Sức cản vỏ tàu và thiết bị đẩy tàu (Tập 2): Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:104

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Lý thuyết tàu (Tập 2: Sức cản vỏ tàu và thiết bị đẩy tàu) - phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Sức cản tác động lên vỏ tàu; Tính sức cản vỏ tàu; Các phương pháp tính sức cản dựa trên phân tích hồi qui; Ảnh hưởng yếu tố đường hình dáng đến lực cản;... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sức cản vỏ tàu và thiết bị đẩy tàu (Tập 2): Phần 1

TRƯỜNG ĐẠIC HỌC GIAO THÔNG VÂN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Traàn Coâng Nghò TAUTHUYBACHKHOA.NET LYÙ THUYEÁT TAØU TAÄP 2 SÖÙC CAÛN VOÛ TAØU VAØ THIEÁT BÒ ÑAÅY TAØU (Taùi baûn laàn thöù nhaát) THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH - 2009 https://tieulun.hopto.org
MUÏC LUÏC Lôøi noùi ñaàu 7 PHAÀN MOÄT SÖÙC CAÛN VOÛ TAØU 11 Chöông 1 SÖÙC CAÛN 13 1.1 Söùc caûn taùc ñoäng leân voû taøu 13 1.1.1 Söùc caûn taøu 13 1.1.2 Ñònh luaät ñoàng daïng trong nghieân cöùu söùc caûn taøu 14 1.1.3 Caùc thaønh phaàn söùc caûn 18 1.1.4 Coâng suaát höõu hieäu 41 1.2 Thöû moâ hình taøu 42 1.2.1 AÛnh höôûng tyû leä moâ hình ñeán keát quaû thí nghieäm 43 1.2.2 Tính chuyeån keát quaû thöû moâ hình sang taøu thaät 45 1.2.3 Phöông phaùp trình baøy keát quaû thí nghieäm theo heä thoáng ño Anh-Myõ 47 Chöông 2 TÍNH SÖÙC CAÛN VOÛ TAØU 51 2.1 Caùc phöông phaùp kinh nghieäm tính söùc caûn voû taøu 51 2.1.1 Phöông phaùp truyeàn thoáng döïa treân xöû lyù döõ lieäu thoáng keâ 51 2.1.2 Phöông phaùp tính söùc caûn taøu soâng 60 2.2 Söùc caûn taøu côõ nhoû, chaïy nhanh 61 2.2.1 Taøu hoâng troøn 66 2.2.2 Taøu ñaùy phaúng (planing craft) 67 2.2.3 Taøu treân caùnh ngaàm 69 2.2.4 Taøu treân ñeäm khí 72 2.3 Caùc phöông phaùp tính söùc caûn döïa treân phaân tích hoài qui 74 2.3.1 Taøu vaän taûi 74 2.3.2 Söùc caûn taøu caù 79 2.4 Söùc caûn taøu treân mieàn nöôùc caïn vaø keânh heïp 84 2.4.1 Söùc caûn taøu treân mieàn nöôùc caïn 84 2.4.2 Giaûm vaän toác taøu khi chuyeån ñoäng trong keânh heïp 89 Chöông 3 AÛ NH HÖÔ ÛNG YEÁU TO Á Ñ ÖÔØ NG HÌ NH D AÙNG ÑE ÁN L ÖÏ C C AÛN 92 3.1 Choïn ñöôøng hình taøu 92 3.2 AÛnh höôûng kích thöôùc taøu ñeán söùc caûn 92 3.3 Hoaønh ñoä taâm noåi phaàn chìm thaân taøu LCB 93 3.4 Vò trí söôøn lôùn nhaát, Hình daùng phaàn laùi, phaàn muõi taøu 94 3.5 Heä soá ñaày thaân taøu CB 95 3.6 Heä soá ñaày laêng truï CP 96 3.7 Ñöôøng hình taøu chaïy bieån 97 https://tieulun.hopto.org
PHAÀN HAI THIEÁT BÒ ÑAÅY TAØU Chöông 4 CHAÂN VÒT TAØU 109 4.1 Ñaëc tính hình hoïc 109 4.2 Veõ chaân vòt 113 4.3 Ñaëc tính thuûy ñoäng löïc 115 4.4 Caùc ñònh luaät ñoàng daïng 123 4.5 Thöû moâ hình chaân vòt töï do 125 4.6 Caùc seri chaân vòt ñaõ thöû nghieäm thaønh coâng 146 4.7 Cô sôû lyù thuyeát chaân vòt taøu 168 4.7.1 Lyù thuyeát baûo toaøn ñoäng löôïng 169 4.7.2 Lyù thuyeát caùc maët caét phaúng (strip theory) cuûa caùnh 171 4.7.3 Doøng chaûy qua caùnh coù chieàu daøi haïn cheá 174 4.7.4 Lyù thuyeát doøng xoaùy cuûa Prandtl 176 4.7.5 Heä thoáng caùc doøng xoaùy cuûa chaân vòt taøu 178 4.7.6 Tröôøng toác ñoä quanh chaân vòt soá caùnh voâ haïn 180 4.7.7 Löïc taùc ñoäng leân phaàn töû caùnh 182 4.7.8 Hieäu suaát theo soá löôïng caùnh 183 4.7.9 Hai baøi toaùn thieát keá chaân vòt 185 Chöông 5 HEÄ SOÁ DOØNG THEO, LÖÏC HUÙT. ÑOÄ BEÀN CAÙNH 194 5.1 Taùc ñoäng qua laïi giöõa voû taøu vaø chaân vòt 194 5.1.1 Doøng theo vaø löïc huùt 194 5.1.2 Heä soá doøng theo taøu ñi bieån 196 5.1.3 Heä soá doøng theo cho taøu noäi ñòa 199 5.1.4 Heä soá löïc huùt cho taøu ñi bieån 199 5.1.5 Boá trí chaân vòt ôû voøm ñuoâi taøu 200 5.1.6 Coâng suaát maùy vaø caùc thaønh phaàn hieäu suaát ñoäng löïc 201 5.2 Xaâm thöïc chaân vòt taøu 203 5.2.1 Xaâm thöïc chaân vòt taøu 203 5.2.2 Tieâu chuaån traùnh suûi boït khi thieát keá chaân vòt 207 5.3 Ñoä beàn caùnh chaân vòt 209 5.3.1 Ñoä beàn caùnh chaân vòt 211 5.3.2 Kieåm tra ñoä beàn theo coâng thöùc Taylor 212 5.3.3 Kieåm tra ñoä beàn theo coâng thöùc Romson 214 Chöông 6 THIEÁT KEÁ CHAÂN VÒT TAØU THUÛY CAÙNH COÁ ÑÒNH 217 6.1 Ñaët vaán ñeà thieát keá maùy ñaåy taøu 217 6.2 Quan heä giöõa maùy chính - voû taøu - chaân vòt 118 6.3 Thieát keá chaân vòt theo cheá ñoä chaïy töï do, theo cheá ñoä keùo 220 6.4 Thieát keá chaân vòt taøu 223 https://tieulun.hopto.org
