ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 6

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

91
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xác định lực cản chuyển động của tàu bằng phƯơng pháp thực nghiệm Các phƯơng pháp xác định lực cản chuyển động của tàu có thể là: - bằng ph ơng pháp lý thuyết. - bằng ph ơng pháp thực nghiệm. Ph ơng pháp thực nghiệm là dựa trên việc thử mô hình tàu và tàu thực, đ ợc áp dụng rộng rãi trong các công trình nghiên cứu khoa học, trong quá trình xây dựng hình dáng cho những con tàu đ ợc thiết kế mới, cũng nh đánh giá tính di động của những con tàu đã đ...

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 6

Ch ¬ng 6 X¸c ®Þnh lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu b»ng ph ¬ng ph¸p thùc nghiÖm 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 ¬ng ph¸p thùc nghiÖm lµ dùa trªn viÖc thö m« h×nh tµu vµ tµu thùc, ® îc ¸p dông réng r·i trong c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu khoa häc, trong qu¸ tr×nh x©y dùng h×nh d¸ng cho nh÷ng con tµu ® îc thiÕt kÕ míi, còng nh ®¸nh gi¸ tÝnh di ®éng cña nh÷ng con tµu ®· ® îc ®ãng míi. Cã hai ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu lùc c¶n b»ng thùc nghiÖm ®ã lµ thö m« h×nh tµu vµ tµu thùc. Thö m« h×nh tµu cho phÐp so s¸nh mét c¸ch ®¸ng tin cËy hiÖu qu¶ cña c¸c ph ¬ng ¸n kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ tµu. §èi víi c¸c n íc cã ngµnh ®ãng tµu ph¸t triÓn th× tµu ® îc thiÕt kÕ vµ ®ãng míi ph¶i qua giai ®o¹n thö m« h×nh ®Ó lËp dù ¸n thiÕt kÕ tèi u. ViÖc lËp m« h×nh vÒ tÝnh di ®éng vµ c¸c tÝnh n¨ng ®i biÓn kh¸c ph¶i phï 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. Khi nghiªn cøu lùc c¶n b»ng thÝ nghiÖm ta ¸p dông hai nguyªn t¾c c¬ b¶n ®Ó lËp m« h×nh, ®ã lµ: Nguyªn t¾c thø nhÊt: LËp c¸c m« h×nh chuyÓn ®éng ph¼ng trong 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 t¾c thø hai: LËp c¸c m« h×nh chuyÓn ®éng nghÞch ®¶o, nghÜa lµ cho dßng bao lÊy m« h×nh ®øng yªn. Nguyªn t¾c nµy ® îc ¸p dông trong c¸c èng khÝ ®éng vµ èng x©m thùc. Khi vËt thÓ chuyÓn ®éng ®Òu (kh«ng cã gia tèc) th× c¸c ®Æc tr ng cña dßng bao tµu kh«ng phô thuéc thêi gian, nghÜa lµ sè Sh kh«ng ¶nh h ëng tíi c¸c hÖ sè cña lùc c¶n thuû ®éng, trong tr êng hîp nµy ®Ó ®¶m b¶o tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña m« h×nh vµ tµu thùc chØ cÇn c¸c trÞ sè Fr vµ Re. vM vH  gL M gL H vMLM vHLH  M H LM k LH §Ó tho¶ m·n ®iÒu kiÖn trªn th× ph¶i thö m« h×nh trong chÊt láng cã hÖ sè nhít kh¸c víi ®é nhít cña chÊt láng H n¬i mµ tµu thùc chuyÓn ®éng: M = Hk1,5 (6.1.1) 57
