ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 19

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

Thêm vào BST

Báo xấu

100
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cơ sở lý thuyết xoáy về chong chóng Những nhận định ban đầu, hệ thống xoáy của cánh và chong chóng Lý thuyết dòng chảy được trình bày ở chương 15 theo các giả thiết đã nhận được vẫn chưa cho phép chú ý đến ảnh hưởng tới trường tốc độ của những thông số quan trọng như số lượng cánh, tỷ số đĩa, dạng mặt cắt cánh của chong chóng lý tưởng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 19

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 cha cho phÐp chó ý ®Õn ¶nh hëng tíi trêng 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 tëng. 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 ngêi 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 xa kia cha ®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 tîng 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, nhng trong trêng 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 híng 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 híng 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 thíc 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. 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 tëng kh«ng nhít, trong trêng 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 cêng ®é cña c¸c xo¸y ®ã cha ®îc biÕt tríc 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 ®èi víi chÊt láng b¾t buéc ph¶i b»ng kh«ng. Trong trêng hîp chuyÓn ®éng æn ®Þnh 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, ®îc gäi lµ 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 tríc 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. 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 ®îc coi lµ mét tËp hîp c¸c 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 híng 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 trêng 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« h×nh to¸n häc cña lý thuyÕt c¸nh ph¼ng ®· xÐt ®Òu cã sù t¬ng tù t¬ng øng víi lý 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 cêng ®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 bíc 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 bíc 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 hëng cña trêng 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