6.5 Laäp caùc ñöôøng laøm vieäc cuûa chaân vòt taøu 240 6.6 Thieát keá chaân vòt suûi boït 247 6.7 Chaân vòt trong oáng 251 6.8 Heä thoáng chaân vòt ñoàng truïc 266 6.9 Nhöõng giaûi phaùp naâng cao hieäu suaát ñoäng löïc chaân vòt 267 Chöông 7 THIEÁT BÒ ÑAÅY TAØU 273 7.1 Chaân vòt bieán böôùc 273 7.1.1 Chaân vòt bieán böôùc vaø chaân vòt böôùc coá ñònh 273 7.1.2 Choïn chaân vòt bieán böôùc 279 7.1.3 Tính toaùn kieåm tra chaân vòt böôùc thay ñoåi 280 7.2 Chaân vòt laùi 283 7.2.1 Chaân vòt laùi 283 7.2.2 Chaân vòt laùi ñaët ngang 283 7.2.3 Ñaëc tính ñoäng löïc hoïc chaân vòt laùi 288 7.2.4 Thieát keá chaân vòt laùi naèm ngang 289 7.2.5 Chaân vòt laùi goùc phöông vò 292 7.3 Maùy ñaåy daïng phuït nöôùc 294 7.3.1 Bôm duøng trong heä thoáng maùy phuït nöôùc 297 7.3.2 Choïn heä thoáng phuït nöôùc cho taøu 298 7.3.3 Ñoà thò xaùc ñònh ñóa laøm vieäc toái öu 300 7.3.4 Suûi boït maùy phuït nöôùc 301 7.3.5 Thieát keá ñöôøng daãn goàm mieäng huùt, ñöôøng oáng, caùc thieát bò ñôõ 304 Chöông 8 LAÄP CHÖÔNG TRÌNH THIEÁT KEÁ CHAÂN VÒT TAØU 309 8.1 Heä soá doøng theo vaø löïc huùt 309 8.2 Xaùc minh sô boä ñöôøng kính chaân vòt taøu 311 8.3 Tæ leä dieän tích maët ñóa caàn thieát 311 8.4 Ñoà thò KT ~ ηp ~ J vaø KQ ~ ηp ~ J chaân vòt nhoùm B 312 8.5 Choïn maùy taøu 315 8.6 Thieát keá chaân vòt theo cheá ñoä chaïy töï do 317 8.7 Thieát keá chaân vòt theo cheá ñoä keùo 320 8.8 Mieâu taû chöông trình maùy tính hieän haønh 321 8.9 Veõ chaân vòt treân maùy tính caù nhaân PC 325 Phuï luïc ÑOÀ THÒ TÍNH SÖÙC CAÛN VOÛ TAØU 327 A. Söùc caûn taøu côõ nhoû 327 B. Tính söùc caûn toaøn boä cuûa taøu 342 C. Tính söùc caûn dö taøu vaän taûi bieån 346 C.1. Seri Dawson 346 C.2. Phöông phaùp Guldhammer - Harvald 347 https://tieulun.hopto.org
C.3. Ñoà thò beå thöû SSPA 354 C.4. Ñoà thò tính söùc caûn taøu vaän taûi, chaïy nhanh töø Nhaät Baûn 363 D. Söùc caûn taøu ñaùnh caù 369 E. Ñoà thò xaùc ñònh söùc caûn taøu soâng cuûa Alfierev 388 F. Söùc caûn taøu hai thaân 393 ÑÔN VÒ ÑO DUØNG TRONG SAÙCH 402 ÑOÀ THÒ THIEÁT KEÁ CHAÂN VÒT 403 Taøi lieäu tham khaûo 425 https://tieulun.hopto.org
Lôøi noùi ñaàu LYÙ THUYEÁT TAØU ñöôïc bieân soaïn laïi döïa treân cô sôû 3 taäp “Lyù thuyeát taøu” (ĐHGTVT TPHCM – 2004). Trong laàn xuaát baûn naøy döïa treân cô sôû ñeà cöông moân hoïc “Lyù thuyeát taøu 1”, “Lyù thuyeát taøu 2” chuùng toâi soaïn thaønh 2 taäp. LYÙ THUYEÁT TAØU – TAÄP 2 – SÖÙC CAÛN VOÛ TAØU vaø THIEÁT BÒ ÑAÅY TAØU ñöôïc vieát laïi töø taäp 2 cuûa cuoán “Lyù thuyeát taøu”. LYÙ THUYEÁT TAØU – TAÄP 2 – goàm 8 chöông ñeà caäp ñeán caùc vaán ñeà söùc caûn voû taøu, caùc ñònh luaät ñoàng daïng trong nghieân cöùu söùc caûn voû taøu, coâng suaát maùy taøu, thieát keá caùc loaïi chaân vòt taøu, thieát bò ñaåy taøu. ÔÛ moãi taäp chuùng toâi ñeàu coù giôùi thieäu kyù hieäu do Toå chöùc Haøng haûi quoác teá IMO vaø caùc hoäi nghò ITTC khuyeán khích duøng. Ngoaøi ra chuùng toâi cuõng coù giôùi thieäu moät soá kyù hieäu theo caùch vieát cuûa ngöôøi Nga ñöa ra tröôùc ñaây, ñöôïc duøng chính thöùc trong caùc taøi lieäu chuyeân ngaønh taïi nöôùc ta, vôùi yù ñònh duøng ñeå laøm taøi lieäu ñoái chöùng. Hy voïng saùch coù theå giuùp ngöôøi ñoïc nhaän ñöôïc thoâng tin caàn thieát khi tìm hieåu söùc caûn caùc taøu thöôøng gaëp vaø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caùc maùy ñaåy taøu. Trong taøi lieäu naøy ngöôøi vieát coá gaéng trình baøy caùc kieåu chaân vòt ñnag duøng phoå bieán treân caùc taøu vaän taûi ñi bieån, chaïy soâng. Taøi lieäu ñöa vaøo phuï luïc nhaän töø nhieàu nguoàn tin caäy, chaéc coù ích cho nhöõng ngöôøi laøm coâng taùc thieát keá maùy ñaåy taøu. Chuùng toâi raát mong tieáp tuïc nhaän ñöôïc nhieàu yù kieán ñoùng goùp cuûa caùc ñoàng nghieäp vaø ñoäc giaû ñeå cuoán saùch ngaøy caøng hoaøn thieän hôn. Traàn Coâng Nghò https://tieulun.hopto.org
