã: TB - lùc ®Èy cña chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu. BiÓu thøc: TB v A / 2pnQB - lµ hiÖu suÊt lµm viÖc cã Ých cña chong chãng sau th©n tµu.

h B

K K

vT AB nQ 2 p

J 2 p

(17.6.5)

(17.6.6) K Khi ph©n tÝch ta thÊy hÖ sè lùc ®Èy cña chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu K TB vµ hÖ sè lùc ®Èy chong chãng lµm viÓc trong n íc tù do sÏ b»ng nhau khi b íc tiÕn t¬ng ®èi b»ng nhau. Cßn hÖ sè m«men K QB còng trong ®iÒu kiÖn t ¬ng tù ®Òu kh¸c nhau, chÝnh sù kh¸c nhau ®ã lµ do sù ¶nh h ëng cña tr êng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu t¹i ®Üa chong chãng. ¶nh hëng cña sù kh«ng ®ång ®Òu cã thÓ tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc: QB = iQ.KQ

trong ®ã: i Q - hÖ sè ¶nh h ëng cña tr êng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu tíi trÞ sè m«men. Lóc bÊy giê:

J p2

K K

1 Qi

K K trong ®ã: h0 - hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng trong n íc tù do. HÖ sè i Q -

= = hB = h0 (17.6.7)

1 Qi

1 t - 1 TW -

1 Qi

h0 = hH h0 (17.6.8) hD =

1 t - 1 TW -

C«ng thøc (17.6.8) cho phÐp sö dông c¸c kÕt qu¶ thö chong chãng trong n

íc tù do ®Ó thiÕt kÕ chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu vµ x¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña chóng chó ý tíi ¶nh hëng cña th©n tµu b»ng c¸c hÖ sè t¬ng t¸c thuû ®éng.

§Ó tÝnh 1/ iQ cho tµu mét chong chãng ta dïng c«ng thøc gÇn ®óng sau: 1/ i Q = 1 + 0,125 (wT - 0,1) §èi víi tµu hai chong chãng cã thÓ lÊy 1/ iQ = 1,0.

130

LÇn ®Çu tiªn vµo nh÷ng n¨m 90 cña thÕ kû XX khi thö c¸c tµu l¾p tuèc bin cao tèc ngêi ta ®· ph¸t hiÖn ra hiÖn t îng x©m thùc trong thùc tÕ kü thuËt. VÝ dô, trong nh÷ng ®ît thö tµu phãng l«i “§ering” cña Anh tèc ®é thùc tÕ thÊp h¬n tèc ®é tÝnh to¸n trªn ba h¶i lý, khi ë nh÷ng tèc ®é lín vßng quay chong chãng t¨ng lªn ®ét ngét vµ g©y chÊn ®éng th©n tµu rÊt m¹nh. Khi thö tµu “Tuècbinha” còng x¶y ra hiÖn t îng t¬ng tù. Khi ph©n tÝch nguyªn nh©n cña c¸c hiÖn t îng ®ã ng êi ta gi¶ thiÕt r»ng chóng ®Òu ® îc sinh ra bëi c¸c bät ë trªn c¸nh. Danh tõ “x©m thùc” xuÊt ph¸t tõ tiÕng Latinh “Cavitas” (kho¶ng kh«ng) do Фpyg ®Ò xíng.

X©m thùc lµ sù ph¸ huû tÝnh liªn tôc cña chÊt láng kÌm theo viÖc xuÊt hiÖn trªn mÆt vËt thÓ c¸c hèc chøa ®Çy h¬i n íc hoÆc kh«ng khÝ. X©m thùc xuÊt hiÖn ë nh÷ng ®iÓm, mµ t¹i ®ã ¸p suÊt côc bé gi¶m ®¸ng kÓ khi chÊt láng chuyÓn ®éng. Khi ¸p suÊt trong chÊt láng nhá h¬n trÞ sè tíi h¹n P KP th× t¹i ®iÓm ®ã h×nh thµnh mét hèc chøa ®Çy h¬i níc vµ kh«ng khÝ. Khi dßng ch¶y bao quanh vËt c¶n r¾n ta dÔ dµng nhËn thÊy hiÖn tîng nµy nhÊt. §èi víi tµu thuû hiÖn t îng x©m thùc cã thÓ x¶y ra trªn thiÕt bÞ ®Èy vµ trªn vËt nh« (b¸nh l¸i, gi¸ ®ì trôc chong chãng). KÝch thíc vµ sè lîng hèc phô thuéc vµo h×nh d¹ng bät vµ møc ®é ph¸t triÓn x©m

thùc. H×nh d¹ng bät x©m thùc rÊt kh¸c nhau vµ cã thÓ chia ra thµnh nhng d¹ng sau: Bät xo¸y – lµ h×nh d¹ng x©m thùc mµ trong qu¸ tr×nh cña nã c¸c hèc ë c¸c bät ®¬n lÎ hoÆc liªn tôc. KiÓu x©m thùc nµy b»ng m¾t th êng cã thÓ tr«ng thÊy nh÷ng xo¸y tù do. C¸c bät n»m trong c¸c lâi cña c¸c xu¸y tù do.

Sîi bät – lµ lo¹i x©m thùc, mµ trong qu¸ tr×nh t¸c ®éng nã t¹o ra c¸c hèc theo d¹ng c¸c bät trßn h×nh cÇu biÖt lËp hoÆc nh÷ng bät li ti gÇn nh h×nh cÇu di chuyÓn däc bÒ mÆt vËt thÓ.

Mµng sîi – lµ lo¹i x©m thùc, mµ trong qu¸ tr×nh t¸c ®éng nã t¹o ra c¸c hèc liªn tôc cã cÊu tróc d¹ng thuû tinh cè ®Þnh trªn bÒ mÆt vËt thÓ. ë phÇn ®u«i vËt thÓ tån t¹i mét vïng kh«ng æn ®Þnh, cã thÓ tr«ng thÊy dßng níc ngîc. D¹ng x©m thùc kiÓu bät xo¸y hoÆc sîi bät nã ®Æc tr ng cho giai ®o¹n thø nhÊt cña x©m thùc. Nh trªn ®· nãi, sù xuÊt hiÖn x©m thùc cã liªn quan ®Õn sù ph¸ huû tÝnh liªn tôc

cña chÊt láng. §èi víi chÊt láng nguyªn chÊt, c¸c phÇn tö cña chóng liªn kÕt víi nhau rÊt chÆt chÏ ®Õn nçi ®Ó ph¸ vì nã cÇn ph¶i cã c êng ®é 200 ‚ 300.10 4 Pa. Tuy nhiªn c¸c chÊt láng thùc th× liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö kÐm chÆt chÏ h¬n. Nguyªn nh©n c¬ b¶n lµ do trong chóng cã c¸c chÊt khÝ kh«ng hoµ tan ®ãng vai trß h¹t nh©n x©m thùc. Sù tån t¹i trong chÊt láng c¸c bät kh«ng hoµ tan cã thÓ gi¶i thÝch r»ng c¸c bät lín bung lªn bÒ mÆt chÊt láng, cßn c¸c bät li ti tån t¹i do sù t¬ng t¸c cña c¸c lùc c¨ng bÒ mÆt.

HiÖn cã nhiÒu gi¶ thiÕt ®Ó gi¶i thÝch mÇm mèng cña x©m thùc, trong ®ã cã ®Þnh ®Ò thêng gÆp do Е.Гаръе ®Ò xuÊt, theo ®Þnh ®Ò ®ã th× h¹t nh©n cña chÊt khÝ n»m gÇn bÒ mÆt kh«ng thÊm ít cña nh÷ng vËt r¾n. Do kh«ng ® îc thÊm ít nªn biªn ng¨n c¸ch

131

¸p suÊt h¬i níc b·o hoµ, mµ ® îc lÊy lµm ¸p suÊt tíi h¹n phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña níc (b¶ng 18.1)

0 B¶ng 18.1. ¸p suÊt h¬i níc b·o hoµ khi nhiÖt ®é thay ®æi. 5 10 15 30 20 50 60 40 100

610 870 1220 1700 2320 4280 7350 12280 19850 101000 Pv,Pa

2 0

2 1

êng hîp nµy ph ¬ng tr×nh BÐcnuli xuÊt hiÖn x©m thùc khi dßng ch¶y cã mét tèc ®é nµo ®ã. ChØ sè “0” dµnh cho c¸c th«ng sè dßng ch¶y cña chÊt láng kh«ng bÞ c¶m øng. ChØ sè “1” cho c¸c th«ng sè cña dßng ch¶y ë ®iÓm n»m trªn mÆt vËt thÓ. Trong tr viÕt díi d¹ng:

P 0

P 1

v r 2

P 1

(18.1.1)

v v

P - 0 2 v r 0

(18.1.2) §æi ph¬ng tr×nh sang d¹ng: 2 1 2 0

Ta ký hiÖu vÕ ph¶i lµ p . HÖ sè gi¶m ¸p suÊt p cã thÓ biÓu diÔn b»ng tæng cña hai

P v

sè h¹ng.

P - 0 2 v r 0

P - 1 2 v r 0

(18.1.3)

(

2 )2/v ( ) /PP v r

ss - 0

P P - 0 v = 0 r 2 2/v 0 P P - 1 v = M r 2 2/v 0

. V× hiÖn tîng x©m thùc x¶y ra vµo thêi ®iÓm khi ¸p suÊt t¹i ®iÓm ®· cho cña dßng ch¶y b»ng ¸p suÊt h¬i n íc b·o hoµ P1 = Pv, nªn viÖc xuÊt hiÖn x©m thùc øng víi trÞ sè M =s

M =s

0 =s

Sè x©m thùc kh«ng ph¶i lµ tiªu chuÈn duy nhÊt ®Ó lËp m« h×nh x©m thùc, ®Æc biÖt ë nh÷ng hèc dµi vµ dÇy cÇn ph¶i chó ý ®Õn c¶ ¶nh h ëng cña sè Fr. Khi nghiªn cøu c¸c hèc, mµ c¸c biªn cña nã cã ®é cong lín cÇn ph¶i chó ý ®Õn ¶nh h ëng cña c¸c lùc mao dÉn (sè be dep). Tuy vËy ®èi víi thiÕt bÞ ®Èy kh«ng cÇn ph¶i chó ý ®Õn c¸c tiªu chuÈn nµy. Bµi to¸n kh¸ phøc t¹p vÒ x©m thùc lµ ¶nh h ëng cña sè Re, v× nã lµ th«ng sè chñ yÕu ®Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é dßng ch¶y trong líp biªn, nhÊt lµ sù thay ®æi cña sè Re cã ¶nh hëng tíi ¸p suÊt t¹i ®iÓm ®· cho cña dßng ch¶y.

132

c¸nh chong chãng ta sÏ thÊy ®îc ¶nh hëng cña nã ®èi víi lùc n©ng cña c¸nh. B©y giê ta xÐt biÓu ®å ¸p suÊt trªn mÆt c¸nh kh«ng bÞ x©m thùc. Ta cho hÖ sè gi¶m

¸p suÊt mang trÞ sè d ¬ng khi ¸p suÊt gi¶m, cßn trÞ sè ©m khi ¸p suÊt t¨ng (Xem H18.1). Râ rµng biÓu ®å ¸p suÊt cho c¸nh kh«ng bÞ x©m thùc kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é dßng bao nã. Khi xuÊt hiÖn x©m thùc, ch¼ng h¹n t¹i mét ®iÓm A nµo ®ã trªn mÆt hót cña pr«phin, ¸p suÊt t¹i ®ã b»ng P v vµ khi tèc ®é dßng bao t¨ng lªn trÞ sè cña nã vÉn kh«ng thay ®æi.

H×nh 18.1. BiÓu ®å thay ®æi ¸p suÊt khi x©m thùc po - ¸p suÊt trong dßng ch¶y vo - tèc ®é dßng ch¶y s1 < s2 < s3 - C¸c sè x©m thùc

kh«ng thay ®æi (Xem H18.1) vµ ®«i khi vÉn t¨ng lªn. Khi x©m thùc tiÕp tôc ph¸t triÓn, hèc x©m thùc sÏ lan réng vµ bao trïm lªn toµn bé mÆt hót cña c¸nh, diÖn tÝch nµy b¾t ®Çu gi¶m xuèng. V× diÖn tÝch biÓu ®å gi¶m ¸p suÊt x¸c ®Þnh trÞ sè cña hÖ sè lùc n©ng CY, nªn x©m thùc cµng ph¸t triÓn hÖ sè nµy cµng gi¶m.

133

H×nh 18.5. S¬ ®å bè trÝ c¸c hèc trªn pr«fin.

H×nh 18.2 chØ sè ë mét gãc tíi x¸c ®Þnh th× sù thay ®æi cña hÖ sè lùc n©ng hoµn toµn phô thuéc vµo sè x©m thùc s. PhÇn ph¶i cña ®å thÞ lµ c¸c ®o¹n n»m ngang cña c¸c ®êng cong øng víi tr êng hîp kh«ng x©m thùc vµ giai ®o¹n ®Çu cña nã. PhÇn tr¸i cña ng cho x©m ®å thÞ lµ c¸c ®o¹n cong, nã thay ®æi theo quy luËt gÇn tuyÕn tÝnh, ®Æc tr thùc ph¸t triÓn. Ngay tr íc ®iÓm h¹ thÊp cña hÖ sè lùc n©ng cã thÓ quan s¸t ® îc mét lîng t¨ng nµo ®ã cña hÖ sè nµy, v× nã liªn quan víi tÝnh chÊt thay ®æi ¸p suÊt nãi trªn. TrÞ sè CY chØ t¨ng trªn c¸nh cã d¹ng pr«phin kh«ng ®èi xøng.

Theo thÝ nghiÖm th× khi kh«ng cã x©m thùc vµ trong giai ®o¹n ®Çu cña nã c¸c hÖ sè lùc n©ng sÏ t¹o thµnh mét ® êng cong, cßn khi x©m thùc ph¸t triÓn mçi mét ® êng cong sÏ øng víi mét sè x©m thùc (Xem H18.3).

Khi gãc tíi kh«ng ®æi hÖ sè lùc c¶n C X h¬i t¨ng lªn trong giai ®o¹n ®Çu cña x©m thùc vµ gi¶m xuèng khi x©m thùc tiÕp tôc ph¸t triÓn (Xem H18.4). Trong tÊt c¶ c¸c chÕ ®é x©m thùc, chÊt l îng ng îc cña c¸nh vÉn t¨ng. Theo vÞ trÝ cña c¸c hèc x©m thùc trªn pr«phin c¸nh ta cã thÓ ph©n thµnh c¸c chÕ ®é nh sau:

Khi gãc tíi lín vµ cã gi¸ trÞ d ¬ng, c¸c hèc trªn pr«phin cã mÐp ®¹p nhän, ®Òu b¾t în trßn vµ øng víi

nguån ngay gÇn mÐp ®ã (Xem H18.5.a). Trªn c¸c pr«phin ®Çu l nh÷ng gãc tíi bÐ th× c¸c hèc ®Òu b¾t nguån ë phÇn gi÷a cña pr«phin (Xem H18.5.b). C¸c gãc tíi øng víi c¸c chÕ ®é (Xem H18.5.b) ®îc gäi lµ gãc ®¹p kh«ng vÊp.

Víi nh÷ng gãc tíi cã gi¸ trÞ ©m vµ bÐ, thËm chÝ c¶ nh÷ng gãc tíi b»ng kh«ng, th× trªn c¸c pr«phin cã ®é cong lín c¸c hèc xuÊt hiÖn cïng mét lóc ë phÇn gi÷a cña mÆt hót còng nh ë mÆt ®¹p (Xem H18.5.c). Cuèi cïng ë nh÷ng gãc tíi ©m vµ lín ng êi ta quan s¸t ® îc x©m thùc trïm lªn mÆt ®¹p cña c¸nh vµ b¾t ®Çu tõ mÐp ®¹p (Xem H18.5.d). Nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a vïng xuÊt hiÖn x©m thùc vµ c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng

lùc cña pr«phin ta kh¼ng ®Þnh r»ng sù x©m thùc xuÊt hiÖn trªn mÆt ®¹p cña pr«phin gi¶m ®¸ng kÓ hÖ sè lùc n©ng C Y vµ ®«i khi thay ®æi c¶ dÊu. Víi c¸c chÕ ®é t ¬ng tù hÖ sè chÊt lîng ngîc cña c¸nh t¨ng lªn kh¸ m¹nh. TrÞ sè nhá nhÊt cña hÖ sè chÊt l îng ngîc cña pr«phin ®· biÕt ngêi ta vÉn quan s¸t ®îc ë nh÷ng gãc tíi d¬ng vµ bÐ. Tiªu chuÈn chÝnh ®Ó x¸c ®Þnh thêi ®iÓm xuÊt hiÖn vµ ph¸t triÓn x©m thùc cña chong chãng lµ sè x©m thùc, mµ ®èi víi phÇn tö c¸nh nã ® îc t×nh theo tèc ®é côc bé cña dßng bao c¸nh chong chãng. Tèc ®é dßng bao phÇn tö c¸nh n»m ë b¸n kÝnh r, ch a ®Ó ý ®Õn c¸c tèc ®é c¶m øng

( rn2 p+

2 A

(18.2.1)

134

s 0

J/r

( p

P P - 0 v 2 2/v r 0

(18.2.2)

Trong ®ã s0 – sè x©m thùc tÝnh theo tèc ®é tiÕn cña chong chãng. Gi÷a c¸c sè x©m thùc sS vµ s0 còng nh thêi ®iÓm xuÊt hiÖn x©m thùc kh«ng cã

mèi quan hÖ rµng buéc; c¸c sè x©m thùc øng víi thêi ®iÓm xuÊt hiÖn x©m thùc phô thuéc vµo ®Æc tÝnh h×nh häc vµ c¸c chÕ ®é lµm viÖc cña chong chãng. V× vËy sè x©m thùc cho phÐp x¸c ®Þnh ® îc ®Æc ®iÓm ph¸t triÓn x©m thùc chØ cho hai chong chãng ®ång d¹ng h×nh häc còng nh lµm viÖc trong c¸c chÕ ®é t¬ng tù.

X©m thùc cña chong chãng b¾t ®Çu xuÊt hiÖn t¹i nh÷ng ®iÓm cã sè l îng gi¶m ¸p suÊt lín nhÊt. C¸c ®iÓm nµy th êng kh«ng n»m trªn b¶n th©n c¸c c¸nh, mµ ë trong c¸c lâi cña c¸c xo¸y tù do t¸ch khái c¸c ®Ønh c¸nh.

Nh vËy tríc tiªn x©m thùc xuÊt hiÖn kh«ng ph¶i d¹ng sîi mµ lµ d¹ng xo¸y (Xem H18.1). Cµng t¨ng tèc ®é dßng bao song vÉn gi÷ nguyªn b íc tiÕn t¬ng ®èi th× x©m thùc lan réng trªn mÆt hót tõ ®Ønh c¸nh cho ®Õn ch©n c¸nh. Trong ®ã x©m thùc xuÊt hiÖn ë nh÷ng vïng mÐp ®¹p hoÆc ë gi÷a pr«phin vµ dÇn dÇn lan réng tíi mÐp ®¹p hoÆc ë gi÷a pr«phin vµ dÇn dÇn lan réng tíi mÐp tho¸t. Víi trÞ sè tèc ®é nµo ®ã toµn bé mÆt hót cña c¸nh bÞ x©m thùc bao trïm vµ c¸c hèc b¾t ®Çu tr¶i réng qu¸ giíi h¹n cña mÆt ®ã. NÕu viÖc t¨ng tèc ®é ®i ®«i víi viÖc t¨ng b íc tiÕn t ¬ng ®èi cã thÓ g©y ra x©m thùc trªn mÆt ®¹p. Trong lóc thiÕt kÕ chong chãng ph¶i chän chÕ ®é tÝnh to¸n phï hîp sao cho x©m thùc kh«ng xuÊt hiÖn ë mÆt ®¹p, song Ýt nhÊt lµ trong nh÷ng chÕ ®é lµm viÖc chÝnh cña chong chãng.

X©m thùc mÆt hót cña c¸nh cã thÓ ë d¹ng bät hoÆc mµng sîi. Trong nh÷ng tr êng hîp khi x©m thùc b¾t ®Çu tõ nh÷ng xo¸y ®Ønh vµ tõ mÐp ®¹p th× x©m thùc ®ã th êng lµ d¹ng mµng sîi. X©m thùc bät vµ ph¸t sinh ë phÇn gi÷a c¸nh th êng ®Æc tr ng cho chong chãng.

ë giai ®o¹n ®Çu cña x©m thùc kh«ng quan s¸t ® îc sù thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng nªn ngêi ta gäi giai ®o¹n nµy lµ giai ®o¹n thø nhÊt cña x©m thùc. B×nh th êng ng êi ta chØ thÊy sù thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc khi x©m thùc hÇu nh bao trïm toµn bé mÆt hót cña c¸nh, t ¬ng tù ®îc gäi lµ giai ®o¹n thø hai. Sù thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng chñ yÕu ¶nh h

ëng ®Õn îng ng îc cña phÇn tö c¸c hÖ sè C Y,CX cña c¸c phÇn tö t¹o nªn c¸nh. HÖ sè chÊt l c¸nh bÞ x©m thùc lín h¬n tr êng hîp kh«ng bÞ x©m thùc, dÉn tíi viÖc lµm gi¶m hÖ sè lùc ®Èy, hÖ sè m«men vµ hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng. C¸c ® êng cong lµm viÖc cña chong chãng víi c¸c sè x©m thùc kh¸c nhau (Xem H18.6).

H×nh 18.6. C¸c ®êng cong lµm viÖc cña chong chãng x©m thùc. H×nh 18.7. Sù phô thuéc cña tèc ®é tµu vµ lùc ®Èy cña chong chãng vµo vßng quay cña chong chãng

135

CÇn ph¶i chó ý r»ng gÇn c¸c ®iÓm, mµ t¹i ®ã c¸c hÖ sè lùc ®Èy vµ m«men b¾t ®Çu gi¶m xuèng råi sau ®ã nhÊt thêi t¨ng lªn, nã th êng ®Æc tr ng cho c¸c pr«phin kh«ng ®èi xøng, cã thÓ cã l îng t¨ng côc bé hÖ sè lùc n©ng C Y ngay tr íc lóc b¾t ®Çu gi¶m nã, bëi lÏ cã ¶nh hëng cña x©m thùc.

Sù thay ®æi c¸c ®êng cong lµm viÖc cña chong chãng, cô thÓ lµ gi¶m c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc khi bÞ x©m thùc buéc ph¶i t¨ng vßng quay cña chong chãng ®Ó ®¹t ® îc lùc ®Èy ®· cho. H×nh 18.7 tr×nh bµy sù phô thuéc cña lùc ®Èy, tèc ®é tµu vµo vßng quay khi cã vµ kh«ng cã x©m thùc. Khi x©m thùc ph¸t triÓn m¹nh viÖc t¨ng vßng quay nãi chung cã thÓ kh«ng t¨ng ®îc lùc ®Èy cña chong chãng vµ tèc ®é tµu.

chãng lµm viÖc vµ cã thÓ c¸c c¸nh cña nã b¾t ®Çu bÞ ph¸ huû. B¶n chÊt cña c¸c hiÖn tîng nµy gÇn nhau vµ cã liªn quan ®Õn ¸p suÊt sinh ra khi c¸c bät x©m thùc bÞ næ vì (næ ®«m ®èp). X©m thùc lµ mét qu¸ tr×nh kh«ng æn ®Þnh, nhê nã ng êi ta x¸c ®Þnh ® îc tiÕng ån

êng ¸p suÊt

do x©m thùc g©y nªn. TiÕng ån do x©m thùc, vÒ nguyªn t¾c ®Æc biÖt h¬n c¸c tiÕng ån cã nguån gèc xuÊt xø kh¸c, trong ®ã c êng ®é cña nã phô thuéc vµo h×nh d¹ng vµ møc ®é ph¸t triÓn x©m thùc. Song song víi tiÕng næ ®«m ®èp cña c¸c bät, nguån gèc cña tiÕng ån x©m thùc lµ sù giao ®éng cña c¸c bät khi chuyÓn ®éng trong tr biÕn thiªn. Víi l îng lÖch pha x¸c ®Þnh so víi sù thay ®æi ¸p suÊt theo chu vi hèc sÏ giao ®éng vµ lµ nguån bøc x¹ rÊt cã hiÖu lùc, trong ®ã hiÖu qu¶ cña nguån nµy cµng cao hµm lîng kh«ng khÝ cña dßng ch¶y cµng thÊp. Khi hµm lîng kh«ng khÝ thÊp gÇn mét nöa thÕ n¨ng cña hèc cã thÓ chuyÓn sang

n¨ng lîng ©m thanh. §èi víi c¸c hèc ®¬n ®éc ® îc coi lµ qu¸ tr×nh x©m thùc c¬ b¶n, ®é bøc x¹ ©m thanh ®îc ®Æc trng b»ng phæ liªn tôc víi cùc ®¹i n»m ë vïng cã tÇn sè:

P ¥ P

1 d Trong ®ã: d0 – kÝch thíc lín nhÊt cña hèc. Nh ®· thÊy tõ c«ng thøc, khi t¨ng c¸c kÝch th íc cña hèc cùc ®¹i sÏ dêi vµo vïng tÇn sè thÊp. Phæ cho biÕt trong vïng tÇn sè thÊp th× l îng ©m thanh 6 – 12 dB cho mét octa, vµ trong vïng tÇn sè cao (10 2 KHz vµ cao h¬n) l îng gi¶m ©m thanh kh«ng ® îc qu¸ 6 dB cho mét octa.

(18.3.1)

C¸c tÝnh to¸n bøc x¹ ©m thanh do x©m thùc cho thÊy r»ng d·y kh«ng ®iÒu hoµ cña c¸c qu¸ tr×nh x©m thùc c¬ b¶n cã cïng phæ nh phæ cña hèc ®¬n ®éc. Sù phô thuéc cña tiÕng ån x©m thùc tíi tèc ®é tµu cã tÝnh chÊt phøc t¹p. Theo c¸c

sè liÖu tÝnh to¸n trong giai ®o¹n ®Çu x©m thùc l îng t¨ng ©m thanh khi t¨ng tèc ®é tµu vµ khi x©m thùc ph¸t triÓn cã thÓ x¶y ra hiÖn t îng b·o hoµ vµ gi¶m møc ®é tiÕng ån mét lîng nµo ®ã (Xem H18.8).

Tèc ®é tµu v SK, mµ t¹i ®ã b¾t ®Çu x¶y ra hiÖn t îng x©m thùc chong chãng cã thÓ x¸c ®Þnh theo c¸c ®å thÞ x©m thùc. §Ó ®¸nh gi¸ gÇn ®óng ta cã thÓ dïng c«ng thøc:

h1,01 + 0 )J ( p+

(18.3.2)

136

tÝnh to¸n thÝ nghiÖm

§Ó ®¸nh gi¸ møc tæng hîp chung cña tiÕng ån x©m thùc trong suèt giíi h¹n tÇn sè tõ 0,1 KHz cã thÓ sö dông c«ng thøc: (18.3.3)

( p+

- tèc ®é dßng bao c¸c ®Ønh c¸nh. L f > 0,1 = 91 + lgv + 10lg(ZpZ/4) ) S 514,0 vJ

f > 0,1 +2,0 + 20 lgf

thùc, møc ®é tæng hîp chung Lf > 0,1 cã liªn quan ®Õn mËt ®é phæ b»ng c«ng thøc: G = L (18.3.4) Sù x©m thùc c¸nh chong chãng ®· g©y lªn hiÖn t îng rç x©m thùc. Nã lµ sù x©m

ph¹m côc bé bÒ mÆt c¸nh chong chãng, ph¸t ra c¸c mµu tùa mµu bÞ «xi ho¸. Sau ®ã xuÊt hiÖn c¸c lç ch©m kim vµ khe r·nh lµm t¨ng ®é nh¸m bÒ mÆt – vÕt rç xuÊt hiÖn. TiÕp tôc trªn c¸nh h×nh thµnh c¸c lç s©u vµ tõ ®ã b¾t ®Çu cµo ra nh÷ng mÈu kim lo¹i. Khi rç ph¸t triÓn m¹nh nã cã thÓ t¹o nªn lç xuyªn suèt vµ c¸nh hoµn toµn bÞ ph¸ vì. Ngêi ta ®· biÕt nh÷ng tr êng hîp víi sù x©m ph¹m t¬ng tù x¶y ra trong kho¶ng 8 – 10 giê lµm viÖc cña chong chãng. Theo vÞ trÝ trªn c¸nh ta cã thÓ ph©n ra ba kiÓu rç:

Rç ch©n c¸nh – n»m ë c¸c mÆt c¾t s¸t ch©n trªn mÆt hót hoÆc ®¹p cña c¸nh vµ ®«i khi trïm lªn c¶ cñ. Rç xuÊt hiÖn theo d¹ng khe r·nh víi ®é dµi t ¬ng ®èi lín (tíi 60 ‚ 80% chiÒu dµi cña mÆt c¾t s¸t ch©n). Rç mÐp – s¶y ra ë khu vùc cña c¸c mÐp tho¸t hoÆc ë c¸c mÆt c¾t s¸t ®Ønh. Rç tr«ng thÊy ë d¹ng vÕt mÎ mÐp hoÆc c¸c lç thñng xuyªn suèt.

Rç vµnh (chu vi) – n»m trªn c¸c mÆt c¾t theo chu vi ë phÝa mÆt hót vµ ®¹p theo d¹ng vÕt lâm ®¬n ®éc hoÆc d¶i lâm. Cêng ®é ph¸t triÓn rç lo¹i nµy thêng thÊp h¬n rç s¸t ch©n, nhng do chiÒu dµy cña c¸c mÆt c¾t ë nh÷ng b¸n kÝnh s¸t ®Ønh bÐ nªn cã thÓ gÆp nguy hiÓm ®¸ng kÓ. Rç do x©m thùc gi¶m bít thêi gian khai th¸c cña chong chãng nªn viÖc nghiªn cøu b¶n chÊt vËt lý vµ t×m biÖn ph¸p phßng chèng nã ph¶i ®îc hÕt søc quan t©m. HiÖn nay mét ®Þnh ®Ò ® îc mäi ng êi chÊp nhËn vÒ b¶n chÊt c¬ tÝnh cña hiÖn íi t¸c dông

tîng rç, theo ®Þnh ®Ò nµy sù x©m ph¹m lµ hËu qu¶ bµo mßn kim lo¹i d cña c¸c ¸p suÊt cao khi c¸c bät bÞ vì. Sù x©m ph¹m diÔn ra trong vïng khÐp kÝn cña hèc x©m thùc, trong ®ã c êng ®é cña nã t¨ng lªn khi kÝch th íc cña hèc giao ®éng theo thêi gian do gãc tíi thay ®æi hoÆc v× nh÷ng nguyªn nh©n kh¸c. HiÖn nay cã nhiÒu ph¬ng ph¸p phßng chèng x©m thùc chong chãng. Ph¬ng ph¸p

hiÖn h÷u nhÊt lµ chÕ t¹o nh÷ng chong chãng b»ng nh÷ng vËt liÖu cã tÝnh chÞu rç cao nhÊt.

137

Tuy nhiªn trong thùc tÕ viÖc t¨ng søc bÒn vËt liÖu chØ cã t¸c dông khi qu¸ tr×nh rç cã cêng ®é yÕu. V× vËy ph ¬ng ph¸p phßng chèng rç m¹nh chñ yÕu vÉn lµ c¸ch hiÖu chØnh c¸c yÕu tè h×nh häc cña chong chãng. Cô thÓ sù hiÖn diÖn cña c¸c vÕt rç thñng trªn mÆt ®¹p lµ do ®é cong thõa hoÆc b íc qu¸ bÐ. Trong tr êng hîp nµy viÖc gi¶m ®é cong vµ t¨ng b íc kh«ng nh÷ng tr¸nh ® îc rç thñng mµ cßn cã kh¶ n¨ng thªm hiÖu suÊt cña chong chãng. Rç mÆt hót cña c¸nh cã thÓ tr¸nh ® îc b»ng c¸ch t¨ng thªm x©m thùc cho c¸nh,

nghÜa lµ cho x©m thùc bao trïm hÕt toµn bé c¸nh b»ng c¸ch gi¶m chiÒu réng cña nã. Khi kh«ng thÓ gi¶m ® îc tû sè ®Üa, còng cã thÓ lµm yÕu rç b»ng c¸ch gi¶m kÝch thíc cña hèc, viÖc nµy vÉn nhËn ®îc b»ng c¸ch t¨ng sè lîng c¸nh.

c¸nh chong chãng cã ®é nghiªng lín. V× thÕ ®Ó chèng rç ngêi ta ¸p dông c¸c lç chèng rç (Xem H18.10) ®Ó t¨ng thªm x©m thùc vµ cho hèc v ît qu¸ giíi h¹n cña c¸nh. B»ng c¸ch ®ã tr¸nh ®îc vÕt rç thñng m¹nh nhÊt.

§Ó tr¸nh rç thñng ng êi ta còng lîi dông c¸ch cung cÊp kh«ng khÝ cho c¸c hèc, nã sÏ c¶n ph¸ ® îc qu¸ tr×nh vì hèc.

H×nh 18.10. Lç chèng rç. BiÖn ph¸p lµm gi¶m bít rç cã hiÖu qu¶ lµ san ®Òu trêng ¸p suÊt ë ®Üa chong chãng, tÝnh chÊt nµy ph¶i ® îc chó ý khi gia c«ng lÇn cuèi c¸c vËt nh«. Trong nh÷ng tr êng hîp khi kh«ng thÓ tr¸nh ® îc rç cã hiÖu qu¶ cÇn ph¶i x¸c

®Þnh thêi h¹n sö dông an toµn cña chong chãng. Do ®ã cÇn ph¶i x©y dùng c¸c tiªu chuÈn vµ c¸c ph ¬ng ph¸p mµi s¹ch rç ë chong chãng. C¸c tiªu chuÈn nãi trªn xuÊt ph¸t tõ ®Ò nghÞ lµ chong chãng cã thÓ khai th¸c kh«ng cÇn söa ch÷a cho tíi lóc vÕt thñng rç cha ®¹t tíi nöa chiÒu dµy cña c¸nh.

Khi dù ®o¸n c¸c h háng v× rç ng êi ta dùa vµo kÕt qu¶ ®o chiÒu s©u vÕt rç thñng sau mét chu kú khai th¸c quy ®Þnh cña chong chãng. CÇn chó ý r»ng viÖc hµn ®¾p c¸c vÕt thñng sÏ ¶nh hëng sÊu tíi c¬ tÝnh cña vËt liÖu c¸nh, vµ khi v¸ ®i v¸ l¹i nhiÒu lÇn dÔ x¶y ra nguy hiÓm v× gÉy c¸nh.V× vËy kh«ng nªn tiÕn hµnh c«ng viÖc söa ch÷a tr íc thêi h¹n nh÷ng lç thñng bÐ nhá kh«ng ®¸ng kÓ.

138

víi mÆt c¾t biÕn ®æi vµ ®Æt th¼ng ®øng. Trong kªnh n»m ngang cao nhÊt cña èng bè trÝ ®o¹n thao t¸c 1, ë ®ã trªn trôc n»m ngang ng êi ta l¾p m« h×nh chong chãng cÇn thö. Trong ®o¹n thao t¸c, t¹i ®©y èng cã mÆt c¾t ngang nhá nhÊt, tèc ®é dßng ch¶y lín nhÊt, cßn ¸p suÊt vµ sè x©m thùc nhá nhÊt. §o¹n c«ng t¸c ® îc khoÐt miÖng vµ c¸c cöa sæ ®Ó l¾p r¸p vµ theo dâi m« h×nh. Ngay sau ®o¹n thao t¸c theo dßng ch¶y xuèng phÝa d íi ®Æt ®o¹n èng khuÕch t¸n 2, mÆt c¾t cña nã t¨ng ®Òu theo h íng dßng ch¶y, nghÜa lµ ë ®©y ¸p suÊt t¨ng vµ tèc ®é gi¶m. Khuûu l în trßn thø 3 ®¶m b¶o viÖc chuyÓn tiÕp tõ kªnh n»m ngang sang kªnh th¼ng ®øng cña èng, ngoµi ra ng êi ta luån vµo èng trôc m« h×nh chong chãng 4. PhÇn th¼ng ®øng 5 cã thÓ cã d¹ng h×nh trô hoÆc chãp côt (tuú theo kÕt cÊu cña èng khuÕch t¸n). Qua khuûu l în thø hai 6 th êng luån trôc vµnh c¸nh b¬m 8 n»m ë ®o¹n n»m ngang d íi cïng 7. ViÖc bè trÝ b¬m ë phÇn d íi cña èng ph¶i cè g¾ng sao tr¸nh ® îc c¸nh b¬m khái x©m thùc v× ë ®ã ¸p suÊt t¨ng cao. Kªnh n»m ngang ®îc ®Êu vµo khuûu 3 cña èng 9. Sau khuûu thø ba ®o¹n th¼ng ®øng cuèi cïng thêng cã d¹ng h×nh trô trßn, nh ng trong mét sè tr êng hîp bé khuÕch t¸n vÉn kÐo dµi lªn c¶ ®o¹n èng ®ã. Sau khuûu thø t 10 lµ ®o¹n n»m ngang 11, mµ ë ®Çu cuèi íc ®ã. Gi÷a ®îc l¾p bé n¾n dßng ®Ó tr¸nh dßng bÞ cuén vµ ®Ó lµm ®ång ®Òu dßng n bé n¾n dßng vµ ®o¹n thao t¸c ®Æt mét èng loe 14 (bé khuÕch t¸n) cã mÆt c¾t thay ®æi ®ét ngét däc theo chiÒu dµi. Chøc n¨ng cña èng loe lµ ®¶m b¶o ®é ®ång ®Òu cña dßng ch¶y, t¨ng tèc ®é cña dßng vµ gi¶m ¸p suÊt tÜnh.

Trong vïng khuûu thø nhÊt ®Æt thiÕt bÞ ®o trªn dÇm hÉng ®Ó theo dâi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng. Trong thiÕt bÞ ®ã gåm cã thiÕt bÞ ®o lùc ®Èy vµ m«men trªn trôc chong chãng vµ ®ång hå ®o vßng quay. Còng trªn dÇm hÉng ®ã hoÆc trªn bÖ riªng ®Æt ®éng c¬ ®iÖn ®Ó quay m« h×nh chong chãng.

Nh trªn ®· nãi, tiªu chuÈn c¬ b¶n ®Ó lËp m« h×nh x©m thùc lµ sè x©m thùc Trong èng x©m thùc tèc ®é ® îc ®iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi vßng quay cña b¬m, cßn ®iÒu chØnh b»ng c¸ch t¹o ra ch©n kh«ng trong hÇm ®Æc biÖt 12 n»m ë khuûu thø ba. Trong qu¸ tr×nh thö m« h×nh ng êi ta tiÕn hµnh c«ng viÖc ®o lùc ®Ó x¸c ®Þnh c¸c

)

®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng khi cã x©m thùc vµ ghi ®iÓm khëi ®Çu cña giai ®o¹n x©m thùc thø hai, ®ång thêi quan s¸t b»ng m¾t thêi gian h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn x©m thùc. C¸c ®ît thö ®Ó ®o lùc th êng ®îc tiÕn hµnh khi cho tèc ®é dßng ch¶y trong èng x©m thùc cè ®Þnh vµ sè x©m thùc kh¸c nhau, mµ chóng ® îc x¸c ®Þnh b»ng thiÕt bÞ îc t¹o ch©n kh«ng ®Æt ë ®o¹n thao t¸c cña èng(Xem H18.11). §«i khi c¸c ®ît thö ® tiÕn hµnh víi vßng quay cè ®Þnh vµ tèc ®é dßng thay ®æi. Trong tr êng hîp nµy sè x©m thùc ®îc tÝnh theo c«ng thøc:

P v 2

( P2 - 0 2 Dn r Song song víi c¸c ®ît thö lùc ng

(18.4.1)

êi ta cßn theo dâi b»ng m¾t ®Ó x©y dùng c¸c ®å thÞ x©m thùc, d¹ng cña ®å thÞ ®ã (Xem H18.12). Nh¸nh tr¸i cña ®å thÞ øng víi b íc tiÕn bÐ cña chong chãng ® îc x¸c ®Þnh b»ng x©m thùc kiÓu xo¸y hoÆc x©m thùc ë mÆt hót gÇn mÐp ®¹p cña c¸nh. PhÇn thÊp nhÊt cña ®å thÞ thêng ®Æt c¨n bËc hai cña sè x©m thùc tíi h¹n st; ®îc tÝnh: tÝnh to¸n thÝ nghiÖm

139

)

s t

P - v 2 Dn

( P2 0 2 rp

(18.4.2)

Tõ ®å thÞ ta thÊy sè x©m thùc tíi h¹n phô thuéc kh¸ nhiÒu vµo chÕ ®é lµm viÖc cña chong chãng. Khi x©y dùng ®å thÞ x©m thùc th êng ngêi ta gi¶ thiÕt chÕ ®é lµm viÖc cña chong

p . Víi hÖ sè C Y ®· biÕt th×

chãng theo bíc tiÕn t¬ng ®èi vµ thay ®æi sè x©m thùc b»ng c¸ch ®iÒu chØnh ¸p suÊt trong èng x©m thùc. Nh vËy, vÒ nguyªn t¾c h×nh ¶nh cña x©m thùc kh«ng ghi theo thêi ®iÓm xuÊt hiÖn mµ ghi theo sù biÕn mÊt x©m thùc d¹ng nµy hoÆc d¹ng kh¸c. Qua c¸c ®ît thö lùc kÕt hîp víi quan s¸t b»ng m¾t cho phÐp nhËn ® îc c¸c sè liÖu sau ®©y cÇn cho viÖc thiÕt kÕ vµ tÝnh chong chãng: Thêi ®iÓm xuÊt hiÖn x©m thùc vµ tÝnh chÊt ph¸t triÓn cña nã khi t¨ng tèc ®é cña tµu (giai ®o¹n thø nhÊt). Thêi gian b¾t ®Çu thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc do ¶nh h ëng cña x©m thùc (giai ®o¹n thø hai). C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng khi x©m thùc ph¸t triÓn ë c¸c møc ®é kh¸c nhau.

