Lập chương trình tính toán thủy động học bánh lái, chương 7

Chia sẻ: Duong Ngoc Dam | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

154
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Việc tính toán thuỷ động học bánh lái, tức là đi xác định 2 thông số lực thuỷ động R và mômen thuỷ động Mtđ thông qua các đặc tính thuỷ động của bánh lái. Khi quay bánh lái một góc so với phương dòng chảy, trên bánh lái xuất hiện hợp lực thuỷ động R đặt tại một điểm gọi là tâm áp lực của bánh lái. Để tiện tính toán, R thường R N L taâm quay được phân thành các thành phần: Lực nâng L vuông góc với hướng...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Lập chương trình tính toán thủy động học bánh lái, chương 7

Chương 7: Đặc tính thuỷ động của bánh lái Việc tính toán thuỷ động học bánh lái, tức là đi xác định 2 thông số lực thuỷ động R và mômen thuỷ động Mtđ thông qua các đặc tính thuỷ động của bánh lái. Khi quay bánh lái một góc  so với phương dòng chảy, trên bánh lái xuất hiện hợp lực thuỷ động R đặt tại một điểm gọi là tâm áp lực của bánh lái. Để tiện tính N taâm quay R L toán, R thường được phân thành t . các thành phần: D xc vs Lực nâng L vuông T P xa góc với hướng taâm aùp löïc dòng chảy; Lực cản D theo hướng Hình 2.9. Lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái. dòng chảy; lực pháp tuyến N vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các dây cung prôfin và lực tiếp tuyến T nằm trong mặt phẳng đó (hình 2.9). Hợp lực thuỷ động được xác định như sau:
R= L2  D 2 (kG) (2-42) hay P cũng có thể phân ra 2 hợp lực sau: - Lực thẳng góc: N = L* cos + D* sin (kG) (2-43) - Lực tiếp tuyến: T = L* sin - D* cos (kG) (2-44) Các lực đó đặt tại tâm áp lực (tâm áp suất) và gây nên mômen thuỷ động với cạnh dẫn là: Mtđ = N* (xa – xc) (2-45) Trong chương trình lập trình tính toán thuỷ động học bánh lái phần tính hiệu chỉnh, tôi kí hiệu xa= e, xc = a. Trong đó: xa: khoảng cách tâm áp suất tính từ cạnh dẫn, m CM xa = *b (2-46) CN (với CN = L* cos + D* sin) (2-47) xc: khoảng cách từ tâm quay của bánh lái đến cạnh dẫn. Các lực và mômen thuỷ động được biểu diễn qua các hệ số không thứ nguyên sau: L - Hệ số lực nâng: CL = (2-48)  * vbl 2 *S 2 D - Hệ số lực dọc: CD = (2-49)  * vbl 2 *S 2 N - Hệ số lực pháp: CN = (2-50)  * vbl 2 *S 2
T - Hệ số lực tiếp: CT = (2-51)  * vbl 2 *S 2 M td - Hệ số mômen: CM = (2-52)  * vbl 2 * S *b 2 xa - Hệ số tâm áp lực: Cp = (2-53) b Trong đó:  - khối lượng riêng của nước, kG/m3 vbl - vận tốc dòng chảy trên bánh lái, m/s S - diện tích bánh lái, m2 b - chiều rộng bánh lái, m Các lực đo bằng kG, mômen đo bằng kG.m Từ các công thức trên ta có: CN = CL* cos + CD* sin (2-54) CT = CD* cos – CL* sin (2-55) CL = CN* cost – CT* sin (2-56) CD = CN* sin + CT* cos (2-57) CM = CN* (CP - k) (2-58) Các đặc tính thuỷ động của bánh lái được xác định bằng thí nghiệm và cho dưới dạng bảng (ví dụ bảng 2.3 đến bảng 2.11) hoặc đồ thị (ví dụ hình 2.10). (0) CL CD CM
0 0 0 0 4 0.09 0.08 0.02 8 0.18 0.22 0.04 12 0.28 0.32 0.06 16 0.39 0.43 0.10 20 0.49 0.57 0.14 24 0.61 0.63 0.21 28 0.77 0.70 0.28 32 0.89 0.82 0.32 35 1.00 0.88 0.38 Bảng 2.3. Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng NACA-0012, = 0.5 (0) CL CD CM 0 0 0 0 4 0.14 0.10 0.02 8 0.22 0.20 0.04 12 0.36 0.30 0.08 16 0.42 0.40 0.12 20 0.61 0.50 0.18 24 0.80 0.60 0.25 28 0.96 0.70 0.32
32 1.10 0.80 0.41 35 1.14 0.90 0.40 Bảng 2.4. Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng NACA-0012, = 0.8 (0) CL CD CM 0 0 0 0 4 0.10 0.04 0.02 8 0.18 0.20 0.06 12 0.20 0.30 0.08 16 0.40 0.40 0.13 20 0.50 0.50 0.19 24 0.62 0.60 0.25 28 1.02 0.70 0.31 32 1.06 0.80 0.40 35 1.12 - - Bảng 2.5. Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng NACA-0012, = 1.0 (0) CL CD CM 0 0 0 0 4 0.16 0.04 0.04