CAÙC KYÙ HIEÄU DUØNG TRONG SAÙCH Kyù hieäu söû duïng trong taøi lieäu phaàn lôùn phuø hôïp vôùi qui öôùc cuûa caùc hoäi nghò ITTC vaø Toå chöùc IMO. Kyù hieäu chính Tieáng Vieät Tieáng Anh AP Truï laùi Aft perpendicular B Chieàu roäng taøu Breadth moulded B Taâm noåi Centre of buoyancy BHP Coâng suaát maùy Brake horsepower CB Heä soá ñaày theå tích Block coefficient CM Heä soá ñaày maët giöõa taøu Midship coefficient CP Heä soá ñaày laêng truï Prismatic coefficient CW Heä soá ñaày ñöôøng nöôùc Waterplance coefficient CF Heä soá söùc caûn ma saùt Frictional-resistance coefficient CL Heä soá löïc naâng Lift coefficient CR Heä soá söùc caûn dö Residual-resistance coefficient CT Heä soá söùc caûn toaøn boä Total-resistance coefficient CV Heä soá söùc caûn nhôùt Viscous-resistance coefficient CW Heä soá söùc caûn soùng Wavemaking-resistance coefficient EHP,EPS Coâng suaát höõu hieäu Effective horsepower f Heä soá ma saùt Coefficient of fiction FP Truï muõi Forward perpendicular Fn, Fr Soá Froude Froude number G Troïng taâm taøu Centre of gravity g Gia toác troïng tröôøng Acceleration due to gravity H Chieàu cao taøu Depth moulded H,h Chieàu saâu nöôùc Depth of water hW Chieàu cao soùng Wave heigh l Chieàu daøi noùi chung Lenght in general L Chieàu daøi noùi chung Lenght in general M Moâmen noùi chung Moment in general R Söùc caûn noùi chung Resistance in general RF Söùc caûn ma saùt Fictional resistance RR Söùc caûn dö Residual resistance RT Söùc caûn toaøn boä Total resistance RV Söùc caûn nhôùt Viscous resistance RW Söùc caûn soùng Wave making resistance Rn,Re Soá Reynolds Reynolds number T,t Thôøi gian Time V Theå tích noùi chung Volume in general v Vaän toác noùi chung Speed in general β Goùc noùi chung Angle in general γ Troïng löôïng rieâng cuûa nöôùc Water specific weight ρ Maät ñoä noùi chung Density in general https://tieulun.hopto.org
Kyù hieäu chính Tieáng Vieät Tieáng Anh A Dieän tích noùi chung Area in general AD Dieän tích khai trieån caùc caùnh Developed Area AE Dieän tích duoãi caùc caùnh Expaded Area AM Dieän tích maët caét ngang giöõa taøu Midship section area AP Dieän tích maët chieáu Projected Area AO Dieän tích maët ñóa Disc area B Chieàu roäng taøu Moulded breadth BP Heä soá coâng suaát Propeller power coeficient BAR Tæ leä maët ñóa Blade area ratio CB Heä soá ñaày theå tích Block coeficient CD Heä soá caûn Drag coeficient CF Heä soá caûn ma saùt Frictional resistance coeficient CL Heä soá naâng Lift coeficient D Ñöôøng kính noùi chung Diameter in general Ñöôøng kính chaân vòt Propeller diameter D Löïc caûn Drag f Taàn suaát Frequency g Gia toác troïng tröôøng Acceleration due to gravity H Chieàu cao taøu Depth H Böôùc chaân vòt Pitch H/D Tyû leä böôùc, duøng nhö P/D h Chieàu cao Height HP Söùc ngöïa (maõ löïc) noùi chung Horsepower in general Maõ löïc trong heä thoáng ño Anh-Myõ, 1 HP = 76 kG.m/s hp Duøng nhö HP I Moâmen quaùn tính Moment of inertia IP Moâmen quaùn tính trong heä ñoäc cöïc Polar moment of ineria J Heä soá tieán Advance coeficient K Heä soá Coeficient in general KQ Heä soá moâmen quay Torque moment coeficient KT Heä soá löïc ñaåy Thrust coeficient KTN Heä soá löïc ñaåy cuûa oáng ñaïo löu Duct thrust coeficient L Chieàu daøi taøu Length of ship L Löïc naâng Lift force l Chieàu daøi noùi chung Length in general M Moâmen noùi chung Moment in general m Khoái löôïng Mass N Voøng quay trong moät phuùt RPM n Voøng quay trong moät giaây, taàn suaát quay RPS P Coâng suaát noùi chung Power in general P Böôùc chaân vòt Pitch P/D Tyû leä böôùc, duøng nhö H/D p AÙp löïc Pressure https://tieulun.hopto.org
Kyù hieäu chính Tieáng Vieät Tieáng Anh pa AÙp suaát khí quyeån ño treân maët bieån pv AÙp suaát hôi baõo hoøa Vapour pressure po AÙp suaát tónh, aùp suaát tham chieáu Reference pressure PS Söùc ngöïa (maõ löïc) trong heä meùt, töông ñöông kyù hieäu CV; 1PS = 75 kG.m/s. PB, BHP Coâng suaát maùy Brake-horsepower, Brake power PD, DHP Coâng suaát ñeán chaân vòt Delivered power PE, EHP Coâng suaát höõu hieäu Effective power PS, SHP Coâng suaát treân truïc Shaft power Q Moâmen quay chaân vòt Propeller torque R Baùn kính Radius R Söùc caûn Resistance r Baùn kính tính ñeán maët caét caùnh Radius S Dieän tích Area s Ñoä tröôït Slip T Nhieät ñoä (Temperature) T, d Chieàu chìm cuûa taøu Draft of ship T, Tp Löïc ñaåy cuûa chaân vòt Propeller thrust TE Löïc ñaåy höõu hieäu chaân vòt Effective thrust t Thôøi gian Time t Heä soá löïc huùt Thrust deduction factor t Chieàu daøy Thickness U, u Vaän toác Velocity V Theå tích Volume V, v Vaän toác noùi chung Velocity in general Va Vaän toác tieán ño baèng HL/h Advance speed in knots Vp Vaän toác tieán trong heä meùt, ño baèng m/s Advance speed Vs Vaän toác taøu ño baèng HL/h Ship velocity w Heä soá doøng theo Mean wake fraction Z Soá caùnh Blade number α Goùc taán Angle of attack α0 Goùc cuûa söùc naâng 0 Zero lift angle β Goùc noùi chung Angle in general γ Troïng löôïng rieâng cuûa vaät lieäu γ Goùc nghieâng caùnh η Hieäu suaát noùi chung Efficient in general σ ÖÙng suaát noùi chung Stress in general σ Soá suûi boït noùi chung Cavitation number https://tieulun.hopto.org
