ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 11

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

121
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lực cản chuyển động của tàu cánh ngầm và tàu đệm khí Chuyển động của tàu trên các cánh ngầm có thể thực hiện ở những vận tốc lớn, khi lực nâng thuỷ động Rz sinh ra trên các cánh đủ để thắng trọng l ợng tàu đ a tàu sang chế độ chuyển động, mà ở đó chỉ có các cánh, cột chống, bánh lái, chong chóng bị ngập trong n ớc, còn thân tàu ở trên mặt n ớc. Khi chuyển động trên cánh sau khi thân tàu nhô lên khỏi mặt n ớc thì mặt ớt sẽ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 11

Ch ¬ng 11 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu c¸nh ngÇm vµ tµu ®Öm khÝ ChuyÓn ®éng cña tµu trªn c¸c c¸nh ngÇm cã thÓ thùc hiÖn ë nh÷ng vËn tèc lín, khi lùc n©ng thuû ®éng Rz sinh ra trªn c¸c c¸nh ®ñ ®Ó th¾ng träng l îng tµu ® a tµu sang chÕ ®é chuyÓn ®éng, mµ ë ®ã chØ cã c¸c c¸nh, cét chèng, b¸nh l¸i, chong chãng bÞ ngËp trong n íc, cßn th©n tµu ë trªn mÆt n íc. Khi chuyÓn ®éng trªn c¸nh sau khi th©n tµu nh« lªn khái mÆt n íc th× mÆt ít sÏ kh«ng lín l¾m, lùc c¶n ®¬n vÞ gi¶m ®¸ng kÓ so víi tµu l ít. 2 R/D 10 1 20 2 3 15 4 10 5 0 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Fr = v gL H×nh 11.1. Lùc c¶n ®¬n vÞ. 1.- tµu næi tÜnh 2.- tµu l ít kh«ng bËc 3.- tµu l ít cã bËc 4.- tµu c¸nh ngÇm Khi tÝnh Fr cho tµu c¸nh ngÇm ta ph¶i lÊy chiÒu dµi b»ng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸nh mòi vµ c¸nh ®u«i. Tõ h×nh 11.1 chøng tá tµu c¸nh ngÇm cã chÊt l îng thuû ®éng cao nhÊt. TÝnh ®i biÓn cña tµu c¸nh ngÇm cao h¬n tµu l ít v× nã cã thÓ gi¶m hoÆc tr¸nh ® îc sù va ®Ëp cña sãng. Khi tµu chuyÓn ®éng trªn s«ng víi vËn tèc 50  80 km/h sãng sinh ra kh«ng ®¸ng kÓ vµ kh«ng lµm sãi lë bê s«ng. KÕt cÊu cña c¸c c¸nh cña tµu c¸nh ngÇm cã thÓ chia thµnh: - C¸nh ngÇm s©u - C¸nh ngÇm c¹n - C¸nh c¾t mÆt tho¸ng. 77
a) c) d) b) H×nh 11.2. S¬ ®å c¸c c¸nh ngÇm. C¸c c¸nh ngÇm s©u th êng lµ c¸c c¸nh cã ®iÒu khiÓn ®Ó thay ®æi gãc , b»ng c¸ch quay c¸c c¸nh t¹o lùc n©ng cÇn thiÕt tuú theo chÕ ®é chuyÓn ®éng cña tµu, ®iÒu nµy hÕt søc quan träng khi tµu ch¹y trªn sãng (Xem H11.2.c,d). C¸c c¸nh ngÇm c¹n cã chiÒu s©u t ¬ng ®èi h/b < 15 (Xem H11.2.a) ®Ó ®¶m b¶o lùc n©ng kh«ng ®æi. C¸c c¸nh ngÇm c¾t mÆt tho¸ng (Xem H11.2.b) ®¶m b¶o lùc n©ng kh«ng ®æi, gãc gÊp cña c¸nh 30  35o ®Ó lùc n©ng thay ®æi nhÞp nhµng. §Ó c¶i thiÖn kh¶ n¨ng