ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 1 LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU - CHƯƠNG 1 ppsx

9 Phần1 Lựccảnchuyển độngcủatàu Ch ơng 1 Kháiniệmchungvềlựccảnchuyển độngcủatàu Mộttrongnhữngtínhchấthànhhảiquantrọngnhấtcủatàulàtínhdi động,nghĩa là khả năngpháthuy đ ợcvậntốclớnnhấtkhisửdụnghiệuquả côngsuất đã chocủa thiếtbịnăng l ợngchính.Tínhdi độngphụ thuộcvàokíchth ớc,kếtcấu,hìnhdáng thântàu,trạngtháicủavỏtàu,loại độngcơ,côngsuấtvàđặctínhcủađộngcơcũng nh các điềukiệnchuyển động.Tínhdi độngkhôngthể đ ợcxemxétbiệtlậpvớitính nổi,tính ổn định,tínhchòngchànhvàtính ănlái. Đểđánhgiá tínhdi độngtrongcác điềukiệnkhácnhauphảicósốliệuvềlựccảnchuyển độngcủatàu,cácđặctínhcủa thiếtbịđẩyhoặccủatàukéotạolựckéođể kéotàu.Sựlàmviệccủabấtcứloạithiếtbị đẩynàotuỳ mức độ cóảnh h ởng đếncấutrúccủadòngchảybaoquanhthântàuvà làmthay đổilựccảnchuyển độngcủatàu.Tuynhiênth ờngth ờnglựccảnthântàu đ ợcxemxétbỏqua ảnh h ởngcủathiếtbịđẩy,cònlựcbổsungdo ảnh h ởng đó và lựccảncủabảnthânthiếtbịđẩy đ ợcxemxétriêngbiệtkhitínhtoánhiệusuấtcủa thiết bị đẩy. Tronggiáotrìnhtaxemxétcácnguyênnhângâyralựccảnchuyển động,sựthay đổicáclựcđó,cácph ơngphápxácđịnh,cácbiệnphápthay đổivàgiảmlựccản.Do vậytaphảinghiêncứucấutrúccủadòngchảy ở gầnthântàu,từđó phụ thuộcquá trình phát sinh lực cản. Nhữngsốliệunhận đ ợctừkếtquả tínhtoánlựccản,nhữngkhuyếnnghị về các ph ơngphápgiảmlựccản đ ợcdùngtrongthiếtkếtàukhichọncáckíchth ớcchính, hình dáng thân tàu, tính toán thiết bị đẩy và chọn thiết bị năng l ợng chính. Hiệnnaytrongnghiêncứulựccảnchuyển độngcủatàung ờitadùngph ơng phápnghiêncứulýthuyếtvàph ơngphápnghiêncứuthựcnghiệm.Tínhtoánlựccản chuyển độngcủatàulàmộttrongcácvấnđề củabàitoánngoàicủacơchấtlỏng để xác định lực thuỷ động của chất lỏng chảy bao vật thể. Cáckýhiệuquy ớc B - Chiều rộng tàu b - Chiều rộng kênh, dây cung của profin C, C x - Hệ số lực cản toàn phần C A - Hệ số lực cản do độ nhám C AA - Hệ số lực cản không khí C AP - Hệ số lực cản phần nhô C E - Hệ số hải quân C F - Hệ số cản ma sát C Fo - Hệ số cản ma sát của tấm nhẵn t ơng đ ơng C f - Hệ số cản ma sát cục bộ 10 C i - Hệ số cản cảm ứng C H - Hệ số cản lỗ, hốc C P - Hệ số cản áp lực C R - Hệ số cản d C S - Hệ số cản toé n ớc C V - Hệ số cản nhớt C VP - Hệ số cản hình dáng C W - Hệ số cản sóng C WB - Hệ số cản phá sóng mũi C y - Hệ số lực nâng D - Trọng lực (Trọng l ợng tàu) Fr, Fr V , Fr H , Fr B - Số Frút và các biến thể của nó H - Chiều sâu luồng lạch K -Tỉ lệ xích của mô hình K - Hệ số hình dáng của lực cản nhớt K S - Chiều cao mô nhám L - Chiều dài