PHAÀN MOÄT SÖÙC CAÛN VOÛ TAØU https://tieulun.hopto.org
https://tieulun.hopto.org
Chöông 1 SÖÙC CAÛN 1.1 SÖÙC CAÛN TAÙC ÑOÄNG LEÂN VOÛ TAØU 1.1.1 Söùc caûn taøu Chuyeån ñoäng treân maët nöôùc, trong nöôùc, beà maët voû taøu phaûi tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng bao quanh noù: maët öôùt voû taøu tieáp xuùc vôùi nöôùc, phaàn treân môùn nöôùc tieáp xuùc vôùi khoâng khí vaø beà maët naøy chòu taùc ñoäng cuûa caùc löïc ôû moâi tröôøng gaây ra. Chòu taùc ñoäng aûnh höôûng qua laïi naøy neân treân beà maët voû taøu xuaát hieän phaân boá löïc beà maët. r Giaû söû vector aùp löïc beà maët taïi moãi ñieåm cuûa beà maët laø pn , löïc beà maët treân dieän tích dA ñöôïc r r xaùc ñònh laø pn .dA. Khi coi vector pn goàm hai thaønh phaàn, trong ñoù thaønh phaàn taùc ñoäng vuoâng goùc r vôùi dieän tích dA ñöôïc coi nhö aùp löïc phaùp tuyeán, kyù hieäu laø p vaø thaønh phaàn thöù hai taùc ñoäng tieáp r tuyeán vôùi dA, kyù hieäu τ , coâng thöùc tính löïc thuûy ñoäng taùc ñoäng leân phaàn töû voû taøu coù daïng: r r r pn .dA = p dA + τ .dA Hình 1.1: Löïc thuûy ñoäng taùc ñoäng leân voû taøu khi chuyeån ñoäng tieán Caùc thaønh phaàn treân ñöôïc tính baèng ñöôøng thí nghieäm hoaëc baèng lyù thuyeát döïa vaøo caùc ñònh luaät vaät lyù coå ñieån Newton vaø coâng thöùc Bernoulli. Löïc thuûy ñoäng vaø khí ñoäng taùc ñoäng leân voû taøu ñöôïc tính daïng chung: uu r r Löïc: R = ∫ pn dA (1.1) A uur r r Moâmen: M = ∫ ( rxpn )dA (1.2) A Tröôøng hôïp tính löïc taùc ñoäng leân voû taøu thoâng duïng, mieâu taû trong toïa ñoä Oxyz, vôùi Ox doïc taøu, höôùng veàâ muõi taøu, truøng vôùi höôùng tieán cuûa taøu, söùc caûn voû taøu, kyù hieäu R ñöôïc hieåu nhö sau: r r r r ∫ R = Rx = [ p.cos( p, x) + τ cos( τ, x)] dA (1.3) A Töø coâng thöùc (1.3) coù theå thaáy, trong thaønh phaàn cuûa R coù löïc caûn phuï thuoäc vaøo aùp löïc p goïi laø söùc caûn aùp suaát (pressure resistance) vaø löïc caûn phuï thuoäc vaøo τ, goïi laø söùc caûn ma saùt (friction https://tieulun.hopto.org
resistance). Moãi thaønh phaàn chính treân ñaây ñöôïc coi laø taäp hôïp cuûa nhöõng thaønh phaàn nhaát ñònh (söùc caûn aùp suaát, söùc caûn taïo soùng). Vôùi taøu chaïy nhanh, thaønh phaàn chuû yeáu laø söùc caûn aùp suaát, söùc caûn taïo soùng, coøn vôùi taøu chaïy chaäm tham gia chuû yeáu laïi laø söùc caûn do tính chaát nhôùt cuûa nöôùc. Söùc caûn vì ñaõ taïo soùng cuûa taøu neân coù theå coi laø do phaàn thaân taøu, do phaàn muõi taøu vaø do phaàn chìm cuûa ñuoâi taøu daïng transom trong nöôùc taïo soùng. Trong thaønh phaàn söùc caûn ma saùt cuûa voû taøu coù theå coù caùc thaønh phaàn: ma saùt voû taøu treân nöôùc laëng vaø löïc ma saùt boå sung trong quaù trình khai thaùc. Taäp hôïp caùc thaønh phaàn treân, chuùng ta coù theå ñaùnh giaù söùc caûn döôùi caùch nhìn khaùc, raèng ñaây laø taäp hôïp cuûa söùc caûn nhôùt Rv vaø söùc caûn taïo soùng Rw. Trong thaønh phaàn söùc caûn nhôùt, theo quan nieäm môùi töø nhöõng naêm cuoái theá kyû XX, Rv goàm söùc caûn ma saùt Rf vaø söùc caûn hình daùng Rp. Trong thöïc teá thaønh phaàn Rf phuï thuoäc vaøo chaát löôïng beà maët coøn söùc caûn soùng Rw vaø söùc caûn ñöôïc kyù hieäu Rp phuï thuoäc vaøo hình daùng cuûa thaân taøu vaø coù theå coi taäp hôïp cuûa Rw vaø Rp laø söùc caûn dö Rr, ñeå töø ñoù coù theå tính: R = Rf + R r Moät caùch toång quaùt, coù theå hình dung caùc thaønh phaàn söùc caûn töø phía nöôùc nhö baûng 1.1. Baûng 1.1 Söùc caûn toaøn boä RT Söùc caûn voû taøu R boå sung Söùc caûn nhôùt Rv Söùc caûn soùng Rw Söùc caûn ma saùt Rf Söùc caûn hình daùng Rp * Söùc caûn soùng Rw Söùc caûn ma saùt Rf Söùc caûn dö Rr Sô ñoà treân ñaây ñöôïc laäp treân cô sôû giaû thuyeát veà söï ñoäc laäp cuûa caùc thaønh phaàn taïo neân söùc caûn toaøn boä. Theo thuyeát naøy söï taïo soùng cuûa taøu chaïy khoâng aûnh höôûng vaø khoâng phuï thuoäc vaøo söùc caûn nhôùt. Coù theå thaáy raèng söùc caûn trong quaù trình taïo soùng laø hieän töôïng vaät lyù sinh ra trong moâi tröôøng nöôùc lyù töôûng, chòu söï chi phoái cuûa löïc huùt traùi ñaát. Trong thaønh phaàn cuûa söùc caûn nhôùt, söùc caûn ma saùt, söùc caûn hình daùng phuï thuoäc hoaøn toaøn vaøo tính chaát cuûa chaát loûng, ngoaøi ra söùc caûn Rp coøn phuï thuoäc vaøo hình daùng vaät theå. Noùi caùch khaùc, söùc caûn ma saùt phuï thuoäc vaøo chieàu daøy vaø caùc tính chaát cuûa lôùp bieân. 