ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 2

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

142
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lực cản nhớt Khi tàu chuyển động trong chất lỏng nhớt với số Re lớn, do ảnh h ởng của độ nhớt nên cấu của dòng chảy ở vùng gần bề mặt vật thể gọi là lớp biên. Chiều dày lớp biên ? tăng dần từ đầu về đuôi vật thể. Cấu trúc lớp biên và những hiện t ợng xảy ra trong đó làm thay đổi lực cản nhớt một cách đáng kể.

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 2

Ch ¬ng 2 Lùc c¶n nhít Khi tµu chuyÓn ®éng trong chÊt láng nhít 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 líp biªn  t¨ng dÇn tõ ®Çu vÒ ®u«i vËt thÓ. CÊu tróc líp biªn vµ nh÷ng hiÖn t îng x¶y ra trong ®ã lµm thay ®æi lùc c¶n nhít mét c¸ch ®¸ng kÓ. Líp biªn kÕt thóc ®Òu ®Æn ë phÝa ®u«i hoÆc bÞ t¸ch ë bÒ mÆt vËt thÓ, song c¶ hai tr êng hîp kÓ trªn phÝa sau vËt thÓ sÏ t¹o thµnh mét vïng luång ch¶y, ®uîc gäi lµ vïng vÕt thuû ®éng häc. Trong vïng nµy ng êi ta ®Æt chong chãng, b¸nh l¸i cña tµu mét chong chãng. ngoµi vïng líp biªn vµ vÕt thuû ®éng häc lùc nhít kh«ng ®¸ng kÓ cã thÓ ® îc bá qua vµ coi nã nh luång ch¶y cña chÊt láng kh«ng nhít. §Æc tr ng c¬ b¶n cña líp biªn lµ chiÒu dµy líp biªn , lµ kho¶ng c¸ch ®o theo ph ¬ng ph¸p tuyÕn víi bÒ mÆt cña vËt thÓ mµ t¹i ®ã thµnh phÇn däc cña vËn tèc ®¹t tíi 99,5% so víi trÞ sè vËn tèc cña luång ngoµi t¹i ®iÓm ®ã cña vËt thÓ. T¹i mét tiÕt diÖn cña líp biªn vËn tèc trªn mÆt vËt b»ng kh«ng do ®iÒu kiÖn dÝnh nhít. Trong líp biªn vËn tèc t¨ng dÇn tõ mÆt vËt ra biªn ngoµi. NÕu b¸n kÝnh cong cña vËt thÓ lµ lín vµ chiÒu dµy líp biªn t ¬ng ®èi nhá 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: Líp biªn ph¼ng xuÊt hiÖn trong tr êng hîp ch¶y bao c¸c vËt thÓ cã kÝch th íc lín vu«ng gãc víi ® êng sinh cña chóng (tÊm, c¸nh, trô) Líp biªn kh«ng gian xuÊt hiÖn trong tr êng hîp ch¶y bao c¸c vËt thÓ trßn xoay vµ th©n tµu. Trong tr êng hîp ch¶y bao vËt thÓ trßn xoay líp biªn ®èi xøng víi trôc cña vËt thÓ. §Ó m« t¶ líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc ta dïng hai to¹ ®é x, y, h íng cña trôc x däc theo bÒ mÆt cña vËt thÓ, h íng cña trôc y theo ph ¬ng ph¸p tuyÕn víi mÆt vËt thÓ, nghÜa lµ vx = f(y). Ch¶y bao vËt th©n tµu xuÊt hiÖn líp biªn ba chiÒu (kh«ng gian) cã cÊu tróc luång ch¶y kh¸c nhiÒu so víi líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc. Trong líp biªn ph¼ng hoÆc ba chiÒu xuÊt hiÖn luång ch¶y tÇng hoÆc rèi. Luång ch¶y rèi ®Æc tr ng cho tµu thùc vµ m« h×nh cña nã. ChiÒu dµy líp biªn , c¸c ®Æc tr ng tÝch ph©n * vµ ** x¸c ®Þnh tõ sù ph©n bè vËn tèc vx = f(y)   ,  v *   1  x    v 0    (2.1.1)  ,  vx  vx   * *   1   dy   v v 0    23
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. ** - ChiÒu dµy tæn thÊt xung, tØ lÖ thuËn víi tæn thÊt ®éng l îng cña dßng ch¶y ®Ó th¾ng lùc nhít ë líp biªn vµ øng suÊt tiÕp xuÊt hiÖn trªn bÒ mÆt vËt thÓ. C¸c sè R©ynol t¹i mét tiÕt diÖn cña líp biªn cã thÓ viÕt: v v * v * * Re   ; Re *  ; Re* *  (2.1.2)    C¸c trÞ sè cña chóng sÏ ¶nh h ëng ®Õn sù chuyÓn tiÕp tõ ch¶y tÇng sang ch¶y rèi ë líp biªn. ChiÒu dµy líp biªn  t¨ng dÇn tõ ®Çu tíi ®u«i vËt. Dï vËn tèc ë biªn ngoµi lµ kh«ng ®æi th× sè Re däc theo vËt thÓ vÉn t¨ng lªn. Do vËy ë ®Çu vËt thÓ, ®Æc biÖt