ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 4

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

84
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lực cản khi tàu chuyển động trong n ớc cạn và kênh đào Sự thay đổi lực cản của tàu nội địa khi chạy trong n ớc cạn sẽ đánh giá đ ợc ảnh h ởng của chiều sâu luồng lạch tới lực cản. nh h ởng do sự hạn chế của chiều sâu luồng lạch đ ợc đặc tr ng bằng tỉ số H/T hoặc H/L (trong đó H là chiều sâu luồng lạch). Các chuẩn đồng dạng có liên quan đến chiều sâu hạn chế là số FrH = v/ gH là thông số mà khi tàu chuyển...

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 4

Ch ¬ng 4 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trong n íc c¹n vµ kªnh ®µo Sù thay ®æi lùc c¶n cña tµu néi ®Þa khi ch¹y trong n íc c¹n sÏ ®¸nh gi¸ ® îc ¶nh h ëng cña chiÒu s©u luång l¹ch tíi lùc c¶n. nh h ëng do sù h¹n chÕ cña chiÒu s©u luång l¹ch ® îc ®Æc tr ng b»ng tØ sè H/T hoÆc H/L (trong ®ã H lµ chiÒu s©u luång l¹ch). C¸c chuÈn ®ång d¹ng cã liªn quan ®Õn chiÒu s©u h¹n chÕ lµ sè FrH = v/ gH lµ th«ng sè mµ khi tµu chuyÓn ®éng trong n íc c¹n phô thuéc vµo nã. ChiÒu s©u luång l¹ch cã ¶nh h ëng tíi lùc c¶n nhít vµ lùc c¶n sãng h×nh thµnh líp biªn däc ®¸y s«ng lµm t¨ng lùc c¶n ma s¸t, ®ång thêi lùc c¶n h×nh d¸ng còng t¨ng thªm. §Æc biÖt khi H/T =2,0  1,5 lùc c¶n nhít t¨ng lªn râ rÖt, kÕt qu¶ nµy rót ra tõ 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. Do chiÒu s©u h¹n chÕ nªn lùc c¶n sãng còng thay ®æi ®¸ng kÓ. Víi vËn tèc truyÒn sãng tiÕn nh nhau, th× chiÒu dµi cña c¸c sãng tiÕn trªn n íc c¹n lín h¬n trªn n íc s©u, nªn lùc c¶n sãng n íc c¹n lín h¬n n íc s©u. Khi tØ sè H/ bÐ th× vËn tèc truyÒn sãng tíi h¹n ® îc kÝ hiÖu lµ vth. v th  gH ; øng víi FrH = 1 NÕu v th  gH gäi lµ vËn tèc tr íc tíi h¹n NÕu v th  gH gäi lµ vËn tèc sau tíi h¹n. * Khi v th  gH  FrH < 1,0 th× chiÒu dµi sãng  chç n íc n«ng lín h¬n chç n íc s©u, lµm qu¹t sãng më réng (Xem H4.2.a) Bªn tr¸i mÆt ph¼ng ®èi xøng lµ s¬ ®å sãng b¶n th©n ë chç n íc s©u H = , cßn bªn ph¶i lµ ë chç n íc c¹n khi cïng vËn tèc v, lµm t¨ng diÖn tÝch mÆt tho¸ng mµ sãng bao phñ, dÉn tíi lµm t¨ng vËn tèc c¶m øng t¨ng chiÒu cao sãng nªn lùc c¶n sãng t¨ng thªm. 49
H×nh 4.2. S¬ ®å sãng b¶n th©n khi tµu chuyÓn ®éng trong vïng n íc c¹n. * Khi v th  gH  FrH  1. Gãc gi÷a s ên sãng ngang chÐo thuéc nhãm mòi vµ nhãm ®u«i t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu mét gãc gÇn 90o vµ c¶ hai hÖ sãng vÒ c¬ b¶n dån thµnh hai sãng ngang (Xem H4.2.b). Khi H/T bÐ sãng mòi cã biªn ®é ®¸ng kÓ lµm t¨ng ®ét ngét lùc c¶n sãng, c¸c sãng ngang nµy ® îc xÕp vµo lo¹i ®¬n, c¸c sãng ®¬n chØ sinh ra mét lÇn kh«ng ph¶i tiªu tèn n¨ng l îng ®Ó duy tr× nã vµ sãng nµy cã thÓ lan truyÒn vÒ phÝa tr íc tµu. Khi H < L/2 th× thÊy sãng nµy xuÊt hiÖn râ nhÊt, tuy nhiªn sù thay ®æi cña lùc c¶n sãng vÉn thÊy râ ngay c¶ khi H > L/2 nhÊt lµ trong khu vùc 0,4 < Fr < 0,6. * Khi v th  gH  FrH > 1,0 VËn tèc tµu cao h¬n vËn tèc tíi h¹n, lóc