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

Chương 7: Đặc tính thuỷ động của bánh lái Việc tính tốn thuỷ động học bánh lái, tức là đi xác định 2 thơng số lực thuỷ động R và mơmen thuỷ động Mtđ thơng qua các đặc tính thuỷ động của

Chương 7:

Đặc tính thuỷ động của bánh lái

Việc tính tốn thuỷ động học bánh lái, tức là đi xác định 2

thơng số lực thuỷ động R và mơmen thuỷ động Mtđ thơng qua các

đặc tính thuỷ động của bánh lái

Khi quay bánh lái một gĩc  so với phương dịng 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

tốn, R thường

được phân thành

các thành phần:

Lực nâng L vuơng

gĩc với hướng

dịng chảy; Lực

cản D theo hướng

dịng chảy; lực pháp tuyến N vuơng gĩc với mặt phẳng tạo bởi các

dây cung prơfin và lực tiếp tuyến T nằm trong mặt phẳng đĩ (hình

2.9)

Hợp lực thuỷ động được xác định như sau:

Hình 2.9 Lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái.

 t

P

N

D

.

x c

x a

tâm quay

tâm áp lực

v s T

R = L2 D2 (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

xa = b C

C N

(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:

- Hệ số lực nâng: CL =

S v

L

bl * 2

* 2

- Hệ số lực dọc: CD =

S v

D

bl * 2

* 2

- Hệ số lực pháp: CN =

S v

N

bl * 2

* 2

- Hệ số lực tiếp: CT =

S v

T

bl * 2

* 2

- Hệ số mômen: CM =

b S v

M

bl

td

*

* 2

* 2

- Hệ số tâm áp lực: Cp =

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 0 0 0

Bảng 2.3 Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng

NACA-0012, = 0.5

32 1.10 0.80 0.41

Bảng 2.4 Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng

NACA-0012, = 0.8

-Bảng 2.5 Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng

NACA-0012, = 1.0

8 0.31 0.22 0.08

-Bảng 2.6 Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng

NACA-0012, = 1.5

-Bảng 2.7 Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng

NACA-0006, = 6

Bảng 2.8 Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng

NACA-0009, = 6

16 1.20 0.098 0.30

Bảng 2.9 Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng

NACA-0012, = 6

Bảng 2.10 Các hệ số thuỷ động lực của prôfin đối xứng

NACA-0015, = 6

(0) CL CD CM

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.

Hoặc dưới dạng đồ thị như sau:

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

Hình 2.10 Đặc tính thuỷ động của bánh lái chữ nhật prôfin NACA-0012,

C M

Cp 0,5 0 1,0 2,0

0,5 1,0 C D





Cp

C M

C D =f(C y )

C L

C L

C D =f(C L )

C M

Cp





C D

1,0 0,5

2,0

1,0

0

0,5

C M Cp

cho việc tính toán Các giá trị lực và mômen cần xác định trong chương trình là:

Lực nâng: L = CL* kv* kcv* S*

2

*v2



(2-59)

Lực dọc: D = CD* kv* kcv* S*

2

*v2



(2-60)

(2-61)

Mômen thuỷ động: Mtđ = CM* kv* kcv* S* b*

2

*v2



(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