khi vËn tèc kh«ng lín sè Re sÏ nhá ®iÒu ®ã dÉn ®Õn sÏ duy tr× mét vïng ch¶y tÇng. Khi bao mÆt cong xuÊt hiÖn sù gi¶m ¸p suÊt däc theo vËt thÓ nÕu ®é sôt däc cña ¸p P P suÊt däc theo líp biªn lµ ®¸ng kÓ th× ë vïng ®u«i vËt thÓ, n¬i mµ ( > 0) cã thÓ x x cã hiÖn t îng ®øt dßng. P sau ®iÓm cã = 0 c¸c phÇn tö cña chÊt láng ë trong líp biªn do t¨ng ¸p suÊt x mµ chóng chuyÓn dÞch vÒ phÝa ®u«i víi gia tèc ©m. v x sau ®iÓm = 0 khi y = 0 do ¸p suÊt ë phÝa ®u«i t¨ng lªn lµm xuÊt hiÖn dßng y ch¶y ng îc. § êng 1 (H 2.1) biÓu thÞ mÆt ph©n c¸ch chÌn Ðp líp biªn khái mÆt vËt thÓ v x = 0 vµ theo c«ng thøc Niut¬n o = 0 sÏ x¸c ®Þnh ® îc ®iÓm t¸ch cña víi ®iÒu kiÖn y líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc. H×nh 2.1. S¬ ®å t¸ch líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc. Líp biªn ba chiÒu trong tr êng hîp ch¶y bao th©n tµu cã cÊu tróc phøc t¹p h¬n, cã xuÊt hiÖn dßng ch¶y phô vu«ng gãc víi ® êng dßng cña luång ngoµi biªn kh«ng nhít. VËn tèc vz do ®é cong cña vá tµu vµ ¶nh h ëng cña sù tôt ¸p theo ph ¬ng ngang cña ® êng dßng. 24
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 ng suÊt tiÕp o t¹i mÆt vá tµu h íng däc theo ® êng dßng vµ luång ngoµi th©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 tÊm ph¼ng ® îc bao b»ng dßng chÊt láng theo h íng däc, ®Æc biÖt tÊm kh«ng cã l îng tôt ¸p däc theo bÒ mÆt, ®iÒu ®ã gi¶n ®¬n ® îc phÐp tÝnh líp biªn 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¸ch kh¸ ®¬n gi¶n c«ng thøc chung ®Ó tÝnh to¸n lùc c¶n ma s¸t cña tÊm nhê c¸c ®Æc tÝnh cña líp biªn ë mÐp sau cña tÊm ph¼ng ®ã. L R Fo    o dx (2.2.1) 0 Trong ®ã: o - øng suÊt tiÕp trªn bÒ mÆt cña tÊm L - chiÒu dµi cña tÊm 2  d  **    o  v  (2.2.2) dx    VËy: L R Fo  v 2  d** .dx  v 2 ** (2.2.3) K 0 d** dv S   o2  0 , voy = 0 vµ vS = v lóc ®ã §èi víi tÊm ph¼ng rÊt máng dx dx v 25
HÖ sè lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng ® îc x¸c ®Þnh: 2** 2R C Fo  2Fo  K (2.2.4) L v L BiÓu thøc (2.2.3) vÉn ®óng cho mäi chÕ ®é dßng ch¶y trong líp biªn vµ m« t¶ lùc c¶n ma s¸t cña mét phÝa tÊm th«ng qua chiÒu dµy tæn thÊt xung ** t¹i mÐp sau cña tÊm. * Khi ch¶y tÇng c¸c ®Æc tÝnh trong líp biªn ® îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c c«ng thøc sau: v 3 x *   5,2 ;  = 0,332; ** = 0,128; o = 0,332 v x Khi sö dông (2.2.2) ta cã thÓ nhËn ® îc c«ng thøc cña BLASINS x¸c ®Þnh hÖ sè lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng 1,328 C Fo  (2.2.5) Re Trong ®ã: vL Re =  Tõ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm cho c¸c trÞ sè Re < 2,5.105 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. * TÝnh to¸n lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng trong líp biªn ch¶y rèi trªn suèt chiÒu dµi tÊm liªn quan ®Õn viÖc chän gÇn ®óng quy luËt ph©n bè vËn tèc trung b×nh theo thêi gian trong líp biªn, ng êi ta nhËn ® îc hÖ thøc ®¬n gi¶n nhÊt, song còng phæ biÕn nhÊt khi sö dông d¹ng luü thõa: n vx  y     ; n  0,5H  1 vS    Trong ®ã: H(f) - phô thuéc vµo ph ¬ng ph¸p xÊp xØ quy luËt ph©n bè vËn tèc trong líp biªn * theo sè Re, n gi¶m tõ 1  1 th× H = ** 7 11  f - th«ng sè h×nh d¹ng cña líp biªn nã ®Æc tr ng cho sù ¶nh h ëng cña gradien ¸p suÊt däc: 2  dv  f =  **     dx  NÕu lÊy n = 1 th× : 11 1 7 1   0,217 x   ; **  0,0705; C f  0,00655 Re* * 6  xv  vµ kÕt hîp víi (2.2.4) ta cã: CFo = 0,0307Re-1/7 (2.2.6) Tæng qu¸t nhÊt lµ dßng ch¶y rèi trong líp biªn cã quy luËt ph©n bè vËn tèc d¹ng loga C«ng thøc tho¶ m·n kÕt qu¶ Cf = (2lgRex - 0,65)-2,3 ® îc viÕt d íi d¹ng: 0,455 C Fo  (2.2.7) lg Re 2,58 26
