ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 8 pdf

65 Ch ơng8 Mốiquanhệgiữalựccảncủatàu vàhìnhdángthântàu Việcchọncáckíchth ớcchính,xâydựngbảnvẽtuyếnhìnhtàu,vàcácphầnnhô đềuphảithựchiệntrongquá trìnhthiếtkếtheocácyêucầukỹthuật đặtra.Cácyêu cầuđó là: Đảmbảodungtíchchở hàng,tìnhhìnhthị tr ờng(giá chất đốt)nhữnghạn chế vềđặt điểmkhaithác(chiềuchìm,chiềurộng).Cácyêucầutrênchúngluônmâu thuẫn nhau, cho nên tất cả các yêu cầu không thể đồng thời cùng tối u. Khithiếtkếmộtvàikiểutàu,nhấtlàtàuvậntải,tàuđánhcá,tàukéolàphảichọn nhữnghìnhdángsaochochúng đảmbảo đ ợcvậntốccầnthiếtcủatàu, đồngthời côngsuất độngcơphảinhỏ nhất.Côngsuấtcầnthiếtchotàukhôngnhữngphụ thuộc vàolựccản,màcònphụ thuộckiểuthiếtbịđẩy.Chọnhìnhdángthântàucũngphảixét tới điềukiệnchuyển độngcủatàutrênsóng,chòngchành,hiện t ợnghắt n ớclên boong,cácyêucầuvềổnđịnh, ănlái,cácđiềukiệnvềluồnglạchhạnchế và cácyêu cầulàmviệc đặtbiệtcủathiếtbịđẩy đềuliênquanchặtchẽđếnkíchth ớcvàhình dáng thân tàu. Chínhvìlẽđó mà cácsốliệuthốngkêkhôngphảilúcnàocũngchophéprútra nhữngkếtluận đúngvềkíchth ớcvàhìnhdángcủanótối unhấtvềph ơngdiện giảm lực cản. Cáckíchth ớcvàhìnhdángcủatàuđều đ ợcxácđịnhbằngph ơngphápphân tíchcáckếtquả thử kéomôhình.Taphảixemxétcụthểảnh h ởngcủa kích th ớc nào tớithànhphầnlựccảnnàolàchủ yếu.Chẳnghạnlựccảnmasáthầunh khôngphụ thuộcvàohìnhdángthântàu,ng ợclạilựccảnsóngvàtrêncáctàubéochínhlàlực cảnhìnhdángphụ thuộcrấtnhiềuvàohìnhdángthântàu.Lựccảnsóngphụ thuộcvào cáctỉsốkíchth ớcvàcáchệsốbéothântàutrong đó có hệ số béodọc.Đốivới nhữngtàucótrị số Frthấphơn đ ờngcong(XemH8.1)cầnphảigiảmlựccảnnhớt, các tàu đó gọi là các tàu chạy chậm. Hình 8.1. Các số Fr mà tại đó lực cản sóng tăng lên. 66 Giới hạn thay đổi trung bình của các số Fr Kiểu tàu Số Fr Kiểu tàu Số Fr Tàu hàng lỏng 0,15 0,22 Tàu nhanh chuyên tuyến 0,28 0,34 Tàu hàng khô 0,19 0,27 Tàu đánh cá 0,25 0,37 Tàu chở khách 0,22 0,27 Tàu kéo (không hàng) 0,30 0,40 Sự thay đổicủathể tíchngâm n ớcvàcáckíchth ớcchínhcủatàucóảnh h ởng tới lực cản nhớt và lực cản sóng. Taxétsựthay đổilựccảndothể tíchngâm n ớcvàcáckíchth ớcchínhthay đổi khi giữ nguyên tính đồng dạng hình học. TachoFr=constthì lựccản d đơnvị R R /Dcũngsẽkhôngthay đổi,nh nglực cản ma sát đơn vị R F /D thay đổi do thay đổi tốc độ tàu ứng với tỉ số v 1 /v 2 = 21 LL / . Lực cản ma sát đơn vị tr ớcvà sau: (R F /D) 1 (R F /D) 2 = (C Fo1 - C A1 )/ (C Fo2 - C A2 ) (8.2.1) Trong đó: Re 1 /Re 2 = (L 1 /L 2 ) 3/2 . chỉ số "1" các thông số của tàu tr ớc khi thay đổi l