Giáo trình thiết kế tàu lướt

Chia sẻ: Dinh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:52

Thêm vào BST

Báo xấu

150
lượt xem 95
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khi tàu chuyển động ở trạng thái nước tĩnh khối lượng của nó sẽ hoàn toàn cân bằng với lực thủy tĩnh. Ở chế độ này cũng bắt đầu xuất hiện lực nâng thủy động. Phương trình cân bằng năng lượng cho tàu đề cập sức cản tàu và máy đẩy tàu nhằm chiến thắng sức cản đó. Năng lượng cấp cho máy đẩy tàu có nguồn từ máy chính lắp trên tàu. Chúng ta lần lượt xem xét sức cản vỏ tàu khi tàu chạy trong nước, công suất cần thiết của máy chính cần cấp và thiết bị...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình thiết kế tàu lướt

Giáo trình thiết kế tàu lướt
Môc lôc Lêi më ®Çu PhÇn I: §Æc ®iÓm thiÕt kÕ tμu l−ít Ch−¬ng I: kh¸i niÖm chung vÒ tμu l−ít 1.1 ChÕ ®é chuyÓn ®éng vμ h×nh d¸ng th©n tμu l−ít ......................... 4 1.2 Ph©n lo¹i tμu l−ít, ®Æc ®iÓm kiÕn tróc vμ bè trÝ cña tμu ............. 10 Ch−¬ng II: thuû ®éng lùc vμ tÝnh hμng h¶i cña tμu l−ít 2.1 Sù ph©n bè tèc ®é vμ ¸p suÊt cña dßng ch¶y d−íi bÒ mÆt l−ít... 15 2.2 Lùc n©ng thuû ®éng vμ søc c¶n.................................................. 16 2.3 C¸c ®Æc tr−ng thuû ®éng lùc kh«ng thø nguyªn ........................ 19 2.4 TÝnh c¸c ®Æc tr−ng thuû ®éng cña tμu l−ít................................. 24 2.5 TÝnh hμng h¶i cña tμu l−ít ......................................................... 26 Ch−¬ngIII: thiÕt kÕ s¬ bé 3.1 Giíi thiÖu chung ........................................................................ 30 3.2 X¸c ®Þnh träng l−îng tμu .......................................................... 32 3.3 Träng t©m tμu ............................................................................ 33 3.4 Lùa chän c¸c kÝch th−íc chñ yÕu vμ c¸c tû sè gi÷a chóng ........ 35 3.5 X¸c ®Þnh gÇn ®óng tèc ®é tμu l−ít vμ c«ng suÊt cÇn thiÕt cho ®éng c¬............................................................................................. 41 Ch−¬ng IV: thiÕt kÕ c¸c yÕu tè h×nh d¸ng th©n tμu l−ít 4.1 Tμu l−ít cã d¹ng h«ng v¸t nhän kh«ng cã kÕt cÊu nh¶y bËc..... 44 4.2 Ca-n« l−ít cã kÕt cÊu ®¸y nh¶y bËc ........................................... 48 4.3 H×nh d¸ng s−ên kiÓu ch÷ V nhän, re-®an däc ........................... 55 4.4 Khuynh h−íng ph¸t triÓn cña c¸c tμu l−ít hiÖn ®¹i ................... 57
Ch−¬ng I Kh¸i niÖm chung vÒ tμu l−ít 1.1 ChÕ ®é chuyÓn ®éng vμ h×nh d¸ng th©n tμu l−ít Khi tμu chuyÓn ®éng ë tr¹ng th¸i n−íc tÜnh khèi l−îng cña nã sÏ hoμn toμn c©n b»ng víi lùc thuû tÜnh. ë chÕ ®é nμy còng b¾t ®Çu xuÊt hiÖn lùc n©ng thuû ®éng. Tèc ®é chuyÓn ®éng cña tμu cμng lín lùc n©ng thuû ®éng cña tμu cμng lín. Thμnh phÇn lùc nμy tá ra cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn sù thay ®æi chiÒu ch×m vμ ®é chói cña tμu. Phô thuéc vμo tû sè gi÷a lùc n©ng thuû ®éng vμ thuû ®éng mμ ta cã thÓ ph©n biÖt 3 chÕ ®é chuyÓn ®éng sau ®©y cña tμu l−ít: chÕ ®é b¬i, chÕ ®é qu¸ ®é, chÕ ®é l−ít. ChÕ ®é b¬i: ë chÕ ®é nμy c¸c thμnh phÇn lùc n©ng thñy ®éng tá ra cã ¶nh h−ëng kh«ng ®¸ng kÓ ®Õn chiÒu ch×m cña tμu khi chuyÓn ®éng. ë chÕ ®é b¬i, thùc tÕ tμu sÏ ®−îc c©n b»ng bëi träng l−îng th©n tμu víi lùc n©ng thuû tÜnh mμ nã sÏ ®−îc biÓu diÔn b»ng ®Þnh luËt ¸c-si-mÐt, Dg = γ.V (1.1) ë ®©y D - khèi l−îng cña tμu, kg; g- gia tèc träng tr−êng, m/s2; V- l−îng chiÕm n−íc thÓ tÝch cña tμu, m3; γ- träng l−îng riªng cña n−íc, kg/m2.s2. ChÕ ®é qu¸ ®é: ChÕ ®é nμy ®−îc ®Æc tr−ng bëi sù xuÊt hiÖn nhanh lùc n©ng thuû ®éng. Tμu tiÕp tôc chuyÓn ®éng nh−ng thÓ tÝch ng©m n−íc cña nã sÏ bÞ gi¶m dÇn phô thuéc vμo sù t¨ng tèc ®é cña tμu. B¾t ®Çu tμu sÏ bÞ chói mòi vμ sau ®ã sÏ bÞ chói ®u«i, sãng tμu b¾t ®Çu ®−îc t¹o ra. ë tr¹ng th¸i nμy ph−¬ng tr×nh c©n b»ng cña tμu sÏ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng Dg = γ.V1+ Py (1.2) ë ®©y Py -lùc n©ng thuû ®éng, N; V1- l−îng chiÕm n−íc thÓ tÝch t−¬ng øng víi ®−êng n−íc vËn hμnh, m3.