(2.2.7) ® îc gäi lµ c«ng thøc PRANTO - SLICHTING C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña CACMAN thùc hiÖn vµ x©y dùng theo m« h×nh tr êng vËn tèc t ¬ng tù ®· ® îc SENHE ® a ra c«ng thøc: 0,242  lgRe C Fo  (2.2.8) C Fo N¨m 1957 kho¸ häp vÒ c¸c bÓ thö VIII ng êi ta ®· x©y dùng ® îc c«ng thøc 0,075 C Fo  (2.2.9) lg Re 22 Theo khuyÕn nghÞ cña Héi nghÞ Quèc tÕ vÒ c¸c bÓ thö nªn ¸p dông c«ng thøc (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 vËt thÓ x¸c ®Þnh th× tuú thuéc vµo viÖc ®Þnh h íng nã theo ph ¬ng cña dßng ch¶y mµ cã thÓ trë thµnh d¹ng dÔ tho¸t n íc hoÆc khã tho¸t n íc. nh÷ng vËt thÓ dÔ tho¸t n íc th× dßng bao quanh sÏ tr«i ch¶y mét c¸ch ªm ®Òm khái mÐp sau cña phÇn ®u«i vµ t¹o ra vÕt thuû ®éng häc. Trong vÕt thuû ®éng häc nµy tuy rèi nh ng kh«ng chøa c¸c xo¸y lín rêi r¹c. VËt thÓ lo¹i nµy lµ c¸c c¸nh, vËt thÓ trßn xoay. §Æc ®iÓm chÝnh cña vËt thÓ dÔ tho¸t n íc lµ thµnh phÇn lùc c¶n h×nh d¸ng trong lùc c¶n nhít th êng kh«ng lín. R Ta xÐt lùc c¶n nhít cña vËt thÓ h×nh c¸nh cã diÖn tÝch S: C V  2 V v 2S R vµ cña tÊm ph¼ng t ¬ng ® ¬ng víi nã: C V  C Fo  2 Fo v 2S Trong ®ã: mÆt ít cña tÊm:  = 2S NÕu lµ tÊm th×: vK = v,   * *   K * * , do ®ã: 2 , 5 0 , 5 H K CV  * *  v SK  2 K   (2.3.1) C Fo  KT * *  v  2, 5 0 , 5 H  * *  v SK  K §¹i l îng   1  k   K    KT * *  v  VËy R C V  2 2V  C Fo   C Fo 1  k   (2.3.2) v  Cßn ®èi víi c¸nh th× R C V  2 V  2C Fo 1  k   v 2S 27
Trong ®ã: k = -1 ® îc gäi lµ hÖ sè h×nh d¸ng, nã xÐt ®Õn lùc c¶n h×nh d¸ng cña vËt thÓ còng nh ¶nh h ëng cña ®é cong bÒ mÆt ®èi víi lùc c¶n ma s¸t, v× thÕ k cã thÓ biÓu diÔn d íi d¹ng: (2.3.3) k = kVP + kF C«ng thøc (2.3.2) biÓu diÔn mèi quan hÖ afin vÒ lùc c¶n nhít 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: CVP = CFokVP; CF = CFo(1 + kF) (2.3.4) HÖ sè h×nh d¸ng k hoµn toµn phô thuéc vµo h×nh d¹ng cña vËt thÓ Trong dßng bao vËt thÓ khã tho¸t n íc x¶y ra hiÖn t îng t¸ch líp biªn vµ h×nh thµnh vïng cã chøa c¸c xo¸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¸ch biªn cè ®Þnh x¶y ra t¹i c¸c mÐp nhän hoÆc gãc nhän vµ kh«ng phô thuéc vµo trÞ sè Re cña dßng ch¶y (ch¼ng h¹n c¸c ®Üa trßn, tÊm ch÷ nhËt n»m ngang 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¶n nhít cña vËt thÓ khã tho¸t n íc th× thµnh phÇn lùc c¶n h×nh d¸ng ®ãng vai trß chñ yÕu. ViÖc tÝnh to¸n lùc c¶n nhít cña vËt thÓ khã tho¸t n íc b»ng lý thuyÕt lµ mét bµi to¸n phøc t¹p, vËy viÖc ¸p dông ph ¬ng tr×nh Naviª- Stèc chØ cã thÓ thùc hiÖn ® îc trong tr êng hîp cho dßng ch¶y tÇng vµ sè Re bÐ Re < 103, song nã vÉn bÞ h¹n chÕ bëi khèi l îng bé nhí cña c¸c m¸y tÝnh ®iÖn tö (bëi v× bµi to¸n cã liªn quan ®Õn viÖc 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 ¶nh xuÊt hiÖn kh«ng æn ®Þnh cña kÕt cÊu dßng ch¶y o = tv/b trong ®ã b - chiÒu réng cña vËt thÓ. Lùc c¶n nhít cña tµu RV bao gåm lùc c¶n ma s¸t RF, lùc c¶n h×nh d¸ng RVP vµ lùc c¶n c¶m øng Ri. Tuy nhiªn Ri ® îc ghÐp vµo RVP v× Ri xuÊt hiÖn lµ do c¸c xo¶y däc mòi tµu vµ ®u«i bëi hiÖn t îng t¸ch líp biªn. Lùc c¶n ma s¸t RF phô thuéc vµo sù ph©n bè cña øng suÊt tiÕp o trªn th©n tµu. Lùc c¶n nµy chÞu ¶nh h ëng cña ®é cong däc vµ cong ngang th©n tµu. TÊt c¶ c¸c hiÖn t îng ®ã lµm biÕn ®æi côc bé øng suÊt tiÕp so víi quy luËt t ¬ng øng cña tÊm ph¼ng khi sè Re b»ng nhau. Lùc c¶n nµy ® îc m« t¶ ë h×nh vÏ (Xem H 2.4) 28