Khi thiÕt kÕ chong chãng th êng cho tr íc lùc ®Èy cÇn thiÕt, v× vËy lùc ®Èy cña

cos

MÆc dï ë giai ®o¹n thø nhÊt cña x©m thùc, ¶nh h ëng cña nã tíi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc vÉn cha xuÊt hiÖn, nhng d¹ng x©m thùc nµy vÉn nguy hiÓm, vÒ mÆt rç vµ ån còng nh t¨ng thªm giao ®éng. V× vËy trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ cÇn ph¶i cã biÖn ph¸p ®Ó x©m thùc kh«ng s¶y ra trong c¸c chÕ ®é lµm viÖc cña chong chãng. V× x©m thùc xuÊt hiÖn do p vît qu¸ trÞ sè tíi h¹n nµo ®ã nªn ph¶i gi¶m ph¶i lµm cho biÓu ®å gi¶m ¸p suÊt rÊt ®ång ®Òu hoÆc gi¶m hÖ sè CY do c¸nh t¹o ra.

( r

)dr

tg be i

( 1 b i Nh vËy hÖ sè C Y cã thÓ thay ®æi khi gi÷ nguyªn lùc ®Èy dT chØ b»ng c¸ch t¨ng chiÒu dµi d©y cung b, mµ víi chong chãng nãi chung nã t ¬ng øng víi lîng t¨ng tû sè ®Üa.

(18.5.1) phÇn tö c¸nh ph¶i t×m theo c«ng thøc: ) 2 bvC2 Y R

Nh÷ng d÷ liÖu vÒ viÖc xuÊt hiÖn vµ ph¸t triÓn x©m thùc vÉn cÇn thiÕt cho viÖc lùa chän tû sè ®Üa. Theo nguyªn t¾c viÖc lùa chän tû sè ®Üa ®Ó lo¹i trõ viÖc xuÊt hiÖn giai ®o¹n thø nhÊt cña x©m thùc cã thÓ thùc hiÖn ® îc. Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn ®ã c¸c sè liÖu vµ ®iÓm khëi ®Çu giai ®o¹n thø hai cña x©m thùc chong chãng cã ý nghÜa quan träng. HiÖn nay ngêi ta biÕt ®îc sè lîng lín c«ng thøc vµ ®å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh tû sè ®Üa

2,0 Z

(

( ) TZ35,05,1 ) DP + v

P a

(18.5.2) kh«ng s¶y ra giai ®o¹n x©m thùc thø hai trong lóc b¾t ®Çu thiÕt kÕ. Trong thùc tÕ ë Nga, ngêi ta ¸p dông réng r·i c«ng thøc: + gh r 0

Z p – sè lîng trôc chong chãng.

Trong ®ã: C«ng thøc nµy cho tû sè ®Üa víi mét lîng dù tr÷ cÇn thiÕt. Còng nh»m môc ®Ých nµy ta cã thÓ dïng ®å thÞ do M.A Маьлюgоьшй ®Ò nghÞ (Xem H18.13).

140

Trªn ®å thÞ nµy hÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy øng víi giai ®o¹n thø hai cña x©m thùc ® îc x©y dùng theo tÝch sè s(AE/A0). Khi sö dông ®å thÞ nµy nªn lÊy hÖ sè t¶i träng tÝnh to¸n víi lîng dù tr÷ 15 ‚ 20%.

Tû sè ®Üa ® îc x¸c ®Þnh theo c¸ch nµy ph¶i coi lµ ®¹i lîng gÇn ®óng bËc nhÊt nªn cÇn ®iÒu chØnh nã trong c¸c giai ®o¹n thiÕt kÕ tiÕp theo.

H×nh 18.13. §å thÞ ®Ó lùa chän AE/Ao. ViÖc sö dông c«ng thøc (18.5.2) vµ ®å thÞ (Xem H18.14) vÉn ch a ch¾c ®¶m b¶o ® îc viÖc kh«ng xuÊt hiÖn c¸c d¹ng x©m thùc trªn c¸nh, nhÊt lµ khi nã lµm viÖc trong dßng kh«ng ®ång ®Òu. Nh÷ng béc ph¸t chu kú ®ã võa kh«ng lµm thay ®æi c¬ b¶n c¸c ®Æc tÝnh cña chong chãng võa cã thÓ lµ nguån gèc cña tiÕng ån, giao ®éng vµ rç c¸nh. §Ó tr¸nh c¸c hËu qu¶ xÊu ®ã khi thiÕt kÕ chong

chãng cÇn ph¶i ®Æc biÖt l u ý tíi viÖc ®Þnh d¹ng pr«phin cña c¸c c¸nh, x¸c ®Þnh chiÒu réng vµ tû sè bíc cña chong chãng.

Sè x©m thùc øng víi thêi ®iÓm b¾t ®Çu x©m thùc c¸c d¹ng trong dßng ch¶y vµ trªn c¸c c¸nh chong chãng lµm viÖc trong dßng ®ång nhÊt cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng ®å thÞ h×nh 18.14, ®îc x©y dùng theo c¸c sè liÖu thö hµng lo¹t c¸c m« h×nh trong èng x©m thùc. Chän d¹ng pr«phin c¸nh cã ¶nh h ëng lín tíi thêi ®iÓm xuÊt hiÖn x©m thùc. ViÖc

¸p dông d¹ng pr«phin cã chiÒu dµy lín nhÊt n»m ë vïng t©m d©y cung pr«phin vÉn ®¶m b¶o tr¸nh ®îc x©m thùc so víi d¹ng pr«phin hµng kh«ng.

ViÖc t¨ng sè l îng c¸nh trong cïng tû sè ®Üa ®ã sÏ t¨ng chiÒu dµy t ¬ng ®èi cña pr«phin vµ gi¶m c¸c tÝnh chÊt x©m thùc. ViÖc chän ® êng bao c¸nh h×nh l ìi ®ao cã kh¶ n¨ng c¶i thiÖn ®îc c¸c tÝnh chÊt x©m thùc cña chong chãng, mµ ¶nh hëng tèt cña nã ®îc thÓ hiÖn kh¸ râ rµng trong dßng kh«ng ®ång ®Òu. Mét biÖn ph¸p quan träng ®Ó tr¸nh x©m thùc d¹ng xo¸y ta thiÕt kÕ b íc gi¶m dÇn tíi ®Ønh c¸nh, ®Ó gi¶m bít t¶i träng vµ gi¶m cêng ®é cña c¸c xo¸y.

H×nh 18.14. §å thÞ ®Ó x¸c ®Þnh thêi ®iÓm b¾t ®Çu x©m thùc c¸c d¹ng trªn c¸nh chong chãng xo¸y ®Ønh ë mÆt hót x©m thùc mÐp tõ mÆt ®¹p x©m thùc bät trªn mÆt hót.

141

142

Ch¬ng 19 C¬ së lý thuyÕt xo¸y vÒ chong chãng Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu, hÖ thèng xo¸y cña c¸nh vµ chong chãng

Lý thuyÕt dßng ch¶y ® îc tr×nh bµy ë ch ¬ng 15 theo c¸c gi¶ thiÕt ®· nhËn ® îc

vÉn ch a cho phÐp chó ý ®Õn ¶nh h ëng tíi tr êng tèc ®é cña nh÷ng th«ng sè quan träng nh sè lîng c¸nh, tû sè ®Üa, d¹ng mÆt c¾t c¸nh cña chong chãng lý t ëng. Ngoµi ra nã vÉn kh«ng cho phÐp x¸c ®Þnh ® îc sù ph©n bè ¸p suÊt trªn bÒ mÆt cña c¸nh, mµ khi ®¸nh gi¸ c¸c tÝnh chÊt x©m thùc cña chong chãng tµu thuû ng êi ta cÇn ®Õn – Lý thuyÕt xo¸y cña chong chãng, mµ hiÖn nay ®îc coi lµ hÖ thèng trän vÑn cña nh÷ng m« h×nh to¸n häc kh¸c nhau vÒ møc ®é phøc t¹p, cho phÐp gi¶i ® îc nh÷ng bµi to¸n nµy vµ ®¶m b¶o viÖc thiÕt kÕ hîp lý c¸c chong chãng. Néi dung cña lý thuyÕt xo¸y vÒ chong chãng gãi gän vµo viÖc lµ sù t ¬ng t¸c lý

tëng cña chong chãng víi chÊt láng bao quay trong khu«n khæ m« h×nh to¸n häc cã thÓ thay b»ng sù t ¬ng t¸c cña hÖ thèng xo¸y liªn kÕt vµ tù do t ¬ng ®¬ng chong chãng víi chÊt láng kh«ng nhít. Sù cã mÆt cña c¸c xo¸y tù do n»m trong vÕt sau chong chãng vµ bªn ngoµi c¸nh cña nã x a kia ch a ®îc biÕt ®Õn vµ chØ vµo n¨m 1912 do H.E мукоьскшй dùa theo bøc ¶nh cña Флам míi ®îc x¸c nhËn lµ mét hiÖn t îng vËt lý quan träng. B»ng ph ¬ng ph¸p chôp ¶nh vÕt sau chong chãng ®ang lµm viÖc trong níc Флам (1908) ®· nhËn ®îc bøc ¶nh gièng nh bøc ¶nh (Xem H18.1) ë ®©y do ¸nh s¸ng yÕu, song vÉn chôp ® îc h×nh ¶nh hÇu nh tøc thêi cña dßng chÊt láng nhít. Trªn ¶nh ®ã ta ph©n biÖt râ ®îc ba ®êng xo¾n xuÊt ph¸t tõ ®Ønh c¸nh vµ kÐo dµi theo dßng ch¶y, ®ång thêi cßn mét ® êng th¼ng xuÊt ph¸t tõ ®Ønh cñ däc theo trôc chong chãng. §ã chÝnh lµ nh÷ng xo¸y t¹o lªn hÖ xo¸y tù do cña chong chãng, ph¶i ch¨ng chóng ®îc hiÖn lªn râ rµng nhê nh÷ng bät kh«ng khÝ n»m trong vïng gi¶m ¸p, nghÜa lµ däc theo trôc chong chãng. C¸c xo¸y xuÊt ph¸t tõ c¸c ®Ønh c¸nh gäi lµ xo¸y ®Ønh, chóng ® îc t¹o nªn nhê chuyÓn ®éng cña chÊt láng ch¶y tõ mÆt ®¹p cña c¸nh, n¬i ¸p suÊt cao tíi mÆt hót, n¬i ¸p suÊt thÊp. ë dßng bao c¸nh ta vÉn quan s¸t ®îc qu¸ tr×nh hoµn toµn t ¬ng tù, nh ng trong tr êng hîp nµy xo¸y ®Ønh rÊt ®¬n gi¶n, hÇu nh cã d¹ng ®êng th¼ng. Xo¸y d¹ng ®êng th¼ng xuÊt ph¸t tõ cñ gäi lµ xo¸y däc trôc. Xo¸y ®ã ® îc t¹o nªn

bëi chuyÓn ®éng cña chÊt láng trong h íng quay tõ mÆt ®¹p tíi mÆt hót cña c¸nh kÒ bªn, v× sù cã mÆt cña cñ ®· ng¨n c¶n chuyÓn ®éng cña chÊt láng theo h íng b¸n kÝnh. HÖ xo¸y thùc tÕ cña chong chãng phøc t¹p h¬n nhiÒu. Ngoµi nh÷ng xo¸y tr«ng thÊy nh: tù do, xo¸y ®Ønh vµ däc trôc cßn c¸c xo¸y tù do xuÊt ph¸t tõ mçi ®Ønh cña mÐp sau cña c¸nh. C¸c xo¸y ®ã t¹o thµnh mµng, gäi lµ mµng xo¸y tù do, kh«ng æn ®Þnh vµ qua c¸c ®ît thÝ nghiÖm cho biÕt r»ng cµng xa chong chãng nã cµng cuén l¹i vµ nhËp víi xo¸y ®Ønh vµ xo¸y däc trôc.

Lîng gi¶m ¸p suÊt trªn mµng nµy kh«ng ®ñ ®Ó t¹o ra c¸c bät kh«ng khÝ víi kÝch thíc thÊy ®îc, v× vËy mµng xo¸y tù do kh«ng hiÖn lªn bøc ¶nh ®· nãi trªn. HÖ xo¸y thùc tÕ cña chong chãng võa nãi trªn ph¶i kh¸c víi s¬ ®å ® îc chÊp nhËn trong c¸c m« h×nh to¸n häc cña lý thuyÕt xo¸y vÒ chong chãng.

143

§Ó râ rµng h¬n, do tÝnh t ¬ng tù ®· nãi trªn gi÷a hÖ xo¸y cña c¸nh kÝch th íc h÷u h¹n vµ chong chãng ta xÐt ®ång thêi mét lo¹t c¸c s¬ ®å ® îc dïng ®Ó lËp m« h×nh to¸n häc.

Tõ lý thuyÕt c¬ thuû khÝ c¸nh ph¼ng hoÆc c¸nh chong chãng cã thÓ thay b»ng hÖ xo¸y t¬ng ®¬ng gåm c¸c xo¸y liªn kÕt vµ xo¸y tù do. C¸c xo¸y liªn kÕt di chuyÓn trong chÊt láng phï hîp víi quy luËt chuyÓn ®éng ®· biÕt cña vËt thÓ, vÝ dô c¸nh, mµ chóng thay thÕ. C¸c xo¸y ®ã ph¶i chÞu t¸c dông cña c¸c lùc tõ phÝa chÊt láng. C¸c lùc nµy t¬ng øng víi c¸c lùc ¸p suÊt x¶y ra trªn c¸c vËt r¾n t ¬ng ®¬ng. §Ó c©n b»ng chóng trong lý thuyÕt xo¸y ngêi ta gi¶ thiÕt lµ cã mÆt c¸c lùc khèi bªn ngoµi kh«ng cã thÕ ®Ó gi÷ c¸c xo¸y liªn kÕt ë t thÕ c©n b»ng. NÕu mçi c¸nh hoÆc c¸nh ph¼ng cã ®é dang h÷u h¹n ® îc lËp s¬ ®å b»ng mét xo¸y liªn kÕt th× m« h×nh to¸n häc t ¬ng øng gäi lµ lý thuyÕt ®êng chÞu lùc. NÕu c¸c xo¸y liªn kÕt n»m liªn tôc hoÆc rêi r¹c trªn bÒ mÆt, ®îc gäi lµ mÆt gèi tùa thay cho c¸nh ph¼ng hoÆc c¸nh chong chãng th× m« h×nh to¸n häc t¬ng øng gäi lµ lý thuyÕt mÆt chÞu lùc. Nh vËy chiÒu dµy cña c¸nh cã thÓ ®¬c chó ý b»ng c¸ch ph©n bè t¬ng øng mét líp nguån trªn mÆt ®ã.

Ph¬ng ph¸p kh¸c – ph ¬ng ph¸p phi tuyÕn lµ dùa vµo viÖc c¸c xo¸y liªn kÕt ®Òu n»m trªn mÆt hót vµ ®¹p cña c¸nh ®Ó cã thÓ xÐt ® îc chiÒu dµy mµ kh«ng cÇn dïng ®Õn líp nguån.

îc gäi lµ C¸c xo¸y tù do, nh ®· nãi ë trªn, ®îc dïng ®Ó lËp m« h×nh vÕt xo¸y; b¾t buéc tån t¹i trong c¶ chÊt láng lý t ëng kh«ng nhít, trong tr êng hîp khi trªn vËt thÓ ba chiÒu ®ang xÐt xuÊt hiÖn lùc n©ng. C¸c xo¸y tù do n»m ngoµi vËt thÓ mµ ta ®ang xÐt chuyÓn ®éng cña nã, h×nh d¹ng vµ c êng ®é cña c¸c xo¸y ®ã ch a ®îc biÕt tr íc nªn trong trêng hîp cô thÓ ph¶i x¸c ®Þnh trong lóc gi¶i bµi to¸n t ¬ng øng. Nh vËy ®Ó lµm ®iÒu kiÖn c¬ b¶n cÇn ph¶i ®Æt yªu cÇu lµ gi÷a c¸c xo¸y ®ã vµ dßng chÊt láng kh«ng cã sù t¬ng t¸c vÒ lùc. Do cã ®iÒu kiÖn nµy nªn tèc ®é di chuyÓn cña mét phÇn tö xo¸y tù do êng hîp chuyÓn ®éng æn ®Þnh ®èi víi chÊt láng b¾t buéc ph¶i b»ng kh«ng. Trong tr c¸c ®êng xo¸y trïng víi ® êng dßng t ¬ng øng. Khi ta xÐt chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh, ngoµi c¸c xo¸y tù do nãi trªn cßn xuÊt hiÖn c¸c xo¸y tù do lÊy ®µ, ® xo¸y tù do kh«ng æn ®Þnh. Sau nµy ta chØ xÐt c¸c xo¸y tù do æn ®Þnh.

Khi d¹ng cña c¸c xo¸y tù do ® îc x¸c ®Þnh trong qu¸ tr×nh gi¶i bµi to¸n thuû ®éng lùc cã ®Ó ý ®Õn tèc ®é c¶m øng th× m« h×nh to¸n häc t ¬ng øng ®îc gäi lµ s¬ ®å phi tuyÕn cña vÕt xo¸y. NÕu d¹ng xo¸y tù do ® îc cho tr íc vµ kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é c¶m øng th× m« h×nh to¸n häc ® îc gäi lµ s¬ ®å tuyÕn tÝnh cña vÕt xo¸y. ViÖc tuyÕn tÝnh ho¸ bµi to¸n cho phÐp gi¶i bµi to¸n hoµn toµn ®¬n gi¶n.

îc coi lµ mét tËp hîp c¸c

H×nh 19.1 vµ 19.2 tr×nh bµy c¸c s¬ ®å xo¸y ®· ® îc biÕt ®Õn cña c¸nh ph¼ng kÝch thíc h÷u h¹n. H×nh 19.1.a lµ s¬ ®å ®¬n gi¶n nhÊt ® îc t¹o ra bëi xo¸y h×nh ch÷ П, mµ theo ®Þnh lý Гелбмго – лбц thø nhÊt cêng ®é cña nã cè ®Þnh theo chiÒu dµi. H×nh 19.1.b – s¬ ®å ®êng chÞu lùc gåm cã mét xo¸y liªn kÕt ®¬n ®éc vµ mét mÆt xo¸y liªn tôc cña c¸c xo¸y tù do xuÊt ph¸t tõ ®ã. S¬ ®å nµy còng ® xo¸y h×nh П s¬ cÊp cã ®é dang kh¸c nhau (Xem H19.1.c).

Trêng hîp, khi c¸c xo¸y tù do th¼ng trïng víi ®êng dßng kh«ng c¶m øng, sÏ øng víi s¬ ®å tuyÕn tÝnh cña vÕt xo¸y. ViÖc tÝnh to¸n h×nh d¹ng thùc tÕ vµ h íng t¸ch xo¸y tù do cã kÕt hîp víi c¸c tèc ®é c¶m øng cña chóng cho phÐp nhËn ® îc c¸c s¬ ®å phi tuyÕn kh¸c nhau cña vÕt xo¸y, vÝ dô s¬ ®å, mµ t¹i ®ã c¸c xo¸y lµm mét gãc a3 víi mÆt ph¼ng chuyÓn ®éng cña c¸nh ph¼ng (Xem H19.2.a). Sù ph©n bè xo¸y liªn tôc hoÆc xo¸y rêi r¹c trªn toµn bé mÆt gèi tùa – lµ gi¶n ®å cña c¸nh ph¼ng – t ¬ng øng víi bÒ mÆt chÞu lùc. Trong tr êng hîp nµy còng lý thuyÕt ® êng chÞu lùc, m« h×nh tuyÕn tÝnh cña vÕt t¬ng øng víi sù t¸ch c¸c xo¸y tù do trong mÆt ph¨ng chuyÓn ®éng cña c¸nh ph¼ng (Xem H19.2.b).