di ®éng trªn sãng th× trªn c¸c tµu cã c¸nh ngÇm ngËp s©u (Xem 11.2.c,d) cÇn ph¶i t¨ng kho¶ng c¸ch gi÷a th©n tµu vµ c¸nh. C¸c pr«fin cña c¸nh ngÇm chän sao cho ®¶m b¶o chÊt l îng thuû ®éng cao, trÞ sè Cy ®ñ lín, tr¸nh x©m thùc. Th êng c¸nh cña c¸c tµu c¸nh ngÇm cã c¸c d¹ng sau: a) b) c) H×nh 11.3. S¬ ®å pr«fin c¸nh cña tµu c¸nh ngÇm. C¸c pr«fin m¶nh trßn (Xem H11.3.a) dïng cho c¸nh ngÇm c¹n C¸c pr«fin ph¼ng låi (Xem H11.3.b) dïng cho tµu cã vs  60 hlý/h C¸c pr«fin h×nh nªm (Xem H11.3.c) cho chÊt l îng thuû ®éng cao h¬n d¹ng b×nh th êng tõ 20  40% vµ cho phÐp tr¸nh x©m thùc. Däc theo chiÒu dµi tµu th êng ®Æt hai c¸nh, ®ã lµ c¸nh mòi vµ c¸nh ®u«i. Th©n tµu ph¶i cã h×nh d¸ng thÝch hîp ®Ó dÔ chuyÓn vµo chuyÓn ®éng trªn c¸c c¸nh vµ ®¶m b¶o tÝnh ®i biÓn tèt nªn ng êi ta sö dông d¹ng h«ng nhän g·y gãc, ®«i khi ®¸y cã nh¶y bËc. Lùc c¶n cña tµu c¸nh ngÇm bao gåm c¸c thµnh phÇn sau: lùc c¶n c¸nh RKP, lùc c¶n phÇn nh« RAP vµ lùc c¶n cña kh«ng khÝ RAA. R = RKP + RAP + RAA. 78
Trong ®ã: lùc c¶n c¸nh ngÇm ® îc x¸c ®Þnh: RKP = RV + RW + Ri + Rc. §Ó gi¶m lùc c¶n nhít RV th× bÒ mÆt cña c¸nh ph¶i ® îc gia c«ng tèt, nghÜa lµ bÒ mÆt ph¶i nh½n thuû ®éng. vËn tèc lín th× lùc c¶n sãng RW kh«ng ®¸ng kÓ (®ã lµ u ®iÓm cña tµu c¸nh ngÇm). Lùc c¶n c¶m øng Ri phô thuéc chiÒu dµi t ¬ng ®èi cña c¸nh  = l2/S còng nh sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a c¸c c¸nh. §Ó gi¶m Ri ng êi ta lÊy  = 4  6. Lùc c¶n x©m thùc chØ t¨ng khi cã hiÖn t îng t¸ch dßng bao x©m thùc cña c¸c c¸nh. C¸c thµnh phÇn lùc c¶n ® îc ph©n chia (Xem H11.4) 2 R/D 10 4 12 9 2 3 6 1 3 0 vS 10 20 30 H×nh 11.4. C¸c thµnh phÇn lùc c¶n 1.- lùc c¶n th©n tµu 2.- lùc c¶n c¸c c¸nh 3.- lùc c¶n phÇn nh« 4.- lùc c¶n kh«ng khÝ Gãc chói cña tµu (Xem H11.5) 0 3 2 1 0 vS 10 20 30 -1 H×nh 11.5. S¬ ®å gãc chói cña tµu phô thuéc vËn tèc vs. Khi FrV = 1,5  1,8 tµu ch¹y trªn c¸nh mòi. Ta ph¶i cã l îng dù tr÷ c«ng suÊt ®ñ lín ®Ó v ît qua ® îc gå trªn ® êng cong lùc c¶n. Khi FrV = 2,25 th©n tµu t¸ch ph¶i mÆt n íc vµ chuyÓn vµo chÕ ®é chuyÓn ®éng trªn c¸c c¸nh. Khi FrV = 2,5  3,0 ® êng cong lùc c¶n cã ®iÓm cùc tiÓu øng víi chÊt l îng thuû ®éng tèt nhÊt. C¸c cét gi÷ c¸nh c¾t mÆt tho¸ng chän d¹ng pr«fin ®èi xøng vµ ®Çu nhän. Sù ph©n bè t¶i träng gi÷a c¸c c¸nh cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c¸ch lËp ph ¬ng tr×nh c©n b»ng ®¬n gi¶n lùc vµ m« men cña c¸c lùc ®ã víi ®u«i côt cña tµu. RyH + RyK = D; RyHH + RyKK = D Trong ®ã: - kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu tíi ®u«i côt H- kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu tíi mÐp tr íc c¸nh mòi 79