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 kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña SIRE vµ STIN th× hÖ sè ma s¸t côc bé Cf cho tÊm ph¼ng I vµ th©n tµu ë tÊt c¶ c¸c trÞ sè Fr vµ Re Ýt lÖch so víi tÊm ph¼ng t ¬ng ® ¬ng. KÕt qu¶ tÝnh líp biªn ba chiÒu cho th©n tµu còng vËy. §iÒu nµy t¹o c¬ së cho viÖc tÝnh to¸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 ®Õn ¶nh h ëng cña ®é cong bÒ mÆt vá tµu b»ng kho¶ng 0,02  0,06 vµ kh«ng phô thuéc vµo sè Re. Lùc c¶n h×nh d¸ng RVP sinh ra bëi ¶nh h ëng cña líp biªn ®èi víi quy luËt ph©n bè ¸p suÊt trªn th©n tµu, nã phô thuéc vµo c¸c d¹ng t¸ch líp biªn, 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¸ng th©n tµu vµ kh«ng phô thuéc vµo sè Re khi chuyÓn kÕt qu¶ tõ m« h×nh sang tµu thùc. Ta dïng kh¸i niÖm hÖ sè h×nh d¸ng k = kF + kVP. VËy CV = CFo(1 + k ) B Theo PRAVIN: khi
Trªn bÒ mÆt vá tµu lu«n lu«n cã chi chÝt c¸c ®iÓm gå ghÒ kh«ng b»ng ph¼ng vµ ®«i khi cã ¶nh h ëng ®¸ng kÓ tíi lùc c¶n. NÕu chiÒu cao c¸c ®iÓm gå ghÒ rÊt nhá so víi chiÒu dµy líp biªn t¹i ®iÓm ®ã th× ng êi ta ® a ra kh¸i niÖm 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¸m chung ® îc ph©n bè hÇu nh ®ång ®Òu trªn suèt bÒ mÆt vá tµu, cßn ®é nh¸m côc bé lµ nh÷ng chç nh« ra, thôt vµo lÎ tÎ n»m ®¬n ®éc hoÆc thµnh nhãm trªn bÒ mÆt vá tµu. Trªn c¸c tµu thùc, ®é nh¸m chung lµ ®é nh¸m cña vá bao ® îc sinh ra bëi c¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu vµ ®Æc ®iÓm xö lý vËt liÖu, còng nh tÝnh chÊt vµ ph ¬ng ph¸p t¹o ra c¸c líp phñ b¶o vÖ, ®Æc biÖt lµ s¬n. Ngoµi ra, cßn do møc ®é gîn sãng vµ låi lâm nh¨n nheo cña t«n vá sinh ra trong qu¸ tr×nh ®ãng míi th©n tµu. Cßn ®é nh¸m côc bé sinh ra bëi c¸c mèi hµn, c¸c tÊm c¸c ®o¹n gå ghÒ, nh÷ng chç lâm s©u, c¸c lç khoÐt cè ®Þnh. M« h×nh tµu còng nh c¸c tÊm ph¼ng dïng ®Ó thÝ nghiÖm trong bÓ thö hoÆc trong èng khÝ ®éng th× bÒ mÆt ® îc xö lý nh½n ®Õn møc ®é nh¸m hÇu nh kh«ng ¶nh h ëng tíi lùc c¶n, nghÜa lµ m« h×nh ® îc xem nh bÒ nh½n thuû ®éng. §é nh¸m chung cña bÒ mÆt kh«ng quÐt s¬n phô thuéc vµo vËt liÖu vµ møc ®é xö lý vËt liÖu ®ã. §é nh¸m cña bÒ mÆt mµ trªn ®ã cã líp phñ còng phô thuéc vµo kÕt cÊu cña bÒ mÆt tr íc khi phñ, d¹ng líp phñ (s¬n) vµ ph ¬ng ph¸p phñ. Trong qu¸ tr×nh khai th¸c tµu hoÆc thÝ nghiÖm m« h×nh ®é nh¸m cã thÓ thay ®æi do líp phñ bÞ ph¸ huû, bÞ ¨n mßn, rç bÒ mÆt, xuÊt hiÖn ë ®ã nh÷ng vÕt nhµy 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 thêi gian dµi khai th¸c. 30
C¸c th«ng sè h×nh häc cña ®é nh¸m chung ® îc nghiªn cøu b»ng c¸c m¸y ghi pr«fin (m¸y ghi biªn d¹ng). Ng êi ta ®o pr«fin trªn mét ®o¹n bÊt kú cã chiÒu dµi c¬ së l th«ng th êng b»ng 50 mm. Ng êi ta chän chiÒu cao ®Ønh nh¸m k lµm th«ng sè chÝnh ®Æc tr ng vÒ h×nh häc cña ®é nh¸m chung. 