nµy c¸c sãng ngang biÕn mÊt, mµ chØ cßn l¹i c¸c sãng chÐo. VËn tèc truyÒn sãng chÐo vu«ng gãc víi s ên cña nã (s ên cña sãng chÐo t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng gãc B). (Xem H4.2.c) vcos(90o - B)  gH (4.1.1) nghÜa lµ sinB  1/FrH (4.1.2) Khi chuyÓn ®éng sau giíi h¹n qu¹t sãng chØ chøa c¸c sãng chÐo vµ chiÒu réng qu¹t gi¶m dÇn khi vËn tèc t¨ng lªn víi FrH >3 nã rÊt hÑp so víi d¶i n íc s©u. ViÖc biªn mÊt c¸c sãng ngang vµ vïng sãng bao phñ thu hÑp vµo s¸t thµnh tµu dÉn ®Õn viÖc gi¶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. 50
NÕu H/T =31 hÖ sè lùc c¶n d cña tµu CR trong vïng n íc c¹n t ¬ng tù nh vïng n íc s©u v« h¹n. Song song víi lùc c¶n, t thÕ cña tµu khi chuyÓn ®éng trong n íc c¹n còng bÞ thay ®æi ®¸ng kÓ. Trªn h×nh 4.4 m« t¶ c¸c ® êng cong nãi lªn sù thay ®æi gãc chói 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 tµu ch¹y gÇn vïng vËn tèc giíi h¹n, nghÜa lµ khi h×nh thµnh sãng ®¬n cã Fr  1. HiÖn t îng nµy nguy hiÓm do tµu va vµo ®¸y s«ng qua c¸c b·i båi. Sau vËn 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 tµu ch¹y trong kªnh ®µo cã chiÒu s©u v« h¹n, nã t ¬ng tù nh ch¹y trong vÞnh hÑp nh ng s©u (fiord). Trong tr êng hîp nµy chØ xÐt ¶nh h ëng cña sù h¹n chÕ cña chiÒu réng cña vïng n íc s©u tíi lùc c¶n. C¸c thµnh kªnh hÑp lµm ph¶n x¹ c¸c sãng chÐo vµ h¾t c¸c sãng ®ã lªn th©n tµu, do ®ã lµm xuÊt hiÖn sù giao thoa cña c¸c hÖ sãng, g©y ¶nh h ëng tíi lùc c¶n sãng. Trong c¸c kªnh réng c¸c sãng ph¶n x¹ kh«ng truyÒn tíi th©n tµu nh ng dï sao c¸c vËn tèc c¶m nøg bæ sung bëi c¸c thµnh kªnh vÉn lµm * ph©n bè l¹i ¸p suÊt sãng nªn vÉn lµm thay ®æi lùc c¶n sãng. Trªn h×nh 4.5 tr×nh bµy c¸c hÖ sè lùc c¶n sãng cña c¸c m« h×nh chuyÓn ®éng trong 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. 51
Ngoµi tØ sè b/B, H/T cßn cã th«ng sè bæ xung khi ch¹y trong kªnh c¹n lµ  FK , trong ®ã  , FK t ¬ng øng lµ diÖn tÝch s ên gi÷a vµ diÖn tÝch mÆt c¾t kªnh. C¸c hiÖn t îng x¶y ra trong kªnh c¹n t ¬ng tù nh trong n íc c¹n nh ng cßn thªm mét lo¹t c¸c tÝnh chÊt bæ xung ®ã lµ xuÊt hiÖn trong vïng tµu n»m vµ mét kho¶ng tr íc tµu dßng chÊt láng cã vËn tèc v. Khi vËn tèc tµu lín h¬n v1 (v1 lµ vËn tèc tíi h¹n thø nhÊt) th× vËn tèc v h íng vÒ phÝa ng îc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu, nghÜa lµ xuÊt hiÖn dßng n íc ng 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 h¹n thø hai) xuÊt hiÖn dßng n íc bæ xung víi vËn tèc (-v) h íng theo chiÒu chuyÓn déng cña tµu t¹o nªn dßng theo nhá h¬n vËn tèc t ¬ng ®èi cña dßng bao tµu. Vïng vËn tèc v1 < v < v2 gäi lµ vïng vËn tèc tíi h¹n, dßng bao tµu trong vïng nµy kh«ng æn ®Þnh vµ cã tÝnh chÊt phøc t¹p, sù xuÊt hiÖn dßng n íc bæ xung lµm thay ®æi lùc c¶n nhít cña tµu vµ t thÕ tµu, chÝnh lµ sù thay ®æi chiÒu ch×m vµ gãc chói. 