144

Dùa vµo sù t ¬ng tù gi÷a c¸nh ph¼ng vµ c¸nh chong chãng ®· nãi trªn, c¸c m« ¬ng tù t ¬ng øng víi lý

h×nh to¸n häc cña lý thuyÕt c¸nh ph¼ng ®· xÐt ®Òu cã sù t thuyÕt chong chãng. H×nh 19.3 lµ vÝ dô m« t¶ s¬ ®å xo¸y cña chong chãng bèn c¸nh, t¬ng tù víi s¬ ®å xo¸y h×nh ch÷ П (Xem H19.1.a) cho c¸nh ph¼ng. Ta thÊy r»ng s¬ ®å nµy gåm bèn xo¸y liªn kÕt c êng ®é cè ®Þnh theo b¸n kÝnh, bèn xo¸y ®Ønh tù do h×nh xo¾n b¸n v« h¹n vµ mét xo¸y tù do th¼ng däc trôc. Xo¸y th¼ng nµy gåm cã bèn xo¸y tù do xuÊt ph¸t tõ ®Çu trong cña xo¸y liªn kÕt t ¬ng øng. §«i khi m« h×nh nµy ®îc gäi lµ chong chãng s¬ cÊp, v× vËy xÕp chång c¸c chong chãng víi c¸c ® êng kÝnh kh¸c nhau (Xem H19.1.c) ta cã thÓ chuyÓn sang m« h×nh ® êng chÞu lùc cña c¸c xo¸y liªn kÕt cã cêng ®é thay ®æi theo híng b¸n kÝnh (Xem H19.4.a).

Theo s¬ ®å nµy xo¸y tù do h×nh xo¾n n»m trªn bÒ mÆt h×nh trô trßn ®ång trôc víi chong chãng vµ cã b íc kh«ng ®æi däc trôc. C¸ch ph©n bè c¸c xo¸y tù do nµy t ¬ng øng víi s¬ ®å tuyÕn tÝnh cña vÖt xo¸y. Trong s¬ ®å phi tuyÕn cña vÕt xo¸y cÇn ph¶i xÐt ®Õn mét vµi biÕn d¹ng cña bÒ mÆt c¸c xo¸y tù do vµ sù thay ®æi b íc cña bÒ mÆt däc trôc, v× chóng cã liªn quan ®Õn ®é lÖch dßng so víi quü ®¹o chuyÓn ®éng cña c¸c ®iÓm t¬ng øng thuéc ® êng chÞu lùc khi ph¶i chÞu ¶nh h ëng cña tr êng tèc ®é c¶m øng bëi chÝnh c¸c xo¸y tù do. Lý thuyÕt ® êng chÞu lùc cho kÕt qu¶ ®ñ chÝnh x¸c ®èi víi c¸c chong chãng c¸nh hÑp d¹ng hµng kh«ng, nh vËy ®îc phÐp sö dông s¬ ®å tuyÕn tÝnh cña vÖt xo¸y øng víi t¶i träng trung b×nh vµ thÊp. §èi víi chong chãng c¸nh réng cña tµu thuû b¾t buéc ph¶i tÝnh bæ xung theo s¬ ®å tuyÕn tÝnh cña mÆt chÞu lùc, vÝ dô, cïng víi còng chÝnh s¬ ®å tuyÕn tÝnh cña vÖt xo¸y ®ã (Xem H19.4.b).

145

146

Ch¬ng 20 ThiÕt kÕ chong chãng

20.1. C¸c nguyªn t¾c chung ViÖc thiÕt kÕ chong chãng cho mét con tµu cô thÓ - mét qu¸ tr×nh quan träng, mµ

trong ®ã ph¶i x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc c¬ b¶n cña chong chãng vµ lËp b¶n vÏ lý ong thuyÕt. Chong chãng ® îc thiÕt kÕ ph¶i ®¹t hiÖu suÊt ®Èy cao vµ ®é tin cËy cao tr khai th¸c. §é tin cËy cao cña hÖ thèng chong chãng - ®êng trôc - th©n tµu trong c¸c ®iÒu kiÖn khai th¸c thùc tÕ b»ng c¸ch ®¶m b¶o ®é bÒn cña c¸nh, gi¶m chÊn ®éng th©n tµu, ®¶m b¶o kÝn níc do lç luån trôc, còng nh lo¹i bá ®îc hiÖn tîng x©m thùc ph¸t sinh vµ ph¸t triÓn ë mäi chÕ ®é khai th¸c. V× c¸c yªu cÇu nµy lu«n lu«n m©u thuÉn nhau nªn khi thiÕt kÕ chong chãng cÇn ph¶i sö dông c¸c ph ¬ng ph¸p ®óng dÇn vµ ph¶i híng vµo c¸ch gi¶i quyÕt phèi hîp.

Qu¸ tr×nh thiÕt kÕ chong chãng th êng gåm vµi giai ®o¹n (Xem H20.1). Trong giai ®o¹n thø nhÊt chän tèi u c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc c¬ b¶n cña chong chãng - ®êng kÝnh tèi u, bíc trung b×nh, sè c¸nh, tû sè ®Üa vµ c¸c th«ng sè kh¸c theo c¸c tÝnh to¸n kh¶ n¨ng di ®éng cña tµu, kÌm theo viÖc sö dông c¸c sè liÖu vÒ lùc c¶n cña tµu, sù t¬ng t¸c gi÷a chong chãng víi th©n tµu, vµ c¸c ®å thÞ thÝ nghiÖm hµng lo¹t m« h×nh chong chãng. ViÖc tÝnh to¸n xuÊt ph¸t tõ c¸c ®iÒu kiÖn ®¹t ® îc tèc ®é ®· cho khi c«ng suÊt cña thiÕt bÞ n¨ng lîng chÝnh lµ nhá nhÊt.

§Ó tho¶ m·n ®Çy ®ñ c¸c yªu cÇu ®· ®Æt ra cho chong chãng, do vËy giai ®o¹n hai ph¶i thiÕt kÕ b»ng tÝnh to¸n theo lý thuyÕt xo¸y ®Ó phï hîp víi dßng theo kh«ng ®Òu, víi ®iÒu kiÖn tho¶ m·n ®é bÒn vµ tr¸nh x©m thùc.

C¸c tÝnh to¸n kiÓm tra bao gåm viÖc ph©n tÝch søc bÒn tÜnh vµ chu kú cña c¸nh, tÝnh c¸c ®Æc ®iÓm x©m thùc, tÝnh chÊn ®éng cña chong chãng. Khi kh«ng tho¶ m·n c¸c yªu cÇu ®Æt ra cÇn ph¶i tÝnh l¹i b»ng c¸ch thay ®æi c¸c th«ng sè cña chong chãng, vÝ dô sè lîng c¸nh. Sau c¸c lÇn tÝnh c¸c sè liÖu cÇn thiÕt ng êi ta ph¶i chÕ t¹o c¸c m« h×nh chong chãng ®Ó thö trong èng x©m thùc vµ thö m« h×nh tµu tù ch¹y cã l¾p chong chãng.

ë giai ®o¹n cuèi ph¶i tÝnh ®Æc tÝnh vËn hµnh ®Ó cïng víi c¸c ®Æc tÝnh ®· thiÕt kÕ cña chong chãng cã thÓ dù b¸o ®îc c¸c ®Æc tÝnh vËn hµnh cña tµu thùc vµ chuÈn bÞ kÕt cÊu c«ng nghÖ ®Ó chÕ t¹o chong chãng. ViÖc kiÓm tra cuèi cïng sù tho¶ m·n c¸c tÝnh to¸n thiÕt kÕ víi c¸c sè liÖu thùc tÕ ® îc thùc hiÖn khi thö tèc ®é tµu. Khi thiÕt kÕ chong chãng ngêi ta sö dông réng r·i m¸y vi tÝnh. Trong tÊt c¶ c¸c giai ®o¹n ng êi ta tËp hîp c¸c tÝnh to¸n vµo mét hÖ thèng tù ®éng thiÕt kÕ duy nhÊt cña chong chãng, mµ nã lµ mét bé phËn cÊu thµnh cña hÖ thèng tù ®éng thiÕt kÕ tµu.

147

c ù h t

. u µ t h n × h « m o Ð k ö h T

a Ü ® ë é ® c è t g n ê r t o §

Ý h k ¬ c ; g n î l

c ¸ t g n ¬ t h n Ý t c Æ ® c ¸ C

g n ¨ n Ö h a ñ c u Ö i l è s c ¸ C

g n o r t h n × h « m ö h T

m © x g n è

y ¸ o x

ã n a ñ c h n × h « m

g n o h c a ñ c n ¶ b ¬ c h n Ý t c Æ ®

g n é ® i d g n ¨ n ¶ h k é b ¬ s h n Ý

o ¹ t Õ h c Ó ® Ö h g n g n « c u Ê c t Õ k Þ b

u µ t a ñ c h n × h « m y È ® c ù l ö h T

Õ k t Õ i h t Ó ® t Ë u h t ü k n ¸ o t i µ B

c ¸ c h n Þ ®

g n ã h c g n o h c a tr m Ó i k n ¸ o t h n Ý T

t Õ y u h t ý l o e h t Õ k t Õ i h t n ¸ o t h n Ý T

) c Æ o h ( µ v g n ã h c g n o h c

n È u h C

u µ t a ñ c h n µ h n Ë v h n Ý t c Æ ® c ¸ c n ¸ o ® ù D

c ¸ X

g n ã h c

h n × h « m

Ý h t Þ h t å ®

g n µ h m Ö i h g n

t ¹ o l

g n o h c

c ¸ C

20.2. Chän s¬ bé c¸c phÇn tö chÝnh cña chong chãng vµ ®¸nh gi¸ c«ng suÊt tiªu thô

H×nh 20.1. C¸c giai ®o¹n thiÕt kÕ chong chãng.

§Ó ®¸nh gi¸ c«ng suÊt tiÖu thô cña tµu khi chuyÓn ®éng víi tèc ®é ®· cho vµ tiÕp

®Õn chän m¸y chÝnh cÇn ph¶i thùc hiÖn phÐp tÝnh s¬ bé chong chãng theo lùc ®Èy ®· biÕt. B×nh th êng ngêi ta sö dông ®å thÞ kiÓu ®Æc biÖt hoÆc c¸c c«ng thøc gÇn ®óng, ®Ó nhê chóng ®¸nh gi¸ ® îc c«ng suÊt tiªu thô, chän ® îc m¸y chÝnh víi c«ng suÊt gÇn c«ng suÊt tiªu thô vµ vßng quay t¬ng øng, ®ång thêi gi¶i ®îc bµi to¸n vÒ viÖc l¾p ®Æt bé ®iÒu tèc vµ chän tû sè truyÒn. B©y giê ta tr×nh bµy ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó tÝnh to¸n c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc c¬

b¶n vµ ®Æc tÝnh ®Èy cña chong chãng, còng nh vßng quay tèi u khi tÝnh chong chãng theo lùc ®Èy ®· biÕt dùa vµo c¸c ®å thÞ thiÕt kÕ ®· tr×nh bµy. Tr íc hÕt cÇn biÕt lùc ®Èy

148

48,11

cña chong chãng T, tèc ®é tÝnh to¸n v A vµ c¸c ®Æc tÝnh t ¬ng t¸c ®· biÕt. §èi víi c¸c chong chãng bèn vµ n¨m c¸nh thêng dïng c«ng thøc díi ®©y:

nD m =

(20.2.1)

mnD

trong ®ã: nm - sè vßng quay trong mét phót, T - b»ng KN. §èi víi lùc ®Èy ®· cho th× c«ng thøc nµy cho phÐp tÝnh ® îc ®êng kÝnh tèi u cña chong chãng khi biÕt vßng quay hoÆc gi¶ thiÕt ®êng kÝnh tÝnh vßng quay. §èi víi chong chãng cã ® êng kÝnh ®· biÕt th× vßng quay kh«ng thÓ chän mét c¸ch tuú tiÖn. øng víi lùc ®Èy ®· cho.

5144

) Tvt

Khi thiÕt kÕ chong chãng cÇn ph¶i ®¶m b¶o tÝch sè Chó ý ®Õn mèi quan hÖ gi÷a lùc ®Èy vµ c«ng suÊt:

P S

Rv hh SD

( 1 - hh SD

(20.2.2)

413

vµ c¸c trÞ sè thèng kª trung b×nh t =0,18; hD = 0,66; hS = 0,98 thay cho (20.1) ta cã:

nD m

P S v

(20.2.3)

trong ®ã: PS - c«ng suÊt trªn bÝch ®éng c¬, KW Trªn h×nh (20.2.2) th×

mnD

mnD (20.2.1) cã thÓ gäi lµ c«ng thøc thuéc th©n tµu, bëi v× ®Ó tÝnh lùc ®Èy, mµ nã cã liªn quan tíi lùc c¶n cña tµu. ChÝnh ngay c«ng thøc (20.2.3) ®Ó xö dông nã còng ph¶i gi¶ thiÕt c«ng suÊt cña hÖ ®éng lùc, nªn ® îc gäi lµ c«ng thøc thuéc vÒ m¸y.

mnD

413

vP S

lµ hµm cña c¸c trÞ sè t ¬ng øng P S / v S . C«ng thøc tèi u cÇn ph¶i biÕt

phô thuéc

H×nh 20.2. TÝch sè mnD vµo tØ sè PS/vS

10020030050010002000

S vP /

1,0

§Ó ®¸nh gi¸ hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng tèi u cã thÓ sö dông c«ng thøc

TAC .

(16.3.12) : h0 = 1,876 - 1,235

;4,0

b ++

ViÖc ®¸nh gi¸ tû sè b íc kÕt cÊu trung b×nh cho chÝnh c¸c ph ¬ng ¸n ®ã cã thÓ thùc hiÖn theo c«ng thøc:

( 1 -=

) TA Ct

P D

a 21 C E

(20.2.4)

c¸c hÖ sè a vµ b trong b¶ng (20.1) ®Òu phô thuéc vµo sè c¸nh.

149

Q = KQ(J, P/D) (20.3.2)

n3 = c n3 (20.3.4)

K trong ®ã: KQ - hµm cña bíc tiÕn t¬ng ®èi vµ tû sè bíc kÕt cÊu. §èi víi tµu vËn t¶i biÓn, tèc ®é tµu ë chÕ ®é khai th¸c hÇu nh phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo vßng quay cña chong chãng

v = const n (20.3.3) C«ng suÊt do chong chãng tiªu thô tû lÖ bËc ba víi vßng quay. P D = 2p n QB = 2p KQ r D5 Mèi quan hÖ gi÷a c«ng suÊt do chong chãng tiªu thô víi vßng quay cña nã gäi lµ ®Æc tÝnh cña chong chãng.

® = K’Q r n2 D5 (20.3.5)

Q’ = KQ’(n) (20.3.6)

PS/PS HOM

B I

T¬ng tù (20.3.1), m« men xo¾n cña ®éng c¬ cã thÓ viÕt: Trong trêng hîp nµy khi Q® = const th× hÖ sè K’Q chØ lµ hµm cña vßng quay: §iÒu kiÖn Q B = Q® dÉn ®Õn KQ = K’Q Nhng ®èi víi chong chãng ®· cho K Q = KQ(J) cßn K’ Q = K’ Q(n) nªn khi lùc c¶n cña tµu thay ®æi cßn vßng quay cña ®éng c¬ kh«ng ®æi th× ®iÒu kiÖn c©n b»ng c¸c hÖ sè bÞ vi ph¹m, sù phèi hîp lµm viÖc gi÷a chong chãng vµ ®éng c¬ sÏ kh«ng nhÞp nhµng. §Ó ph©n tÝch toµn diÖn h¬n vÒ sù phèi hîp lµm viÖc ta xÐt c¸c ®Æc tÝnh vËn hµnh cña c¸c ®éng c¬ ®èt trong ® îc dïng phæ biÕn nhÊt trªn c¸c tµu. H×nh 20.3 tr×nh bµy c¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña ®éng c¬ ®Ó nãi lªn vïng lµm viÖc æn ®Þnh cña nã:

H×nh 20.3. Vïng lµm viÖc cña ®éng c¬ ®èt trong vµ sù phï hîp lµm viÖc gi÷a chong chãng víi ®éng c¬.

III

n/n HOM

§Æc tÝnh ®Þnh møc ngoµi, nghÜa lµ sù phô thuéc gi÷a c«ng suÊt víi vßng quay khi lîng nhiªn liÖu cÊp cho ®éng c¬ lµ lín nhÊt 1;

§Æc tÝnh h¹n chÕ theo t×nh tr¹ng øng suÊt c¬ häc 2, øng víi ®iÒu kiÖn Q ® = const vµ

PS = 2pnQ®;

§êng cong c¸c vßng quay æn ®Þnh nhá nhÊt 3; - §Æc tÝnh ®iÒu khiÓn h¹n chÕ 4, mµ khi v ît qu¸ ®Æc tÝnh nµy do gi¶m ®ét ngét t¶i träng trªn chong chãng, bé ®iÒu khiÓn ®iÒu phèi vßng quay ®Ó ®éng c¬ kh«ng ® îc phÐp lµm viÖc khi n > 1,03nm;

- §Æc tÝnh h¹n chÕ thÊp, hoÆc ®Æc tÝnh kh«ng t¶i 5; §iÓm A cña ®å thÞ x¸c ®Þnh c«ng suÊt ®Þnh møc l©u dµi cña ®éng c¬ víi vßng quay êng nã kh«ng êng 1 ®Þnh møc khi lµm viÖc kh«ng qu¸ t¶i. Khi ®éng c¬ khai th¸c b×nh th ®îc phÐp lµm viÖc cao h¬n c¸c ®Æc tÝnh h¹n chÕ vÒ øng suÊt nhiÖt hoÆc c¬ (® hoÆc 2).

151

Trªn ®å thÞ nµy tr×nh bµy c¸c ®Æc tÝnh cña chong chãng

- ®êng I, II, III. §Æc ®iÓm tÝnh to¸n cña chong chãng (® êng I) ®i qua ®iÓm A vµ t¹i ®ã tho¶ m·n ®¼ng thøc KQ=K’Q.

Khi vît ra ngoµi ®Æc tÝnh ngoµi cña ®éng c¬ chong chãng ph¸t huy vßng quay ®Þnh møc th× chong chãng ®ã gäi lµ chong chãng nÆng t¶i thuû ®éng (®iÓm B), ®èi víi trêng hîp nµy K Q>K’Q. Chong chãng nhÑ t¶i thuû ®éng lµ chong chãng mµ khi ®¹t ®Õn vßng quay ®Þnh møc (®iÓm C) nã kh«ng tËn dông hÕt c«ng suÊt ®Þnh møc, ®èi víi trêng hîp nµy KQ < K’Q. §éng c¬ vµ chong chãng kh«ng phï hîp nhau ®Òu ® îc ph¸t hiÖn trong trong qu¸ tr×nh thö vµ khai th¸c tµu.

Nh ®· thÊy tõ h×nh 20.3 ®èi víi chong chãng nÆng t¶i còng nh nhÑ t¶i tæng c«ng suÊt kh«ng ®îc tËn dông hÕt nªn ®· mang l¹i tèc ®é khai th¸c cña tµu nhá h¬n tèc ®é tÝnh to¸n vµ ®éng c¬ lµm viÖc kh«ng kinh tÕ. Do ®ã vÊn ®Ò hÕt søc quan träng lµ viÖc lùa chän ®óng chÕ ®é tÝnh to¸n ®Ó thiÕt kÕ chong chãng. Trong qu¸ tr×nh khai th¸c lùc c¶n cña tµu kh«ng ngõng t¨ng lªn, chong chãng sÏ nÆng t¶i, vßng quay tôt xuèng, cßn tèc ®é tµu lu«n lu«n thÊp h¬n tèc ®é tÝnh to¸n vµ gi¶m dÇn theo thêi gian. ViÖc t¨ng t¶i cña chong chãng dÉn ®Õn viÖc mµi mßn cña ®éng c¬, tiªu hao thªm chÊt ®èt vµ ¶nh hëng xÊu tíi chØ tiªu khai th¸c kinh tÕ vµ th¬ng m¹i cña tµu. ViÖc bï trõ lîng t¨ng t¶i cña chong chãng do t¨ng lùc c¶n cña tµu lµ c¸ch thiÕt kÕ

víi lîng gi¶m bíc sao cho trong c¸c ®iÒu kiÖn khi ch¹y bµn giao chong chãng ph¶i nhÑ t¶i thuû ®éng. Trong qu¸ tr×nh khai th¸c tµu, chong chãng sÏ dÇn dÇn bÞ nÆng t¶i vµ gÇn vµo gi÷a thêi kú gi÷a c¸c lÇn lªn ®µ nã t ¬ng øng víi th©n tµu vµ ®éng c¬ ë chÕ ®é tÝnh to¸n. Vµo cuèi thêi kú gi÷a c¸c lÇn lªn ®µ nã còng lµm cho ®éng c¬ qu¸ t¶i, nh ng ë giíi h¹n thÊp h¬n. C¨n cø vµo ®iÒu kiÖn trªn th× c«ng suÊt ®Þnh møc cña ®éng c¬ vµ vßng quay x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

chu kú lªn ®µ cña tµu. Trung ®éng c¬ vµ c¸c tÝnh chÊt kÕt cÊu cña ®éng c¬ còng nh b×nh hÖ sè K =1,03 ‚1,05 ®Ó nã t¬ng ®¬ng víi l¬ng dù tr÷ c«ng suÊt ë gi÷a chu kú gi÷a c¸c lÇn lªn ®µ, kho¶ng b»ng 10 ‚ 15%.