ChÕ ®é l−ít: ë tèc ®é cao kÕt hîp víi h×nh d¸ng th©n tμu hîp lý thμnh phÇn lùc n©ng thuû ®éng sÏ lμ thμnh phÇn lùc n©ng chñ yÕu duy tr× cho sù chuyÓn ®éng æn ®Þnh cña tμu ë chÕ ®é l−ít. Tμu sÏ h¬i chói ®u«i vμ b¾t ®Çu l−ít trªn mÆt n−íc. Lóc nμy träng l−îng cña tμu hoμn toμn ®−îc c©n b»ng nhê lùc n©ng thuû ®éng. §Æc tr−ng cña chÕ ®é tèc ®é cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh bëi tèc ®é tu¬ng ®èi mμ nã ®−îc thÓ hiÖn b»ng sè Frud. Bëi v× khi tμu chuyÓn ®éng víi tèc ®é cao th× chiÒu dμi cña ®−êng n−íc tÝnh to¸n lu«n thay ®æi v× vËy sè Frud trong tr−êng hîp nμy sÏ ®−îc biÓu diÔn theo l−îng chiÕm n−íc V FrD = (1.3) g 3 Dg / y Sau ®©y cã thÓ chØ ra c¸c giíi h¹n vÒ tèc ®é cña c¸c chÕ ®é chuyÓn ®éng kh¸c nhau theo ®é lín cña sè Frud: ChÕ ®é b¬i ........................................................ FrD ≤ 1 ChÕ ®é qu¸ ®é..............................................1 ≤ FrD ≤ 3 ChÕ ®é l−ít ......................................................FrD > 3 CÇn ph¶i hiÓu r»ng, kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c tμu l−ít ®Òu cã thÓ l−ít khi FrD = 3. §Ó ®¹t ®−îc ®iÒu ®ã ng−êi thiÕt kÕ cÇn t¹o cho th©n tμu cã h×nh d¸ng hîp lý. ChÊt l−îng thuû ®éng cña tμu l−ít cã thÓ ®−îc n©ng lªn nhê viÖc ¸p dông d¹ng s−ên cã ®¸y ph¼ng nghiªng vμ ®−îc n©ng dÇn tõ ®u«i ®Õn mòi. §Ó lμm gi¸n ®o¹n dßng ch¶y bao quanh ®¸y tμu h«ng tμu, phÝa m¹n th−êng ®−îc thiÕt kÕ víi d¹ng g·y gãc, cßn ®u«i sÏ cã d¹ng h×nh thang. C¸c dÊu hiÖu ®Æc tr−ng nμy ®· vμ ®ang ®−îc ¸p dông cho c¸c tμu l−ít hiÖn ®¹i. H×nh d¸ng ®¬n gi¶n nhÊt cña tμu l−ít ®−îc chØ ra trªn H 1.1. Khi ®¹t ®−îc tèc ®é nhÊt ®Þnh tμu l−ít kiÓu nμy sÏ l−ít trªn phÇn ®u«i cña ®¸y ph¼ng nghiªng. ChiÒu dμi cña diÖn tÝch l−ít cμng nhá khi tèc ®é cμng cao. ë tèc ®é rÊt cao ®¹i l−îng nμy sÏ ®¹t ®−îc gi¸ trÞ tèi thiÓu.
HiÖu qu¶ l−ít sÏ ®¹t ®−îc kh¸ cao ë nh÷ng tμu l−ít cã kÕt cÊu ®¸y nh¶y bËc (Re-®an) (xem H 1.2), vμ sÏ cßn cao h¬n ë nh÷ng tμu l−ít cã kÕt cÊu 3 lÇn nh¶y bËc ë vïng ®¸y. NÕu nh− tμu l−ít cã kÕt cÊu kiÓu Re-®an cã hai phÇn diÖn tÝch chÞu t¶i - mòi vμ ®u«i th× trªn nh÷ng tμu l−ít cã kÕt cÊu 3 lÇn nh¶y bËc sÏ cã 3 phÇn diÖn tÝch chÞu t¶i lμm viÖc trong dßng ch¶y tù do cña n−íc. Song kiÓu tμu nμy kh«ng ®−îc ¸p dông réng r·i do tÝnh chÊt phøc t¹p trong ®ãng míi vμ thiÕt kÕ chung. Nh»m c¶i thiÖn chÊt l−îng hμnh h¶i cho tμu chuyÓn ®éng ë chÕ ®é trung gian, nguêi ta ®· tiÕn hμnh thiÕt kÕ h×nh d¸ng vá bao kiÓu hçn hîp (xem H 1.5). PhÇn mòi ®−îc thiÕt kÕ theo kiÓu tμu cã l−îng chiÕm n−íc víi d¹ng vá bao tr¬n ®Òu nh»m gi¶m sù va ®Ëp cña sãng khi tμu ch¹y ng−îc sãng, cßn ®u«i tμu sÏ ®−îc thiÕt kÕ thuÇn tuý kiÓu tμu l−ít. H×nh d¸ng vá bao kiÓu nμy ®−îc thõa nhËn lμ hîp lÝ nhÊt ®èi víi nh÷nh ca n« ch¹y biÓn cì lín víi tèc ®é t−¬ng ®èi 1 ≤ FrD ≤ 2,5. Nh»m n©ng cao chÊt l−îng hμnh h¶i cho c¸c tμu l−ít ®· xuÊt hiÖn c¸c ca-n« l−ít víi d¹ng s−ên ch÷ V nhän (xem H 1.6). Cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng, c¸c tμu l−ít ®i biÓn víi kiÓu ®¸y nghiªng 200 cã thÓ chuyÓn sang chÕ ®é l−ít t−¬ng ®èi dÔ dμng nÕu theo chiÒu dμi cña ®¸y ®−îc ®Æt thªm c¸c Re-®an däc. Ca-n« kiÓu nμy cã tÝnh æn ®Þnh ban ®Çu nhá. Khi tμu ch¹y víi tèc ®é cao trªn sãng tμu sÏ cã chuyÓn ®éng æn ®Þnh vμ t¶i träng ®éng t−¬ng ®èi nhá khi tμu va ®Ëp vμo sãng. Chó ý ®Õn ®Æc tr−ng chÕ ®é chuyÓn ®éng cña c¸c tμu l−ít ta cã thÓ nhËn thÊy râ ®Æc ®iÓm thay ®æi ®−êng cong lùc c¶n phô thuéc vμo tèc ®é (xem H 1.7). Trong vïng trÞ sè Frud FrD = 1÷2,0 ®−êng cong sÏ cã d¹ng låi, nã chØ ra r»ng ë chÕ ®é qu¸ ®é lùc c¶n cña th©n tμu l−ít sÏ cao h¬n mét c¸ch ®¸ng kÓ so víi lùc c¶n cña tμu cã l−îng chiÕm n−íc. Sau khi v−ît qua ®−îc ®iÓm låi trªn ®−êng cong lùc c¶n, tμu sÏ b¾t ®Çu chuyÓn tíi chÕ ®é l−ít, vμ nhê gi¶m ®i mét c¸ch ®¸ng kÓ sãng tμu lùc c¶n chung sÏ ®−îc gi¶m. Sau ®ã cïng víi
