Lập chương trình tính toán thủy động học bánh lái, chương 6 ppt

Chương 6: Đặc tính thuỷ động của bánh lái 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thuỷ động của bánh lái. - Ảnh hưởng của mặt nước và vỏ tàu đến đặc tính thuỷ động của bánh lái: Dòng chảy thực qua bánh lái bị ảnh hưởng bởi mặt thoáng của nước, vỏ t àu, tác dụng của chân vịt… Đa số t àu hiện đại có kết cấu vùng đuôi đảm bảo khi tàu chở đầy, bánh lái vẫn ngập sâu trong nước v à hầu như không bị ảnh hưởng của mặt nước. Ở đây, ta chỉ xét đến ảnh hưởng của mặt nước khi thiết kế một số loại tàu sông có bánh lái cắt ngang mặt nước, phà, tàu lướt, tàu cánh ng ầm. Vỏ tàu nằm trong dòng chảy qua bánh lái nên ảnh hưởng đến góc tấn thực tế của bánh lái, đến vận tốc dòng chảy, đến sự phân bố các thành phần vận tốc trong dòng chảy…do đó ảnh hưởng đến lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái. Th ực tế khi tính toán thì ảnh hưởng của vỏ tàu được tính đến bằng hệ số k v , giảm vận tốc dòng chảy qua bánh lái: v bl = v* v k (2-15) k v = (1-  v ) 2 < 1 (2-16) Trong đó: v: vận tốc chuyển động của tàu, m/s  v : hệ số dòng theo của vỏ (tra bảng 1-13, Sổ tay thiết bị phụ tàu thuỷ). Đối với hệ bánh lái + trụ lái thì  v lấy bằng 1.3 hệ số dòng theo của chân vịt. Ở đây, trong chương tr ình tính toán ta chọn trường hợp “Khe hở giữa vỏ và mép trên bánh lái lớn hơn chiều dày lớn nhất của bánh lái” theo bảng 1-13, Sổ tay thiết bị phụ tàu thuỷ.  v = (0.68*  - 0.43 +  + 0.18* H hh 21 *2  )* u (2-17) Trong đó:  = 0 đối với tàu có đuôi phẳng (chọn  trong trường hợp này)  = 0.18 đối với tàu có đuôi thuần dương hạm u = 1.0 khi bánh lái nằm trong mặt phẳng đối xứng (chọn u trong trường hợp n ày) u = C B + 0.15 khi bánh lái n ằm sang phía mạn : hệ số béo thể tích của tàu Hình 2.8. Khe hở giữa vỏ và mép trên bánh lái l ớn h ơn chi ều d ày l ớn nhất của bánh lái. H h2h1 Ñöôøng cô baûn h 1 , h 2 , H: hệ số tuỳ chọn phụ thuộc vòm đuôi tàu (hình vẽ 2.8) Trong chương tr ình tính toán, tôi chọn h 2 = h (chiều cao bánh lái); h 1 = 40%* h; H= h 1 + h 2 + 30%* h T ừ đó tôi xác định được hệ số k v theo (2-16) - Ảnh hưởng của chân vịt đến đặc tính thuỷ động của bánh lái: Dòng nước được đẩy bởi chân vịt chảy qua bánh lái, có ảnh hưở ng lớn đến đặc tính thuỷ động của bánh lái. Mỗi chất điểm trong dòng chảy của chân vịt có 3 thành phần vận tốc: vận tốc dọc v d hướng dọc trục chân vịt, vận tốc tiếp v t hướng vuông góc với bán kính trục chân vịt, vận tốc hướng kính v hk hướng dọc bán kính. Trị số và tương quan của các thành phần vận tốc nói trên phụ thuộc hệ số lực đẩy của chân vịt  cv :  cv = 22 *** *8 cvcv Dv P  (2-18) Trong đó: P: lực đẩy của chân vịt, N P = )1(*  z R , N (2-19) R: l ực cản chuyển động của tàu, N z: s ố chân vịt, chiếc : hệ số hút : khối lượng riêng của nước, kG/m 3 v cv : vận tốc dòng chảy tới chân vịt, m/s v cv = v* (1-  cv ) (2-20) v: vận tốc chuyển động của tàu, m/s  cv : hệ số dòng theo của chân vịt  cv = 0.165*  z * W 3  cv D V (2-21) hay  cv = 1- (1-  0 )* (1-  ms ) (2-22) : hệ số béo thể tích tàu V: thể tích lượng dãn nước của tàu, m 3 D cv : đường kính chân vịt, m W: lượng hiệu chỉnh theo số Froude; nếu Fr > 2 thì W = 0.1*(Fr – 0.2), n ếu Fr  0.2 thì W = 0); trong trường hợp này tôi ch ọn W = 0  0 : hệ số dòng theo của tàu đẩy  0 = 0.13*  z * cv D V 3 (2-23)  ms : hệ số dòng theo do ma sát  ms = max ' ' *21 A L ms ms    (2-24) A max : diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của sà lan, m 2 ’ ms : hệ số dòng theo do ma sát tại vùng