tàu P E - Công suất kéo P - Hệ số áp lực R, R x - Lực cản toàn phần R y - Lực nâng Re,Re*,Re** - Số Râynolvà các biến thể của nó S - Diện tích cánh T - Chiều chìm tàu V - Thể tích l ợng chiếm n ớc v, v x , v y , v z - Tốc độ và các thành phần của nó - Góc vào n ớc (góc tới) của cánh - Chiều dày lớp biên * - Chiều dày nén của lớp biên ** - Chiều dày tổn thất xung của lớp biên - Hệ số nhớt động học của chất lỏng - Khối l ợng riêng của chất lỏng - Số xâm thực , - Thế vận tốc - Diện tích mặt ớt của tàu Khitàuchuyển độngtrongchấtlỏngsẽxuấthiệnlựcthuỷđộng,màtrị số củanó phụ thuộc vào khối l ợng riêng và độ nhớt của chất lỏng. Khối l ợngriêng-kíhiệu , đơnvịkg/m 3 .Khối l ợngriêngcủa n ớc ítthay đổi khithay đổi áplực,vậy n ớccoinh khôngnén đ ợcvàđồngnhất,songkhối l ợng riêng của n ớc lại thay đổi nhiều theo nhiệt độ. Trong ngành đóng tàu ta sử dụng số liệu của LiênBang Nga. nhiệt độ t = 4 o C: 11 - Đối với n ớc ngọt = 1000 kg/m 3 - Đối với n ớc mặn = 1025 kg/m 3 * nhiệt độ t = 15 o Cvàáp suất 760 mmHg -Khối l ợng riêng của không khí A = 1,226 kg/m 3 Trọng l ợng riêng của chất lỏng - kí hiệu , đơn vị N/ m 3 = .g (1.2.1) Đốivới n ớc ngọt = 9810 N/ m 3 g - gia tốc rơi tự do g = 9,81 m/s 2 Hệ số nhớt độnglực-kíhiệu , đơnvịkg/m.s.Làđại l ợng đặctr ngchotính chấttừngloạichấtlỏng ítthay đổitheo ápsuất,nh nglạithay đổinhiềutheonhiệt độ. Hệ số nhớt độnghọc-kíhiệu , đơnvị m 2 /slàgiatốccủalựcnhớtxuấthiệntrong chất lỏng (1.2.2) Dotácdụng t ơnghỗgiữatàuvàchấtlỏng,nêndọctheomặtuớthệlựcmặt xuất hiện và phân bố liên tục. Tại mỗi điểm trên véctơ c ờng độ của lực mặt là n P Hình 1.1. Hệ toạ độ khảo sát chuyển động của tàu. Hìnhchiếucủa n P lênph ơngpháptuyến n củaphântốdiệntích d làáplực thuỷ động p Còn hình chiếu của n P lên ph ơng của đ ờng dòng đi qua d là ứng suất tiếp o p và o có thể đo trực tiếp hoặc tính toán bằng các quan hệ trong cơ chất lỏng. N ớctácdụnglênphầnngâm n ớccủatàulàlựcthuỷđộng,cònkhôngkhí tác dụnglênphầnkhô củatàulàlựckhíđộng,vậytổnghợpcáclựckểtrên trên bề mặt của tàu gọi là lực thuỷ khí động học. Lựcthuỷ khíđộnghọclàmộthệthốnglựcmặt,vìvậycóthể chuyểnnóvềmột véctơ chính R và một mômen chính M xác định theo các công thức (1.2.3) và (1.2.4) 12 dPR n (1.2.3) drPM n (1.2.4) Trong đó r - véctơ bán kính của d đối với tâm quy chiếu đã chọn. Để nghiêncứutínhdi độngcủatàung ờitagắnlêntàutrụctoạđộ di động x 1 y 1 z 1 , trong đó: -Trục x 1 h ớngvề phía mũi tàu -Trục y 1 h ớngvề phía mạn phải -Trục z 1 h ớng lên trên Còn gốc toạ độ thay đổi vị trí trong không gian. Ngoài ra ng ời ta còn sử dụng hệ toạ độ xyz, trong đó: -Trụcx h ớng theo vận tốc v của tàu -Trục y h ớngvề phía mạn phải -Trụcz h ớng lên trên Haihệtoạđộ x 1 y 1 z 1 và xyzsẽtrùngnhaukhitàukhôngchuyển động.Cònkhitàu chuyển động hai trục x 1 và x tạo với nhau một góc - gọi là góc chúi hành trình. Nếu chiếu véctơ chính của lực thuỷ khí động học R lên các trục toạ độ ta đ ợc: - Hình chiếu R x - Gọi là lực cản chuyển động của tàu - Hình chiếu R y - Gọi là lực dạt ngang của tàu - Hình chiếu R z - Gọi là lực nâng Vậy"Lựccảnchuyển độngcủatàulàhìnhchiếucủalựcthuỷ khíđộnglựclên ph ơng chuyển động của tàu". Môn học này ta chỉ xét lực cản trong chuyển động tịnh tiến thẳng của tàu Trong hệ toạ độ trên ta có: R x = R x1 cos + R z1 sin (1.2.5) Vì véctơ n P đ ợcphânthànhhaithànhphầnpháptuyến p và tiếptuyến o nênlực cản cũng có thể viết d ới dạng tổng hai thành phần (Xem 1.2.6) R x = d)x,cos()x,pcos(p oo (1.2.6) Công thức (1.2.6) phân chia lực cản thành hai thành phần: -Lực cản ma sát: d)x,cos(R ooF (1.2.7) Nguyênnhânxuấthiệnlựccảnmasát R F là do ảnh h ởng độ nhớtcủachấtlỏng gây ma sátvàovỏ tàu làm xuất hiện ứng suất tiếp o -Lực cản áp lực: d)x,pcos(pR p (1.2.8) Dựavàocáchiện t ợngvậtlýthì nguyênnhânxuấthiệnthànhphầnlựccảnáplực có thể giải thích nh sau: Theocơhọcchấtlỏngthì vậtthể có kíchth ớchữuhạnchuyển độngtịnhtiếnvới vậntốckhông đổitrênmặttựdovôhạncủachấtlỏngkhôngnhớtthì vậtthểđó không chịu lực cản chuyển động (Theo định lý Ơle). Vậtthể khichuyển độngchỉ xuấthiệnlựccảnchỉ khitr ờngvậntốcởphíatr ớc và phía sau vật thể là khác nhau. 13 a. b. c. d. Hình 1.2. Sơ đồ mô tả nguyên nhân xuất hiện các thành phần của lực cản. 14 *Xétvậtthể chuyển động ở gầnhoặc ở mặttựdocủachấtlỏng(XemH1.2.a) d ớitácdụngcủatrọnglựcthì vậtthể sẽ tạoratrênmặttựdocủachấtlỏngmộthệ thốngsóngdocácphầntửchấtlỏngtáchratừvịtrí cânbằngdẫntớisựthay đổicủa tr ờngvậntốcvàápsuấtdọctheobềmặtvậtthể.Hìnhchiếucủaáplựcsónglên ph ơngchuyển độnggọilàlựccảnsónglênph ơngchuyển độnggọilàlựccảnsóng R W .Côngcủavậtthể sinhra để thắnglựccảnsóng đ ợctiêutốnchosựtạothànhnăng l ợng sóng. *Cáctàubéohoặctàuchạykhôngtảing ờitathấycácsóng ở phần n ớcmũitàu bịsangầnphẳngkéotheosựtạothànhcácbọt.Quá trình đóđã làmtăngthêmlựccản sóngvà thành phần lực cản đó gọi là lực cản phá sóng mũi R WB . *Khivậtthể chuyển độngtathấyrõnhất ở phầnmũitàucócáctia n ớchắtratừ haibênmạn.Cáctia n ớc đó tạothànhphảnlực,màhìnhchiếucủaphảnlựcđó lên ph ơngchuyển độnggọilàlựccảntoé n ớc R S .Loạilựccảnnàyđặctr ngchocáctàu chạy nhanh. *Theolýthuyếtcánhnếuvậtthể có dạnghìnhcánhkhichuyển độngcó l usố vậntốcthì sẽ phátsinhlựcnângtrêncánh.Sựlàmviệccủacánhcóthể thaybằngmột hệthốngxoáy,hệthốngnàysẽtạoracácxoáytựdosaucánh(XemH1.2.b).Hệ thốngxoáygâyravậntốcthẳng đứnglàmlệch đ ờngdòngnênáplựcthuỷđộngxuất hiệntrêncánh,màhìnhchiếulênph ơngchuyển độnggọilàlựccảncảmứng R i . Công để thắnglựccảmứng đ ợctiêutốnchosựtạothànhnăng l ợngxoáy.Lựccản cảm ứng xuất hiện trên các cánh của tàu ngầm và các phần nhô thân tàu. *Nếuvậtthể chuyển độngvớivậntốclớnthì trênbềmặtvậtxuấthiệnsựxâm thực(Sự xâmthựclàhiện t ợnghìnhthànhvàpháttriểntrênbềmặtvậtthể cácbọt chứa đầykhôngkhí hoặchơi n ớcbãohoà)(XemH1.2.c).Sựxâmthực đã làmcho tr ờngvậntốcvàápsuấtdọctheobềmặtvậtthể thay đổilàmxuấthiệnlựccảnxâm thực R c .Công để thắnglựccảnxâmthực đ ợctiêutốnchosựduytrì cácbọtkhí hoặc hơi,nghĩalàchosựthay đổitr ờngvậntốcsovớitr ờnghợpchảyvòngliêntục(Xem H 1.2.c). Quá trìnhxuấthiệncácthànhphầnlựccản R W , R WB , R S , R i , R c ítphụ thuộcvàođộ nhớtcủachấtlỏng,dovậyph ơngpháptínhtoánlýthuyếtcóthể dựavàomôhình chất lỏng không nhớt. *Do ảnh h ởngcủađộ nhớtquyluậtphânbốápsuấttrênbềmặtvậtthể thay đổi sovớitr ờnghợpchảyvòngtrongchấtlỏngkhôngnhớt. Độ nhớtlàmhìnhthànhlớp biêndọctheomặtvậtthể và tạonêndòngtheo.Dòngtheolànhữngvếtthuỷđộng ở sauvậtthể làmcấutrúccủatr ờngvậntốcởphíatr ớcvàsauvậtthể trongchấtlỏng nhớtlàkhácnhau.Dòngtheo ở sauvậtthể là vùngchảyrốitạoxoáy(XemH1.2.d) làmgiảm ápsuất ở vùng đuôivậtthể sovớichấtlỏngkhôngnhớtvàphátsinh ápsuất tổng hợp gọi là lực cản áp suất nhớt hoặc lực cản hình dáng R VP . Vậylựccảndo ứngsuấttiếp o gâyragọilàlựccảnmasát R F .Công để thắnglực cản ma sát đ ợc tiêu tốn cho sự tạo thành lớp biên và dòng theo. Lựccảnhìnhdángvàmasátxuấthiệndo độ nhớtcủachấtlỏngvàchúngtạo thành lực cản nhớt R V = R VP + R F . Từ các điềukểtrênthì lựccảncủa n ớc đốivớichuyển độngcủatàucóthể viết d ới dạng tổng: R x = R F + R P = R F + R VP + R W + R WB + R S + R i + R c (1.2.9) Dạng(1.2.9)khôngphảilúcnàocũngxuấthiện đồngthời,cóthể có tr ờnghợp vài thành phần không có. Cơ sở vậtlýđể phânchialựccảnracácthànhphầnlàđiềurấtcầnthiết để xây dựng các ph ơng pháp lý thuyết, thực nghiệm và những nguyên tắc mô hình hoá. 15 Dokhối l ợngriêngcủa n ớcvàkhôngkhí là khácnhau,dovậytổng lực cản đ ợc chia thành lực cản của n ớcvà lực cản không khí R AA . Vậycóhainguyênnhâncơbảnđể tạonênlựccảnđó làảnh h ởngcủađộ nhớt của chất lỏng và sự tạo sóng: R x = R V + R W + R AA (1.2.10) Để nghiêncứucáctínhchấtcủacácthànhphầnlựccảnng ờitasửdụnggiả thiết về sựđộclậpcủachúng.Theogiả thiết đó thì cácquá trìnhvậtlýgâyratừngthành phầncủatổnglựccảnlàđộclậpnhau,nghĩalàquá trìnhtạosóng độclậpvớiđộ nhớt củachấtlỏng,vàlựcnhớtcũngsẽkhông ảnh h ởngtớiquá trìnhtạosóng,ngoàira những hiện t ợngxảy ra trong n ớc không ảnh h ởng tới lực cản không khí. Trongquá trìnhnghiêncứuvàtínhtoánlựcthuỷđộng,mômencủalựcthuỷđộng cầnphảicósự t ơngquan đầy đủ về kếtcấudòngchảycủachấtlỏngbaoquanhmô hìnhvàtàuthực.Sự t ơngquan đó gọilàđồngdạng độnglựchọccủadòngchảy.Các thamsốchungkhông đổi đ ợcgọilàcácchuẩn đồngdạngcủadòngchảy,cácchuẩn này đ ợcxác định từ lý thuyết đồng dạng. Dòngchảycủachấtlỏngchảyvòngvậtthểđồngdạnghìnhhọc, đ ợcgọilàđồng dạng độnglựchọcnếuởcácđiểm t ơng ứngcósựbằngnhaucủacáclựcthuỷđộng khôngthứ nguyên,cũngnh đảmbảoph ơngcủacácvéctơvậntốcvàlựcthuỷđộng (nghĩalàhìnhdáng đ ờngdòngtạoxoáyvàtạosóngtrongcácdòngchảy đó làđồng dạng động học) Trị số liên quan tới các kích th ớc t ơng ứng gọi là tỉ lệ xích đồng dạng hình học: H M L L K (1.3.1) L - Kích th ớc đặc tr ng cho chiều dài của vật thể M - Chỉ số ứng với mô hình K - Chỉ số ứng với tàu thực. Quaphântíchchuyển độngchothấyrằng:Sựđảmbảođồngdạnghìnhhọcvà độnglựchọccủachấtlỏngkhôngnén đ ợc d ớitácdụngcủatrọnglựckhichảyvòng mô hìnhvàtàuthựcnếuchiềudàiL,vậntốcv,thờigianTvàhệsốnhớt độnghọc đồng thời thoả mãn ba mối quan hệ sau: H H M M gL v gL v (1.3.2) H HH M MM LvLv (1.3.3) HH H MM M Tv L Tv L (1.3.4) 16 *Biểuthứckhôngthứ nguyên gL v Fr gọilàsốFrút.Nóđặc tr ng cho lực quán tínhvàtrọnglựccủadòngchảycủachấtlỏng.NếuFr M =Fr H thì hình ảnhtạosóngvà lực cản sóng là đồng dạng đối với hai vật thể đồng dạng hình học với nhau. TrongtínhtoánsốFr đôikhi đ ợcbiễudiễnqua đại l ợng L v gọilàvậntốc t ơng đốicóthứ nguyên.Trongnhữngtr ờnghợpđặcbiệt(chẳnghạnxétvềchếđộ chuyển độngcủatàu)thì chiềudàiđặctr ngcóthể lấybằng V 1/3 ,trong đó V=D/g 3 V Vg v Fr ; Hay FrFr V , trong đó 3 V L gọi là chiều dài t ơng đối của tàu. *Biểuthứckhôngthứ nguyên vL Re gọilàsốRâynol.Nóđặctr ngchoquan hệ giữalựcquántínhvàlựcnhớttrongdòngchảycủachấtlỏng.Nếuđảmbảosựbằng nhaucủacácsốRâynol(Re M =Re H )tasẽlập đ ợcsựđồngdạngcủalựccảnnhớt,kết cấu lớp biên, dòng theo của tàu thực và mô hình đồng dạng hình học. *Biểuthứckhôngthứ nguyên vT L Sh gọilàsốStruhan.Nóđặctr ngvềđộng lựchọccủadòngchảythay đổitheothờigian.Nóchophéptasosánhcáclựcvàquá trìnhchảyvòngcógiatốccủachấtlỏng.Khivậtthể chuyển độngkhôngcógiatốcthì số Struhan không xác định và không cần xét tới. * ngsuấttiếp o vàápsuất p củalựcmặt đ ợc đặctr ngbằngcáchệsốkhông thứ nguyên sau: -Số ơle đặc tr ng cho áp suất p trong dòng chảy 2 v p2 Eu (1.3.5) - Hệ số áp suất: 2 o v )pp(2 p (1.3.6) trong đó p 0 là áp suất thuỷ tĩnh. - Quan hệ giữa hệ số ma