sù t¨ng tèc ®é lùc c¶n l¹i t¨ng lªn do t¨ng lùc c¶n ma s¸t. §iÓm låi trªn ®−êng cong lùc c¶n sÏ xuÊt hiÖn râ nÐt ë chuyÓn ®éng cña ca-n« l−ít cã kÕt cÊu Re-®an vμ ng−îc l¹i lμ ë ca-n« l−ít kiÓu th−êng. Sù thay ®æi chiÒu ch×m cña tμu l−ít ®−îc ®Æc tr−ng bëi gãc chói ϕ vμ bëi sù thay ®æi chiÒu ch×m ΔT ®−îc chØ trªn H 1.7. 1.2 Ph©n lo¹i tμu l−ít, ®Æc ®iÓm kiÕn tróc vμ bè trÝ cña tμu Tμu l−ít ®−îc ph©n lo¹i theo c¸c dÊu hiÖu sau: Theo c«ng dông ta cã thÓ chia tμu l−ít thμnh tμu dÞch vô-tuÇn tiÔu, d¹o ch¬i, du lÞch,®ua-thÓ thao, chë kh¸ch, ca-n« cã c«ng dông ®Æc biÖt (lμm c«ng t¸c vÖ sinh-dÞch tÔ, cøu hé, cøu ho¶...). Theo ®Æc ®iÓm kiÕn tróc vμ bè trÝ, tμu l−ít ®−îc chia thμnh c¸c nhãm sau: xuång cã kÕt cÊu boong hë, xuång vμ ca-n« cã kÕt cÊu boong mòi, ca-n« cã kiÕn tróc th−îng tÇng mòi, ca-n« vμ tμu cã kiÕn tróc th−îng tÇng liÒn, tμu l−ít cã kÕt cÊu hai th©n, tμu cã d¹ng tho¸t khÝ ®éng häc. Theo h×nh d¸ng vá bao tμu l−ít ®−îc chia thμnh c¸c nhãm sau: • Tμu cã kÕt cÊu h«ng nhän kh«ng Re-®an víi s−ên cã d¹ng ®¸y nghiªng ph¼ng, ®¸y ph¼ng, nghiªng låi, d¹ng ch÷ S. • Tμu kh«ng ®−îc kÕt cÊu kiÓu Re-®an nh−ng ®¸y ®−îc kÕt cÊu d¹ng vßm (1 hoÆc 2 vßm). • Tμu ®−îc kÕt cÊu kiÓu Re-®an (kiÓu tμu l−ít cæ ®iÓn). • Tμu l−ít kiÓu 3 Re-®an. • Tμu l−ít ch¹y biÓn víi h×nh d¸ng vá bao hçn hîp. • Tμu l−ít víi h×nh d¸ng s−ên ch÷ V nhän. • Tμu víi h×nh d¸ng vá bao kiÓu míi (xem H 1.8). Ngoμi ra, tμu l−ít cã thÓ ®−îc ph©n lo¹i theo ®éng c¬, theo chong chãng, theo lo¹i vËt liÖu ®−îc sö dông ®Ó chÕ t¹o th©n tμu vμ theo c¸c dÊu hiÖu kh¸c.
Ca-n« dÞch vô-tuÇn tiÔu, d¹o ch¬i vμ du lÞch. §©y lμ nhãm tμu chiÕm sè l−îng lín trong ®éi tμu l−ít ch¹y nhanh. Nhãm tμu nμy th−êng ®−îc sö dông réng r·i trªn c¸c s«ng, hå chøa n−íc, hå vμ ë c¸c vïng biÓn gÇn bê. C¸c ®¹i l−îng ®Æc tr−ng nhÊt cña tμu bao gåm: chiÒu dμi tõ 5-7m, l−îng chiÕm n−íc tõ 900-1500kg. Tuy nhiªn, tham gia vμo ®éi tμu nμy cßn cã nh÷ng tμu cã chiÒu dμi 9-12m, l−îng chiÕm n−íc ≤ 6T ®−îc dïng ®Ó ch¹y biÓn. Ngoμi ra, cßn cã c¶ nh÷ng tμu cì lín ch¹y biÓn víi tiÖn nghi cao, cã l−îng chiÕm n−íc tõ 25-30T. Nh÷ng tμu cì nhá th−êng ®−îc chÕ t¹o b»ng hîp kim nh«m vμ ®−îc liªn kÕt b»ng ph−¬ng ph¸p hμn ®iÖn, hoÆc gç d¸n hμng kh«ng, tÊm Ðp ba-ke-lit, tÊm Ðp b»ng sîi thuû tinh. Tμu ®ua-thÓ thao. Phô thuéc vμo h×nh d¸ng th©n tμu, l−îng chiÕm n−íc vμ ®éng c¬ ®−îc l¾p ®Æt trªn tμu ta cã thÓ ph©n chóng thμnh: thuyÒn ®ua, xuång, tμu l−ít, ca-n«. ThuyÒn ®ua kiÓu 1 chç ngåi, cã mét ®éng c¬ ®−îc liªn kÕt d−íi d¹ng treo. Lo¹i nμy th−êng ®−îc thiÕt kÕ theo kiÓu xuång cã 3 Re-®an. Xuång l−ít. §©y lμ lo¹i tμu cì nhá kh«ng cã kÕt cÊu kiÓu Re-®an, boong hë vμ ®−îc bè trÝ 1 ®éng c¬ ®−îc liªn kÕt theo kiÓu treo. Ca-n«. Lo¹i tμu nμy cã ®éng c¬ ®−îc ®Æt cè ®Þnh, kh«ng bÞ giíi h¹n vÒ h×nh d¸ng, kÝch th−íc th©n tμu vμ thiÕt bÞ ®Èy. Tμu l−ít chë kh¸ch. Lo¹i tμu nμy cã thÓ ®−îc ph©n thμnh 3 nhãm sau: 1. Tμu l−ít cì nhá kiÓu kÕt cÊu boong hë. Chóng ®−îc sö dông ®Ó chuyªn chë hμnh kh¸ch hoÆc hμng b−u ®iÖn trªn c¸c s«ng cã mín n−íc c¹n. ThiÕt bÞ ®Èy ë ®©y th−êng lμ chong chãng hoÆc thiÕt bÞ phôt n−íc. L−îng chiÕm n−íc cña nhãm tμu nμy th−êng kh«ng v−ît qu¸ 3T. Søc chøa kh¸ch cì 12 ng−êi. C«ng suÊt ®éng c¬ cì 185kw, tèc ®é cì 32hl/h. Ngoμi ra, trªn nh÷ng tμu cì nhá ho¹t ®éng trªn c¸c s«ng lín, hå, hå chøa n−íc vμ vïng biÓn gÇn bê tμu cã thÓ ®−îc ®Æt thiÕt bÞ ®Èy lμ ch©n vÞt.
2. Ca n« - « t« buýt ch¹y nhanh. §©y lμ lo¹i tμu chë kh¸ch ®−îc sö dông phæ biÕn trªn c¸c tuyÕn kh¸c nhau. L−îng chiÕm n−íc cña chóng cã thÓ ®¹t ®Õn 25T, víi søc chë kho¶ng 100 kh¸ch vμ tèc ®é ≥ 22 hl/h. 3. Ca-n« l−ít ch¹y biÓn. §©y lμ lo¹i tμu l−ít cì lín nhÊt, cã l−îng chiÕm n−íc 60- 70 T vμ lín h¬n, c«ng suÊt ®éng c¬ cã thÓ ®¹t ®Õn 2200 kw.