8 0.31 0.22 0.08 12 0.42 0.32 0.12 16 0.62 0.42 0.18 20 0.82 0.52 0.22 24 1.02 0.62 0.28 28 1.10 0.70 0.40 32 - - - 35 - - - Bảng 2.6. Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng NACA-0012, = 1.5 (0) CL CD CM 0 0 0 0 4 0.32 0.017 0.08 8 0.61 0.039 0.15 12 0.80 0.15 0.20 16 0.89 0.26 0.30 20 0.85 0.32 0.27 24 0.83 0.395 0.26 28 0.825 0.42 0.25 32 0.84 0.42 0.24 35 - - -
Bảng 2.7. Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng NACA-0006, = 6 (0) CL CD CM 0 0 0.008 0 4 0.32 0.017 0.08 8 0.61 0.032 0.15 12 0.91 0.060 0.225 16 1.20 0.098 0.30 20 1.04 0.27 0.33 24 0.90 0.39 0.345 28 0.88 0.41 0.342 32 0.80 0.43 0.34 35 1.73 - 1.42 Bảng 2.8. Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng NACA-0009, = 6 (0) CL CD CM 0 0 0.010 0 4 0.30 0.018 0.075 8 0.61 0.037 0.0.15 12 0.91 0.059 0.225
16 1.20 0.098 0.30 20 1.43 0.14 0.36 24 1.12 0.32 0.36 28 1.10 0.36 0.358 32 0.96 0.98 0.352 35 1.52 0.4 0.38 Bảng 2.9. Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng NACA-0012, = 6 (0) CL CD CM 0 0 0.010 0 4 0.30 0.019 0.075 8 0.61 0.037 0.15 12 0.91 0.059 0.225 16 1.19 0.098 0.30 20 1.40 0.140 0.36 24 1.20 0.279 0.36 28 1.125 0.29 0.34 32 0.92 0.32 0.36 35 1.53 0.38 0.38 Bảng 2.10. Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng NACA-0015, = 6
(0) CL CD CM 0 0 0.015 0 4 0.30 0.018 0.075 8 0.61 0.036 0.15 12 0.89 0.060 0.22 16 1.14 0.098 0.185 20 1.42 0.141 0.36 24 1.30 0.24 0.375 28 1.28 0.28 0.36 32 0.96 0.36 0.34 35 1.50 0.40 0.375 Bảng 2.11. Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng NACA-0018, = 6 Chú ý: Kí hiệu “-“ là tại đó hệ số thuỷ động học không xác định. Góc quay lái (0) tính từ góc quay lái bé nhất 0(0) đến góc quay lái lớn nhất 35(0). Hoặc dưới dạng đồ thị như sau:
CL CL   2,0 2,0 CD=f(CL) CD=f(Cy) 1,0 CL 1,0 CL 0,5 1,0 CD 0,5 1,0 CD 0 0   Cp Cp 0,5 0,5 CM CM CMCp CM Cp Hình 2.10. Đặc tính thuỷ động của bánh lái chữ nhật prôfin NACA-0012,  = 0,5; t = 12% a. Khi tàu chạy tiến b. Khi tàu chạy lùi Từ các giá trị của đặc tính thuỷ động theo dạng bảng hoặc đồ thị, ta có thể đi xác định được giá trị các lực và mômen thuỷ động ứng với các dạng khác nhau của prôfin bánh lái. Ở chương trình này, từ đồ thị đặc tính thuỷ động của bánh lái với các dạng prôfin đối xứng ta dùng phương pháp số hoá đồ thị về dạng bảng để tiện
cho việc tính toán. Các giá trị lực và mômen cần xác định trong chương trình là:  *v2 Lực nâng: L = CL* kv* kcv* S* (2- 2 59)  *v2 Lực dọc: D = CD* kv* kcv* S* (2- 2 60) Lực tổng hợp: R= L2  D 2 (2- 61)  *v2 Mômen thuỷ động: Mtđ = CM* kv* kcv* S* b* 2 (2-62) Các công thức (2-47), (2-48), (2-49) được xây dựng trong trường hợp thử các bánh lái cô lập, khi người ta thổi dòng khí vào ống tác động lên bánh lái thay cho dòng nước trong thực tế. Người ta gắn các thiết bị đo lực để có thể đo được lực tác dụng của dòng không khí và một thiết bị đo mômen để đo mômen ở cạnh trước của bánh lái. Khi đó giá trị các hệ số lực CN, CL, CD, và hệ số mômen CM ứng với góc quay lái dưới tác dụng của dòng nước tới bánh lái dạng prôfin và chúng được gọi là đặc tính thuỷ động của bánh lái dạng prôfin. Với giá trị các hệ số CL, CD, CM dưới dạng đồ thị, ta dùng phương pháp số hoá đồ thị các đặc tính thuỷ động học bánh lái để
xây dựng chúng dưới dạng bảng như ở bảng 2.3 đến bảng 2.11 ở trên. Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc xác định các giá trị lực (R) và mômen thuỷ động (Mtd) của chương trình. Quá trình lập trình tính toán các lực và mômen tác dụng lên bánh lái sử dụng các hệ số đặc tính thuỷ động CL, CD, CM được thực hiện ở phần lập trình dưới đây ta sẽ đi nghiên cứu.