sát cục bộ và ứng suất tiếp: 2 o f v 2 C (1.3.7) Dòngchảycủachấtlỏngnhớtbaoquanhmôhìnhvàtàuthực đồngdạnghìnhhọc sẽcóđồngdạng độnglựchọcnếucácsốFr,Re,Shcủacácdòngchảy đó bằngnhau. CònEu, p , C f khôngphảilàcáctiêuchuẩn đồngdạng,màchúngchỉ có vaitrò thứ yếu và chỉ đ ợcxéttrongnhữngtr ờnghợpriêng(chẳnghạndòngchảybịxâmthựcthìáp suấttrongcácbọtkhí bằng ápsuấthơi n ớcbãohoà p= p v ).Khip=p v sẽ xuấthiện xâm thực, lúc đó Eu đ ợc biểu diễn qua số xâm thực: 2 v v )pp(2 (1.3.8) 17 Đểđảmbảosựđồngdạngcủacácdòngchảyrốitadựavàođộ rối T củadòng chảy: v 'v 2 T (1.3.9) Khixéttớiảnh h ởngcủasứccăngbềmặttadùnghệsốcăngbềmặt H .Xétảnh h ởng của lực cản toé n ớc ta dùng số Webe: 2 H Lv We (1.3.10) Để tìmcôngthứcchung để tínhlựccảntabiểudiễntrị sốápsuấtvàứngsuấttiếp qua Eu và C f . Vậy công thức (1.2.6) đ ợcviết lại: d)x,cos(C)x,pcos(Euv5,0R of 2 x (1.3.11) Chuyểntíchphân(1.3.11)vềdạngkhôngthứ nguyên,muốnvậy đ adiệntích vào hàm giải tích, ta sẽ đ ợc tích phân không thứ nguyên và kí hiệu là C x : d )x,cos(C)x,pcos(EuC ofx (1.3.12) Lúc đó (1.3.11) sẽ có dạng: 2 xx vC 2 1 R (1.3.13) Trongcôngthức(1.3.13)thì C x =f(Fr,Re,Sh)gọilàhệsốlựccảnởnhữngvậtthể đồngdạnghìnhhọccócùngph ơngchiềucủavậntốcchuyển độngthì cáchệsốlực cản của chúng sẽ bằng nhau C xM = C xH nếu Fr M = Fr H ,Re M = Re H và Sh M = Sh H (1.3.14) Từ (1.3.13) và (1.3.14) ta có: H 2 HH xH M 2 MM xM v R2 v R2 22 MM 2 HH xMxH K 1 v v RR (1.3.15) Biểu thức (1.3.13) cũng đúng cho các thành phần còn lại của lực thuỷ động: 2 yy vC 2 1 R (1.3.16) 2 zz vC 2 1 R (1.3.17) Trong đó C y , C z t ơng ứnglàhệsốlựcdạtvàhệsốlựcnângthuỷđộngtheo ph ơng thẳng đứng. Mô men thuỷ động sẽ bằng: L.vm 2 1 M 2 (1.3.18) Trong đó m = f(Fr, Re,Sh) là hệ số mô men thuỷ động không thứ nguyên Trongtínhtoáncóthể tuỳ từngtr ờnghợpmàthaydiệntích bằngcácdiệntích đặc tr ng khác: 18 3/22 2x 2 1x 2 xx VvC 2 1 vC 2 1 vC 2 1 R (1.3.19) Các thành phần lực cản cơ bản R V và R W có thể xác định t ơng tự nh (1.3.13) R x = R V + R W 2 WVx vCC 2 1 R (1.3.20) Trong đó C V và C W t ơng ứnglàhệsốlựccảnnhớtvàhệsốlựccảnsóng C V = f(Re) còn C W = f(Fr) theo giả thiết sự độc lập của các thành phần lực cản. Lực cản tỉ lệ bình ph ơngvớivận tốc. Cùngvớilựccảntrongquá trìnhnghiêncứuthiếtbịđẩyvàthiếtbịnăng l ợngcủa tàung ờitadùngkháiniệmcôngsuấtkéocủatàu P E là côngsuấtphảisảnra để kéo tàuvớivận tốc đã cho. Trị số công suất kéo đ ợcxác định theo công thức sau: P E = R x v (1.3.21) -Trị số côngsuấtkéocủatàu P E là hàmsốbậcba của vận tốc, còn đơn vị của công suất kéo là W (kW). - Đốivớitàusôngthì vậntốctínhbằng