Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch, chương 3 pptx

chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUỶ ĐỘNG HỌC CA NÔ CAO TỐC Đa số các canô hiện nay hoạt động dựa trên lý thuyết thuỷ động học v ì hoạt động trên nguyên lý này có hình dáng, kết cấu đơn giản hơn hoạt động tr ên nguyên lý khí động học. Trong đề t ài này, canô được thiết kế cũng hoạt động trên nguyên lý thu ỷ động học do đó ta cần tìm hiểu về nguyên lý thuỷ động học của canô cao tốc. * Lực nâng và lực cản tấm phẳng. Lực nâng và lực cản của tấm lướt ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của canô cao tốc, do đó ta cần xác định các thành phần lực này để lựa chọn hình dáng đáy canô hợp lý nhất nhằm làm nhẹ cho ca nô khi chạy. Đối với các t àu chạy chậm hoặc tàu thuộc nhóm tàu chạy nhanh đang đứng yên trên nước phương tr ình cân bằng được viết dưới dạng trọng lượng toàn tàu đúng bằng lực nổi. W =  .V (1.1) Trong đó W - trọng lượng tàu (Tấn). V - thể tích chiếm nước (m 3 ).  - trọng lượng riêng của nước (T/m 3 ). Tàu đang chạy, khi sang giai đoạn quá độ lực nâng bắt đầu tham gia vào thành phần các lực tác dụng lên tàu, phương trình cân bằng sẽ có dạng: W =  .V 1 + L (1.2) Trong đó W- trong lượng thân tàu (tấn) Trong đó: V 1 - thể tích chìm của phần thân tàu trong trạng thái đang chạy đủ nhanh, trong mọi môi trường V 1 <V. L - l ực nâng (KG). Tàu chạy càng nhanh, lực nâng L càng lớn, V 1 càng nhỏ dần, song phương tr ình (1.2) luôn cân bằng. Lực nâng xuất hiện trong quá trình thân tàu chạy lướt. Dưới tác dụng của ngoại lực tấm đang nghiêng với góc tấn  , chuyển động với vận tốc v trong nước. khi chuyển động tấm có tác dụng làm thay đổi hướng dòng, vận tốc dòng chảy trên tấm chia dòng thành hai ph ần, phần dưới và phần trên. Điểm 0 nằm tại ranh giới giữa hai miền đó gọi là điểm giới hạn. Từ định luật Bernoulli có thể xây dựng đường phân bố áp lực thuỷ động, giá trị lớn nhất của đường này phải rơi đúng vào điểm 0 Hình 1.1: Phân tích lực tấm phẳng. Từ hình ảnh vừa có người ta có thể xây dựng các cách tính xác định lực thủy động l ên tấm dạng lướt. Tổng cộng tất cả lực pháp tuyến trên hình 1.1 có thể quy tụ thành lực F tác động vuông góc với tấm. Để giúp việc tính toán thuận lợi chúng ta sẽ tiếp tục phân F thành các thành phần cấu thành mang ý nghĩa thực tế. Lực F có thể phân thành hai thành phần F y và F x , theo hướng trục Oy và Ox tương ứng. Cần giải thích ngay, trong kỹ thuật thành phần F x chính là lực cản chuyển động của tấm trong nước, thường được ký hiệu bằng R hoặc D. Thành phần F y thường được gọi là lực nâng L . Công su ất kéo cần thiết của canô: A = F x .v = R.v =F.sin.v (1.3) Bỏ qua năng lượng tạo sóng lúc chuyển động có thể cho rằng toàn bộ năng lượng được dùng cho việc đẩy tấm về trước đã dành cho vi ệc tạo các tia nước bắn tung tóe ra sau. Vận tốc dòng dạng này phải bằng tổng vectơ của vận tốc tấm đang lướt và vận tốc dòng so với tấm. V p = 2.v.cos(/2) (1.4) Trong khi đó khối lượng nước bị ném về trước trong quá trình chuyển động của tấm, tính bằng v, với  - mật độ nước (kg/m 3 ),  - chiều dày dòng các tia nước bị phun (m). Động năng của dòng bị phun tung tóe (Spray) có thể tính: A S = ½.mv p 2 = ½.v.(2.v.cos (/2)) 2 = 2. v 3 .cos 2 (/2) (1.5) So sánh (1.3) v ới (1.5) có thể viết: F.v.sin = 2. v 3 .cos 2 ( /2) (1.6) T ừ đó: F = v 2 .   sin )2/(cos.2 2 = v 2 . )2/sin().2/cos(.2 )2/(cos.2 2   (1.7) Ho ặc là F = v 2 .cotg(/2). Lực nâng và lực cản tính theo công thức sau: L = F y = F.cos = v 2 . )2/cos(.2 cot   g (1.8) D = F x = F.sin = v 2 . )2/sin(.2 cot   g (1.9) Công thức (1.8) cho phép phát biểu rằng, khi đã biết giá trị của v và  chúng ta có thể xác định ngay được lực nâng L và lực cản D của tấm, nếu biết rõ về chiều dày lớp nước bị phun tung tóe. Với góc tấn nhỏ chiều dày lớp này được tính theo công thức:  = 2 4   l (1.10) Trong đó: l – chiều dài mặt ướt . Hình ảnh dòng chảy dưới tấm phẳng (flat planing surface) được giới thiệu tại h ình 1.3. Giới thiệu phân bố vận tốc dòng, áp l ực thủy động lên tấm. Hình 1.2. Giới thiệu phân bố vận tốc dòng áp. Dòng n ước bị bắn ngang dưới khối trụ đáy V được minh họa tại hình 1.3a. Hướng dòng và vận tốc dòng được trình bày tại hình 1.3b. Hình 1.3. Hình thể hiện hướng dòng nước. Với tấm phẳng đang lướt, phân bố áp suất theo chiều ngang đáy được giới thiệu tại h ình 1.4a, còn phân bố dọc của áp suất được tr ình bày tại hình 1.4b. Hình 1.4. Hình phân bố áp suất theo chiều ngang đáy. . lực nâng L . Công su ất kéo cần thiết của canô: A = F x .v = R.v =F.sin.v (1 .3) Bỏ qua năng lượng tạo sóng lúc chuyển động có thể cho rằng toàn bộ năng lượng được dùng cho việc đẩy tấm về. lý khí động học. Trong đề t ài này, canô được thiết kế cũng hoạt động trên nguyên lý thu ỷ động học do đó ta cần tìm hiểu về nguyên lý thuỷ động học của canô cao tốc. * Lực nâng và lực cản. chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUỶ ĐỘNG HỌC CA NÔ CAO TỐC Đa số các canô hiện nay hoạt động dựa trên lý thuyết thuỷ động học v ì hoạt động trên nguyên lý này có hình dáng, kết cấu đơn