ợng chiếm n ớc. chỉ số "2" các thông số của tàu sau khi thay đổi l ợng chiếm n ớc. Nếu C A =constthì (8.2.1)chỉ rarằng:khigiảmkíchth ớctàulựccảnnhớt đơnvị của tàu sẽ tăng lên, và khi tăng thì nó giảm xuống. Sự thay đổichiềudàitàulàmL/Bhoặc =L/ 3 V thay đổi,mốiquanhệgiữa những thay đổi của các đại l ợng đó có thể viết: L/V = 1/BT, nghĩa là = (B/T) 1/3 (L/B) 2/3 1/3 (8.2.2) Căncứvào(8.2.2)khiB/T=constthì sự thay đổicủaL/B t ơng đ ơngvớisựthay đổi của 3/2 . Vậyviệctăngchiềudàitàukhigiữ nguyêntốcđộ, l ợngchiếm n ớc,hệsốbéo vàtỉsốB/Tthì sẽ làmtăngL/B, và ,cònsốFrgiảmchonênhệsốlựccản d giảm xuống trong giới hạn Fr > 0,25. R R /D = C R (Fr 2 /2)(/V 2/3 ) (8.2.3) VậyviệctăngtỉsốB/Tkhigiữ nguyênLvàD,lúcđó chiềurộngtàutăngvàthể tích tập trung gần mặt n ớc, dẫn tới lực cản sóng tăng. Trongcáchệsốbéo,,,vàthì hệ số béo và cóảnh h ởngnhiềunhất tới lực cản. 67 CàngtăngsốFrthì việctăng mộtcáchtừtừtrở nênhợp lý từ = 0,56 0,58 khi Fr 0,3 tăng tới = 0,63 0,65 khi Fr 0,45. Quan hệ giữa và Fr xác định bằng biểu thức sau: PP = a - bFr (8.3.1) Trong đó: Trị số a và b phụ thuộc kiểu tàu và số Fr. a = 0,80 1,21 và b = 1,44 2,3 TheoSTUMPH: = 0,967 - 0,495Fr - 3,915Fr 2 (8.3.1) Đốivớitàuvậntảing ờita đềusửdụng đoạnthân ống.Nólàmtăngdungtíchvà đơngiảncôngnghệđóngmới,việcchọnhợplýchiềudàiđoạnthân ốngvàvịtrí của nó sẽ không gây ảnh h ởngxấu tới lực cản sóng và lực cản hình dáng. Chiềudàihợplýphầnthon đuôi L K >3,3 khiFr=0,24 0,25.Vềmặtthuỷ động thì thân ống không có lợi. Hoành độ tâmnổi x c ,th ờng đ ợcmôtảbằngtỉsố x c /Lphải đ ợcxácđịnhtheo yêucầugiảmlựccảnvàđộ chúicủatàu.Néudịchtâmnổivềmũitínhtừmặtphẳng s ờngiữachophéptạođộ nhọnphần đuôitàu,th ờng ápdụngchocáctàucósốFr< 0,20vìđốivớinhữngtàunàycầnquantâmtớiviệcgiảmlựccảnnhớt. nhữngtàucó 0,55chuyển x c /Lvềđuôikhoảng23%.Cầnchúýrằng độ chênhlệch x c /Ltrong giớihạn1%sovớivịtrí có lợisẽkhônglàmtăng độtngộtlựccản,chỉ ngoạitrừ > 0,70và Fr > 0,22. ĐốivớicáctàuchạynhanhFr>0,4nhằmmụcđíchvótnhọn đ ờng n ớcmũi khoongnhữnglàmtâmnổidịchchuyểnvềđuôimàcùngmộtlúccòndịch s ờncó diện tích lớn nhất về đuôi nằm ở 55 60% chiều dài tính từ mũi tàu. Dạngphầnmũitàu đ ợcthiếtkếởnhữngFrlớnhơntrị số Frtrênhình8.1xuất phát từ điều kiện giảm lực cản sóng cũng nh đảm bảo các tính năng đi biển trên sóng. KhicácsốFrthấphơntrị số Frtrênhình8.1cầnsửdụngdạng đ ờng n ớcmũilà thẳng hoặc lồi với góc nhọn H 30 45 o ứng với đ ờng 1,2 (Xem H8.2) Hình 8.2. Dạng đ ờng n ớc mũi. KhisốFrcànglớnthì sóngbảnthâncànglớnnênsửdụng đ ờng n ớchìnhchữ S, đ ờng 3 điểm uốn O. KhiFr 0,32nênsửdụng đ ờng n ớcdạnghìnhnêm, đ ờng4vớigócnhọn H = 8 14 o . 