Khi hÖ sè k kh«ng lín, kh«ng thÓ chän ® îc chÊt láng thÝch hîp ®Ó thö m« h×nh. V× vËy khi thö m« h×nh tµu tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña c¸c dßng ch¶y kh«ng ® îc ®¶m b¶o ®Çy ®ñ nªn khi tÝnh chuyÓn kÕt qu¶ tõ thö m« h×nh sang tµu thùc sÏ gÆp khã kh¨n. §Ó tr¸nh nh÷ng khã kh¨n ®ã cÇn ph¶i sö dông c¸ch lËp m« h×nh tõng phÇn, b»ng c¸ch tho¶ m·n mét trong c¸c ®iÒu kiÖn ®ång d¹ng. * 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: vM = vH(LH/LM)(M/H) (6.1.2) Theo (6.1.2) vËn tèc m« h×nh vM trong chÊt láng cã cïng ®é nhít mµ tµu thùc chuyÓn ®éng ë ®ã sÏ lín h¬n 1/k lÇn so víi vËn tèc cña tµu thùc. Dùa vµo RxH = RxM(HvH2/MvM2)(1/k2) th× lùc c¶n nhít cña m« h×nh vµ tµu thùc sÏ b»ng nhau. Do vËy khi thö m« h×nh tµu th êng kh«ng ®¶m b¶o ® îc sù b»ng nhau cña c¸c sè Re, nghÜa lµ kh«ng ®¶m b¶o ® îc sù ®ång d¹ng cña c¸c xo¸y, c¸c lùc thuû ®éng 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) vM = vH k Nh vËy dùa vµo RxH = RxM(HvH2/MvM2)(1/k2) th× khi m« h×nh chuyÓn ®éng trong chÊt láng cã cïng khèi l îng riªng víi tµu thùc: RxM = RxHk3 Môc ®Ých cña viÖc thö m« h×nh lµ nh»m ®¸nh gi¸ tÝnh hµnh h¶i vµ chän nh÷ng ® êng h×nh d¸ng (tuyÕn h×nh) tèt nhÊt cho tµu. Ph ¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt lµ ph ¬ng ph¸p thö kÐo m« h×nh trong bÓ thö. Trong qu¸ tr×nh thö cã thÓ ®o ® îc lùc kÐo R t ¬ng øng víi vËn tèc chuyÓn ®éng cña m« h×nh vM. BÓ thö ® îc lµm b»ng vËt liÖu bª t«ng hoÆc kim lo¹i chøa n íc ngät vµ cã mÆt tho¸ng hë. C¸c bÓ thö th êng ® îc chia thµnh hai d¹ng chÝnh. - Lo¹i bÓ cã xe tù hµnh ch¹y trªn ® êng ray ®Æt däc theo bÓ dïng ®Ó kÐo m« h×nh chuyÓn ®éng. BÓ cã trang bÞ c¸c thiÕt bÞ ®o ®Æc biÖt. HiÖn nay viÖc ®o ®¹c sè liÖu khi thö còng nh l u tr÷, xö lý c¸c sè liÖu vµ vÏ ®å thÞ,... cã thÓ tù ®éng ho¸ hoµn toµn nhê m¸y tÝnh ®iÖn tö. - Lo¹i bÓ kiÓu träng lùc - BÓ thö kiÓu nµy th× m« h×nh ® îc kÐo b»ng d©y nhê vËt r¬i tù do. mét sè bÓ kiÓu träng lùc còng cã trang bÞ xe kÐo ch¹y trªn ® êng ray, nh ng kh«ng ph¶i kÐo m« h×nh mµ kÐo c¸c thiÕt bÞ ®o ®Æt trªn ®ã. Ngoµi ra còng cã c¸c bÓ thö mµ m« h×nh ® îc kÐo b»ng têi quÊn d©y. 58
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. Do kh«ng tho¶ m·n ® îc ®Çy ®ñ c¸c chuÈn ®ång d¹ng c¬ b¶n v× vËy cÇn ph¶i sö dông c¸ch lËp m« h×nh tõng phÇn. Khi lËp s¬ ®å tÝnh chuyÓn ph¶i xem cÇn ph¶i lËp m« h×nh theo tiªu chuÈn ®ång d¹ng nµo vµ thµnh phÇn lùc thuû ®éng nµo phô thuéc vµo tiªu chuÈn ®ã. C¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n ®ã cña m« h×nh vµ tµu thùc ph¶i b»ng nhau. cßn c¸c thµnh phÇn lùc c¶n kh«ng ® îc lËp m« h×nh cÇn ph¶i lîi