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. l 2    y dx    (2.6.1) 0  k tb  l TrÞ sè ktb thay ®æi trong giíi h¹n (40  230).10-3, mm n 2   k i  (2.6.2) k tb   i1  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 tÇng trong líp biªn ®é nh¸m chung kh«ng t¸c ®éng lªn quy luËt ph©n bè vËn tèc vµ trÞ sè lùc c¶n. Däc theo thµnh bªn trong líp biªn rèi vÉn tån t¹i mét líp nÒn nhít vµ vïng chuyÓn tiÕp, chiÒu dµy B t¨ng däc theo bÒ mÆt vËt thÓ. nh h ëng cña ®é nh¸m ®èi víi quy luËt ph©n bè vËn tèc trong líp biªn ch¶y rèi ® îc biÓu diÔn theo c¸c d¹ng sau: v x 1 yv * v x  ln c (2.6.3) v* v*  Trong ®ã: -h»ng sè rèi, = 0,4 c - h»ng sè, c =5,2  v x = 0,5 lµ gia sè vËn tèc cña biÓu ®å trong vÕt rèi thuû ®éng. o v* =  v x Trong biÓu thøc (2.6.3) hiÖu sè B = c  gäi lµ hµm cña ®é nh¸m phô thuéc v* v* k vµ kiÓu nh¸m.  §èi víi líp biªn ch¶y rèi däc trªn bÒ mÆt cã ®é nh¸m chung th×: v x 1 yv *  ln B  (2.6.4) v*  Theo kÕt qu¶ thÝ nghiÖm: 1 kv * kv * kv *   B = C - ln 1  C1  C2 exp  C 3  (2.6.5)        Trong ®ã: 31
C1, C2, C3 - C¸c h»ng sè phô thuéc vµo d¹ng nh¸m ® îc x¸c ®Þnh theo ®å thÞ (x) lµ hµm kh«ng thø nguyªn xÐt ®Õn ¶nh h ëng cña l îng tôt ¸p trong tr êng vËn tèc ë vïng ngoµi líp biªn. (y/) - hµm kh«ng thø nguyªn biÓu thÞ cho tr êng vËn tèc cña vÕt thuû ®éng häc, gÇn ®óng:  = 1- cos(y - ) (2.6.6) hoÆc  = 6(y/)2 - 4(y/)3 (2.6.7) §é nh¨n nheo vµ låi lâm bÒ mÆt vá tµu ph¸t sinh trong ®ãng míi cã d¹ng h×nh sin víi chiÒu cao trung b×nh 2a = 1,5  5 mm vµ chiÒu dµi sãng  = 500  1000 mm. Lùc c¶n cña bÒ mÆt nh¨n nheo lµ tæng hîp lùc cña c¸c øng suÊt tiÕp, lùc ¸p suÊt, 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 lµm gi¶m (10  15)% lùc c¶n ma 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¸m chung th× hÖ sè lùc c¶n nhít cña th©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 32
§é nh¸m côc bé ë d¹ng c¸c ®iÓm nh« lÎ tÎ, mµ chiÒu cao cña chóng vuît qu¸ líp nÒn nhít trong dßng ch¶y rèi. Khi chän c«ng thøc ®Ó tÝnh lùc c¶n nhít 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×: 1 2 R   C v  (2.7.1) 2 Trong ®ã: C - HÖ sè c¶n cña ®iÓm gå ghÒ.  - DiÖn tÝch mÆt c¾t gi÷a cña ®iÓm gå ghÒ. 2 v - ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: k 1 2  v x dy 2 v (2.7.2) k 0 H×nh 2.7. S¬ ®å ph©n bè vËn tèc dßng ch¶y bao ®iÓm gå ghÒ. k v HÖ sè c¶n C lµ hµm cña R ek   §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 øng suÊt tiÕp trong vïng gå ghÒ vµ sau ®ã ® îc bµi trõ lÉn nhau vµ lùc c¶n bæ sung vÒ c¬ b¶n chØ lµ lùc c¶n h×nh d¸ng cña ®iÓm gå ghÒ. NÕu chiÒu dµi cña mèi hµn t¹o víi h íng vËn tèc cña dßng t¹i biªn ngoµi cña líp biªn gãc  th× vËn tèc bao ngang mèi hµn lµ vsin, lóc ®ã: 33
2 R   0,5C   v k  L  sin 3  (2.7.3) Trong ®ã: L - chiÒu dµi cña mèi hµn. Th«ng th êng ng êi ta dïng quan hÖ: 1 R   C o v 2  2 2n  k   (2.7.4)  Trong ®ã: C o  C    2n  1 §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 ®ãng gãp cña c¸c mèi hµn ngang chiÕm 70  80 % cßn c¸c mèi hµn däc 30  20 %. * §èi víi c¸c lç khoÐt vµ chç tròng Th©n tµu lu«n cã lç khoÐt vµ chç tròng ®Ó lÊy n íc vµo cho c¸c hÖ thèng trªn tµu, c¸c cöa ¨n th«ng víi n íc ngoµi tµu. Khi n íc liªn tôc vµo th©n tµu qua c¸c lç ph¶i tÝnh lùc thuû ®éng bæ xung do 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: RH = CH v2F/2 (2.7.5) Trong ®ã: F - diÖn tÝch chç tròng theo h×nh chiÕu n»m. v - vËn tèc dßng ch¶y t¹i biªn ngoµi cña líp biªn t¹i chç tròng, gÇn ®óng lÊy b»ng vËn tèc tµu hoÆc m« h×nh tµu. HÖ sè c¶n CH phô thuéc h×nh d¸ng chç tròng vµ vÞ trÝ cña nã theo chiÒu 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. h a.  0,15 l h b. 0,5   1,0 l h c. 1,75   2,5 l Lùc c¶n chç tròng cã thÓ gi¶m xuèng b»ng hai c¸ch: - L în trßn c¸c mÐp trong vµ mÐp ngoµi vµ cho thµnh sau nghiªng vÒ phÝa dßng ch¶y ®Ó chÊt láng trong lç dÔ l u th«ng tuÇn hoµn vµ hít bít c¸c ®Ønh ¸p suÊt ë c¸c vïng cã gãc vµ mÐp. 34