êng cã lîng dù tr÷

20.4. Lùa chän chÝnh x¸c c¸c yÕu tè h×nh häc c¬ b¶n cña chong chãng

ViÖc l¾p ®Æt c¸c tæ tuèc bin r¨ng khÝa cã c¸c ®Æc tÝnh cao h¬n, hÕt søc thuËn lîi cho chong chãng nÆng t¶i còng nh nhÑ t¶i v× chóng cho phÐp ®iÒu chØnh ® îc c«ng suÊt vµ vßng quay. VÝ dô, víi chong chãng nÆng t¶i trong c¸c ®iÒu kiÖn khai th¸c vÉn cã thÓ t¨ng thªm ® îc c«ng suÊt do t¨ng l îng h¬i níc khi vßng quay chong chãng gi¶m kh«ng ®¸ng kÓ. Nh vËy, t×nh tr¹ng øng suÊt nhiÖt cña tæ tuèc bin r¨ng khÝa kh«ng thay ®æi mµ chØ t¨ng chót Ýt t¶i träng lªn bé gi¶m tèc th søc bÒn ®¶m b¶o. Tõ ®ã thÊy r»ng: chong chãng cña tµu l¾p tuèc bin kh«ng cÇn ph¶i gi¶m bíc khi thiÕt kÕ. B íc trung b×nh cña chong chãng nªn chän theo ®iÒu kiÖn thö bµn giao víi c«ng suÊt ®Þnh møc vµ vßng quay ®Þnh møc.

Sau khi chän ®îc kiÓu vµ c«ng suÊt cña ®éng c¬, ®Þnh ®îc vßng quay cña chong

chãng vµ x¸c ®Þnh ® îc chÕ ®é tÝnh to¸n cho nã, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh chÝnh x¸c c¸c yÕu tè h×nh häc vµ kÕt cÊu chong chãng mµ chóng ph¶i t¹o ® îc hiÖu qu¶ cao nhÊt khi sö

152

dông hÕt c«ng suÊt cña ®éng c¬, ®ång thêi ph¶i tho¶ m·n mét lo¹t c¸c yªu cÇu vÒ chÊn ®éng thÊp, kh«ng cã x©m thùc ph¸t triÓn. v.v. . . ë ®©y, ta chØ tr×nh bµy c¸c khuyÕn nghÞ chung vÒ c¸ch lùa chän c¸c phÇn tö kÕt cÊu cña chong chãng, mµ chñ yÕu chóng ®îc x¸c ®Þnh tõ c¸c yªu cÇu vÒ ®é bÒn vµ chÊn ®éng còng nh nh÷ng nguyªn nh©n kh¸c. Ph ¬ng ph¸p lùa chän cuèi cïng ® êng kÝnh tèi u cña chong chãng vµ tû sè bíc kÕt cÊu cña nã ®îc tr×nh bµy ë §35.

- Chän sè c¸nh trªn c¸c tµu vËn t¶i biÓn ng êi ta sö dông c¸c chong chãng víi sè

c¸nh 3 ‚ 7. Sè c¸nh lµ th«ng sè quan träng nhÊt v× tÇn sè vµ biªn ®é cña c¸c lùc còng nh m«men chu kú sinh ra trªn c¸c c¸nh vµ g©y nªn chÊn ®éng hÖ trôc còng nh th©n tµu ®Òu phô thuéc vµo nã. V× vËy, tr íc lóc x¸c ®Þnh lÇn cuèi sè c¸nh cÇn ph¶i tÝnh c¸c tÇn sè giao ®éng b¶n th©n cña th©n tµu vµ c¸c kÕt cÊu riªng lÎ cña nã, cña hÖ trôc vµ hÖ n¨ng lîng ë chÕ ®é khai th¸c chÝnh cña tµu. Sè l îng c¸nh cÇn ph¶i lÊy sao cho tÇn sè cña c¸nh n = nZ vµ trÞ sè gÊp ®«i cña nã n = 2nZ kh«ng trïng víi c¸c tÇn sè b¶n th©n cña ba nhÞp ®Çu tiªn cña giao ®éng th©n tµu, kÕt cÊu chÝnh, hÖ trôc vµ hÖ n¨ng lîng.

Khi x¸c ®Þnh sè lîng c¸nh cÇn ph¶i chó ý r»ng cµng t¨ng sè l îng c¸nh, tû sè ®Üa sÏ t¨ng lªn chót Ýt ®ång thêi gi¶m chót Ýt ®êng kÝnh tèi u, nh vËy, hiÖu suÊt lµm viÖc còng h¬i gi¶m xuèng, ®iÒu ®ã cã liªn quan ®Õn viÖc t¨ng chiÒu dµy t ¬ng ®èi cña c¸nh. VÝ dô khi t¨ng Z tõ 4 tíi 6 th× hiÖu suÊt gi¶m mét lîng 2 ‚ 3 %.

Sè c¸nh Z cã thÓ chän theo ®iÒu kiÖn sau: §èi víi chong chãng cña c¸c can« cao tèc, chän Z = 3 khi:

r T

vA r 4 Tn

‡1,5 KNT= ‡ 1,0 hoÆc: KDT= vAD

nÕu c¸c hÖ sè KNT vµ KDT nhá h¬n trÞ sè trªn th× chän Z = 4. §èi víi chong chãng cña c¸c tµu vËn t¶i, chän Z = 3, khi:

r T

vA r 4 Tn

‡2,0 KNT= ‡ 1,0 hoÆc: KDT= vAD

nÕu c¸c hÖ sè KNT vµ KDT nhá h¬n trÞ sè trªn th× chän Z = 4. - §é nghiªng cña c¸nh - ®iÒu nµy ®¶m b¶o c¸c khe hë cÇn thiÕt gi÷a c¸c c¸nh vµ

th©n tµu mµ kh«ng cÇn ph¶i kÐo dµi hÖ trôc. Do c¸nh cã ®é nghiªng nªn gi¶m bít lùc hót vµ biªn ®é cña c¸c ¸p suÊt kÝch thÝch trªn th©n tµu, tõ ®ã gi¶m ® îc chÊn ®éng th©n íi 10 0 th× c¸c ®Æc tÝnh tµu. C¸c thÝ nghiÖm cho biÕt r»ng víi ®é nghiªng cña c¸nh d kh«ng ®æi. Gãc nghiªng cña c¸nh thuû ®éng vµ hiÖu suÊt cña chong chãng hÇu nh chong chãng ¸p dông cho c¸c lo¹i tµu thêng trong giíi h¹n tõ 0 ‚ 150.

- Chän h×nh d¹ng ® êng bao c¸nh. D¹ng ® êng bao cña c¸nh chong chãng ® îc biÓu thÞ b»ng sù ph©n bè chiÒu réng däc theo b¸n kÝnh vµ vÞ trÝ cña mÆt c¾t h×nh trô ®èi víi ®êng t©m c¸nh. Sù ph©n bè chiÒu réng däc theo b¸n kÝnh vÒ mÆt kÕt cÊu ph¶i lÊy theo kÝch th íc cña cñ vµ kiÓu chong chãng (víi nh÷ng mÆt c¾t gÇn cñ), cßn ë nh÷ng mÆt c¾t (r/R > 0.6) chÞu t¶i lín nhÊt víi ®iÒu kiÖn ph¶i tho¶ m·n ®ång thêi søc bÒn vµ x©m thùc.

ViÖc ¸p dông ® êng bao d¹ng l ìi dao kh«ng ®èi xøng qua ® êng t©m c¸nh cã thÓ gi¶m bít t¶i träng chu kú sinh ra trªn chong chãng khi lµm viÖc trong tr êng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu. C¸c chong chãng thuéc lo¹t ‘’B‘’ cña Hµ Lan ® îc chÕ t¹o ®óng víi d¹ng nµy vµ cã d¹ng l ìi dao Ýt qu¾m h¬n. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ng êi ta dïng c¸nh d¹ng l ìi dao qu¾m nhiÒu h¬n (Xem H20.4), nã cho phÐp g¶m ® îc giao ®éng cña c¸c t¶i träng chu kú xuèng 2 ®Õn 3 lÇn vµ cã thÓ cßn lín h¬n nhiÒu so víi chong chãng c¸nh b×nh thêng.

153

H×nh 20.4. C¸c chong chãng cã ®êng bao h×nh lìi dao

a. Qu¾m Ýt b. Qu¾m nhiÒu

KT; 10KQ; h0 0,8

10KQ

0,6

0,4

0,2

thùc cña chong chãng còng nh søc bÒn vµ hiÖu suÊt lµm viÖc cña nã. C¸c ®ît thÝ nghiÖm cho thÊy r»ng víi c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c gièng nhau th× khi t¨ng A E/A0 sÏ t¨ng c¸c hÖ sè lùc ®Èy vµ m«men, ®Æc biÖt lµ ë nh÷ng b íc tiÕn t¬ng ®èi cã gi¸ trÞ nhá, do t¨ng diÖn tÝch cña c¸nh, n¬i sinh ra c¸c lùc ¸p suÊt (Xem H20.5). Nh ng hÖ sè m«men t¨ng nhanh do t¨ng c¸c l äng tæn thÊt pr«phin, khiÕn gi¶m bít hiÖu suÊt lµm viÖc. T¨ng AE/A0 lªn 0,1 th× hiÖu suÊt gi¶m kho¶ng 1,5 ‚ 2%. ViÖc lùa chän lÇn cuèi tû sè ®Üa cÇn thiÕt nhá nhÊt ® îc tiÕn hµnh ë giai ®o¹n hai cña qu¸ tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ ch ong chãng khi ®· tho¶ m·n ®Çy ®ñ vµ ®ång thêi c¸c yªu cÇu vÒ søc bÒn vµ kh«ng x©m thùc. §Ó tÝnh chong chãng theo ®å thÞ, tû sè ®Üa cÇn thiÕt nhá nhÊt mµ kh«ng x¶y ra x©m thùc x¸c ®Þnh theo sè liÖu ch¬ng VII.

1,0 1,2J

0,6

0,2

0,4

0,8

H×nh 9.5. ¶nh hëng cña tØ sè ®Üa ®èi víi c¸c ®êng cong lµm viÖc cña chong chãng (Z = 3; P/D = 1,0) _______ AE/A0 = 0,35 - - - - AE/A0 = 0,65

T 50D

AE ‡ A 0

§Ó x¸c ®Þnh tû sè ®Üa cña can« cao tèc cã thÓ sö dông ®å thÞ hoÆc c«ng thøc sau:

trong ®ã: T - lùc ®Èy cña chong chãng, KN; D - ®êng kÝnh chong chãng, m.

154

(

)

hTf , 0

A E A 0

(cid:246) =(cid:247)(cid:247) ł

(cid:230) (cid:231)(cid:231) Ł

§èi víi tµu vËn t¶i biÓn tû sè ®Üa cã thÓ x¸c ®Þnh theo ®å thÞ:

E/A0) = E/A0 @ (1,5 ‚ 1,7)

C e

- Chän d¹ng pr«phin - D¹ng pr«phin cña c¸nh m« t¶ ®é cong t¬ng ®èi cña ®êng gi÷a, gãc lùc n©ng kh«ng, còng nh sù ph©n bè ¸p suÊt trªn pr«phin, mµ nã ¶nh h ëng rÊt lín tíi hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng.

1 2

thuéc tµu vËn t¶i biÓn, ng pr«phin khÝ ®éng kiÓu NACA hoÆc cã c¶i biªn. H×nh 20.6 m« t¶ mét trong c¸c pr«phin víi chiÒu dµy t ¬ng ®èi d = 0,12 do Liªn x« (cò) chÕ t¹o. Nhê sù ph©n bè ®ång ®Òu ¸p suÊt trªn phÇn lín phÝa hót nªn c¸c pr«phin kiÓu nµy vÉn ®¶m b¶o chÕ ®é ch¶y tÇng trong líp biªn, khiÕn t¨ng thªm ® îc chÊt lîng cña chóng. ViÖc ¸p dông chóng cho phÐp n©ng cao hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng lªn 5 ‚ 6% ¶nh h ëng lín nhÊt tíi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng lµ ®é cong cña ®êng gi÷a dc = ec / b, mµ khi t¨ng nã th× hÖ sè C Y cña c¸c phÇn tö c¸nh sÏ t¨ng lªn, vµ ®¬ng nhiªn hÖ sè lùc ®Èy vµ m«men còng t¨ng theo.

Sù ph©n bè ®é cong ®êng gi÷a theo b¸n kÝnh ®îc x¸c ®Þnh b»ng tÝnh to¸n theo lý thuyÕt xo¸y, xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn hÖ sè chÊt l îng ngîc cña phÇn tö c¸nh e = dx/dy lín nhÊt. Trong vµi tr êng hîp ®Æc biÖt ®èi víi chong chãng lo¹t “B” cña Hµ lan, trªn c¸c mÆt c¾t s¸t ®Ønh c¸nh ng êi ta dïng pr«phin m¶nh trßn ®èi xøng víi chiÒu dµy lín nhÊt n»m ë t©m d©y cung.

§èi víi c¸c chong chãng cña tµu ph¸ b¨ng vµ tµu ch¹y trong vïng cã b¨ng cÇn ¸p dông c¸nh cã d¹ng pr«phin ®Æc biÖt, víi chiÒu dµy cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh lµ lín ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ lµm viÖc cao ë c¸c chÕ ®é gÇn víi chÕ ®é buéc vµ chÕ ®é lïi.

- Chän chiÒu dµy cña c¸nh - chiÒu dµy cña c¸nh ë mçi b¸n kÝnh ® îc x¸c ®Þnh

theo c¸c ®iÒu kiÖn ®ång thêi ®¶m b¶o søc bÒn cao vµ ¸p suÊt nhá nhÊt ®Ó kh«ng xuÊt hiÖn x©m thùc. C¸c yªu cÇu nµy ®Òu m©u thuÉn nhau. C¸c ®ît thÝ nghiÖm cho biÕt r»ng lîng t¨ng chiÒu dµy t ¬ng ®èi khi gi÷ nguyªn phÝa ®¹p cña pr«phin sÏ lµm t¨ng ®é cong cña ®êng gi÷a, vµ ®¬ng nhiªn t¨ng c¶ hÖ sè lùc ®Èy vµ m«men, nh ng l¹i gi¶m hiÖu suÊt lµm viÖc do t¨ng l îng tæn thÊt pr«phin; x©m thùc xuÊt hiÖn sím h¬n, chÝnh v× thÕ cÇn ph¶i x¸c ®Þnh chiÒu dµy nhá nhÊt cña c¸nh.

ViÖc ph©n bè chiÒu dµy däc theo b¸n kÝnh ® îc ®Æc trng b»ng chiÒu dµy quy íc cña mÆt c¾t e 0 t¹i trôc chong chãng, chiÒu dµy ®Ønh c¸nh th êng chän theo lý do kÕt cÊu hoÆc ®å thÞ chiÒu dµy lín nhÊt, quy luËt biÕn ®æi chiÒu dµy gÇn víi tuyÕn tÝnh. §èi víi c¸c chong chãng thuéc tµu vËn t¶i e0 thêng b»ng 4 ‚ 5% ®êng kÝnh chong chãng. ChiÒu dµy t¬ng ®èi cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh ë ch©n c¸nh d = e k/b kh«ng ®îc vît qu¸ 0,22.

- Tû sè b íc kÕt cÊu - tû sè nµy lµ th«ng sè h×nh häc quan träng nhÊt mµ c¸c hÖ sè thuû ®éng lùc phô thuéc vµo nã. Nh ®· thÊy ë h×nh 5.3, khi t¨ng P/D c¸c hÖ sè lùc ®Èy vµ m«men t¨ng lªn trong suèt giíi h¹n biÕn thiªn cña b íc tiÕn t ¬ng ®èi. §iÒu nµy ®îc gi¶i thÝch lµ khi t¨ng bíc dÉn ®Õn viÖc t¨ng gãc bíc j vµ gãc tíi t¬ng øng

155

cña phÇn tö c¸nh, ®ång thêi t¨ng lùc n©ng vµ lùc c¶n h×nh d¸ng nªn lùc ®Èy vµ m«men t¨ng, ®ång thêi hiÖu suÊt thay ®æi theo kiÓu phøc t¹p. Trong vïng b íc tiÕn t¬ng ®èi bÐ, do lùc ®Èy t¨ng nªn hÖ sè t¶i träng C TA t¨ng, khiÕn hiÖu suÊt c¶m øng gi¶m xuèng. §ång thêi do gi¶m chÊt l îng thuû ®éng nªn hiÖu suÊt kÕt cÊu còng gi¶m, khiÕn tæng hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng gi¶m xuèng. Víi nh÷ng b íc tiÕn t¬ng ®èi cña chong chãng lµ lín, c¸c phÇn tö c¸nh lµm viÖc ë nh÷ng gãc tíi rÊt bÐ, kh«ng tèi u, nªn viÖc t¨ng tû sè b íc sÏ n©ng cao chÊt l îng thuû ®éng cña c¸c phÇn tö c¸nh chong chãng vµ t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng nãi chung do t¨ng gãc tíi.

ViÖc lùa chän hîp lý tû sè b íc kÕt cÊu trung b×nh ® îc thùc hiÖn b»ng c¸c ®å thÞ thiÕt kÕ cô thÓ. ViÖc lùa chän nµy ph¶i ®¶m b¶o ® îc c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng ®· cho còng nh sù phï hîp lµm viÖc gi÷a chong chãng vµ ®éng c¬.

- ViÖc bè trÝ chong chãng sau th©n tµu. Nh ®· tr×nh bµy ë ch¬ng VI vµ VII, c¸ch bè trÝ chong chãng còng nh c¸c chi tiÕt cña hÖ thiÕt bÞ ®Èy - b¸nh l¸i (b¸nh l¸i, mò tho¸t níc, æ ®ì, ®¹o l u, sèng ®u«i) cã ¶nh h ëng lín ®Õn kh¶ n¨ng di ®éng cña tµu, chÊn ®éng th©n tµu vµ c êng ®é x©m thùc. Khi l¾p ghÐp hÖ thiÕt bÞ ®Èy - l¸i cÇn ph¶i tËn dông hÖ sè ¶nh h ëng cao nhÊt cña th©n tµu vµ møc ®é kh«ng ®ång ®Òu nhá nhÊt cña dßng níc ch¶y vµo ®Üa thiÕt bÞ ®Èy víi ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o mét lo¹t c¸c yªu cÇu khai th¸c. VÝ dô tr¸nh kh«ng cho kh«ng khÝ tù do lät vµo chong chãng, tr¸nh h háng hÖ thèng khi bÊt ngê ch¹m ®Êt, v.v. . .

Dùa vµo kinh nghiÖm do tÝch luü ® îc, cho tíi nay ng êi ta ®· tr×nh bµy c¸c sè liÖu cho viÖc bè trÝ chong chãng sau th©n tµu (h×nh 9.7), tho¶ m·n c¸c yªu cÇu vÒ kh¶ n¨ng di ®éng vµ dung hoµ chÊn ®éng cña chong chãng. Kho¶ng c¸ch gi÷a chong chãng vµ sèng ®u«i hoÆc æ ®ì trªn tµu hai chong chãng nªn lÊy theo ®iÒu kiÖn b/D ‡ 0,45. Khe hë l gi÷a chong chãng vµ th©n tµu ph¶i chän sao cho tr¸nh chÊn ®éng cho phÇn ®u«i tµu ë møc ®é cao. §èi víi tµu mét chong chãng nªn lÊy: l/D ‡ 0,15 + 1,1.10- 3(n - 60); ®èi víi tµu hai chong chãng l/D ‡ 0,26; trong ®ã n (Xem H20.7) ®o b»ng ®é.