68 Đốivớinhữngtàucótrungbìnhvàbéphầnmũisửdụng s ờndạngchữ U,chữ Vvà giữa UvớiV. CácnghiêncứucủaVOSSERSvàSVENchothấyrằng:trongcáđiềukiệnsóng cáctàuvậntảicó s ờnchữ Vlựccảnlớnhơn s ờnchữ U đặcbiệtkhi /L<1,vìvậy trongcácđiềukiện đó tàucỡlớntốtnhấtlàdùng s ờnchữ U, còn đối với tàu t ơng đối ngắn khi /L > 1 chọn dạng s ờn chữ V. Để giảmlựccảnsóngcủacáctàucó=0,5 0,7khiFr 0,25 0,35ng ờita dùngmũiquả lê.Mũiquả lê có thể giảmtrên10 15%tổnglựccảnđơnvịtronggiới hạn các số Fr > 0,22 (Xem H8.3). Hìnhdángsốngmũi đ ợcxácđịnhdựatrêntínhchất đibiểnvàkhaitháccủatàu. Khicác s ờnhìnhchữ Vthì bìnhth ờngsốngmũicóvếtlẹmphần d ới n ớc,khi s ờn chữ U thì không có nó. Dạngphần đuôichủ yếu đ ợcchọntheo điềukiệnlàmviệccủachongchóng,sự t ơngtáccólợigiữanóvàthântàu,tránhchấn động,dạng đ ờng n ớc đuôichọnsao chotránh đ ợchiện t ợngtáchlớpbiên,vậy đ ờng n ớckhôngnênuốnđộtngộtvà gócnótạovớimặtphẳng đốixứngkhônglớnhơn33 o .Trongnhữngnămgầnđâyphần đuôicủacáctàuvậntảith ờngcódạng đuôicụtvàtrêncáctàunhanhkhiFr>0,4nếu đuôi cụt nhúng n ớc sẽ có hiện t ợng tách biên và lực cản nhớt tăng lên 5 20%. Hình 8.3. Hình dáng phần mũi và đuôi tàu. Cáctàunộiđịachạytrongsông,hồ,kênh,vùng đậutàuvàchúngcóthể chạyra biển ( tàu pha sông biển). Hìnhdángcủacáctàunàyxácđịnhbằngnhữnghạnchế chiềuchìm,chiềurộng. Tất cả các tàu kiểu này chia thành tàu tự hành và không tự hành. Đốivớitàunộiđịavàphasôngbiểntựhànhsứcchở lớnvớiFr=0,16 0,20,B/T >3và6<L/B<9.Phầnthân ốngkéodàitới60%chiềudàitàuvàhệsốbéothể tích lớn0,78<<0,87.Phầnmũivàđuôicódạng đặcbiệt.Cácphần đuôicủacáctàutự hành để giảmlựccảnhìnhdáng, đảmbảochochongchónglàmviệckhichạytiếnvà lùi, cũng nh tính điều khiển tàu. Đốivớicáctàukhôngtựhànhthì lựccảnnhớtlàchủ yếu. Đốivớicácsàlannày B/T = 3.5 11, và = 0,8 0,9 . đổi tốc độ tàu ứng với tỉ số v 1 /v 2 = 21 LL / . Lực cản ma sát đơn vị tr ớcvà sau: (R F /D) 1 (R F /D) 2 = (C Fo1 - C A1 )/ (C Fo2 - C A2 ) (8. 2 .1) Trong đó: Re 1 /Re 2 = (L 1 /L 2 ) 3/2 . chỉ. thức sau: PP = a - bFr (8. 3 .1) Trong đó: Trị số a và b phụ thuộc kiểu tàu và số Fr. a = 0 ,80 1, 21 và b = 1, 44 2,3 TheoSTUMPH: = 0,967 - 0,495Fr - 3, 915 Fr 2 (8. 3 .1) Đốivớitàuvậntảing ờita. kéomôhình.Taphảixemxétcụthểảnh h ởngcủa kích th ớc nào tớithànhphầnlựccảnnàolàchủ yếu.Chẳnghạnlựccảnmasáthầunh khôngphụ thuộcvàohìnhdángthântàu,ng ợclạilựccảnsóngvàtrêncáctàubéochínhl lực cảnhìnhdángphụ thuộcrấtnhiềuvàohìnhdángthântàu.Lựccảnsóngphụ