1.1.2 Ñònh luaät ñoàng daïng trong nghieân cöùu söùc caûn taøu Lyù thuyeát ñoàng daïng chieám vai troø heát söùc quan troïng trong quaù trình thí nghieäm moâ hình taøu. Phaân bieät ba heä thoáng ñoàng daïng laø: ñoàng daïng hình hoïc (geometric similitude), ñoàng daïng ñoäng hoïc (kinematic similitude) vaø ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc (dynamic similitude). Ñoàng daïng hình hoïc Hai vaät theå ñöôïc coi laø ñoàng daïng hình hoïc vôùi nhau khi taát caû kích thöôùc hình hoïc töông öùng treân chuùng cuøng thuoäc moät tyû leä. Söû duïng caùc kyù töï sau ñaây ñeå chæ caùc ñaïi löôïng vaät lyù tieâu bieåu: m, M - khoái löôïng; l, L - chieàu daøi; t, T - thôøi gian kyù töï “m” - chæ moâ hình; “t” - taøu thaät, tyû leä hình hoïc cuûa hai vaät theå. Ví duï, giöõa taøu thaät vaø moâ hình taøu seõ ñöôïc vieát nhö sau: * thaønh phaàn naøy coøn coù teân goïi söùc caûn xoaùy – eddy resistance https://tieulun.hopto.org
lt lt k = ; hoaëc λ = (1.4) lm lm Caùc ñaëc tröng hình hoïc coù thöù nguyeân chieàu daøi bao goàm: S - dieän tích vôùi thöù nguyeân l2 ; V - theå tích vôùi thöù nguyeân l3 . Hai ñaïi löôïng vöøa nhaéc phaûi thoûa maõn ñieàu kieän ñoàng daïng hình hoïc ghi döôùi daïng: St Vt = k2 vaø: = k3 (1.5) Sm Vm Ñoàng daïng ñoäng hoïc Ñoàng daïng ñoäng hoïc gaén lieàn vôùi thôøi gian dieãn tieán quaù trình ñoäng hoïc. Trong moâ hình naøy, hình aûnh doøng chaûy bao taøu vaø moâ hình phaûi thoûa maõn ñoàng daïng hình hoïc doøng chaûy, nghóa laø caùc ñöôøng doøng chæ dieãn tieán trong khoaûng thôøi gian töông thích, coøn tyû leä cuûa vaän toác taïi caùc ñieåm töông öùng treân taøu vaø moâ hình phaûi cuøng moät tyû leä. Neáu tyû leä thôøi gian ñöôïc kyù hieäu baèng τ = Tt /Tm , coøn tyû leä vaän toác kyù hieäu baèng U = vt /vm , tyû leä trong ñoàng daïng ñoäng hoïc ñöôïc bieåu dieãn nhö sau: dl dl 1 vt 1 ( )t : ( )m = k hoaëc döôùi daïng: = k (1.6) dt dt τ vm τ Coù theå suy ra caùch tính vaän toác taøu thaät töø coâng thöùc cuoái: 1 vt = vm (1.7) τ at 1 Tyû leä giöõa hai gia toác: = k 2 (1.8) am τ Ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc Ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc lieân quan ñeán caùc löïc taùc ñoäng leân caùc heä thoáng. Töø ñònh luaät thöù hai cuûa Newton coù theå vieát bieåu thöùc caùc löïc taùc ñoäng leân taøu vaø moâ hình nhö sau: Ft = mt at ; Fm = mm am trong ñoù: m - khoái löôïng; a - gia toác. Khoái löôïng cuûa taøu vaø moâ hình phaûi thoûa maõn ñieàu kieän: dv k dv m t = ct m m vaø ( )t = 2 ( )m (1.9) dt τ dt c1 k Ft ck töø ñoù Ft = Fm hay laø : = 12 (1.10) τ2 Fm τ mt ρt ν t ρt 3 vaø = = k (1.11) mm ρm ν m ρm k Sau khi thay U = vaøo (1.10) vaø (1.11) coù theå vieát: τ 2 Ft ρt 2 2 ρt ltvt ρtlt St = kU = = (1.12) Fm ρm ρm lm vm 2 ρm lm Sm Quan heä dieãn ñaït baèng coâng thöùc cuoái laø ñònh luaät ñoàng daïng Newton, aùp duïng cho caùc löïc Newton thöôøng gaëp trong kyõ thuaät. AÙp duïng ñònh luaät treân vaøo nghieân cöùu doøng chaûy bao taøu döôùi daïng coâng thöùc Navier-Stokes https://tieulun.hopto.org
sau: ∂vz ∂v ∂v ∂v 1 ∂p + vx z + vy z + vz z = F − + v. Δvz ∂t ∂x ∂x ∂x ρ ∂z ∂ 2 vz ∂ 2 vz ∂ 2 vz trong ñoù: Δvz = + + ∂x2 ∂y2 ∂z2 Söû duïng caùc kyù hieäu tieáp sau ñaây cho caùc coâng thöùc tieáp theo: ρt vt pt ρo = ; vo = ; po = ρm vm pm coâng thöùc Navier-Stokes ñöôïc vieát laïi döôùi daïng: U ∂vz,m U2 ∂vz,m ∂vz,m ∂vz,m ⋅ + ( vx,m + vy,m + vz,m ) = τ ∂tm k ∂zm ∂zm ∂zm ρo 1 ∂pm Uvo C∗ Fm − ⋅ ⋅ + vm Δvz,m (1.13) ρo k ρ ∂zm k2 Trong tröôøng hôïp ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc giöõa moâ hình vaø taøu thaät caùc heä soá xuaát hieän trong phöông trình treân ñaây thoûa maõn ñieàu kieän: U U2 p Uvo = = C = o = τ k ρo k k2 U U2 U2 U2 CU 2 po U 2 U ρo U 2 : = : = = : = : τ k k k k ρo k k k2 k k = 1 U .τ Chia caùc veá cuûa coâng thöùc cho U 2 /k ta seõ nhaän ñöôïc bieåu thöùc daïng sau: U .τ C.k po U. k = 1; = 1; = 1; = 1 k U2 ρo .U 2 vo vt tt vm tm Ft lt F l töø ñoù: = ; = m2 m lt lm 2 vt vm pt pm vt lt vm lm = 2 ; = (*) ρ 2 t vt ρm vm νt νm Trong tröôøng löïc huùt cuûa traùi ñaát, F trong coâng thöùc treân mang giaù trò F = –g. Ñeå thoûa maõn ñieàu kieän ñoäng löïc hoïc trong doøng chaûy chaát loûng nhôùt, caùc ñaúng thöùc taïi coâng thöùc (*) phaûi ñöôïc thoûa maõn tröôùc tieân. Moãi bieåu thöùc coù teân goïi rieâng, mang teân nhaø khoa hoïc coù coâng tìm ra qui luaät naøy. v Soá Froude: Fn = (1.14) g.l v.l Soá Reynolds: Rn = (1.15) ν p Soá Euler: Eu = (1.16) 0, 5ρ. v2 Soá Froude, Reynolds, Euler ñeàu khoâng thöù nguyeân. Trong taøi lieäu kyõ thuaät caùc soá treân coøn ñöôïc https://tieulun.hopto.org