- Dïng l íi óp lªn c¸c lç ®Ó c¶n trë sù t¸c dông lÉn nhau gi÷a c¸c khèi n íc bªn trong vµ bªn ngoµi lç, c¸c lç « van nªn ®Æt trôc lín n»m ngang h íng dßng ch¶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: RI = Qv = v1vF (2.7.6) 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: CI = 2RI/v2F = 2 v1/v (2.7.7) ViÖc ng©m tµu trong n íc sÏ lµm thay ®æi kÕt cÊu vµ ®é nh¸m cña vá bao, do ®ã lùc c¶n nhít sÏ t¨ng lªn. ViÖc t¨ng lùc c¶n cã thÓ g©y nªn l îng tæn thÊt ®¸ng kÓ cho vËn tèc. Khi ng©m d íi n íc phÇn ch×m cña tµu míi s¬n bÞ phñ nhanh chãng mét mµng gåm c¸c vi khuÈn, bïn vµ c¸c thµnh phÇn kh¸c. Khi tµu chuyÓn ®éng mµng ®ã bÞ dßng n íc cuèn ®i mét phÇn, phÇn cßn l¹i sÏ t¨ng thªm lùc c¶n. §Æc biÖt lµ n íc mÆn sinh ra mét líp rªu, hµ b¸m vµo vá tµu, c êng ®é b¸m phô thuéc vµo thêi gian tµu ®ç, vïng ho¹t ®éng, ®é mÆn cña n íc, thêi tiÕt vµ thêi gian trong n¨m. Trong n íc ngät kh¶ n¨ng b¸m kh«ng lín, chñ yÕu lµ rong rªu vµ chØ tr«ng thÈy ë vïng ® êng n íc. Ph ¬ng ph¸p phßng chèng cã hiÖu qu¶ líp hµ b¸m lµ ¸p dông c¸c lo¹i s¬n ®Æc biÖt, cã chøa c¸c chÊt ®éc theo d¹ng hîp chÊt ®ång asen... T«n bao bÞ ¨n mßn t¹o nªn møc gå ghÒ víi chiÒu cao ®Ønh nh¸m 1  3 mm. nh h ëng nµy gÇn gièng víi ¶nh h ëng cña mÆt nh¸m r¶i h¹t. Líp hµ b¸m vµ sù ¨n mßn phÇn mòi, n¬i mµ líp nÒn nhít vµ vïng chuyÓn tiÕp dµy h¬n cã ¶nh h ëng lín nhÊt tíi lùc c¶n, v× vËy trong vïng nµy khi tµu lªn ®µ ph¶i lµm s¹ch rØ vµ hµ b¸m. BiÕn l îng t ¬ng ®èi lín cña chiÒu cao ®Ønh nh¸m trong thêi gian sau khi 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) 35
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¶i träng cña tµu cµng lín th× tæn thÊt tèc ®é cµng lín h¬n. Tµu chuyªn tuyÕn ® îc quÐt s¬n chèng hµ, l îng bæ xung hÖ sè lùc c¶n nhít CV sinh ra do ¶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 lªn do thay ®æi kÕt cÊu mÆt nh¸m cña chóng. Theo LAKENB¥ ®èi víi c¸c tµu vËn t¶i cì lín sau ba lÇn lªn ®µ víi kho¶ng thêi gian 1  1,5 n¨m l îng t¨ng c«ng suÊt cÇn thiÕt PD ®Ó gi÷ nguyªn tèc ®é ban ®Çu cña tµu cã thÓ ®¹t tíi 8  30%. VËy viÖc dïng s¬n £p«xy vµ b¶o vÖ b»ng ®iÖn cùc ngoµi t¹o kh¶ n¨ng b¶o toµn ® îc vá tµu. ThÝ nghiÖm cho thÊy ng©m m« h×nh trong n íc cña bÓ thö sau thêi gian 1,5  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¶n nhít ®ãng vai trß chÝnh trong tæn lùc c¶n cña tµu, cßn ë nh÷ng vËt ch×m hoµn toµn hÇu nh chØ cã lùc c¶n nhít. VËy viÖc t×m c¸c biÖn ph¸p gi¶m lùc c¶n nhít lµ ®iÒu quan träng. §èi víi c¸c vËt thÓ dÔ tho¸t n íc chó ý ®Õn viÖc gi¶m lùc c¶n ma s¸t v× thµnh phÇn 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¶n nhít ph¶i gi¶m ®é nh¸m chung vµ ®é nh¸m côc bé, ®Æc biÖt lµ ®é nh¸m do viÖc quÐt s¬n, phßng chèng rªu hµ b¸m vµ ®é ¨n mßn, ¸p dông c¸c d¹ng tµu tr¸nh hiÖn t îng t¸ch líp biªn. 36