Ch−¬ng II Thuû ®éng lùc vμ tÝnh ®i biÓn cña tμu l−ít HiÖn t−îng vËt lý xuÊt hiÖn khi th©n tμu tr−ît trªn mÆt n−íc lμ h×nh ¶nh phøc t¹p cña sù thay ®æi ¸p suÊt vμ tèc ®é cña dßng ch¶y quanh th©n tμu víi sù thay ®æi ®ét ngét gradient ¸p suÊt, sù t¹o thμnh c¸c dßng n−íc toÐ ra xung quanh th©n tμu, vμ sù t¹o thμnh sãng. V× vËy, viÖc t×m ra lý thuyÕt chÝnh x¸c gi¶i thÝch c¸c ®Þnh luËt l−ít lμ bμi to¸n phøc t¹p. PhÇn khã kh¨n nhÊt cña bμi to¸n trªn lμ viÖc x¸c ®Þnh sù chuyÓn ®éng cña khèi l−îng n−íc xung quanh th©n tμu l−ít, tèc ®é vμ ph−¬ng chuyÓn ®éng cña khèi l−îng n−íc ®−îc nªu ë trªn. Cã nhiÒu nhμ B¸c häc lçi l¹c ®· nghiªn cøu c¸c vÊn ®Ò vÒ lý thuyÕt l−ít. Trong sè ®ã ph¶i kÓ ®Õn c¸c nhμ B¸c häc cña Liªn X«: X. A. Trap-l−-gin, G.A. Pav-len-c«, N.A.S«-c«-lèv, L.I.Xª-dèv, N.X.V«-l«-din, K.P.Kha-ri-t«- n«v. C¸c nhμ B¸c häc trªn trong nh÷ng n¨m 30 cña thÕ kû qua lμ nh÷ng ng−êi ®Çu tiªn ®−a ra c¸c c¬ së hiÖn ®¹i cña lý thuyÕt l−ít vμ c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh lùc c¶n cña tμu l−ít. NhiÒu c«ng tr×nh trong lÜnh vùc nghiªn cøu lý thuyÕt - thùc nghiÖm ®· ®−îc c¸c nhμ B¸c häc cña c¸c n−íc kh¸c thùc hiÖn, trong sè ®ã ph¶i kÓ ®Õn c¸c nhμ B¸c häc nh−: Zottorf, Vagner, Pabxt, Perring, Murec, Korvin- Krukovxki vμ c¸c nhμ B¸c häc kh¸c. D−íi ®©y sÏ ®−a ra kh¸i qu¸t vÒ c¬ së lý thuyÕt l−ít nh»m phôc vô cho viÖc thiÕt kÕ tμu l−ít. 2.1 Sù ph©n bè tèc ®é vμ ¸p suÊt cña dßng ch¶y d−íi bÒ mÆt l−ít. Ta nghiªn cøu b¶n ph¼ng réng ®−îc g¾n cè ®Þnh. Dßng chÊt láng lý t−ëng ch¶y qua b¶n ph¼ng víi tèc ®é v vμ d−íi gãc tÊn α (xem H 2.1).
B¶n ph¼ng lμm thay ®æi ph−¬ng vμ tèc ®é dßng vμ chia dßng thμnh hai phÇn: phÇn c¬ së vμ phÇn phÝa trªn. PhÇn phÝa trªn ngay t¹i b¶n ph¼ng bÞ h·m l¹i vμ sau ®ã sÏ chuyÓn ®éng theo b¶n ph¼ng ë d¹ng tia máng vμ h−íng vÒ phÝa ng−îc l¹i. B»ng thÝ nghiÖm ®¬n gi¶n cã thÓ quan s¸t ®−îc h×nh ¶nh t−¬ng tù chØ víi sù kh¸c nhau lμ trong c¸c ®iÒu kiÖn thùc tÕ líp n−íc máng phÝa trªn bÞ b¾n ra do b¶n ph¼ng nhanh chãng biÕn thμnh dßng toÐ ra xung quanh d−íi t¸c dông cña träng lùc. L−u ý, sù tån t¹i hai phÇn dßng ch¶y quanh b¶n ph¼ng cã thÓ ®i ®Õn kÕt luËn vÒ sù tån t¹i líp ph©n c¸ch hoÆc ®−êng ph©n c¸ch cña dßng. §−êng ph©n c¸ch nμy t¹o víi b¶n ph¼ng mét gãc 900 vμ h×nh thμnh ®iÓm tíi h¹n O mμ t¹i ®ã tèc ®é dßng so víi b¶n ph¼ng b»ng 0. Gi¸ trÞ tèc ®é b»ng 0 t¹i ®iÓm O cã nghÜa r»ng toμn bé cét vËn tèc cña dßng biÕn thμnh ¸p suÊt ph¸p tíi h¹n, cã nghÜa lμ lín nhÊt vÒ trÞ sè vμ b»ng pv2/2. Bªn tr¸i vμ bªn ph¶i b¶n ph¼ng tÝnh tõ ®iÓm O, ¸p suÊt sÏ gi¶m xuèng do t¨ng tèc ®é dßng ch¶y qua b¶n ph¼ng. ChÕ ®é dßng ch¶y cña b¶n ph¼ng cè ®Þnh ®−îc xem xÐt ë trªn lμ thÝ dô vÒ chuyÓn ®éng dõng cña dßng mμ t¹i ®ã tèc ®é t¹i ®iÓm bÊt kú kh«ng phô thuéc vμo thêi gian. Nh− vËy, ë ®©y ta ¸p dông ®−îc ph−¬ng tr×nh Ber-nu-li liªn hÖ gi÷a ¸p suÊt vμ tèc ®é. Theo ph−¬ng tr×nh nμy, t¹i c¸c ®−êng mÆt cña dßng ch¶y qua b¶n ph¼ng tèc ®é cña tõng ph©n tö cña n−íc ®Òu b»ng v, v× r»ng ¸p suÊt khÝ quyÓn ë xung quanh lμ kh«ng ®æi. §iÒu ®ã cã nghÜa r»ng, tèc ®é cña c¸c tia n−íc toÐ ra vμ tèc ®é cña dßng ch¶y qua b¶n ph¼ng t¹i mÐp sau cña b¶n ph¼ng b»ng tèc ®é cña dßng. Khi ®ã dßng ch¶y qua mÐp sau cña b¶n ph¼ng t¹i chÕ ®é l−ít ph¸t triÓn thμnh c¸c tia n−íc ®−îc ph©n bè ®Òu ®Æn tøc lμ tho¶ m·n tiªn ®Ò Trap-l−-gin-Giu-c«v-xki. H×nh ¶nh chung cña sù ph©n bè ¸p suÊt vμ tèc ®é theo chiÒu dμi cña b¶n ph¼ng ®−îc ®Æt lÖch víi h−íng dßng ch¶y mét gãc α cã thÓ ®−îc m« t¶ trªn H 2.1.