kyù hieäu baèng Fr ≡ Fn; Re ≡ Rn. Soá Eu mang teân goïi khoâng gioáng nhau taïi caùc nöôùc. Nguyeân Euler laø vieän só haøn laâm St. Peterbourg neân ngöôøi Nga laáy teân oâng laøm teân goïi cuûa bieåu thöùc lieân quan ñeán aùp suaát. Soá Eu coøn ñöôïc goïi baèng teân heä soá aùp suaát, duøng phoå bieán trong moâ hình hoùa quaù trình suûi boït σ, daïng: p − pv σ = , vôùi pv - aùp suaát hôi baõo hoøa 0, 5ρ. v2 Ngoaøi ba soá ñaëc tröng treân, soá ñaëc tröng thöù tö cho doøng chaûy, lieân quan ñeán thôøi gian, nhö ñaõ neâu taïi nhoùm coâng thöùc cuoái mang teân goïi: Soá Strouhal, Sh = vT /L . Soá Sh caàn cho caùc qui luaät ñoàng daïng ñoäng löïc hoïc cuûa caùc quaù trình ñoäng, nhöõng chuyeån ñoäng coù gia toác. Trong tröôøng hôïp caùc chuyeån ñoäng ñang khaûo nghieäm khoâng gia toác, soá Strouhal ñöôïc boû qua. Soá Fn ñeå ghi nhôù coâng lao nhaø nghieân cöùu taøu William Froude, ngöôøi ñaõ ñaët cô sôû cho nghieân cöùu söùc caûn voû taøu. Trong caùc coâng trình nghieân cöùu cuûa Froude vaän toác töông ñoái tính baèng coâng thöùc töông töï soá Fn, coù daïng v/ L , vôùi vaän toác tuyeät ñoái v tính baèng haûi lyù/giôø, chieàu daøi L tính baèng feet 1 . Trong coâng thöùc cuûa soá Fn, tính trong heä ño Anh - Myõ coøn theâm g + gia toác tröôøng traùi ñaát, tính baèng ft/sec2, laø haèng soá, do vaäy coù theå xaùc ñònh giöõa coâng thöùc maø Froude ñaõ duøng vôùi soá Froude nhö sau: v Fn = 0, 298 (1.17) L v hay laø: = 3, 355 Fn (1.18) L trong heä met: v - tính baèng m/s; L - tính baèng m vaø g = 9,81 m/s2. Soá Froude mieâu taû quan heä giöõa löïc troïng tröôøng vaø löïc quaùn tính. Trong nhieàu tröôøng hôïp ñaïi löôïng chieàu daøi (l) trong soá Froude ñöôïc vieát döôùi daïng phuø hôïp vôùi hoaøn caûnh, ví duï thay vì L coù theå söû duïng V1/3. Kyù hieäu cuûa soá Froude duøng vôùi theå tích phaàn chìm coù daïng: v Fnv = (1.19) g3 V trong ñoù V = D/γ L Quan heä giöõa hai daïng thöùc cuûa soá Froude laø Fnv = Fn 3 V Trong nghieân cöùu taøu chaïy nhanh, chuùng ta coøn gaëp soá Froude vieát döôùi caùc daïng ñaëc tröng sau: v Fnp = (1.20) g.CP .L v.L FnL = (1.21) g.V Soá Froude ñöôïc coi laø vaän toác töông ñoái cuûa taøu, coù theå laøm chuaån khi phaân loaïi taøu theo vaän 1 Corresponding speed nhö Froude goïi https://tieulun.hopto.org
toác tieán. Caùch phaân loaïi sau ñaây ñöôïc coi laø hôïp lyù cho taøu noåi. - Taøu noåi, toác ñoä khoâng cao: 3 Fnv ≤ 1 hoaëc Fn ≤ V /L - Taøu chaïy nhanh ôû cheá ñoä saép löôùt: 3 3 1 ≤ Fnv ≤ 3 , hoaëc V /L ≤ Fn ≤ 3 V /L - Taøu laøm vieäc ôû cheá ñoä löôùt: 3 Fnv > 3; hoaëc Fn > 3 V /L Soá Reynolds ñöôïc Osborne Reynolds ñöa ra naêm 1883 döôùi daïng Rn = vL/ ν , trong ñoù ngoaøi v, L coøn coù maët soá nhôùt ñoäng cuûa chaát loûng, neâu leân moái quan heä giöõa löïc caûn do nhôùt vaø löïc quaùn tính. Thoâng thöôøng soá nhôùt cuûa chaát loûng ñöôïc hieåu laø heä soá nhôùt giöõa hai lôùp keà nhau cuûa doøng chaát du μ 2 loûng, xuaát hieän trong coâng thöùc xaùc ñònh löïc caûn F giöõa chuùng: F = μ , tyû leä ν = ( L /T ) dy ρ trong ñoù: μ - heä soá nhôùt, coøn goïi laø nhôùt tuyeät ñoái, M/LT ρ - maät ñoä chaát loûng, coøn ν laø ñoä nhôùt ñoäng hoïc, M/L2 Ñoä nhôùt ñoäng hoïc cuûa nöôùc ñöôïc ITTC chaáp nhaän trong hoäi nghò 1963 (London) ôû baûng 1.2. Bảng 1.2 Ñoä nhôùt ν Maät ñoä ρ Nhieät ñoä Nöôùc ngoït Nöôùc bieån Nöôùc ngoït Nöôùc bieån νx105 νx106 νx105 νx106 kg* o F o C lb*s2/ft4 kg*s2/m4 lb*s2/ft4 ft2/sec m2/s ft2/sec m2/s s2/m4 32 0 1,9291 1,7922 1,9947 104,83 1,9399 101,95 40 4,44 1,6638 1,5457 1,9946 107,79 1,9401 101,96 50 10,0 1,4599 1,3563 1,4080 1,3080 1,9924 104,71 1,9398 101,94 55 12,78 1,3561 1,2598 1,3034 1,2108 1,9914 104,66 1,9390 101,91 60 15,56 1,2641 1,1744 1,2109 1,1249 1,9903 104,60 1,9383 101,86 65 18,33 1,1822 1,0983 1,1287 1,0485 1,9890 104,53 1,9373 101,82 70 21,11 1,1088 1,0301 1,0552 0,9803 1,9876 104,46 1,9362 101,76 75 23,89 1,0427 0,9687 0,9892 0,9198 1,9861 104,38 1,9350 