K- kho¶ng c¸ch tõ träng t©m tµu tíi mÐp tr íc c¸nh ®u«i RyH vµ RyK- lùc n©ng thuû ®éng trªn c¸nh mòi vµ ®u«i D- träng l îng tµu. Tõ c¸c ph ¬ng tr×nh trªn gÇn ®óng ta cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc diÖn tÝch cña c¸nh mòi SH vµ ®u«i SK. C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc c¬ b¶n cña c¸c c¸nh ngÇm lµ c¸c hÖ sè lùc c¶n C vµ hÖ sè lùc n©ng Cy, chÊt l îng thuû ®éng k = Cy/ Cx, hÖ sè ¸p suÊt P trªn mÆt hót vµ ®¹p cña pr«fin c¸nh, h íng lùc n©ng kh«ng ® îc x¸c ®Þnh qua gãc o t¹o víi d©y cung b cña pr«fin, h×nh d¹ng c¸nh ë h×nh chiÕu n»m chiÒu dµi t ¬ng ®èi  = l/b, trÞ sè Re, ®é ngËp s©u t ¬ng ®èi h  h / b , sè Fr = v/ gb hoÆc FrH = v/ gh vµ sè x©m thùc . H×nh ¶nh dßng bao c¸nh d íi mÆt tho¸ng nh sau: Khi FrH  1 trªn mÐp sau cña c¸nh xuÊt hiÖn mét trôc bät t ¬ng tù nh n íc nh¶y, ® îc sinh ra khi dßng ch¶y qua vËt ch¾n n»m trong lßng s«ng hë, t¹i ®©y trÞ sè lùc n©ng kh«ng æn ®Þnh vµ lùc c¶n sãng t¨ng cao nhÊt. Khi FrH > 1 sau c¸nh xuÊt hiÖn mét con sãng thoai tho¶i (Xem H11.6) y h x A-A v Frh > 1 y z A x l b A H×nh 11.6 Khi Fr > 5  6 mÆt n íc lâm xuèng kÌm theo c¸c r×a mÐp d©ng lªn, khi ®ã hÖ sè Cykh«ng phô thuéc Fr. B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh x©m thùc lµ sù xuÊt hiÖn c¸c ®iÓm t¸ch chÊt láng trong dßng ch¶y gÇn bÒ mÆt vËt thÓ khi vËn tèc chuyÓn ®éng lín. C¸c ®¶o bät h×nh thµnh trªn mÆt vËt chøa ®Çy h¬i n íc vµ khÝ hçn hîp tõ n íc t¸ch ra. p suÊt trong d¶i bät gÇn b»ng ¸p suÊt h¬i n íc b·o hoµ Pv ë nhiÖt ®é ®· cho. HiÖn t îng x©m thùc xuÊt hiÖn khi sè x©m thùc  = | P min| vµ vËn tèc lµ vK. Trong ®ã: P min- hÖ sè ¸p suÊt tèi thiÓu trªn mÆt vËt thÓ. 80
v I C,C y v Cy II v C III v  IV III-II I IV H×nh 11.7. S¬ ®å xuÊt hiÖn x©m thùc vµ c¸c hÖ sè C, Cy phô thuéc theo nã. ViÖc ¸p dông nguyªn t¾c chuyÓn ®éng cña tµu trªn ®Öm kh«ng khÝ kh«ng nh÷ng cho phÐp gi¶m ® îc lùc c¶n mµ cßn lµm cho tµu ch¹y nhanh. Trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng tµu hoµn toµn c¸ch ly khái mÆt mÆt n íc, nªn nã cã kh¶ n¨ng chuyÓn ®éng trªn mÆt n íc rÊt c¹n, trªn bïn, ®Êt kh« vµ b¨ng. §Öm khÝ lµ mét vïng ¸p suÊt lín kÝ hiÖu lµ Pn, ® îc h×nh thµnh d íi ®¸y tµu, nã cho phÐp tµu t¸ch ly hoµn toµn, hoÆc mét phÇn n íc, vµ cã thÓ bay liÖng trªn mÆt n íc, mÆt ®Êt. HiÖn nay