§NTK

R 7 , 0

D M

0 Z

Khe hë gi÷a ky l¸i vµ chong chãng ph¶i lµ m/D ‡ 0,05. Kho¶ng c¸ch nhá nhÊt gi÷a chong chãng vµ b¸nh l¸i ph¶i tho¶ m·n tû sè a/D ‡ 0,2 + 1,5(eM/D - 0,15), chiÒu dµy tíi h¹n cho phÐp cña b¸nh l¸i ë mÆt c¾t r = 0,7 ph¶i lÊy theo tû sè eM/D£0,22 + 0,3(a/D - 0,2) nhng kh«ng lín h¬n 0,25.

156

20.5. ThiÕt kÕ chong chãng theo ®å thÞ

C¸c ®å thÞ dïng ®Ó thiÕt kÕ chong chãng ® îc sö dông ë giai ®o¹n ®Çu thiÕt kÕ

nh»m lÊy chÝnh x¸c vµ lùa chän lÇn cuèi ® êng kÝnh tèi u cña chong chãng vµ tû sè bíc kÕt cÊu trung b×nh cña nã. §Ó gi¶i bµi to¸n nµy ph¶i biÕt kiÓu, c«ng suÊt, vßng quay cña m¸y, còng nh c¸c ®Æc tÝnh h¹n chÕ cña nã. CÇn ph¶i biÕt ®êng cong lùc c¶n cña tµu theo tèc ®é R = R ( v s) ®ång thêi x¸c ®Þnh chÕ ®é tÝnh to¸n cho chong chãng. Trong thùc tÕ ngêi ta ¸p dông réng r·i ph ¬ng ph¸p tÝnh chong chãng ®êng kÝnh

tèi u ®Ó tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: D 0pt £ Dmax vµ ®¶m b¶o tèc ®é lín nhÊt cña tµu khi sö dông hÕt c«ng suÊt cña hÖ thèng n¨ng l îng vµ vßng quay ®· cho. B©y giê ta tr×nh bµy s¬ ®å tÝnh chong chãng cho tr êng hîp nµy. ViÖc tÝnh to¸n cÇn tr×nh bµy theo d¹ng b¶ng (Xem b¶ng 20.3 ). ViÖc tÝnh to¸n ph¶i thùc hiÖn cho bèn, n¨m trÞ sè tèc ®é gÇn víi tèc ®é mong ¬ng t¸c ® îc x¸c ®Þnh

0,4

0,3

0,2

muèn víi kho¶ng c¸ch kh«ng lín h¬n 0,5 h¶i lý. C¸c hÖ sè t theo sè liÖu thÝ nghiÖm m« h×nh phô thuéc vµo hÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo KDE hoÆc theo c«ng thøc gÇn ®óng trong ch ¬ng VI dµnh cho kiÓu tµu t¬ng øng. Bíc tiÕn t¬ng ®èi cña chong chãng J 0 x¸c ®Þnh trªn ®å thÞ theo ® êng cong ®êng kÝnh tèi u lµ hµm cña hÖ sè K NT. ¶nh hëng cña dßng kh«ng ®ång ®Òu ® îc lång xÐt b»ng lîng hiÖu chØnh DD, nã phô thuéc vµo hÖ sè dßng theo trung b×nh vµ vÞ trÝ cña chong chãng (Xem H20.8). HÖ sè a ë dßng 12 cña b¶ng ® îc lÊy: a = 1 - 0,01DD (wT). GÇn ®óng cã thÓ lÊy cho chong chãng ë mÆt ph¼ng ®èi xøng a = 0,97 vµ chong chãng ë m¹n a = 0,99; sao cho nã t¬ng øng víi trÞ sè trung b×nh wT = 0,30.

0,1

-4

-2

-6 DD, %

H×nh 20.8. HiÖu chØnh ®êng kÝnh tèi u cña chong chãng do ¶nh hëng cña dßng theo 1- ®êng cong trung b×nh cho tµu mét trôc; 2- th©n tµu d¹ng ch÷ V; 3- d¹ng ch÷ U vµ mòi qu¶ lª; 4- tµu hai trôc

wT WT 0,5 NÕu ®êng kÝnh tèi u lín h¬n ®êng kÝnh lín nhÊt th× cÇn ph¶i lÊy D = Dmax, tÝnh: J = v A / nDmax vµ KT = T/rn2 maxD (20.5.1) Vµ tiÕp ®Õn tÝnh cho dßng 15 ‚ 18 cña b¶ng. KÕt qu¶ tÝnh ® îc tr×nh bµy theo d¹ng ®å thÞ m« t¶ mèi quan hÖ cña c¸c th«ng sè Ps, D opt, P/D, h0 vµ hD víi tèc ®é, giao ®iÓm cña c¸c ® êng c«ng suÊt tiªu thô ®· tÝnh ® îc víi ®êng gi¶ thiÕt c«ng suÊt cho tèc ®é lín nhÊt cña tµu vµ c¸c th«ng sè t¬ng øng cña chong chãng.

157

B¶ng 20.3. TÝnh ®êng kÝnh tèi u vµ tû sè bíc kÕt cÊu cña chong chãng ®Ó ®¶m b¶o tèc ®é lín nhÊt cña tµu

d = . . . ; P S = . . .

L = . . . m; B = . . . m; T = . . . m; kw; Nm = . . . v/ph; n = nm/60 = . . . m; Z = . . . ; AE/A0 = . . .; ZP = . . . ; hS = . . . ; r = . . . kg/m3; a = . . . ; Dmax = . . . m

ET/r

STT Ký hiÖu

1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tèc ®é v S , h¶i lý (gi¶ thiÕt) vS1 . . . vSn vS2

A n

R =R(nS), N TE = R/ZP , N n = 0,5144 nS , m/s KDE = n D wT = f(KDE) T = f(KDE) IQ = f(KDE) nA = n (1- wT), m/s T = TE(1-t), N v 10

11 12 13 14 15 16

0. h

310 -

hD= 17

r T Jo = f(KNT) theo ®å thÞ Dopt = nAa/(J0n) KT =T/(rn2D4 opt) J = nA/ (Doptn) P/D = f(J,KT) theo ®å thÞ hD = f(J,KT) theo ®å thÞ 11 t - i 1 w - Q T . E vT hh SD

20.6. §å thÞ vËn hµnh cña tµu, c¸ch tÝnh to¸n vµ x©y dùng Trong qu¸ tr×nh khai th¸c cña tµu lùc c¶n cña nã bÞ thay ®æi do rong rªu, hµ b¸m,

kw PS = 18

sãng vµ biÕn ®æi chiÒu ch×m, nªn c¸c ®iÒu kiÖn phèi hîp lµm viÖc gi÷a chong chãng víi ®éng c¬ kh«ng æn ®Þnh, khiÕn vßng quay cña chong chãng, c«ng suÊt tiªu thô vµ tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu thay ®æi.

§Ó x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh ch¹y tµu trong c¸c chÕ ®é chuyÓn ®éng kh¸c nhau cña nã, cÇn ph¶i tÝnh vµ x©y dùng ®å thÞ vËn hµnh hoÆc c¸c ®Æc tÝnh ch¹y tµu, ®Ó víi thêi gian ng¾n nhÊt chóng cho phÐp x¸c ®Þnh ® îc tèc ®é cña tµu, chÕ ®é lµm viÖc cña chong chãng vµ ®éng c¬ trong c¸c ®iÒu kiÖn khai th¸c cô thÓ. §å thÞ vËn hµnh lµ mét tËp hîp

158

n2 = nHOM

n3 n4n5

n 5 n 4 n 3 n 2 = n H O M n 1

P S

H×nh 20.9. §å thÞ vËn hµnh cña tµu

c¸c ®Æc tÝnh phèi hîp nhuÇn nhuyÔn víi nhau cña th©n tµu, chong chãng vµ ®éng c¬ ®îc x©y dùng theo tèc ®é cña tµu. Th«ng th êng ®å thÞ vËn hµnh gåm cã hai nhãm ®êng cong cïng chung trôc hoµnh, trªn ®ã ng êi ta ®Þnh tèc ®é cña tµu (Xem H20.9). Trªn trôc tung phÝa trªn ®Æt c¸c lùc (lùc ®Èy cña chong chãng vµ lùc c¶n), phÝa d íi lµ c«ng suÊt. §å thÞ vËn hµnh ®îc tÝnh to¸n theo tr×nh tù sau ®©y. Tr íc hÕt ph¶i x¸c ®Þnh ®îc

E = ZP KE r n2 D4= ZP (1-t) KT r n2 D4

lùc kÐo cã Ých cña chong chãng, c«ng suÊt do nã tiªu thô cho mét lo¹t vßng quay kh«ng ®æi, bao gåm vßng quay ®Þnh møc vµ vßng quay h¹n chÕ phô thuéc vµo chÕ ®é chuyÓn ®éng cña tµu theo c«ng thøc:

(20.6.1) T S = ZP iQ 2p KQ r n3 D5/hS (20.6.2) §Ó x¸c ®Þnh KT vµ KQ ta gi¶ thiÕt mét lo¹t trÞ sè bíc tiÕn t¬ng ®èi giíi h¹n tõ chÕ

®é buéc tíi chÕ ®é, øng víi tèc ®é cao h¬n tèc ®é cña tµu kho¶ng 2 ‚ 3 h¶i lý. Tèc ®é cña tµu ®îc tÝnh theo c«ng thøc:

5144

)

DnJ 1( -

HOM (®iÓm

(20.6.3) v S =

X¸c ®Þnh ¶nh hëng cña t¶i träng chong chãng ®èi víi c¸c hÖ sè t ¬ng t¸c, c¸c hÖ sè nµy lµ hµm cña K DE. NÕu thiÕu c¸c sè liÖu t, w T phô thuéc vµo K DE th× cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng cña E.E Papmeil. §Æt c¸c trÞ sè ®· tÝnh ® îc TE=TE( v S, n = const) vµ P S = PS( v S, n = const) lªn ®å thÞ (c¸c ® êng cong 1 vµ 1’). TiÕp ®Õn ë phÇn d íi cña ®å thÞ ®Æt c¸c ®Æc tÝnh h¹n chÕ ngoµi ®· biÕt cña ®éng c¬ P S = PS(n) (®êng 2’), nã m« t¶ mèi quan hÖ gi÷a c«ng suÊt ®· chän víi vßng quay (tèc ®é tµu). Tõ c¸c ®iÓm giao nhau cña ® êng cong nµy víi ® êng cong c«ng suÊt cÇn thiÕt (1’) kÎ c¸c ®êng vu«ng gãc cho tíi khi c¾t c¸c ® êng lùc kÐo cã Ých cña chong chãng khi n = const (1) vµ qua c¸c ®iÓm ®ã kÎ ® êng cong lîn ®Òu (2), nã lµ ®êng cong lùc kÐo giíi h¹n cña chong chãng theo ®Æc tÝnh h¹n chÕ t ¬ng øng cña ®éng c¬. §Æt ®êng cong lùc c¶n tÝnh to¸n cña tµu (3) lªn ®å thÞ vµ x¸c ®Þnh c«ng suÊt tiªu thô (® êng 3’) b»ng c¸ch h¹ c¸c ® êng vu«ng gãc tõ c¸c ®iÓm giao nhau cña ® êng cong lùc c¶n víi ®êng lùc kÐo cã Ých xuèng phÇn d íi cña ®å thÞ tíi c¸c ® êng cong t ¬ng øng cña c«ng suÊt tiªu thô khi n= const. Giao ®iÓm cña ® êng cong lùc c¶n víi ® êng cong lùc kÐo cã Ých tíi h¹n vµ ® êng cong lùc kÐo gi¶ ®Þnh theo vßng quay ®Þnh møc (®iÓm A trªn ®å thÞ) x¸c ®Þnh ®îc tèc ®é tÝnh to¸n cña tµu (®iÒu kiÖn T E = R). ChÝnh tèc ®é nµy còng ®îc x¸c ®Þnh b»ng sù giao nhau cña ba ® êng cong c«ng suÊt: c«ng suÊt cÇn thiÕt, c«ng suÊt theo ®Æc tÝnh ngoµi cña ®éng c¬, c«ng suÊt tiªu thô khi n=n A’).

159

20.7. Søc bÒn cña chong chãng Khi thiÕt kÕ chong chãng cÇn ph¶i x¸c ®Þnh mét tËp hîp c¸c yÕu tè h×nh häc, mµ song song víi viÖc ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt ®Èy cao nhÊt nã cßn ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu khai th¸c, mµ ®Æc biÖt lµ ®¹t ®îc søc bÒn cÇn thiÕt cña c¸nh.

§å thÞ vËn hµnh cho phÐp gi¶i quyÕt nhiÒu bµi to¸n ch¹y tµu kh¸c nhau. VÝ dô ®Ó t×m tèc ®é cña tµu vµ chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬. Khi t¨ng lùc c¶n th©n tµu cÇn ph¶i ®a ®êng cong lùc c¶n tÝnh to¸n lªn ®å thÞ. Giao ®iÓm cña ® êng cong nµy víi ®êng cong lùc kÐo tíi h¹n sÏ x¸c ®Þnh ® îc tèc ®é lín nhÊt trong c¸c ®iÒu kiÖn ®· cho. Theo vÞ trÝ cña ®iÓm nµy ta cã thÓ t×m ® îc vßng quay cña chong chãng vµ c«ng suÊt cÇn thiÕt.

C¸nh chong chãng lµ mét b¶n máng h×nh xo¾n víi chiÒu dµy vµ ®é cong biÕn ®æi.

M Q

M X

M y

BÞ ngµm cøng vµo cñ vµ chÞu t¸c dông cña nhiÒu ngo¹i lùc. Trong sè c¸c ngo¹i lùc thêng gåm cã lùc thuû ®éng vµ lùc qu¸n tÝnh, vµ ®èi víi vµi lo¹i tµu cßn cã c¸c lùc t¬ng t¸c víi b¨ng. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc sau th©n tµu c¸c lùc t¸c dông lªn c¸nh thay ®æi trong suèt vßng quay cña chong chãng vµ c¸c biªn ®é tøc thêi cã thÓ vù¬t ®¸ng kÓ c¸c trÞ sè trung b×nh cña t¶i träng. Trong qu¸ tr×nh ®¶o chiÒu lùc vµ m«men t¸c dông lªn c¸nh còng cã thÓ v ît ®¸ng kÓ c¸c trÞ sè t¬ng øng ë c¸c chÕ ®é chuyÓn ®éng æn ®Þnh. Nh vËy, c¸c t¶i träng trªn c¸nh cã ®Æc tÝnh ®éng lùc häc, møc ®é ®éng lùc ®Æc biÖt cao khi lµm viÖc trong b¨ng.

M T

Díi t¸c dông cña hÖ c¸c ngo¹i lùc trong c¸nh sÏ xuÊt hiÖn t×nh tr¹ng øng suÊt phøc t¹p vµ biÕn ®æi theo thêi gian, t×nh tr¹ng ®ã ® îc x¸c ®Þnh b»ng øng suÊt uèn, xo¾n vµ kÐo. Nãi chung phÇn lín c¸c ph ¬ng ph¸p tÝnh

y H×nh 20.10. M«men uèn c¸nh chong chãng

1 cña

(

)

to¸n thùc tÕ søc bÒn c¸nh chong chãng ®· coi c¸nh chong chãng lµ mét dÇm ngµm cøng chÞu uèn díi t¸c dông cña c¸c lùc thuû ®éng vµ chÞu kÐo còng nh uèn díi t¸c dông cña c¸c lùc qu¸n tÝnh. XuÊt ph¸t tõ nh÷ng gi¶ thiÕt ®ã m«men uèn sinh ra bëi c¸c lùc ®Èy vµ c¸c m«men trªn trôc chong chãng ë mÆt c¾t n»m t¹i b¸n kÝnh r c¸nh cã thÓ viÕt díi d¹ng:

r 1

dT dr

r 1

(

)

(20.7.1) MT = (cid:242)

r 1

dQ rdr

r 1

(20.7.2) MQ = (cid:242)

C¸c ®¹i lîng dT/dr vµ dQ/dr n»m trong biÓu thøc d íi tÝch ph©n cã thÓ biÓu diÔn b»ng hÖ sè kh«ng thø nguyªn t¬ng øng ®· t×m ®îc khi tÝnh to¸n kiÓm tra. B©y giê ta xÐt mÆt c¾t cña c¸nh chong chãng (Xem H20.10) víi gi¶ thiÕt r»ng: trôc

2 T MM +

2 Q

M= (20.7.3)

lªn trôc xx ta cã: Mx = MT cosj + MQ sinj (20.7.4)

160

trong ®ã: j - gãc bíc. Ta còng chiÕu m«men ®ã lªn trôc yy, sÏ nhËn ®îc: My = MT sinj - MQ cosj (20.7.5) Gi¶ sö trôc trung hoµ cña mÆt c¾t lµ ® êng th¼ng ta t×m ®îc øng suÊt kÐo lín nhÊt díi t¸c dông cña c¸c m«men ®ã t¹i ®iÓm A:

M x + ) AW ( x

y AW ( ) y

(20.7.6) sA =

trong ®ã: ë mÉu lµ m«men chèng uèn cho ®iÓm A ®èi víi trôc xx, yy t¬ng øng. øng suÊt kÐo t¹i ®iÓm D vµ nÐn t¹i ®iÓm C x¸c ®Þnh b»ng c¸c ®¹i lîng:

)

M x (DW x

M x (CW x

(20.7.7) sD = sC =

trong c¸nh còng xuÊt hiÖn øng suÊt kÐo do lùc ly t©m ® îc t¹o nªn bëi phÇn c¸nh n»m ngoµi mÆt c¾t ®ang xÐt. Lùc ®ã x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

Fu = m [(W ruT)2 / ruT] = m 4p2 n2 ruT (20.7.8) trong ®ã: m - khèi lîng phÇn c¸nh n»m ngoµi mÆt c¾t ®ang xÐt; W - tèc ®é gãc

quay cña chong chãng; r uT - b¸n kÝnh träng t©m cña phÇn c¸nh n»m ngoµi mÆt c¾t ®ang xÐt. B¸n kÝnh ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng nh sau: r

Fu = 0,7 a Fu (20.7.10)

xÐt, ®èi víi pr«phin b×nh thêng nã cã thÓ lÊy b»ng 0,7be. NÕu ®êng sinh cña c¸nh cã ®é nghiªng th× lùc ly t©m sÏ sinh thªm m«men uèn bæ xung tÝnh theo c«ng thøc: M

trong ®ã: a - chuyÓn vÞ däc cña träng t©m c¸nh so víi träng t©m mÆt c¾t. Dùa vµo ph ¬ng ph¸p nãi trªn, b»ng c¸ch dïng thªm vµi gi¶ thiÕt bæ xung ng êi ta ®· ®a ra nhiÒu ph ¬ng ph¸p tÝnh søc bÒn kh¸c cho chong chãng, trong ®ã phæ biÕn nhÊt lµ ph¬ng ph¸p Taylo vµ R«mx¬n. TÊt c¶ c¸c ph ¬ng ph¸p nµy ®Òu dùa vµo viÖc ®¸nh gi¸ søc bÒn tÜnh cña c¸nh theo

)

øng suÊt lín nhÊt, trong ®ã ng êi ta lÊy t¶i träng trung b×nh sau mét vßng quay t¸c dông lªn chong chãng khi tµu chuyÓn ®éng lµm t¶i träng tÝnh to¸n.

)

(20.7.11)

HiÖn nay song song víi c¸c øng suÊt trung b×nh cßn cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc c¸c trÞ sè biªn ®é cña chóng sinh ra bëi ¶nh h ëng cña tr êng tèc ®é kh«ng ®Òu tíi lùc ®Èy cña chong chãng. Ph¬ng ph¸p nµy cho phÐp ®¸nh gi¸ kh«ng chØ søc bÒn tÜnh cña c¸nh mµ cßn vÒ ®é mái, v× c¸c øng suÊt mái lµ mèi nguy hiÓm chÝnh ®èi víi søc bÒn cña chong chãng. Theo ph ¬ng ph¸p nµy sù ph©n bè hÖ sè lùc ®Èy theo b¸n kÝnh cña c¸nh ph¶i t×m theo c«ng thøc gÇn ®óng: ( )( dKZ 1 1( trong ®ã: C - h»ng sè, cßn thµnh phÇn tiÕp tuyÕn ®îc tÝnh b»ng c«ng thøc:

Q rd

1 Z

J 2 ph 0

dK T rd sau khi thay c¸c c«ng thøc (20.7.12), (20.7.11) vµo (20.7.1) vµ (20.7.2) vµ tÝnh c¸c

(20.7.12)

)

T =

rG ( T H

r 1

)

M (20.7.13)

rG ( HQ

r 1

DnK T r 2 Z DnK Qr 2 2 Z

(20.7.14) MQ =

trong ®ã: GT vµ GQ (Xem H20.11).