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 Khi v < v1 mùc n íc bÞ h¹ thÊp do dßng ng îc. Khi v < v2 mùc n íc d©ng cao. VËn tèc v phô thuéc  FK , h×nh d¸ng th©n tµu, h×nh d¸ng mÆt c¾t kªnh. Trong vïng gÇn giíi h¹n lùc c¶n t¨ng thªm lµ do lùc c¶n nhít t¨ng cßn khi FrH > 0,5 do lùc c¶n sãng t¨ng. Khi vËn tèc gÇn v1 ph¶i h¹n chÕ vËn tèc tµu ch¹y trong kªnh vµ th êng lÊy v < 0,55 gH . Sau khi v ît qua v1 lùc c¶n vÉn tiÕp tôc t¨ng nh ng kh«ng m¹nh, tµu b¾t ®Çu næi lªn tõ tõ so víi t thÕ tÜnh. Qu¸ tr×nh ®ã kÕt thóc trong vïng thuéc vËn tèc tíi h¹n thø hai, sãng gèi ®¬n ph¸t triÓn n¬i mµ lùc c¶n ®¹t cùc ®¹i. Khi v ît qua v2 gèi n íc mòi tµu vµ sãng ®¬n biÕn mÊt vµ quanh tµu chØ 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 dßng bao tµu vµ t thÕ tµu kh«ng æn ®Þnh. Khi v > v2 chiÒu cao sãng kh«ng lín, ®é chói tõ tõ gi¶m, gi¶i thÝch hiÖn t îng nµy lµ do c¸c sãng ngang biÕn mÊt. TrÞ sè v1, v2 vµ v3 phô thuéc vµo  FK , H/T, h×nh d¸ng mÆt c¾t kªnh. 52
Dïng kªnh thÝ nghiÖm cã mÆt c¾t ngang h×nh thang, lßng v¸t h×nh ch¶o víi  FK kh¸c nhau, vËn tèc tµu gÇn tíi h¹n th× kÕt qu¶ cho r»ng kªnh h×nh ch÷ nhËt cho lùc c¶n nhá h¬n kªnh h×nh thang kho¶ng 20  40%. Trong vïng gÇn vËn tèc tíi h¹n tµu sÏ chói ®u«i, lùc ¸p suÊt t¸c dông lªn ®¸y tµu theo h íng chuyÓn ®éng lùc nµy lµ RP, gÇn ®óng ® îc tÝnh RP = D. Khi tµu kh«ng n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng cña kªnh mµ gÇn mét thµnh kªnh th× h×nh ¶nh dßng bao tµu vµ sãng b¶n th©n kh«ng ®èi xøng, hiÖn t îng ®ã sÏ lµm t¨ng lùc c¶n trong vïng gÇn tíi h¹n, ®ång thêi ph¸t sinh lùc ngang, lùc ®ã sÏ ¸p tµu vµo thµnh kªnh gÇn nhÊt, vµ trong vïng sau tíi h¹n sÏ ®Èy tµu xa thµnh kªnh ®ã. Ta gi¶ thiÕt r»ng ®ang xÐt dßng bao tµu ®øng yªn trong kªnh víi mÆt c¾t ngang cè ®Þnh, chÊt láng ® îc coi lµ kh«ng nhít, dßng ch¶y trong mÆt c¾t lµ kh«ng ®æi. Sau khi viÕt ph ¬ng tr×nh BÐcnuli cho c¸c ®iÓm n»m trªn mÆt tho¸ng xa tr íc th©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. gH + v2/2 = gH1 + vc2/2 (4.3.1) Trong ®ã: H1 = H  H cã xÐt ®Õn l îng biÕn thiªn mÆt n íc. vc - vËn tèc t¹i s ên gi÷a. Ph ¬ng tr×nh l u l îng chÊt láng qua mÆt c¾t kªnh n»m xa tr íc th©n tµu vµ mÆt c¾t t¹i s ên gi÷a víi chiÒu réng kªnh kh«ng ®æi: vFK = vc( FK -  -bH) (4.3.2) Dùa vµo (4.3.1) ta t×m ® îc l îng biÕn thiªn mÆt n íc trong vïng tµu n»m: H = (vc2 - v2)/2g (4.3.3) Thay vµo (4.3.2) ta cã ph ¬ng tr×nh bËc ba ®Ó tÝnh vËn tèc dßng ch¶y trong mÆt c¾t bÞ bã hÑp vc: vc3 - vc[v2 + 2g(FK - )/b] + 2gvFK/b = 0 (4.3.4) Ph©n tÝch ph ¬ng tr×nh nµy cho thÊy tuú theo trÞ sè cña FrH = v/ gFK / b trong ®ã FK/b = Htb khi /FK cè ®Þnh. 53
C¸c vËn tèc vc cã thÓ nhá h¬n hoÆc lín h¬n vËn tèc v nÕu nh trong vïng vËn tèc v1 < v < v2 n¬i mµ ph ¬ng tr×nh kh«ng cho c¸c nghiÖm cã ý nghÜa vËt lý, ®iÒu ®ã chøng tá trong vïng tíi h¹n ®· cho c¸c tiªn ®Ò vËt lý dïng ®Ó chøng minh kh«ng ®óng víi /FK ®· cho. A.M. Basin ®· tÝnh c¸c vËn tèc v1, v2 theo /FK c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n ® îc nªu trªn h×nh 4.8, khi b  nghÜa lµ chuyÓn ®éng trong kªnh c¹n v1 v2  gH H×nh 4.8. C¸c trÞ sè FrH1 = v1 gH tb vµ FrH2 = v 2 gH tb phô thuéc vµo /FK. 54