§a sè c¸c ph ¬ng ph¸p ®Ó gi¶m lùc c¶n nhít lµ ® a vµo viÖc lµm thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh dßng ch¶y trong líp biªn theo h íng quy ®Þnh, nghÜa lµ theo h íng nhê líp biªn. Mét trong nh÷ng ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n cho vËt 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: * ViÖc ch¶y tÇng ho¸ líp biªn cã thÓ thùc hiÖn ® îc b»ng c¸ch t¹o ra nh÷ng h×nh P d¹ng ®Æc biÖt cho vËt thÓ mµ ë ®ã trªn phÇn lín chiÒu dµi cã < 0 vµ ®iÓm cùc tiÓu x cña biÓu ®å ¸p suÊt dÞch vÒ phÝa ®u«i. Nh÷ng vËt thÓ vµ pr«fin mµ h×nh d¸ng vµ ®é nh½n bÒ mÆt cña chóng cã kh¶ n¨ng duy tr× ® îc líp biªn ch¶y tÇng trªn mét m¶ng bÒ mÆt lín ® îc gäi lµ c¸c ®èi t îng ch¶y tÇng ho¸. T¸c ®éng cÇn thiÕt khi ph©n bè ¸p suÊt cã thÓ ®¹t ® îc b»ng c¸ch dÞch mÆt c¾t lín nhÊt cña pr«fin hoÆc vËt trßn xoay vÒ t©m hoÆc vÒ ®u«i. H×nh 2.13 tr×nh bµy mét trong c¸c pr«fin B vµ c¸c hÖ sè c¶n cña nã so víi pr«fin b×nh th êng A cã cïng chiÒu dµy. ChÕ ®é ch¶y tÇng ho¸ chØ hiÖu qu¶ tíi sè Re  (3  5).107, sau ®ã líp biªn sÏ chuyÓn sang rèi vµ u ®iÓm cña pr«fin ch¶y tÇng ho¸ sÏ biÕn mÊt. H×nh 2.13. ¶nh h ëng cña l îng tôt ¸p H×nh 2.14. ¶nh h ëng cña ch¶y tÇng däc vµ hót chÊt láng. ho¸ vµ hót. * Ph ¬ng ph¸p ch¶y tÇng ho¸ nh©n t¹o lµ lîi dông viÖc hót chÊt láng tõ líp biªn qua bÒ mÆt cña vËt thÓ, ®iÒu nµy cho phÐp gi¶m bít chiÒu dµy cña líp biªn, nghÜa lµ gi¶m Re*, ®ång thêi thay ®æi d¹ng biÓu ®å ph©n bè vËn tèc (Xem H2.14). Khi hót liªn 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×nh 2.13 tr×nh bµy vïng tÇn sè kÝch thÝch ph¸ ho¹i æn ®Þnh cña biÓu ®å khi hót trong ®ã Re1*  80.000. 37
v x Trªn h×nh 2.15 trÞ sè khi y = 0 cña biÓu ®å 1 lín h¬n biÓu ®å 2. v y HÖ sè hót Q CQ = (2.9.1) v Trong ®ã: Q - l u l îng hót trong mét gi©y. Khi hót xuÊt hiÖn lùc c¶n xung bæ xung cña dßng lµm ®éng l îng mÊt ®i mét l îng lµ: Rl = vQ (2.9.2) Khi hót ph¶i hót qua nhãm lç hoÆc khe n»m trªn mÆt vËt thÓ. Trªn h×nh 2.14 hót líp biªn qua lç trªn profin Co cßn ® êng cong C øng víi pr«fin kh«ng hót. L u l îng Q cña chÊt láng ® îc hót trªn mét ®¬n vÞ chiÒu réng khe hót vµ chiÒu s©u hót ko = 2**/1** lµ: Q = 6(1 - ko0,228)Ren** (2.9.3) Trong ®ã: 1** - tr íc khe 2** - sau khe Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c khe ®èi víi tÊm ph¼ng lµ: li = Ren**(1 - koi2)/(0,44v) (2.9.4) §Ó tr¸nh ¶nh h ëng cña ®é nh¸m ph¶i sao cho ** > 1,5k. * ViÖc ch¶y tÇng ho¸ líp biªn ®¹t ® îc ngay c¶ khi thay ®æi c¸c tÝnh chÊt cña chÊt láng, vÝ dô ®èt nãng hoÆc lµm l¹nh bÒ mÆt vËt thÓ sÏ lµm thay ®æi ®é nhít trong líp biªn, dÉn ®Õn thay ®æi cÊu tróc cña tr êng vËn tèc còng nh Re* vµ ®é æn ®Þnh cña líp biªn. V× nhiÖt ®é t¨ng th× ®é nhít gi¶m ch¶y tÇng ho¸ thuËn lîi h¬n. * ViÖc nghiªn cøu qu¸ tr×nh b¬i cña c¸ ®enphin ng êi ta ®· h íng vµo viÖc sö dông nh÷ng líp dÔ ®µn håi phñ lªn bÒ mÆt vËt thÓ ®Ó gi¶m lùc c¶n ma 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¶n ma 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 c¾t ngang ®Æt däc theo dßng, nªn c¸c r·nh c a gi¶m l îng chiÕm n íc toÐ ngang (Xem H2.17). H×nh 2.16. HÖ sè c¶n nhít. H×nh 2.17. ¶nh h ëng cña c¸c g©n däc 1- VËt thÓ cã líp ®µn håi tíi lùc c¶n ma s¸t cña tÊm.. 2- TÊm cøng ma s¸t 38