ng êi ta ¸p dông hai nguyªn t¾c t¹o ®Öm khÝ, ®ã lµ: buång khÝ vµ vßi phun (Xem H11.8). N¨m 1935 ®· ® a ra vµ ¸p dông thµnh c«ng s¬ ®å kiÓu buång khÝ. ¸p suÊt Pn trong ®Öm ® îc t¹o nªn b»ng c¸ch cÊp kh«ng khÝ vµo buång ë d íi th©n tµu, sau ®ã kh«ng khÝ tho¸t khái buång qua khe hë gi÷a th©n tµu vµ mÆt n íc. §Öm khÝ nµy t¸ch biÖt víi m«i tr êng lµ nhê cã mét phÇn th©n tµu mang chøc n¨ng tÊm che ch¾n. S¬ ®å vßi phun- Kh«ng khÝ ® îc cÊp vµo buång ph©n phèi tõ ®ã c¸c luång kh«ng khÝ tho¸t ra c¸c vßi phun n»m theo chu vi ®¸y t¹o thµnh vïng ¸p suÊt cao Pn. C¸c tµu kiÓu buång cã L/B = 1,5  2,7 vµ khèi l îng tíi 300T, sè Fr tÝnh theo chiÒu dµi ®Öm nhá h¬n 2,0 vµ ¸p suÊt trong ®Öm Pn = (1000  4000) N/m2. 81
a) Pn b) H×nh 11.8. Nguyªn lý t¹o ®Öm khÝ a.- kiÓu buång b.- kiÓu vßi phun Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu kiÓu buång sinh ra bëi ¸p suÊt vµ c¸c øng suÊt tiÕp t¸c dông lªn th©n tµu. C¸c ¸p suÊt nµy ®Òu ra bëi luång kh«ng khÝ phÝa ngoµi, trong ®Öm, trong c¸c èng dÉn khÝ. Lùc c¶n kh«ng khÝ RAA víi hÖ sè CAA = f(Re). Do cÊp kh«ng khÝ b»ng qu¹t ®Ó t¹o ra vµ duy tr× ®Öm kh«ng khÝ nªn cßn xuÊt hiÖn lùc c¶n xung cña kh«ng khÝ RI = AvQ. Trong ®ã: Q- l u l îng kh«ng khÝ do qu¹t t¹o nªn. HÖ sè lùc c¶n xung x¸c ®Þnh theo diÖn tÝch Sn cña ®Öm, ® îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc CI = 2Q/ vSn. ChuyÓn ®éng cña ®Öm khÝ, còng cã nghÜa lµ chuyÓn ®éng cña vïng ¸p suÊt cao trªn mÆt n íc vµ lµ nguyªn nh©n g©y ra hÖ thèng sãng nªn xuÊt hiÖn lùc c¶n sãng RW, nã truyÒn cho th©n tµu nhê viÖc ph©n phèi l¹i ¸p suÊt trong ®Öm vµ lµm tµu chói, víi gãc chói di ®éng lµ . TrÞ sè RW phô thuéc L/B, sè Fr, chiÒu s©u luång l¹ch H. Trong n íc c¹n khi Fr  1 th× RW t¨ng ®¸ng kÓ. Tæng lùc c¶n cña tµu ®Öm khÝ: R = RAA + RI + RW + RR H×nh 11.9. TØ lÖ c¸c thµnh phÇn lùc c¶n kiÓu buång. Khi gãc  bÐ lµ CAA = (0,1  0,2) RW + RR = RHD- lùc c¶n thuû ®éng. Theo kÕt qu¶ thö m« h×nh th×: RHDH = RHDM/k3. 82
H×nh 11.10. S¬ ®å lùc vµ m« men t¸c dông lªn tµu ®Öm khÝ kiÓu buång. RHD + RAA + RI = R = - T MHD + MAA + MI + MD = TZT §Æc tr ng tµu ®Öm khÝ kiÓu phun L/B = 2  8 Khi L/B = 2  2,5 th× Fr < 2, 0 tÝnh theo chiÒu dµi ®Öm Khi L/ B > 5 th× Fr =0,6  0,8 Lùc c¶n ® îc chia thµnh: lùc c¶n sãng cña ®Öm RW, lùc c¶n phÇn nh« RAP, lùc c¶n kh«ng khÝ RAA, lùc c¶n xung RI do qu¹t giã sinh ra ®Ó duy tr× ®Öm. Lùc c¶n ®¬n vÞ (Xem H11.11). H×nh 11.11. C¸c thµnh phÇn lùc c¶n ®¬n vÞ cña tµu ®Öm khÝ. 83
84