mũi tàu đẩy ’ ms = 0.08* BT G 3  (2-25) G: lượng dãn nước của sà lan ở phía trước tàu đẩy, m 3 B, T: chiều rộng và chiều chìm tàu đẩy, m Hệ số lực đẩy chân vịt cũng có thể được xác định thông qua bảng thống kê sau: Loại tàu  v B cv Tàu hàng một chân vịt 1.0  2.5 15  35 Tàu ven biển 2.5  4.0 35  60 Tàu dầu 2.5  5.0 35  70 Tàu đánh cá 4.0  8.0 60 100 Tàu kéo 8.0 80 Bảng 2.2. Bảng thống kê hệ số  v và B cv Trong đó:  v là hệ số lực đẩy chân vịt B cv là hệ số công suất Trị số v hk nhỏ, ảnh hưởng không đáng kể đến đặc tính thuỷ động của bánh lái, trong tính toán có thể bỏ qua. v d làm tăng vận tốc dòng chảy qua bánh lái theo hướng dọc trục chân vịt v’ bl : v’ bl = v cv + v d (2-26) v t làm thay đổi góc tấn của dòng chảy qua bánh lái :  = arctg bl tt v vv '   (2-27) Trong đó: t v  : vận tốc tiếp của dòng chảy qua bánh lái khi không có chân vịt, m/s Trong tính toán thực tế thiết bị lái, vận tốc dọc của bánh lái qua dòng chảy được tính theo công thức: v’ bl = v cv * 3 1 cv   (2-28) L ực pháp tuyến thuỷ động tác dụng lên bánh lái: N = C N * 2 * 2 bl v  * S’ + C N * 2 '* 2 bl v  * (S + S’) (2-29) Trong đó: S’: diện tích phần bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt, m 2 Công (2-29) có thể được viết lại dưới dạng: N = k v * k cv * C N * 2 * 2 v  * S (2-30) Trong đó: k v : hệ số kể đến ảnh hưởng của vỏ tàu. k cv : hệ số kể đến ảnh hưởng của chân vịt k cv = 1+ S S ' * [(1+ cv )* ( 2 ) 1 1 v cv     -1] (2-31) Trong đó: S’: diện tích phần bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt, m 2 S: diện tích bánh lái, m 2  cv : hệ số lực đẩy chân vịt (tra bảng 2-2 ở trên) Với S’ được xác định theo công thức: S’ = h* D cv * alcv a cv vv v v   2 (2-32) Trong đó: v cv = v* (1-  cv ): vận tốc dòng chảy của chân vịt, m/s (2-33) v: v ận tốc chuyển động của tàu, m/s h: chi ều cao bánh lái, m D cv : đường kính chân vịt, m v a = v cv * ( cv  1 - 1), m/s (2-34) v al = * v a : giá trị tăng tốc độ trung bình do chân vịt tính ở tâm áp suất bánh lái, m/s (2-35)  =                 2 1 1 ) *2 (0.1 1 * *2 1* 2 1 cv cv D S D S (2-36) S 1 : khoảng cách từ mặt đĩa chân vịt đến tâm áp suất, m Sau khi xác định được các hệ số ảnh hưởng của vỏ t àu và chân v ịt đến đặc tính thuỷ động của bánh lái ta đi xác định giá trị các lực và mômen thuỷ động tác dụng lên bánh lái. - Giá tr ị lực nâng được xác định: L = C L * k v * k cv * 2 * 2 v  * S, kG (2-37) - Giá tr ị lực cản được xác định: D = C D * k v * k cv * 2 * 2 v  * S, kG (2-38) - T ổng hợp lực tác dụng lên bánh lái: R = 22 DL  , kG (2-39) - Mômen thu ỷ động: M td = C M * k v * k cv * 2 * 2 v  * S* b, kG.m (2-40) - Mômen lái trên tr ục lái được xác định: M 1 = k 0 * M td + M ms , kG.m (2-41) Trong ph ạm vi đề tài đi lập chương trình tính toán thuỷ động học bánh lái, ta không đi xác định giá trị mômen lái trên trục lái mà ch ỉ đi xác định giá trị mômen thuỷ động tính từ tâm áp lực (tâm áp suất) đến cạnh dẫn M td . . Chương 6: Đặc tính thuỷ động của bánh lái 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thuỷ động của bánh lái. - Ảnh hưởng của mặt nước và vỏ tàu đến đặc tính thuỷ động của bánh lái: Dòng. Trong ph ạm vi đề tài đi lập chương trình tính toán thuỷ động học bánh lái, ta không đi xác định giá trị mômen lái trên trục lái mà ch ỉ đi xác định giá trị mômen thuỷ động tính từ tâm áp lực (tâm. k v theo (2- 16) - Ảnh hưởng của chân vịt đến đặc tính thuỷ động của bánh lái: Dòng nước được đẩy bởi chân vịt chảy qua bánh lái, có ảnh hưở ng lớn đến đặc tính thuỷ động của bánh lái. Mỗi