161

H=0,2

0,3

0,4

H=0,2

0,3

0,4

H×nh 20.11. §å thÞ cña hµm sè GT, GQ

GT; GQ 0,5 0 0,5 1,0 Trong trêng hîp khi chØ h¹n chÕ viÖc ®¸nh gi¸ øng suÊt mÆt c¾t ë ch©n th× c«ng thøc hoµn toµn ®¬n gi¶n vµ chuyÓn sang d¹ng:

MT = (1/Z) 0,238 KT r n2 D5 (20.7.15) MQ = (1/Z) 0,670 KQ r n2 D5 (20.7.16) C¸c c«ng thøc nµy cho phÐp t×m ® îc c¸c trÞ sè trung b×nh cña m«men uèn sau mét vßng quay.

lùc ®Èy vµ m«men trong mét vßng quay cña chong chãng. Dùa vµo c¸c ® thÓ tÝnh c¸c trÞ sè biªn ®é dao ®éng cña c¸c hÖ sè lùc ®Èy vµ m«men cña chong chãng sau mét vßng quay:

)

DKT = (1/2) (KTmax - KTmin) (20.7.17) DKQ = (1/2) (KQmax - KQmin) (20.7.18) C¸c m«men uèn cña c¸c thµnh phÇn lùc biÕn ®æi khi chó ý ®Õn (20.7.15) vµ (20.7.16) ta cã:

rG ( T H

r 1

)

(20.7.19)

rG ( HQ

r 1

DnK rD T Z 2 DnK rD Q 2

(20.7.20)

Gi¶ thiÕt r»ng: c¸c øng suÊt sinh ra trong c¸nh khi cã t¸c dông cña c¸c t¶i träng biÕn ®æi th× cã thÓ biÓu diÔn c¸c øng suÊt sinh ra trong c¸nh thay ®æi theo chu tr×nh kh«ng ®èi xøng nµo ®ã lµ tæng øng suÊt trung b×nh cña chu tr×nh sm vµ øng suÊt biÕn ®æi chu kú víi biªn ®é sa

sin

s m

F u S

cos

sin

Chó ý tíi c«ng thøc (20.7.4) th× c¸c øng suÊt ®ã lµ: cos (20.7.21)

s a

+ W x D+ j W x

(20.7.22)

Lóc bÊy giê ®iÒu kiÖn vÒ søc bÒn tÜnh ®Ó ®¶m b¶o kh«ng cã biÕn d¹ng d cña vËt liÖu c¸nh cã thÓ viÕt theo d¹ng:

ss / nT ‡ sm + sa (20.7.23) trong ®ã: ss - giíi h¹n ch¶y cña vËt liÖu, n T - hÖ sè dù tr÷ bÒn, trÞ sè cña nã phô thuéc vµo vËt liÖu cña c¸nh vµ thay ®æi trong kho¶ng 3,1 ‚ 5,5. §iÒu kiÖn cña søc bÒn chu tr×nh cã chó ý ®Õn tÝnh kh«ng ®èi xøng cña chu tr×nh viÕt theo d¹ng:

162

‡

+ sss ma

2 a

s 1 -

(20.7.24) trong ®ã: s-1 - giíi h¹n dÎo cña vËt liÖu, n - hÖ sè dù tr÷ søc bÒn chu tr×nh, nã phô thuéc lo¹i vËt liÖu cña c¸nh vµ thay ®æi trong kho¶ng 3 ‚ 3,6.

Nh ®· nãi, ph ¬ng ph¸p nµy chØ ®¶m b¶o kÕt qña ®¸ng tin cËy cho c¸c chong chãng c¸nh hÑp, kÕt cÊu th«ng th êng. §èi víi c¸c chong chãng c¸nh réng trªn c¸c tµu cao tèc th× c¸ch tÝnh to¸n theo lý thuyÕt dÇm sÏ ®em l¹i nhiÒu sai lÇm kh¸ lín. VÝ dô, øng suÊt lín nhÊt kh«ng sinh ra ë mÆt c¾t ch©n c¸nh, nh ®· rót ra ® îc tõ lý thuyÕt dÇm mµ ë khu vùc cña c¸c mÐp ®¹p cña c¸nh, ë b¸n kÝnh t ¬ng ®èi r = 0,4 ‚ 0,8. §iÒu ®ã ®îc gi¶i thÝch nh sau: lý thuyÕt dÇm kh«ng xÐt tíi søc bÒn côc bé cña c¸nh chong chãng. §ã lµ c¸i cí ®Ó x©y dùng c¸c ph ¬ng ph¸p chÝnh x¸c khi dùa vµo viÖc ¸p dông lý thuyÕt vá máng hoÆc ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n. Trong c¶ hai tr êng hîp khi x¸c ®Þnh ngo¹i lùc cÇn ph¶i gi¶ thiÕt sù ph©n bè c¸c t¶i träng kh«ng nh÷ng theo b¸n kÝnh cña c¸nh chong chãng, mµ cßn ph¶i theo d©y cung, nghÜa lµ ®Ó tÝnh thuû ®éng lùc cÇn ph¶i lîi dông lý thuyÕt mÆt n©ng.

HiÖn nay, ng êi ta ¸p dông kh¸ réng r·i ph ¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n. Ph ¬ng ph¸p nµy cho phÐp t¹o ra d¹ng h×nh häc cña c¸nh kh¸ tØ mû vµ dÔ thùc hiÖn trªn m¸y vi tÝnh. Dùa vµo nã ng êi ta x©y dùng ® îc mét lo¹t c¸c ph ¬ng ph¸p tÝnh, ® îc ph©n biÖt víi nhau chñ yÕu b»ng d¹ng cña c¸c phÇn tö h÷u h¹n. Trong thùc tÕ phÇn tö h÷u h¹n kiÓu tam gi¸c ®îc sö dông réng r·i h¬n c¶.

‡

A 2

b D

§Ó tÝnh søc bÒn tÜnh cña c¸nh chong chãng nªn sö dông c¸c c«ng thøc gÇn ®óng cña V.M Lavrentiªp ®Ò x íng, nã dùa vµo viÖc kiÓm tra søc bÒn tÜnh cña c¸nh chong chãng theo gi¶ thiÕt t¶i träng chØ ph©n bè theo b¸n kÝnh cña c¸nh. Theo V.M Lavrentiªp søc bÒn tÜnh cña c¸nh ® îc ®Æc tr ng b»ng bÊt ®¼ng thøc sau:

01,0 3

s 2

trong ®ã: A - ®Æc trng cña c¸c kÝch thíc bÒn vµ b»ng trÞ sè lín nhÊt trong c¸c trÞ sè sau:

A P

01,0 3

(20.7.25)

A d

s 2 d

(20.7.26)

= trong ®ã: sp, sd - t¬ng øng lµ øng suÊt kÐo vµ nÐn. d - chiÒu dµy t¬ng ®èi cña mÆt c¾t c¸nh. m - hÖ sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn khai th¸c vµ giao ®éng trong kho¶ng 1,15 ‚ 2,0. TrÞ sè nhá cho tµu biÓn b×nh th êng, trÞ sè lín cho tµu ho¹t ®éng trong vïng cã b¨ng.

C¸c hÖ sè kP, kd lÊy theo sè liÖu trong b¶ng 20.4

B¶ng 20.4. C¸c hÖ sè kP, kd dïng ®Ó tÝnh søc bÒn c¸nh chong chãng

r kP kd

0,2 244 320 0,3 211 274 0,4 169 225 0,5 122 164 0,6 80 111 0,7 46 65 0,8 20,5 29,5

163

B¶ng 9.5. C¬ tÝnh vËt liÖu ®Ó chÕ t¹o chong chãng

VËt liÖu

Giíi h¹n bÒn, N/mm2 438 585 Giíi h¹n ch¶y, N/mm2 224 438 Giíi h¹n mái, N/mm2 78 - 39 175 - 88

438 195 107 - 83

605 242 147 - 130

605 605 685 215 272 292 175 175 - 165 175 - 165 ThÐp cacbon ThÐp kh«ng gØ Hîp kim §ång - Mangan thÐp 55 - 3 - 1 Hîp kim §ång - Mangan thÐp 67 - 5 - 2 - 2 §ång thanh Niken - Nh«m Mangan - Nh«m: Heba - 60 Heba - 70

164

21.1. Lîng tiªu thô n¨ng lîng cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c ph¬ng ph¸p gi¶m nã.

ThiÕt bÞ ®Èy biÕn n¨ng l îng c¬ häc truyÒn vµo nã thµnh n¨ng l îng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cã liªn quan ®Õn c¸c tæn thÊt khi biÕn n¨ng l îng còng nh khi cã sù t ¬ng t¸c gi÷a thiÕt bÞ ®Èy víi th©n tµu. V× vËy hiÖu suÊt ®Èy vÒ nguyªn t¾c kh«ng v ît qu¸ 80%; cßn ®èi víi c¸c thiÕt bÞ ®Èy nÆng t¶i cã thÓ chiÕm 50%; tõ 20 ‚ 50% n¨ng lîng truyÒn vµo thiÕt bÞ ®Èy ®Òu bÞ bá phÝ. Nh ®· thÊy tõ lý thuyÕt thiÕt bÞ ®Èy lý t ëng vµ chong chãng nguån tæn thÊt chÝnh

khi thiÕt bÞ ®Èy lý t ëng ®éc lËp lµm viÖc lµ nh÷ng tæn thÊt ®Ó t¹o ra tèc ®é c¶m øng (tæn thÊt c¶m øng), mµ trÞ sè cña chóng phô thuéc vµo hÖ sè t¶i träng vµ sù ph©n bè tèc ®é c¶m øng trªn ®Üa thiÕt bÞ ®Èy; còng nh c¸c tæn thÊt pr«phin sinh ra do ¶nh h ëng cña chÊt láng nhít ®èi víi dßng bao c¸nh vµ cñ. HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy (Xem H21.1) ®ãng vai trß chñ yÕu

®èi víi trÞ sè tæn thÊt. Khi hÖ sè t¶i träng rÊt bÐ th× c¸c tæn thÊt c¶m øng rÊt thÊp vµ nguån tæn thÊt chÝnh lµ tæn thÊt pr«phin. Khi hÖ sè t¶i träng lín, vai trß chÝnh lµ tæn thÊt ®Ó t¹o ra tèc ®é c¶m øng híng tµu. §êng cong tæng tæn thÊt cã ®iÓm cùc tiÓu ®¹t ®îc khi thiÕt bÞ ®Èy cã t¶i träng tèi u, mµ trong tr êng hîp nµy hiÖu suÊt lµm viÖc lín nhÊt.

îng Tõ lý thuyÕt thiÕt bÞ ®Èy vµ chong chãng ta thÊy r»ng ®Ó t¹o ra lùc ®Èy (lùc kÐo) chØ cÇn tèc ®é c¶m øng híng trôc do ®ã tæn thÊt ®Ó t¹o ra nã lµ tæn thÊt kh«ng thÓ tr¸nh. TÊt c¶ c¸c nguån tæn thÊt cßn l¹i ®Òu lµ nh÷ng tiªu phÝ cña nguån n¨ng l truyÒn vµo chong chãng. Tríc hÕt tæn thÊt híng trôc cã thÓ gi¶m xuèng

b»ng c¸ch gi¶m hÖ sè t¶i träng cña thiÕt bÞ ®Èy. §Ó gi¶m tæn thÊt c¶m øng ng êi ta cè thiÕt kÕ nh÷ng chong chãng cã ®êng kÝnh tèi u. H×nh 21.1. C¸c tæn thÊt phô thuéc vµo hÖ sè t¶i tÝnh theo lùc ®Èy. HiÖu suÊt lµm viÖc còng cã thÓ t¨ng lªn b»ng

c¸ch bè trÝ chong chãng trong nh÷ng thiÕt bÞ ®Æc biÖt - ®¹o l u, mµ hiÖn nay ® îc sö dông réng r·i trªn c¸c tµu. L îng tæn thÊt do xo¾n dßng ch¶y cã thÓ gi¶m ®¸ng kÓ b»ng c¸ch cã thÓ sö dông mét cÆp chong chãng ®ång trôc quay ng îc chiÒu nhau. HiÖn nay ngêi ta ¸p dông phÇn ®u«i ®Æc biÖt kh«ng ®èi xøng ®Ó ®ång thêi gi¶m ® îc tæn thÊt do xo¾n dßng. §Ó gi¶m tæn thÊt pr«phin cÇn ph¶i hÕt søc chó ý ®Õn viÖc chän pr«phin cña c¸nh vµ chÊt lîng gia c«ng bÒ mÆt c¸nh chong chãng. Chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu ph¶i l u ý tíi viÖc thiÕt kÕ, bè trÝ c¶ hÖ thèng nh»m n©ng cao hiÖu suÊt ¶nh hëng cña th©n tµu.

=h H

1 i

t1 - W1 - T

(21.1.1)

165

§iÒu nµy cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸ch gi¶m hÖ sè hót t vµ tËn dông hÕt møc n¨ng lîng cña dßng theo. Tr íc hÕt viÖc ®ã vÉn ®¹t ® îc b»ng c¸ch thiÕt kÕ tin cËy phÇn ®u«i; chän d¹ng c¸c s ên ®u«i vµ lÆp ghÐp hîp lý hÖ thiÕt bÞ ®Èy – b¸nh l¸i – th©n tµu, mµ tríc tiªn lµ chän khe hë gi÷a chong chãng víi th©n tµu, còng nh víi b¸nh l¸i. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ng êi ta ¸p dông c¸c thiÕt bÞ h íng dßng ®Æc biÖt kiÓu c¸nh ph¼ng l¾p trªn th©n tµu phÝa tr íc chong chãng vµ cã hiÖu qu¶ nhÊt lµ trªn c¸c tµu l¾p hai chong chãng.

21.2. ViÖc ¸p dông chong chãng cã ®êng kÝnh t¨ng thªm khi vßng quay gi¶m xuèng.

YÕu tè kh¸c cã t¸c dông tèt tíi hiÖu suÊt ¶nh h ëng cña th©n tµu lµ ®Æt c¸c chong chãng cña tµu hai trôc gÇn mÆt ph¼ng ®èi xøng vµ ¸p dông s¬ ®å c¸c chong chãng phñ lÉn nhau ®Ó cã thÓ lîi dông hÕt møc n¨ng lîng cña dßng theo.

Khi thiÕt kÕ chong chãng viÖc lùa chän vßng quay hîp lý cña chong chãng ®Æc biÖt ®èi víi nh÷ng tµu l¾p ®éng c¬ ®èt trong, th êng gÆp mèi quan hÖ phøc t¹p gi÷a c«ng suÊt ®éng c¬ vµ vßng quay cña nã, v× nã cho phÐp truyÒn trùc tiÕp c«ng suÊt vµo chong chãng. Trong nhiÒu tr êng hîp huynh h íng ®ã dÉn ®Õn chong chãng cã hÖ sè t¶i träng lín, hiÖu suÊt lµm viÖc vµ hiÖu suÊt ®Èy t ¬ng øng thÊp. Trong nh÷ng tr êng hîp nµy cã thÓ t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc b»ng c¸ch t¨ng ® êng kÝnh chong chãng, ®ång thêi gi¶m vßng quay cña nã ®Ó cã thÓ n©ng cao hiÖu qu¶ cña thiÕt bÞ ®Èy b»ng c¸ch gi¶m hÖ sè t¶i träng. Tuy nhiªn l¹i gÆp ph¶i vÊn ®Ò b¶o vÖ chong chãng cã ® êng kÝnh lín ®Ó kh«ng khÝ

H×nh 21.2. S¬ ®å vßm ®u«i cña tµu. kh«ng thÓ lät vµo c¸nh, ®Æc biÖt ®èi víi nh÷ng tµu cã chiÒu ch×m h¹n chÕ vµ khi tµu ch¹y ë chÕ ®é d»n. §Ó phßng tr¸nh hiÖn t îng ®ã ng êi ta ph¶i chÕ t¹o nh÷ng vßm ®u«i cã h×nh d¸ng ®Æc biÖt, mét trong c¸c ph ¬ng ph¸p ®ã (Xem H21.2). ë ®©y chong chãng n»m trong hÇm mµ khi chong chãng lµm viÖc toµn bé thÓ tÝch cña hÇm ngËp ®Çy n íc, mµ dßng n íc ch¶y vµo sÏ ch¶y tõ d íi ®¸y lªn, nªn tr¸nh ® îc kh«ng khÝ tõ mÆt tho¸ng lät vµo hÇm. Gi¶i ph¸p kÕt cÊu ®ã lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc phøc t¹p lµ v× khi t¨ng ® êng kÝnh chong chãng vµ thay ®æi h×nh d¸ng phÇn

const

4 T

(21.2.1)

Chong chãng ®îc thiÕt kÕ theo lùc ®Èy ®· biÕt, nh ®· tr×nh bµy, tho¶ m·n: Tõ ®ã ta thÊy r»ng khi lùc ®Èy ®· biÕt T sù thay ®æi vßng quay khi thay ®æi ® êng kÝnh kh«ng thÓ tuú tiÖn vµ ph¶i x¸c ®Þnh theo c«ng thøc n/n 0 = 1/(D/D 0)2. ë ®©y D0 vµ n0 lµ ®êng kÝnh vµ vßng quay ban ®Çu. ViÖc tho¶ m·n ®iÒu kiÖn nµy sÏ ®¶m b¶o cã hiÖu suÊt lµm viÖc lín nhÊt.

Nh c¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh tµu tù ch¹y b»ng viÖc l¾p c¸c chong chãng cã ® êng kÝnh kh¸c nhau cho biÕt, lîng t¨ng hiÖu suÊt ®Èy kh«ng tu©n theo lîng t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng, mµ tõ tõ gi¶m xuèng vµ ®¹t ®Õn giíi h¹n khi D/D 0 nµo ®ã phô thuéc vµo tÝnh chÊt thay ®æi cña hÖ sè t ¬ng t¸c (hÖ sè hót liªn tôc t¨ng, hÖ sè

166

dßng theo cã chiÒu h íng æn ®Þnh). Do t¨ng lùc c¶n cña tµu v× h×nh d¹ng phÇn ®u«i thay ®æi nªn viÖc t¨ng hiÖu suÊt ®Èy chØ cã thÓ x¶y ra tíi mét giíi h¹n nµo ®ã.

HiÖu qu¶ ¸p dông chong chãng vßng quay thÊp phô thuéc vµo trÞ sè ban ®Çu cña hÖ sè t¶i träng C TAo. ChØ cã thÓ ®¹t ® îc lîng gi¶m c«ng suÊt râ rÖt trong trêng hîp khi CTAo > 3,0 (Xem H21.3). C¸c thÝ nghiÖm cho thÊy r»ng chong chãng tèi u khi

xÐt ®Õn sù t ¬ng t¸c khi D/T » 0,70 ‚ 0,75 vµ hÖ sè t¶i träng CTA » 1,5 ‚ 2,0.

21.3. ViÖc gi¶m tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n.

Do gi¶m vßng quay cña chong chãng m«men xo¾n t¨ng lªn nªn cÇn ph¶i t¨ng ® êng kÝnh cña chong chãng vµ thay ®æi kÕt cÊu cña èng bao trôc vµ sèng ®u«i; khèi lîng chong chãng vµ trôc t¨ng lªn, còng nh t¨ng thªm chÊn ®éng phÇn ®u«i th©n tµu. TÊt c¶ ®Òu cÇn cã sù gia c«ng kÕt cÊu cÈn thËn vµ lµnh nghÒ trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o chong chãng. H×nh 21.3. Lîng tiÕt kiÖm c«ng suÊt khi thay ®æi ®êng kÝnh chong chãng

íc. Nhê bé ®iÒu khiÓn ®Æc biÕt H×nh 21.4. C¸c chong chãng ®ång trôc quay ngîc chiÒu nhau.

Nh c¸c ®ît nghiªn cøu ®· nªu, c¸c tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy 12 ‚ 18% (cã xÐt c¶ ¶nh h ëng ®é nhít cña chÊt láng). Cã thÓ gi¶m ®¸ng kÓ l îng tæn thÊt ®ã b»ng c¸ch ¸p dông mét cÆp c¸c chong chãng ®ång trôc tr¸i chiÒu nhau (Xem H21.4). Mçi chong chãng cña cÆp n»m riªng mét trôc sao cho trôc chong chãng sau lång qua trôc ®Æc cña chong chãng tr m«men xo¾n cña ®éng c¬ ® îc truyÒn sao cho c¸c chong chãng quay ng îc chiÒu nhau (mét quay ph¶i, mét quay tr¸i). Lùc ®Èy cña c¶ hÖ sÏ b»ng tæng lùc ®Èy cña tõng chong chãng.