S¬ ®å ph©n bè ¸p suÊt vμ tèc ®é theo ph−¬ng ngang cña b¶n ph¼ng l−ít ®−îc m« t¶ trªn H 2.2. Do ¸p suÊt d−íi b¶n ph¼ng lín h¬n ¸p suÊt trªn mÆt n−íc nªn ë vïng mÐp h«ng n−íc sÏ ch¶y qua. V× vËy, ¸p suÊt ë d−íi b¶n ph¼ng t¹i c¸c mÐp h«ng gi¶m xuèng. Sù xuÊt hiÖn dßng ch¶y nãi trªn ë mÐp h«ng sÏ lμm gi¶m hiÖu qu¶ l−ít cña b¶n ph¼ng l−ít. 2.2 Lùc n©ng thuû ®éng vμ søc c¶n X¸c ®Þnh gi¸ trÞ lùc n©ng thuû ®éng vμ lùc c¶n cña n−íc khi l−ít cã thÓ b»ng nhiÒu ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt kh¸c nhau. ThÝ dô, lùc n©ng thuû ®éng cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch tÝch ph©n ®−êng cong ph©n bè ¸p suÊt theo chiÒu dμi cña b¶n ph¼ng. §Ó lμm ®−îc ®iÒu ®ã ta cÇn ph¶i biÕt biÓu thøc gi¶i tÝch cña ®−êng cong nμy. Mét c¸ch ®¬n gi¶n, cã thÓ gi¶i bμi to¸n nμy b»ng c¸ch x¸c ®Þnh sù tæn thÊt n¨ng l−îng khi b¶n ph¼ng chuyÓn ®éng. Ta nghiªn cøu tr−êng hîp chuyÓn ®éng cña b¶n ph¼ng theo mÆt n−íc ë tr¹ng th¸i tÜnh. Thõa nhËn tÝnh chÊt cña dßng ch¶y qua tÊm l−ít nh− ®· tr×nh bμy ë H 2.1. Ta thay ¸p suÊt ph¸p tæng cña dßng t¸c dông lªn tÊm b»ng lùc t−¬ng ®−¬ng PTD ®Æt t¹i ®iÓm C (xem H 2.3). Ta cã thÓ dÔ dμng x¸c ®Þnh ®−îc lùc c¶n cña n−íc PX = PTD.sinα. Bá qua lùc c¶n ma s¸t ë chÕ ®é chÊt láng lý t−ëng, gi¸ trÞ trªn sÏ lμ lùc c¶n toμn phÇn. N¨ng l−îng trong mét gi©y cÇn thiÕt cho tÊm chuyÓn ®éng víi tèc ®é v cho tr−íc (c«ng suÊt kÐo) cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: A = PX.v = PTD.v.sinα Bá qua träng lùc cña chÊt láng- cã nghÜa lμ bá qua sù t¹o sãng, cã thÓ cho r»ng toμn bé n¨ng l−îng cÇn thiÕt ®Ó tÊm chuyÓn ®éng sÏ bÞ tiªu hao do t¹o thμnh c¸c tia n−íc toÐ ra theo ph−¬ng chuyÓn ®éng cña tÊm.
Tèc ®é cña dßng n−íc toÐ so víi ng−êi quan s¸t ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tæng c¸c vec-t¬ tèc ®é cña tÊm l−ít vμ tèc ®é chuyÓn ®éng cña c¸c tia n−íc ®èi víi tÊm, cã nghÜa vP = 2.v.cosα/2. Khèi l−îng n−íc b¾n vÒ phÝa tr−íc b»ng gi¸ trÞ p.δ.v, trong ®ã: p- mËt ®é n−íc, kg/m3; δ- chiÒu dμy líp n−íc toÐ, m. §éng n¨ng cña c¸c tia n−íc toÐ: 1 1 m.v 2 = p.δ .v(2v. cos α / 2) 2 = 2 p.δ .v 3 . cos 2 α / 2 Atn = (2.2) p 2 2 So s¸nh (2.1) vμ (2.2) ta nhËn ®−îc: PTD.v.sinα = 2.p.δ.v3.cos2α/2 Tõ ®ã 2. cos 2 α / 2 2. cos 2 α / 2 PTD = p.δ .v 2 . = p.δ .v 2 . sin α 2. cos α / 2. sin α / 2 Cuèi cïng ta t×m ®−îc PTD= p.δ.v2.ctgα/2 (2.3) Tõ ®ã lùc n©ng vμ lùc c¶n sÏ ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc sau: Py= PTD. cosα = p.δ.v2.ctgα/2.cosα (2.4) Px= PTD.sinα = p.δ.v .ctgα/2.sinα 2 Nh− vËy, trong ®iÒu kiÖn chÊt láng lý t−ëng khi cho tr−íc v vμ α, lùc n©ng vμ lùc c¶n cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh mét c¸ch dÔ dμng nÕu biÕt tr−íc chiÒu dμy toÐ n−íc. Khi gãc tÊn nhá, chiÒu dμy δ cã thÓ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: π δ= .l.α 2 (2.5) 4 l - chiÒu dμi mÆt −ít cña tÊm l−ít. Trong c¸c ®iÒu kiÖn thùc tøc lμ n−íc cã ®é nhít, trªn tÊm l−ít ngoμi ¸p suÊt ph¸p cßn cã lùc ma s¸t t¸c dông. Do t¸c dông cña c¸c lùc nhít, lùc c¶n chung cña tÊm sÏ t¨ng, vμ lùc n©ng gi¶m (xem H 2.4).
Tõ s¬ ®å h×nh häc cña c¸c lùc t¸c dông lªn tÊm l−ít theo mÆt chÊt láng thùc, ta cã thÓ viÕt c¸c biÓu thøc sau: PX . cos α = Pf + Py . sin α (2.6) sin α 1 PX = Pf . + Py . cos α cos α V× khi gãc tÊn nhá cosα ≈1 nªn Px= Pf + Py.tgα (2.7) Trong ®ã Px- lùc c¶n toμn phÇn; Pf - lùc c¶n ma s¸t; Py.tgα - lùc c¶n ¸p suÊt. §èi víi tμu ë chÕ ®é l−ít ®¬n thuÇn, khi lùc khèi cña tμu thùc tÕ hoμn toμn c©n b»ng víi lùc ¸p suÊt (Py=Dg), biÓu thøc (2.7) cã thÓ ®−îc viÕt d−íi d¹ng R = RT+ D.g. tgα (2.8) HoÆc: R= RT+ RD (2.9) Trong ®ã RD- lùc c¶n ®éng lùc. Thμnh phÇn lùc c¶n nμy ®−îc h×nh thμnh do c¸c lùc thuû ®éng ph¸p vμ hÖ qu¶ cña sù tæn thÊt n¨ng l−îng ®Ó t¹o thμnh tia n−íc toÐ vμ t¹o sãng. Tû sè gi÷a RTvμ RD khi cho tr−íc v sÏ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng gãc tÊn α (xem H 2.4). PhÇn chÝnh cña lùc c¶n khi gãc α bÐ lμ lùc c¶n ma s¸t vμ khi α lín th× ng−îc l¹i lμ lùc c¶n ¸p suÊt. V× r»ng, khi α t¨ng, mÆt −ít gi¶m vμ do ®ã lùc ma s¸t gi¶m. Tõ biÓu thøc RD= D.g. tgα ta nhËn thÊy r»ng RD chØ phô thuéc vμ0 khèi l−îng tμu vμ gãc tÊn mμ kh«ng phô thuéc vμo tèc ®é. Song cÇn l−u ý lμ gãc tÊn α ®èi víi tμu cho tr−íc phô thuéc vμo tèc ®é vμ cã thÓ nãi r»ng khi tèc ®é t¨ng, lùc c¶n RD sÏ gi¶m. §iÒu ®ã cã nghÜa r»ng, khi v−ît qua “b−íi” lùc c¶n (xem H 1.7), th× tμu sÏ chuyÓn sang chÕ ®é l−ít thuÇn tuý. TiÕp tôc, khi tèc ®é t¨ng, gãc tÊn vμ lùc c¶n ®éng lùccã thÓ gi÷ nguyªn kh«ng ®æi.