* §Ó gi¶m lùc c¶n ma s¸t ng êi ta t¹o ra mét ®Öm máng cè ®Þnh ®Ó ng¨n c¸ch dßng ch¶y víi biªn cøng. B»ng c¸ch cÊp kh«ng khÝ liªn tôc qua bé t¹o khÝ cho hang nµy. * nh÷ng tµu bÐo lùc c¶n h×nh d¸ng sinh ra do hiÖn t îng t¸ch líp biªn ë phÇn ®u«i tµu vµ thµnh phÇn lùc c¶n nµy ®ãng vai trß chÝnh trong lùc c¶n nhít. §Ó gi¶m bít chiÒu dµi phÇn t¸ch biªn ng êi ta cã thÓ dïng c¸nh cã dé dang bÐ vµ ®Æt 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. Khi bao quanh phÇn nh« cña tµu b»ng luång kh«ng khÝ th× trªn bÒ mÆt cña nã sÏ xuÊt hiÖn ¸p lùc vµ øng suÊt tiÕp. Tæng hîp c¸c lùc nµy ta ® îc lùc khÝ ®éng R A , ®iÓm ®Æt t¹i giao gi÷a ® êng n íc t¸c dông vµ mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu (t©m ¸p suÊt) phô thuéc h×nh d¸ng phÇn nh« cña tµu. Theo h íng bÊt kú cña vËn tèc kh«ng khÝ vA so víi mÆt ph¼ng ®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. Lùc khÝ ®éng R A sÏ t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng gãc 1. ChiÕu R A lªn h íng chuyÓn ®éng v cña tµu ta ® îc RAA, lùc nµy gäi lµ lùc c¶n kh«ng khÝ ®èi víi chyÓn ®éng cña tµu. Khi tµu chuyÓn ®éng xu«i giã 1 = 180o. VËn tèc luång kh«ng khÝ vA bao lÊy phÇn kh« cña tµu phô thuéc vµo vËn tèc tµu v vµ vËn tèc tuyÖt ®èi cña giã vB. - Khi kh«ng cã giã th× vËn tèc t ¬ng ®èi cña kh«ng khÝ vA = - v, trÞ sè cña nã cã thÓ kh«ng ®æi theo chiÒu cao tÝnh tõ mÆt biÓn, nh vËy lùc c¶n kh«ng khÝ t¹o nªn bëi chuyÓn ®éng cña b¶n th©n tµu. Cßn trÞ sè RAA = RA. - Khi cã giã vËn tèc t ¬ng ®èi cña kh«ng khÝ vA b»ng tæng h×nh häc cña v vµ vB t¹o víi nhau gãc 2. TrÞ sè cña nã ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 2 v A  v 2  v B  2vv B cos  2 (2.10.1) gãc 1 ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: sin(1 + ) = vBsin2/vA (2.10.2) Cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc vA b»ng m¸y ®o giã. CÊp giã ® îc ph©n thµnh 12 cÊp giã Bopho dùa theo kÕt qu¶ cña côc khÝ t îng thuû v¨n Liªn X«. 39
CÊp giã Bopho (T¹i ®é cao h = 6,0 m so víi mÆt n íc biÓn) CÊp giã VËn tèc giã (m/s) CÊp giã VËn tèc giã (m/s) 0 0 - 0,5 7 12,5 - 15,2 1 0,6 - 1,7 8 15,3 - 18,2 2 1,8 - 3,3 9 18,3 - 21,5 3 3,4 - 5,2 10 21,6 - 25,1 4 5,3 - 7,4 11 25,2 - 29,0 5 7,5 - 9,8 12 trªn 29,0 6 9,9 - 12,4 Quy luËt biÕn thiªn vËn tèc giã theo chiÒu cao lµ quy luËt l«ga. TÝnh chuyÓn 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 (hoÆc 1  180o) th× ngoµi RAA vµ lùc khÝ ®éng ngang RAN 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: RAA = CAAAvA2FT/2 (2.10.4) M«men: Mz = mzAvA2FTL/2 (2.10.3) 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¶n kh«ng khÝ, hÖ sè lùc c¶n khÝ ®éng ngang vµ 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¶n kh«ng khÝ chñ yÕu lµ lùc c¶n h×nh d¸ng khi 1  0 hoÆc 1  180 c¸c th îng tÇng che khuÊt lÉn nhau. Khi 1  20o  40o t¸c dông che khuÊt lÉn o nhau biÕn mÊt nªn lùc c¶n kh«ng khÝ sÏ t¨ng lªn. Khi kh«ng cã giã th× RAA th êng kh«ng lín. §èi víi tµu vËn t¶i tuú thuéc vµo h×nh d¸ng phÇn kh« vµ vËn tèc RAA = 1,5  3%. Khi cã giã vµ ng îc giã cÊp 4  5 trªn c¸c tµu vËn t¶i cã thÓ chiÕm tíi 10  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 40
KiÓu tµu CAA Tµu dÇu, container, tµu hµnh kh¸ch 0,5 - 1,0 C¸c tµu cao tèc 0,4 - 0,6 Tµu hµnh kh¸ch ch¹y s«ng - Víi th îng tÇng th«ng th êng 0,8 - 0,9 - Víi th îng tÇng tho¸t khÝ 0,4 - 0,5 Do t¸c dông ®ång thêi cña lùc thuû ®éng vµ khÝ ®éng lªn th©n tµu vµ b¸nh l¸i nªn tµu ch¹y lÖch h íng mét gãc  víi gãc bÎ l¸i lµ P. 41