So víi chong chãng ®¬n chiÕc c¸c chong chãng ®ång trôc ®· lµm gi¶m ®¸ng kÓ ®é xo¾n cña dßng ch¶y. C«ng suÊt cÇn thiÕt gi¶m xuèng 7% hoÆc t¨ng tèc ®é cña tµu lªn 0,5 h¶i lý.

H×nh 21.5. Chong chãng ®èi dßng quay tù do. Ph¬ng ph¸p kh¸c lµ dùa vµo viÖc ®Æt ®»ng sau chong chãng mét chong chãng ®èi dßng quay tù do víi ®êng kÝnh lín h¬n ® êng kÝnh cña chong chãng chÝnh (Xem H21.5). Chong chãng ®èi dßng ph¶i thiÕt kÕ sao cho nã n»m trong dßng ch¶y cña chong chãng lµm viÖc nh mét tuèc bin v× chong chãng ®èi dßng quay theo t¸c dông cña dßng ch¶y vµo nã, cßn c¸c phÇn c¸nh n»m phÝa ngoµi dßng ch¶y cña chong chãng t¹o lªn lùc ®Èy bæ xung (Xem H21.5). Khi chong chãng ®èi dßng lµm viÖc ë chÕ ®« tuèc bin c¸c tèc ®é c¶m øng tiÕp tuyÕn híng vÒ phÝa ngîc chiÒu víi c¸c tèc ®é chÝnh cña chong chãng. §Ó lîi dông hÕt n¨ng l îng cña dßng theo trªn

nh÷ng tµu hai chong chãng cã thÓ ¸p dông c¸c chong chãng chång dßng (Xem H21.6). C¸c chong chãng ®ã ®Æt lÖch nhau. ViÖc ¸p dông chong chãng chång dßng cho phÐp tiÕt kiÖm ® îc c«ng suÊt tíi

H×nh 21.6. S¬ ®å chong chãng chång dßng.

167

¬ng ¸n bè trÝ hai trôc vµ tíi 7% trªn c¸c tµu 13 ‚ 15% trªn c¸c tµu cì lín theo ph nhanh.

Ngoµi ra viÖc ®Æt c¸c trôc gÇn nhau cã thÓ chÕ t¹o hÖ tuèc bin hai trôc vµo thµnh mét tæ, tõ ®ã cho phÐp t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc cña hÖ lªn 4 ‚ 5% gi¶m träng lîng cña hÖ c¬ khÝ xuèng 10 ‚ 15%.

S¬ ®å bè trÝ c¸c chong chãng kiÓu nµy cã nh îc ®iÓm lµ c¸c chong chãng lµm viÖc trong dßng rÊt kh«ng ®ång nhÊt, nÕn cã thÓ t¨ng c¸c lùc chu kú vµ g©y nguy hiÓm x©m thùc cho chong chãng sau.

168

Ch¬ng 22 Chong chãng trong ®¹o lu

22.1. C¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña hÖ chong chãng - ®¹o lu.

Nh»m n©ng cao hiÖu suÊt cña chong chãng khi nã lµm viÖc víi t¶i träng trung b×nh vµ lín ngêi ta sö dông réng r·i hÖ chong chãng - ®¹o lu cè ®Þnh hoÆc xoay.

§¹o lu lµ mét c¸nh h×nh vßng bao lÊy chong chãng vµ c¸c c¸nh dÉn h íng dßng ch¶y (Xem H12.6).

H×nh 22.1. Pr«fin vµ c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc c¬ b¶n cña ®¹o lu.

MÆt c¾t däc ®¹o l u lµ mét pr«phin thuû ®éng (Xem H22.1), mÆt låi cña nã h íng vµo phÝa trong ®¹o l u. C¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña ®¹o lu: ®êng kÝnh DD vµ b¸n kÝnh R D x¸c ®Þnh theo mÆt c¾t hÑp nhÊt cña nã; chiÒu dµi ®¹o lu lD; ®êng kÝnh mÆt c¾t cöa vµo D DE vµ cöa ra DDR; chiÒu dµy lín nhÊt cña pr«phin ®¹o lu tDmax vµ gãc më cöa ra cña ®¹o l u g; kho¶ng c¸ch tõ mÐp cöa vµo cña pr«phin ®¹o lu ®¹o l u tíi mÆt ®Üa cña chong chãng l DE; khe hë gi÷a ®Ønh c¸nh chong chãng vµ thµnh trong ®¹o lu D = RD - R, (R – lµ b¸n kÝnh cña chong chãng). §Ó ®¸nh gi¸ ¶nh h ëng cña c¸c yÕu tè h×nh häc cña ®¹o l u tíi c¸c ®Æc tÝnh thuû

DE D

( D=b D , chiÒu dµi t ¬ng ®èi cña ®Üa chong chãng víi mÐp vµo

, chiÒu dµi t ¬ng ®èi cña ®¹o l , hÖ sè më ra

DE l

®éng lùc cña c¶ hÖ ng êi ta sö dông c¸c th«ng sè kh«ng thø nguyªn: hÖ sè më vµo ( DR D D=a Dl D

t=d D

maxD

l = D t¬ng ®èi lín nhÊt cña pr«phin trßn

u , chiÒu dµy , chiÒu dµi t ¬ng ®èi cña ®o¹n h×nh trô

DC l

l C¸c ®Æc tÝnh h×nh häc kh«ng thø nguyªn cña ®¹o lu thêng thay ®æi trong c¸c giíi

375,0

125,0

35,0

32,1

39,1

12,1

‚

maxD

l D . 15,1 Chong chãng n»m trong mÆt c¾t hÑp nhÊt cña ®¹o l u víi khe hë nhá, cô thÓ trÞ sè

trung b×nh cña D/R = 1,0 ‚ 1,4%.

§¹o lu th êng ngµm cøng vµo th©n tµu, trong tr êng hîp nµy gäi lµ ®¹o l u cè ®Þnh. §¹o lu quay còng ®îc ¸p dông réng r·i, nã lµm thiÕt bÞ ®Èy ®ång thêi thay thÕ b¸nh l¸i cña tµu vµ lµ bé phËn ®iÒu khiÓn tµu.

22.2. C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc, ®éng lùc häc, c¬ thuû häc cña hÖ chong chãng - ®¹o lu.

ViÖc ¸p dông chong chãng ®Æt trong ®¹o l u dïng cho c¶ cho ®u«i vßm. §¹o l u ¬ng thêng ®îc chÕ t¹o b»ng thÐp tÊm ® îc hµn l¹i thµnh vá vµ cã c¸c khung x ngang däc cña ®¹o lu. §èi víi tµu nhá ®«i khi ®¹o lu ®îc lµm b»ng gç.

Khi chong chãng lµm viÖc trong ®¹o l u ë giíi h¹n qui ®Þnh, hiÖu suÊt lµm viÖc cña c¶ hÖ sÏ cao h¬n hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng ®¬n ®éc. Mçi phÇn tö cña ®¹o l u

169

17%. ChÝnh nh÷ng ®iÒu ®ã mµ ®¹o l u kh«ng nh÷ng ®îc ¸p dông réng r·i trªn c¸c tµu kÐo, ®¸nh c¸ mµ c¶ trªn c¸c tµu hµng cì lín. íc

v D nD

( W1v - nD

Th«ng sè ®éng häc c¬ b¶n mµ chÕ ®é lµm viÖc cña hÖ phô thuéc vµo ®ã lµ b tiÕn t¬ng ®èi cña hÖ JD ®îc x¸c ®Þnh theo tèc ®é tÞnh tiÕn cña hÖ so víi chÊt láng: ) (22.2.3)

Trong ®ã: v – tèc ®é cña tµu; W D – hÖ sè dßng theo tÝnh to¸n x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm.

§Æc tÝnh ®éng lùc cña hÖ gåm lùc ®Èy cña hÖ T T, lùc ®Èy cña chong chãng T vµ lùc ®Èy cña ®¹o lu TD. (22.2.4) T T = T + TD = T(1+tD)

tD = TD/T – gäi lµ hÖ sè hót cña ®¹o lu. Khi hÖ lµm viÖc sau th©n tµu lùc c¶n cña tµu t¨ng thªm mét l îng b»ng lùc hót DR,

(22.2.5)

1 -=

thùc vËy T T = TE + DR Trong ®ã: TE – lùc kÐo cã Ých. Khi cã sù t¬ng t¸c gi÷a hÖ víi th©n tµu, hÖ sè hót ®îc tÝnh nh sau:

T E TT +

TT - T T

(22.2.6)

(22.2.7)

R D T T Tõ ®ã cã thÓ nhËn ®îc: HiÖu qu¶ sö dông c«ng suÊt truyÒn vµo chong chãng ® îc x¸c ®Þnh b»ng hiÖu suÊt

T T = TE/(1 - tT) T E = TT(1 - tT) = T(1 + tD)(1 - tT)

lµm viÖc trong níc tù do cña hÖ.

vT DT Q W T

(22.2.8)

(

QvT= E

h D

( ) vTT + D n2Q p Trong ®ã: QT – m«men xo¾n trªn chong chãng khi lµm viÖc trong ®¹o lu. HiÖu suÊt ®Èy cña hÖ chong chãng - ®¹o lu - th©n tµu ®îc tÝnh theo c«ng thøc: Trong ®ã: QTB – m«men xo¾n trªn chong chãng khi hÖ lµm viÖc sau th©n tµu. Khi chó ý ®Õn mèi quan hÖ gi÷a v vµ vD, gi÷a TE vµ T ta nhËn ®îc:

(22.2.9)

h D

hh HD

1 i

t1 - T W1 -

D W1 -

(22.2.10)

( t1 -

) (

=h HD

2 Dnr

¶nh hëng cña trêng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu tíi m«men cña chong chãng. C¸c ®Æc tÝnh cña hÖ ®îc biÓu diÔn díi d¹ng kh«ng thø nguyªn, b»ng c¸ch chia tÊt

c¶ c¸c lùc cho víi m«men cho , ta cã:

(22.2.11) K TT = KT + KTD = KT(1 + tD)

Trong ®ã: KT – hÖ sè lùc ®Èy cña chong chãng; KTD – hÖ sè lùc ®Èy cña ®¹o lu. HiÖu suÊt cña hÖ:

K K

+ K

J D 2 p

6,0

(22.2.12)

l D =

C¸c c«ng thøc trªn ®Òu x¸c ®Þnh b»ng thÝ nghiÖm. H×nh 22.4 tr×nh bµy c¸c kÕt qu¶ thÓ hÖ ®éc lËp trong níc tù do. Ngêi ta thö hai chong chãng víi Z = 4; A E/A0 = 0,55; P/D = 0,8 vµ 1,2 trong ®¹o lu ; a = 1,32; b = 1,12.

171

H×nh 22.4. C¸c ®êng cong lµm viÖc cña hÖ chong chãng- ®¹o lu trong níc tù do

22.3. §Æc ®iÓm thiÕt kÕ hÖ chong chãng - ®¹o lu.

hÖ chong chãng- ®¹o lu chong chãng ®¬n ®éc

HiÖn nay ngêi ta ¸p dông ba ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hÖ chong chãng ®¹o lu: Theo kÕt qu¶ thö hµng lo¹t c¸c m« h×nh cña hÖ trong n íc tù do cã c¸c ®Æc ®iÓm h×nh häc vµ kÕt cÊu kh¸c nhau.

Theo c¸c ®å thÞ thö hµng lo¹t m« h×nh chong chãng lµm viÖc ®éc lËp. Theo lý thuyÕt xo¸y. Trong môc nµy ta chØ xÐt ph¬ng ph¸p thø nhÊt. Ngêi ta ®· x©y dùng ®îc c¸c ®å thÞ dµnh cho viÖc thiÕt kÕ chong chãng - ®¹o l u ®Ó x¸c ®Þnh c¸c phÇn tö tèi u cña hÖ ®Èy, t ¬ng tù nh c¸c ®å thÞ cña chong chãng tù do.

H×nh 22.5 tr×nh bµy theo kÕt qu¶ thö hÖ trong n íc tù do cã A E/A0 = 0,58, tû sè bíc thay ®æi tõ 0,7 ‚ 1,5, c¸nh chong chãng h×nh l ìi ®ao, khe hë t ¬ng ®èi b»ng 0,01; hÖ sè lùc ®Èy KTT = KT + KTD phô thuéc JD khi tû sè bíc P/D cè ®Þnh.

H×nh 22.5. §å thÞ ®Ó tÝnh c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña hÖ chong chãng- ®¹o lu Z = 4; A E/Ao = 0,58; l D = 0,60; a = 1,32; b = 1,12; l DE/lD = 0,35; l DC/lD = 0,19; dD = 0,125

172

H×nh 22.6 tr×nh bµy cho ®¹o l u vµ nhãm chong chãng ®ã, trªn ®ã cã vÏ ® êng

cong hÖ sè hót tD cña ®¹o lu.

H×nh 22.5. §å thÞ ®Ó tÝnh hÖ sè hót tD cña hÖ chong chãng- ®¹o lu

Z = 4; A E/Ao = 0,58; l D = 0,60; a = 1,32; b = 1,12; l DE/lD = 0,35; l DC/lD = 0,19; dD = 0,125

§Ó t×m ®êng kÝnh tèi u hoÆc vßng quay tèi u cña chong chãng trªn ®å thÞ cßn

Dv D

T T

K K

(22.3.1) ,

T T

( v

)

(22.3.2) ,

cã c¸c ®êng Dopt vµ nopt. C¸c trÞ sè tÝnh to¸n: ®Ó tÝnh nopt ®Ó tÝnh Dopt. C¸c hÖ sè t¬ng t¸c cho kÕt qu¶ kh¸ chÝnh x¸c trong qu¸ tr×nh thö m« h×nh. Trong c¸c giai ®o¹n thiÕt kÕ ban ®Çu ta cã thÓ sö dông:

(22.3.3)

W D = 0,7WT; tT = 0,7t khi g ≤ 300; W D = 0,8WT; tT = t khi g > 300;

khi

j = 5 ‚ 100; (22.3.4) j = 10 ‚ 150;

§èi víi tµu mét trôc: §èi víi tµu hai trôc: WD = (1,1 ‚ 1,2)WT; tT = t WD = (1,1 ‚ 1,2)WT; tT = (1,1 ‚ 1,15)t khi ë ®©y: g - gãc gi÷a tiÕp tuyÕn víi nh¸nh ® êng níc ®u«i vµ mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu n¬i ®Æt ®¹o l u; j - gãc gi÷a trôc ®¹o l u vµ tiÕp tuyÕn víi ® êng c¾t däc t¹i n¬i ®Æt ®¹o lu; hÖ sè iQ ®îc lÊy b»ng 30.

(22.3.5)

Lùc kÐo cã Ých TE vµ tèc ®é v cña tµu theo quan hÖ: T E = TE/(1 – tT); vD = v(1 – WD); §èi víi hÖ chong chãng - ®¹o l u nªn lÊy D opt nhá nhÊt nÕu ® îc, cßn n opt – lín nhÊt.

W1 -

(22.3.6) D opt = vD/(nJD) hoÆc nopt = vD/(DJD)

[ ( t1 -

] OD ) h

vT E

h D

P D

; (22.3.7) Trªn ®å thÞ ta x¸c ®Þnh ®îc J; P/D vµ JOD ®Ó cã thÓ tÝnh: vµ cuèi cïng tÝnh hiÖu suÊt ®Èy, còng nh c«ng suÊt tiªu thô: ) (

173

T¬ng tù cã thÓ gi¶i ® îc bµi to¸n chän c¸c yÕu tè tèi u cña chong chãng trong ®¹o lu t×m tèc ®é lín nhÊt cña tµu khi sö dông hÕt c«ng suÊt dù kiÕn.

C;C14,12,1

5,2

Sù x©m thùc cña chong chãng trong ®¹o l u phô thuéc vµo h×nh d¸ng cña ®¹o l u vµ t¶i träng cña hÖ. §èi víi nh÷ng ®¹o l u dïng cho tµu cao tèc th êng hÖ sè t¶i träng u so víi CTT = 2 ‚ 3 c¸c ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn x©m thùc cña chong chãng trong ®¹o l chong chãng ®éc lËp hÇu nh gièng nhau. Khi C TT ≤ 2,2 kh¶ n¨ng x©m thùc ®èi víi chong chãng trong ®¹o l u dÔ dµng h¬n, nªn cÇn t¨ng tû sè ®Üa cho chong chãng trong ®¹o lu so víi chong chãng ®éc lËp. Khi C TT > 3,0 kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn x©m thùc gi¶m bít nªn cã thÓ gi¶m tû sè ®Üa cña chong chãng trong ®¹o lu. §èi víi nh÷ng t¶i träng t ¬ng ®èi bÐ tû sè ®Üa cña chong chãng trong ®¹o l u cã

(

)

s 0

thÓ t×m theo c«ng thøc gÇn ®óng: = (22.3.8)

STv

Sv b»ng c¸ch sö dông c¸c chong

HÖ chong chãng ®¹o l u ®· cã thªm b íc tiÕn míi b»ng c¸ch ¸p dông nh÷ng ®¹o lu kh«ng ®èi xøng trôc (mÐo). C¬ së tÝnh to¸n lý thuyÕt cho lo¹i nµy ® îc B.K. Турdалб x©y dùng. Trªn nh÷ng ®¹o l u nµy mçi mét phÇn tö cña mÆt c¾t ® îc ®Æt nghiªng víi trôc chong chãng mét gãc riªng cã trÞ sè phô thuéc vµo tr êng tèc ®é t¹i n¬i ®Æt ®¹o lu. H×nh d¹ng mÆt c¾t cöa vµo vµ ra gÇn gièng enlÝp, trong ®ã trôc lín cña cöa vµo ®Æt vu«ng gãc víi mÆt ph¨ng ®èi xøng cña tµu; trôc lín cña cöa ra vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®êng níc. Lo¹i ®¹o lu nµy lµm ®ång ®Òu ®¸ng kÓ tr êng tèc ®é theo chu vi, nhê ®ã gi¶m ® îc hÖ sè hót cña hÖ vµ chñ yÕu gi¶m ® îc c¸c lùc vµ m«men chu kú t¸c dông lªn chong chãng. CÇn chó ý r»ng ®¹o l u cã nhiÒu nh îc ®iÓm trong khai th¸c. §Æc biÖt khi rªu hµ

b¸m ®¹o l u, chong chãng nhanh chãng trë thµnh nÆng t¶i, kÌm theo gi¶m hiÖu suÊt lµm viÖc cña hÖ, gi¶m vßng quay cña chong chãng vµ tèc ®é cña tµu. Khi hÖ lµm viÖc gÇn mÆt tho¸ng cã thÓ g©y nªn x©m thùc khÝ quyÓn cho ®¹o l u, nghÜa lµ kh«ng khÝ lät vµo chong chãng. §¹o lu gi¶m kh¶ n¨ng ®iÒu ®éng tµu, nhÊt lµ khi ch¹y lïi. êi ta Trong nh÷ng n¨m gÇn ®ay ng

a. b. H×nh 22.7. S¬ ®å bè trÝ ®¹o lu tríc chong chãng

cßn ¸p dông trªn c¸c tµu, trong sè ®ã cã c¶ nh÷ng tµu cì lín c¸c ®¹o l u ®Æt tríc chong chãng. Mét trong c¸c s¬ ®å ®ã (Xem H22.7.a). §¹o l u tr íc chong chãng n©ng cao ® îc hiÖu suÊt ®Èy nhê u t¹o ra, cã lùc ®Èy bæ xung do ®¹o l b»ng c¸ch gi¶m lùc c¶n th©n tµu do c¶i thiÖn ®îc dßng bao phÇn ®u«i tµu vµ san ®Òu ®îc dßng ch¶y vµo chong chãng. ViÖc l¾p ®Æt ®¹o l u tr íc chong chãng cho phÐp tiÕt kiÖm ® îc 5 ‚ 7% c«ng suÊt. Ngoµi ra ë phÇn gi÷a ®¹o l u kh«ng bÞ rç do c¸c xo¸y ®Ønh (Xem H22.7.b). Tuy u cã kÕt cÊu vËy hiÖu qu¶ cña chóng nãi chung thÊp h¬n hiÖu qu¶ cña nh÷ng ®¹o l th«ng thêng.

174

Tµi liÖu tham kh¶o

1. СПРАВОЦНИК ПО ТЕОРИИ КОРАБЛЯ – 1 Я.И. ВОЙТKУНСКИЙ 2. СОПРОТИВ1ЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ CYДОВ Я.И. ВОЙТКУНСКИЙ 3. СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ А.А. РУСЕЦKИЙ Л.C. AЧKИHAДЗE 4. ТЕOPИЯ И PACЦET ГPEБHЫX BИHTOB A.M. БACИH

175