Khi lùc c¶n ®éng lùc kh«ng ®æi (α=const) nÕu tèc ®é t¨ng, lùc c¶n t¹o sãng gi¶m vμ cã thÓ tiÕn tíi kh«ng, cßn lùc c¶n toÐ n−íc sÏ t¨ng. 2.3 C¸c ®Æc tr−ng thuû ®éng lùc kh«ng thø nguyªn Khi ph©n tÝch kÕt qu¶ thÝ nghiÖm c¸c bÒ mÆt ph¼ng vμ bÒ mÆt cong t¹i bÓ thö, trong c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch, tÝnh to¸n thuû ®éng lùc vμ thiÕt kÕ h×nh d¸ng th©n tμu l−ít, ng−êi ta ¸p dông c¸c ®Æc tr−ng kh«ng thø nguyªn sau: - HÖ sè chÊt l−îng thuû ®éng lùc: Py D.g K= = (2.10) Px R trong ®ã Py -lùc n©ng, N; D - khèi l−îng tÊm (tμu), kg; g- gia tèc träng tr−êng, m/s2; Px=R - lùc c¶n toμn phÇn, N; - HÖ sè t¶i ®éng lùc: D.g CB = (2.11) 1 / 2. p.v 2 .B 2 trong ®ã B - chiÒu réng tÊm l−ít. - HÖ sè dang t−¬ng ®èi cña tÊm: l l2 λ= = (2.12) BS trong ®ã l - chiÒu dμi ng©m n−íc cña tÊm, m; S - diÖn tÝch mÆt −ít cña tÊm, m2. Ng−êi ta cßn sö dông gi¸ trÞ ng−îc 1 B λt = = (2.13) λ l - HÖ sè m« men cña c¸c lùc thuû ®éng MD l .D l mD = =D = D (2.14) g .D.B g .D.B B trong ®ã MD - m« men cña lùc n©ng thuû ®éng ®èi víi mÐp sau cña tÊm, Nm; lD= 0,785l -kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm ®Æt hîp lùc cña c¸c thμnh phÇn lùc thuû ®éng ®Õn mÐp sau tÊm ®u«i, m.
- Hoμnh ®é t−¬ng ®èi cña träng t©m tÊm (tμu): xG mΔ = (2.15) B trong ®ã xG - kho¶ng c¸ch träng t©m khèi l−îng tÊm so víi mÐp sau tÊm, m. Trong lÇn gÇn ®óng thø nhÊt cã thÓ xem mD= mΔ. TÊt c¶ c¸c ®Æc tr−ng thuû ®éng lùc cã sù liªn quan chÆt chÏ víi nhau vμ ®−îc thay ®æi phô thuéc vμ0 sè Frud, gãc tÊn vμ c¸c ®Æc tr−ng h×nh häc cña mÆt l−ít. HÖ sè chÊt l−îng K lμ chØ tiªu c¬ b¶n ®Æc tr−ng cho hiÖu qu¶ l−ít cña tμu vμ khi thiÕt kÕ lu«n lu«n mong muèn nhËn ®−îc gi¸ trÞ lín nhÊt. TÝnh chÊt c¬ b¶n cña hÖ sè K nh− lμ hμm cña α, FrD vμ λ1=B/l ®−îc m« t¶ ë H 2.5. B»ng ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ lín nhÊt cña hÖ sè K ®èi víi tÊm ph¼ng = 13,2 khi α = 2020’, λ1>10 vμ FrD≈3. Trªn H 2.6 ®· chØ ra c¸c ®−êng cong K vμ α phô thuéc vμo λ. §−êng cong K = f(λ) -gãc tÊn tèi −u mμ t¹i ®ã cã thÓ nhËn ®−îc gi¸ trÞ K lín nhÊt t¹i c¸c gi¸ trÞ λ kh¸c nhau. Tõ ®å thÞ trªn ta cã nhËn xÐt lμ K cμng lín khi λ cμng bÐ. §iÒu ®ã cã nghÜa lμ mÆt l−ít ng¾n vμ réng th× cã lîi chø kh«ng ph¶i mÆt l−ít hÑp vμ dμi. Song ®iÒu ®ã chØ ®óng t¹i c¸c gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh cña hÖ sè t¶i riªng CB, MΔ vμ sè FrD. Thay ®æi CB, MΔ cã ¶nh h−ëng ®Õn gi¸ trÞ cña K. C¸c ®å thÞ tr×nh bμy ë H 2.7 cã thÓ ®−îc sö dông ®Ó tÝnh c¸c ®Æc tr−ng ®éng lùc cña tμu thiÕt kÕ (xem H 2.4). Tμu l−ít ®¸y ph¼ng cã tÝnh ®i biÓn kÐm. §Ó t¨ng ®é ªm khi tμu va ®Ëp vμ0 sãng ta cÇn ph¶i chän ®¸y v¸t. Nh−ng khi t¨ng ®é v¸t th× hÖ sè K sÏ gi¶m. Trªn H 2.8 α, δ tr×nh bμy vïng thay ®æi K c¶u tÊm ph¼ng cã ®é v¸t víi hÖ sè t¶i riªng CB=(0,07÷0,15) t¹i c¸c gi¸ trÞ gãc tÊn kh¸c nhau (α= 4÷10)0 vμ ®−êng cong gãc tÊn tèi −u phô thuéc vμo
gãc v¸t β. §å thÞ ®−îc x©y dùng theo c¸c sè liÖu thÝ nghiÖm cña Zottorf. Tõ ®å thÞ trªn ta cã thÓ rót ra c¸c kÕt luËn: Gãc tÊn tèi −u ®èi víi tÊm v¸t lín h¬n so víi tÊm ph¼ng. Khi gãc v¸t d−íi 100, K sÏ bÞ gi¶m kh«ng lín (≤6%) nh−ng phô thuéc ®¸ng kÓ vμ0 gãc tÊn. T¨ng gãc v¸t tiÕp, K sÏ bÞ gi¶m râ rÖt, chän gãc tÊn tèi −u kh«ng cã ý nghÜa ®¸ng kÓ (khi α=400, K=4) vμ K kh«ng thay ®æi khi α=40 vμ K=10. Sù gi¶m chÊt l−îng cña tÊm v¸t ®Æc biÖt xuÊt hiÖn t¹i c¸c gi¸ trÞ CB nhá. Khi CB lín sù gi¶m chÊt l−îng sÏ kh«ng lín. Khi CB= 0,03 trong vïng thay ®æi gãc v¸t tõ 00÷250, K sÏ bÞ gi¶m ®Õn 40% (tõ 10 ®Õn 6,1), cßn khi CB= 0,15 th× K sÏ kh«ng gi¶m h¬n 15%. CÇn ph¶i hiÓu thªm r»ng, khi gãc v¸t ≥ 400 trong c¸c ®iÒu kiÖn thùc, cã nghÜa lμ trong c¸c giíi h¹n cña tèc ®é th«ng th−êng thùc tÕ tμu kh«ng ®¹t ®−îc chÕ ®é l−ít. §é v¸t ®¸y t¨ng sÏ lμm t¨ng kho¶ng thêi gian chuyÓn sang chÕ ®é l−ít. H×nh c¾t ngang phøc t¹p, thÝ dô cong vâng-v¸t hoÆc låi-vâng (H2.8, b) ngoμi sù t¨ng tÝnh ®i biÓn cßn cã thÓ ®¶m b¶0 chÊt l−îng thuû ®éng lùc gÇn nh− chÊt l−îng cña tÊm ph¼ng, ®«i khi cßn cao h¬n. T¨ng chÊt l−îng thuû ®éng lùc cña bÒ mÆt l−ít cã thÓ ®¹t ®−îc b»ng pr«phin däc. NÕu tÊm ®¸y ph¼ng ®−îc uèn cong ®Òu ë phÇn ®u«i th× gãc tiÕp xóc cña ®¸y víi dßng ch¶y gi¶m xuèng tõ ®ã gi¶m kh¶ n¨ng toÐ n−íc vμ gi¶m lùc c¶n ®éng lùc. D−íi t¸c dông cña lùc ly t©m qu¸n tÝnh cña dßng chuyÓn ®éng cong lùc n©ng t¨ng tøc lμ t¨ng chÊt l−îng thuû ®éng lùc. Thùc tÕ, b»ng c¸ch uèn cong ®¸y cã thÓ t¨ng chÊt l−îng thuû ®éng lªn 20% vμ lín h¬n. HiÖu qu¶ trªn cã thÓ ®¹t ®−îc b»ng c¸ch øng dông tÊm ch¾n quay. Song cÇn l−u ý lμ ®é cong qu¸ lín cña ®¸y hoÆc gãc tÊn lín cña tÊm ch¾n ngang cã thÓ lμm mÊt æn ®Þnh cña chÕ ®é l−ít.
2.4 TÝnh c¸c ®Æc tr−ng thuû ®éng lùc cña tμu l−ít Trong bμi to¸n tÝnh thuû ®éng lùc gåm x¸c ®Þnh lùc c¶n toμn phÇn, chiÒu ch×m, gãc tÊn, chiÒu dμi mÆt −ít t¹i c¸c tèc ®é chuyÓn ®éng kh¸c nhau khi cho tr−íc l−îng chiÕm n−íc, träng t©m vμ chiÒu réng cña tμu. Dùa vμo kÕt qu¶ tÝnh to¸n ta x©y dùng c¸c ®−êng cong R, α, l, t = f(v). Tæng hîp c¸c ®−êng cong trªn lμ hå s¬ thuû ®éng lùc cña tμu thiÕt kÕ. TÝnh thuû ®éng lùc dùa trªn c¬ së sö dông c¸c d¹ng ®å thÞ nh− ë H 2.7 vμ hμng lo¹t c¸c biÓu thøc bæ sung kh¸c, còng nh− dùa vμo c¸c sè liÖu thu ®−îc khi thÝ nghiÖm m« h×nh vμ tμu mÉu thùc (nÕu cã). Ta h·y kh¶o s¸t tr×nh tù tÝnh to¸n c¸c ®Æc tr−ng thuû ®éng cña tμu l−ít kh«ng cã kÕt cÊu nh¶y bËc ë ®¸y( kh«ng cã kÕt cÊu re-®an). C¸c sè liÖu cho tr−íc gåm: - ChiÒu réng trung b×nh cña ca-n« l−ít: 1 B= ( B SG − BTP ) 2 - §é v¸t trung b×nh cña ®¸y: 1 BTB = ( BSG − BTP ) 2 - Khèi l−îng tμu D. - Kho¶ng c¸ch cña träng t©m ®Õn v¸ch mót ®u«i xG. - Gi¶ thiÕt c¸c gi¸ trÞ cña tèc ®é v1, v2, v3. Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n sÏ ®−îc thùc hiÖn theo b¶ng v FTB = (2.16) g .B Tr−íc tiªn cÇn tÝnh sè FrD theo chiÒu réng B øng víi mçi gi¸ trÞ cña tèc ®é theo c«ng thøc. Sau ®ã theo s¬ ®å lùc t¸c dông lªn ca-n« (H 2.9) tÝnh m« men c¸c lùc thuû ®éng ®èi víi ®iÓm O: MD≈ Py.lD. Theo s¬ ®å cña chóng ta MD= g.D.xG - T. lD.
Nh−ng ë ®©y lùc ®Èy cña chong chãng T coi nh− ch−a ®−îc biÕt. Trong lÇn gÇn ®óng ®Çu tiªn cã thÓ cho tr−íc hÖ sè chÊt l−îng thuû ®éng K vμ do ®ã T= g.D/K hoÆc hoμn toμn cã thÓ bá qua m« men lùc ®Èy cña chong chãng vμ lóc ®ã MD≈ g.D.xG (2.17) Lóc nμy hÖ sè m« men c¸c lùc thuû ®éng lùc ®−îc tÝnh theo biÓu thøc mD= xG/B Sö dông gi¸ trÞ mD theo ®å thÞ H 2.7, a ®èi víi tÊt c¶ c¸c sè FrD ta sÏ t×m ®−îc λ vμ tõ λ theo ®å thÞ H 2.7, b tÝnh th«ng sè CD/α. Sau khi tÝnh hÖ sè t¶i träng theo c«ng thøc CB g .D CB = , va....a = 1 CB . p.v 2 .B 2 α 2 C¸c gi¸ trÞ λ, α võa tÝnh ®−îc ch−a kÓ ®Õn ®é v¸t nªn ph¶i tÝnh ®iÒu chØnh. Ta cã thÓ ¸p dông c«ng thøc cña I. P. Liu-b«-mi-r«v. ⎡ ⎤ [ ] m 1 − 0,29(sin β ) .⎢1 + 1,35(sin β ) . D 1 λ β = λ0 , 3 . ⎥ (2.18) 0 , 28 0 , 44 cos β ⎢ ⎥ FrB ⎣ ⎦ 0,15(sin β ) 1 − 0,17 λ . cos β 0 ,8 αβ = α + (2.19) . λ . cos β FrB ,3 0 trong ®ã λβ vμ αβ - ®é dang t−¬ng ®èi vμ gãc tÊn ®èi víi ®¸y v¸t. Sau ®ã x¸c ®Þnh RD=g.D.tgαβ, chiÒu dμi ng©m n−íc l =λβ.B vμ diÖn tÝch mÆt −ít S = λβ.B2. TÝnh lùc c¶n ma s¸t khi biÕt diÖn tÝch mÆt −ít thùc hiÖn theo ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng. Lùc c¶n toμn phÇn ®−îc tÝnh R = Rl + RD vμ sau cïng cã thÓ tÝnh chiÒu ch×m t¹i v¸ch mót ®u«i theo c«ng thøc