101,69 80 26,67 0,98299 0,9132 0,92969 0,8637 1,9844 104,29 1,9336 101,62 85 29,44 0,92873 0,8628 0,87586 0,8136 1,9827 104,20 1,9321 101,54 86 30,0 0,91847 0,8533 0,8657 0,8042 1,9723 104,18 1,9317 101,52 1.1.3 Caùc thaønh phaàn söùc caûn Söùc caûn nhôùt Quan saùt doøng chaûy quanh thaân taøu coù theå phaân bieät ba vuøng mang tính chaát khaùc nhau. Vuøng I naèm trong mieàn taùc ñoäng ñaëc bieät cuûa doøng goïi laø lôùp bieân. Tính chaát cuûa lôùp naøy phuï thuoäc vaøo ñoä nhôùt cuûa nöôùc vaø ñoä roái cuûa doøng. Söùc caûn nhôùt phuï thuoäc vaøo tính chaát cuûa lôùp naøy. Vuøng II naèm sau thaân taøu ñaùnh daáu giôùi haïn cuûa lôùp bieân. Vuøng III naèm ngoaøi khu vöïc aûnh höôûng cuûa lôùp bieân, mang tính chaát cuûa doøng theá. Lôùp bieân luoân gaây aûnh höôûng ñeán doøng theá beân ngoaøi noù ñaëc bieät khu vöïc sau taøu, ñoàng thôøi laøm thay ñoåi söùc caûn aùp suaát vaø söùc caûn ma saùt. https://tieulun.hopto.org
Hình 1.2 Hình 1.3 Neáu moâ hình hoùa chuyeån ñoäng cuûa taøu trong doøng phaúng seõ nhaän ñöôïc hình aûnh sau: Tröôøng toác ñoä ôû vuøng raát xa tröôùc thaân taøu coù tính ñoàng nhaát, vaän toác doøng khoâng ñoåi V∞ = const, ñöôøng doøng ôû maët caét raát xa sau taøu vôùi ñoä lôùn thay ñoåi theo moät qui luaät nhaát ñònh nhö bieåu thò treân hình 1.3. Tröôøng aùp suaát tính theo coâng thöùc Bernoulli cuõng thay ñoåi, tuøy thuoäc thay ñoåi vaän toác doøng. AÙp löïc tieáp tuyeán taïi maët caét A-A vaø C-C coù giaù trò baèng 0. Vectô phaùp tuyeán höôùng ra ngoaøi caùc maët neâu treân. Löïc caûn leân voû taøu trong moâi tröôøng naøy seõ laø: ∫ ∫ ( p∞ − p) ds 2 2 R = Rx = ρ ( V∞ − Vx )ds + (1.22) s s trong ñoù: V∞, p∞ ño taïi maët caét A-A V - vaän toác thaønh phaàn chieáu veà truïc Ox p - aùp suaát doøng ño taïi maët C-C. Coâng thöùc (1.22) coù theå dieãn ñaït laïi nhö sau: ∫ (V∞ − ∫ V∞ (V∞ − Vx )ds ∫ Vx (V∞ − Vx )ds 2 2 Vx )ds = + s s s Thaønh phaàn ñaàu veá phaûi tieán ñeán 0 trong ñieàu kieän löôïng chaát loûng qua A-A baèng löôïng qua C- C, do vaäy coâng thöùc tính söùc caûn R ñöôïc vieát laïi döôùi daïng: ∫ R = ρ Vx ( V∞ − Vx )ds + ∫ ( p∞ − p)ds (1.23) s s Tröôøng hôïp doøng khoâng xoaùy tröôøng toác ñoä tính taïi C – C coù theå ñöôïc coi laø tröôøng keùo daøi cuûa tröôøng trong lôùp bieân. Doøng chaûy loaïi naøy khoâng laøm thay ñoåi aùp suaát ñoät ngoät ôû vuøng ñuoâi taøu. Löïc caûn chuû yeáu trong tröôøng hôïp naøy laø söùc caûn ma saùt coøn söùc caûn hình daùng ñöôïc theå hieän qua caùc xoaùy nöôùc, khoâng ñaùng keå. Neáu thaønh phaàn thöù hai naèm ôû veá phaûi cuûa coâng thöùc cuoái ñöôïc coi naèm caùch xa vaät theå, taïi ñoù aùp suaát p = p∞ vaø tích phaân thöù hai tieán ñeán 0. Coâng thöùc tính söùc caûn coù daïng: ∫ R = ρ Vx ( V∞ − Vx )d s (1.24) s Töø lyù thuyeát lôùp bieân, neáu tính ñöôïc chieàu daøy bieân t** (goïi laø lôùp bieân do toån thaát xung) t** = ∞ v v ∫ vx (1 − vx )dy , thì coâng thöùc tính löïc Rx = R suy töø bieåu thöùc cuoái seõ laø: 0 Rx = ρ.v2.t** (1.25) Coâng thöùc (1.25) laø cô sôû cho nghieân cöùu söùc caûn nhôùt. https://tieulun.hopto.org
Nghieân cöùu söùc caûn taám, Karman ñeà xuaát coâng thöùc: v1 v Rx = ρ. v2 . l1[ 0,7936 + 0, 3141( 1 )2 ] (1.26) v v trong ñoù: l1 - khoaûng caùch giöõa caùc xoaùy v1 - vaän toác di chuyeån caùc xoaùy theo höôùng truïc Ox. Söï theå hieän aûnh höôûng ñoä nhôùt chaát loûng ñeán löïc ma saùt voû taøu thoâng qua chuû yeáu baèng lôùp bieân. Caùc phaàn töû nöôùc trong doøng chaûy saùt voû taøu coù xu höôùng baùm dính vaøo voû taøu coøn toác ñoä doøng chaûy saùt ngay voû taøu luoân baèng 0. Toác ñoä naøy taêng daàn leân ôû nhöõng khoaûng caùch xa daàn voû taøu. Theo ñònh nghóa cuûa Prandtl vaøo naêm 1904, lôùp bieân ñöôïc tính töø ñieåm saùt taám voû, taïi ñoù vaän toác doøng baèng 0 ñeán vò trí maø vaän toác naøy ñaït 99% vaän toác doøng theá. Söï taêng toác ñoä töø 0 ñeán vaän toác doøng theá phaân boá khoâng gioáng nhau treân caùc maët caét ngang qua taøu. Coù hai daïng doøng chaûy cuûa lôùp bieân laø doøng chaûy taàng vaø doøng chaûy roái. Trong doøng chaûy taàng bieåu ñoà vaän toác taêng chaäm, ngöôïc laïi söï thay ñoåi trong doøng roái nhìn thaáy roõ raøng hôn. Lôùp bieân taàng xuaát hieän trong tröôøng hôïp soá Rn coøn nhoû. Khi soá naøy taêng Hình 1.4 do maát oån ñònh lôùp bieân taàng chuyeån sang traïng thaùi roái. Phaân boá toác ñoä, aùp suaát trong lôùp