dông mét sè gi¶ thiÕt cã c¬ së vËt lý nµo ®ã hoÆc ph ¬ng ph¸p lý luËn ®Ó cã thÓ tÝnh riªng chóng ë trªn m« h×nh hoÆc ®Ó tÝnh cho tµu thùc. B×nh th êng trong qu¸ tr×nh thö kÐo m« h×nh trong bÓ thö c¸c sè Fr cña m« h×nh vµ tµu thùc ph¶i b»ng nhau FrM = FrH. Lùc c¶n nhít kh«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 ¬ng ph¸p thø nhÊt: Dùa vµo viÖc ph©n chia lùc c¶n nhít ra c¸c thµnh phÇn, mµ mçi thµnh phÇn ph¶i x¸c ®Þnh b»ng nguyªn t¾c tÝnh chuyÓn riªng. Ph ¬ng ph¸p nµy do Froude ®Ò x íng. - Ph ¬ng ph¸p thø hai: TÝnh chuyÓn tæng hîp lùc c¶n nhít. B©y giê ta xÐt s¬ ®å vµ tÝnh chuyÓn theo ph ¬ng ph¸p thø nhÊt. PhÇn chÝnh cña lùc c¶n nhít ® îc xem nh lµ lùc c¶n ma s¸t cña tÊm t ¬ng ® ¬ng. §èi víi m« h×nh lµ mÆt tr¬n nh½n thuû ®éng, cßn ®èi víi tµu thùc lµ mÆt nh¸m víi gi¶ thiÕt dßng bao tµu thùc vµ m« h×nh lµ dßng ch¶y rèi. §Ó tÝnh lùc c¶n ma s¸t ta dïng tÊm rèi t ¬ng ® ¬ng. TiÕp theo gi¶ thiÕt r»ng hiÖu CV - CFo lµ kh«ng ®æi, kh«ng phô thuéc vµo Re vµ 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 tªn chung lµ lùc c¶n d RR RR = R- RFo = RV - RFo + RW VËy hÖ sè lùc c¶n d lµ: 59
CR = 2( R - RFo)/v2 (6.2.1) Khi FrM = FrH th× CRM = CRH (6.2.2) 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) NÕu kh«ng ®Ó ý ®Õn sù thay ®æi chiÒu ch×m tµu khi chuyÓn ®éng tõ n íc ngät sang 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) 3 Khi FrM = FrH vµ vM = vHk th× lùc c¶n cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu ® îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: RH = (RM - RFoM)(H/M)(1/K3) + RFoH (6.2.5) Theo hÖ sè lùc c¶n cña m« h×nh vµ tµu thùc ta cã: CM = 2RM/MvM2M vµ CH = 2RH/HvH2H (6.2.6) §Ó x¸c ®Þnh hÖ sè c¶n toµn bé cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu ta céng hÖ sè lùc c¶n d CRH víi c¸c hÖ sè c¶n sau: hÖ sè c¶n ma s¸t cña tÊm t ¬ng ® ¬ng CFoH t ¬ng øng víi tµu, hÖ sè gia t¨ng do ®é nh¸m vá bao tµu CA vµ nÕu m« h×nh ® îc thö 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 1 / k ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: CH = CM - CFoM + CFoH + CA + CAP (6.2.7) vµ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu lµ: RH = CHHvH2H/2 + RAA (6.2.8) Lùc c¶n kh«ng khÝ RAA tÝnh theo c«ng thøc RAA = CAAAvA2F/2. §èi víi n íc Nga ng êi ta lÊy nhiÖt ®é cña n íc 4oC vµ  = 1,57.10-6 m2/s. HÖ sè gia t¨ng do ®é nh¸m vá bao ® îc x¸c ®Þnh theo kÕt qu¶ thö m« h×nh, nh sau: ChiÒu dµi tµu L, m HÖ sè CA 50  150 (0,4  0,3).10-3 150  210 0,2.10-3 210  250 0,1.10-3 250  300 0 300  350 -0,1.10-3 350  400 -0,2.10-3 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. 60