α β .B t= (2.20) λβ . l + λβ TÝnh to¸n thuû ®éng lùc cña ca-n« l−ít cã nh¶y bËc ë ®¸y lμ bμi to¸n kh¸ phøc t¹p. C¸c tμi liÖu vÒ vÊn ®Ò nμy cã thÓ t×m ®−îc trong s¸ch cña A.I.Ma-t−-n«v “Tμu l−ít”, M.Re-ti-z®at 1940. C¸c vÊn ®Ò chung cña thuû ®éng lùc vμ c¸c ph−¬ng ph¸p thùc tiÔn tÝnh tμu l−ít nhiÒu th©n vμ hai th©n cã thÓ ®äc ®−îc trong c¸c s¸ch kh¸c. 2.5 TÝnh ®i biÓn cña tμu l−ít TÝnh ®i biÓn cña tμu l−ít theo nghÜa réng cña tõ nμy lμ tËp hîp c¸c tÝnh hμnh h¶i ®¶m b¶o sù an toμn vμ thuËn lîi trong sö dông tμu ë c¸c ®iÒu kiÖn khai th¸c cô thÓ (tÝnh næi, tÝnh æn ®Þnh, tÝnh ¨n l¸i, tÝnh di ®éng, tÝnh kh«ng bÞ h¾t n−íc lªn boong khi gÆp sãng...). Nãi hÑp h¬n, tÝnh ®i biÓn cña tμu lμ tr¹ng th¸i cña tμu khi chuyÓn ®éng trªn n−íc cã sãng. Tμu ®−îc xem lμ cã tÝnh ®i biÓn nÕu nã cã tÝnh l¾c ªm, kh«ng bÞ chói vμo n−íc khi gÆp sãng, ®i ªm trªn sãng, æn ®Þnh trªn tuyÕn vμ æn ®Þnh trªn sãng theo. Tμu l−ít lμ lo¹i tμu cã chÕ ®é chuyÓn ®éng nghiªm ngÆt mμ t¹i ®ã cÇn ph¶i gi÷ tû sè cña c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n kh«ng ®æi khi l−ít. Tμu l−ít lμ lo¹i tμu cã tÝnh ®i biÓn kÐm vμ vÊn ®Ò c¬ b¶n cña sù ph¸t triÓn c«ng nghiÖp ®ãng tμu hiÖn naylμ chÕ t¹o ®−îc tμu l−ít cã tÝnh ®i biÓn tèt mμ vÉn gi÷ ®−îc chÊt l−îng thuû ®éng cao. Tiªu chuÈn c¬ b¶n cña tÝnh ®i biÓn ®èi víi tμu l−ít lμ æn ®Þnh khi chuyÓn ®éng trªn sãng vμ gi¸ trÞ cña c¸c t¶i träng ®øng do va ®Ëp th©n tμu víi sãng. Khi æn ®Þnh chuyÓn ®éng thÓ hiÖn ë c¸c d¹ng kh¸c nhau kh«ng mong muèn ®èi víi tμu khi chuyÓn ®éng vμ xuÊt hiÖn do nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau thËm chÝ c¶ trong ®iÒu kiÖn sãng bÐ. Cã hμng lo¹t yÕu tè cã ¶nh h−ëng
®Õn sù mÊt æn ®Þnh chuyÓn ®éng cña tμu: vÞ trÝ träng t©m theo chiÒu dμi vμ chiÒu cao; h×nh d¸ng th©n tμu; tû sè c¸c kÝch th−íc chñ yÕu, m« men chói g©y ra do lùc ®Èy cña thiÕt bÞ ®Èy vμ m« men xo¾n ph¶n lùc cña nã; h×nh d¸ng vμ vÞ trÝ cña b¸nh l¸i; t¸c dông cña c¸c lùc khÝ ®éng häc... CÇn ph©n biÖt æn ®Þnh chuyÓn ®éng cña tμul−ít trªn tuyÕn vμ æn ®Þnh khi l−ít. MÊt æn ®Þnh chuyÓn ®éng cña tμu trªn tuyÕn ®−îc thÓ hiÖn ë hai d¹ng sau: - §¶o l¸i - hiÖn t−îng tμu ®i lÖch h−íng vÒ phÝa tr¸i hoÆc ph¶i so víi h−íng cho tr−íc khi b¸nh l¸i ®−îc ®Æt cè ®Þnh ë mÆt ph¼ng ®èi xøng. §iÒu nμy ®ßi hái ph¶i bÎ l¸i liªn tôc vμ gi¶m tèc ®é. - BÞ quay ®ét ngét khi chuyÓn ®éng: quay hoμn toμn 1800 víi b¸n kÝnh l−în vßng rÊt bÐ khi gãc bÎ l¸i nhá. HiÖn t−îng nμy phô thuéc rÊt nhiÒu vμo vÞ trÝ gi÷a träng t©m vμ t©m lùc c¶n cña tμu l−ít. NÕu t©m lùc c¶n chung n»m phÝa tr−íc träng t©m th× sù mÊt æn ®Þnh chuyÓn ®éng trªn tuyÕn hoμn toμn cã kh¶ n¨ng x¶y ra. §èi víi tμu l−ít cã nh¶y bËc ë ®¸y (re-®an) vÞ trÝ t−¬ng ®èi gi÷a träng t©m vμ t©m lùc c¶n chung ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh æn ®Þnh trªn tuyÕn, ®Æc biÖt khi re-®an ë phÇn mòi chÞu t¶i träng chñ yÕu, cßn tèc ®é cña tμu t−¬ng ®èi bÐ. Trong truêng hîp nμy thμnh phÇn lùc khÝ ®éng ®ãng vai trß tiªu cùc trong viÖc dÞch chuyÓn t©m lùc c¶n chung vÒ phÝa tr−íc. Lùc khÝ ®éng ë tèc ®é cao cã gi¸ trÞ ®¸ng kÓ, cßn t©m ®Æt lùc sÏ n»m ë kho¶ng 1/3 chiÒu dμi tμu. MÊt æn ®Þnh l−ít - cßn gäi lμ æn ®Þnh däc ®éng lùc cña chuyÓn ®éng thÓ hiÖn ë d¹ng nh¶y bËt trë l¹i hoÆc tr−ît. HiÖn t−îng lËt trë l¹i - lμ chÕ ®é chuyÓn ®éng ®Æc biÖt mμ t¹i ®ã tμu ®−îc n©ng kh«ng ph¶i b»ng c¸c lùc æn ®Þnh (kh«ng phô thuéc vμo thêi gian), mμ nhê ®ã c¸c lùc xuÊt hiÖn khi tμu bÞ va ®Ëp vμo n−íc theo ph−¬ng chÐo. ë chÕ ®é nμy ®¸y tμun chØ ch¹m n−íc cã tÝnh chu kú.