bieân phuï thuoäc vaøo tính chaát cuûa doøng chaûy laø chaûy taàng hay chaûy roái. Chieàu daøy lôùp bieân beân ngoaøi voû taøu taêng daàn töø 0 ôû ñaàu muõi taøu ñeán giaù trò döông nhaát ñònh ôû phía laùi. Soá Rn tính doïc thaân taøu, phuï thuoäc vaøo toác ñoä cuïc boä khoâng gioáng nhau do vaäy lôùp bieân khoâng ñoàng nhaát doïc taøu. Lôùp bieân quanh voû taøu coù theå laø doøng chaûy hoãn hôïp: Taïi vuøng muõi laø chaûy taàng, tieáp ñoù laø vuøng quaù ñoä vaø mieàn chaûy roái naèm veà phía laùi. Thay ñoåi aùp suaát trong doøng doïc taøu thöôøng laø nguyeân nhaân vieäc taùch doøng roái. Böùc tranh caùc Hình 1.5 doøng roái doïc taøu coù theå mieâu taû toång quaùt nhö sau: ÔÛ khu vöïc muõi taøu ñeán giöõa taøu trong lôùp bieân coù theå xaûy ra hieän töôïng thay ñoåi giaù trò ∂p/∂x, laøm chuyeån hoùa naêng löôïng töø ñoäng naêng sang theá naêng. Trong tröôøng hôïp aáy taïi moät ñieåm nhaát ñònh treân voû taøu ñoäng naêng coù khaû naêng bò trieät tieâu, öùng vôùi tröôøng hôïp naøy gia toác taïi vò trí vöøa ñeà caäp tieán ñeán 0, aùp suaát tieáp tuyeán cuõng tieán ñeán 0. Taïi ñaây xuaát hieän ñieåm taùch lôùp bieân. Treân hình 1.6 ñieåm ñaùnh daáu baèng voøng troøn nhoû laø ví duï veà ñieåm taùch lôùp bieân. Doøng chaûy thay ñoåi cô baûn töø ñaây. Chieàu doøng chaûy quay daàn vaø sau ñoù ñaûo chieàu ngay gaàn maët tieáp nöôùc cuûa voû taøu. Sau taøu caùc doøng chaûy loaïi naøy ñeå laïi daáu veát döôùi daïng caùc xoaùy nöôùc. Hình 1.6 Söùc caûn hình thaønh do quaù trình taùch bieân, https://tieulun.hopto.org
xoaùy nöôùc... nhö vöøa ñeà caäp phuï thuoäc khoâng chæ vaän toác taøu maø coøn tuøy thuoäc hình daùng cuûa thaân taøu, phaàn chìm trong nöôùc, vì vaäy maø nhieàu nhaø nghieân cöùu goïi thaønh phaàn naøy laø söùc caûn hình daùng, hay coøn goïi laø söùc caûn xoaùy. Söùc caûn ma saùt Thaønh phaàn naøy cuûa söùc caûn chieám tyû leä lôùn trong söùc caûn toaøn boä. Vôùi caùc taøu chaïy chaäm söùc caûn ma saùt chieám 80 ÷ 85%, coøn vôùi taøu chaïy nhanh tyû leä naøy cuõng giöõ ñeán 50% söùc caûn toaøn boä. Nhöõng coâng trình nghieân cöùu söùc caûn taøu ñaàu tieân cuõng baét ñaàu töø söùc caûn ma saùt. Thí nghieäm veà söùc caûn ma saùt cuûa Froude Froude coi söùc caûn dö goàm hai thaønh phaàn, maø phaàn quan troïng laø söùc caûn ma saùt, do vaäy oâng ñaõ taäp trung thí nghieäm ñeå tìm ra caùc luaät lieân quan ñeán thaønh phaàn naøy. Keát quaû thí nghieäm treân nhöõng taám phaúng cuûa Froude taïi beå thöû cuûa taùc giaû taïi Torquay - Anh quoác, coâng boá trong Experiments on Surface Friction cuûa British Association, 1872 vaø 1874. Caùc taám daøi töø 2 ñeán 50 ft, vaän toác keùo töø 100 ñeán 800 ft/min. Keát quaû thí nghieäm Froude toång keát döôùi daïng coâng thöùc tính söùc caûn ma saùt, nguyeân thuûy trong heä thoáng ño cuûa Vöông quoác Anh: R = f.S.Vn (1.27) trong ñoù: R - söùc caûn ño baèng lb; S - toång dieän tích taám, ft2 V - vaän toác, ft/s; f, n - heä soá phuï thuoäc vaøo chieàu daøi vaø ñoä nhaün beà maët. Froude ñöa ra nhöõng con soá cuï theå sau ñaây cho taám coù ñính caùt haït trung bình: Taám daøi 2ft: f = 0,00900 n = 2,0 k = 0,00730 Taám daøi 8ft: f = 0,00630 n = 2,0 k = 0,00490 Taám daøi 20ft: f = 0,00530 n = 2,0 k = 0,00460 Taám daøi 50ft: f = 0,00490 n = 2,0 k = 0,00460 Vôùi caùc taám nhaün n thay ñoåi töø 2,0 cho taám ngaén ñeán 1,83 cho taám daøi; coøn caùc taám ñöôïc laøm nhaùm baèng caùt n = 2,0. Vôùi caùc taám tieâu bieåu heä soá f giaûm daàn khi chieàu daøi taêng. Heä soá f taêng theo chieàu taêng ñoä nhaùm beà maët. Froude ñeà nghò söû duïng phöông phaùp ngoaïi suy ñeå xaùc ñònh caùc heä soá treân khi duøng cho taøu thaät, chieàu daøi lôùn hôn chieàu daøi lôùn nhaát cuûa caùc taám thí nghieäm laø 50 ft. Froude ñaõ aùp duïng keát quaû nghieân cöùu vaøo thí nghieäm treân taøu voû goã Greyhount daøi 172 ft vaø 6 in, boïc laù ñoàng döôùi ñaùy. Keát quaû thöû ñöôïc thoâng baùo ôû baûng 1.3. Baûng 1.3 Vaän toác V, ft/min 600 800 1000 1200 Söùc caûn taøu thaät Rs , lb 3100 5400 9900 19100 Söùc caûn tính töø moâ hình Rm , lb 4500 8750 17500 2300 Khaùc bieät giöõa Rs vaø Rm 35% 20% 13% 9% Coâng thöùc mang tính lòch söû treân cuûa Froude khi ñoåi sang heä met ñöôïc vieát nhö sau: R = f.γ.S.Vn, kG (1.28) 3 trong ñoù: n = 1,825; γ - troïng löôïng rieâng cuûa nöôùc, kG/dm S - tính baèng m2; V - tính baèng m/s. https://tieulun.hopto.org