km/h,còntàubiểnlàhảilý/h, 1 hải lý/h = 1,853 km/h. -Chuyểnvậntốctừhảilý/h sang m/s tadùngquanhệv=0,514v S .Vậntốcv, m/s còn v S , hải lý/h. -Từ (1.3.21) có xét tới (1.3.13), nếu mẫu số nhân với V 2/3 và ký hiệu: x 3/2 3 E C D514,0150 C (1.3.22) ta sẽ đ ợc biểu thức tính công suất kéo của tàu cho đơn vị mã lực, cv E 3/2 3 S E C Dv P (1.3.23) (1.3.23)gọilàcôngthứchảiquân, C E gọilàhệsốhảiquân.Hệsố C E tỉ lệ nghịch với hệ số C x . - Đốivớitàubiểnvậntốckhaithácnhỏ hơnvậntốcthửđểđảmbảodựtrữ công suất của tàu khi hoạt động ở những vùng thời tiết xấu. -Trongthiếtkếtàuchiềudàigiữahai đ ờngvuônggócth ờngnhỏ hơnchiềudài đ ờng n ớckhoảng % 3 2 chotàumộtchongchóng,cònchúngsẽbằngnhauchotàu hai chong chóng. Trêncơsởcácphéptínhtoánhoặccácphépthử tacóthể xác định đ ợclựccản R x hoặccôngsuấtkéocủatàu P E .Lựccản R x hoặc P E phụ thuộcvàotốcđộ chuyển động của tàu v S hoặc các chuẩn đồng dạng. Hệ số lực cản C x , hệ số hải quân C E và tỉ số R x /D theo các số Fr và Re. [...]... ngầm, tàu đệm khí) Với mỗi loại tàu khác nhau quan hệ với các thành phần lực cản của tổng lực cản là khác nhau Quy luật thay đổi của một thành phần cũng có thể khác nhau trong các tr ờng hợp khác nhau Vai trò của các thành phần lực cản phụ thuộc vào chế độ chuyển động của tàu Ng ời ta phân chia ba chế độ chuyển động cơ bản của tàu, đó là: - Chế độ bơi - Chế độ chuyển tiếp - Chế độ l ớt * chế độ bơi: (1. 4 .1) ... chúi của tàu thay đổi 19 (1. 4.2) (1. 4.3) (1. 4.4) (1. 4.5) (1. 4.6) Năng l ợng của tàu truyền cho chất lỏng kéo theo sự phát sinh của tr ờng vận tốc và áp suất, sự biến dạng của mặt tự do dẫn tới xuất hiện sóng tàu Do vậy ở phía sau tàu hoặc mô hình tàu xuất hiện các vết thuỷ động Tuy nhiên cấu trúc của vết đó phụ thuộc vào hình dáng thân tàu, vận tốc, lực nhớt và trọng lực Sơ đồ phân chia lực cản của. ..Hình 1. 3 Quan hệ giữa Rx, PE với vS Quan hệ giữa các thành phần lực cản phụ thuộc vào kích th ớc hình dáng thân tàu và số Fr cũng nh hệ số béo thể tích Tàu có thể chuyển động ở sâu so với mặt thoáng, nh vậy nó không chịu ảnh h ởng của mặt tự do Tàu có thể vừa cớ phần chìm và phần nổi (tàu ở mặt tự do) Tàu có thể chuyển động ở độ sâu so với mặt thoáng (tàu ngầm) Tàu chuyển động trên mặt tự do (tàu cánh... biểu thức tính lực cản nhớt: R x R v v.v x v x P Po dS S2 2 (1. 5.6) Trong đó: Po - áp suất thuỷ tĩnh nơi đặt tàu Dựa vào (1. 5.5) và (1. 5.6) ng ời ta tính toán bằng thực nghiệm các lực cản sóng và nhớt 21 Lực cản Rx tỉ lệ thuận với diện tích mặt ớt Nếu ph ơng trình mặt ớt của tàu có dạng y = f(x,z) thì diện tích mặt ớt của tàu sẽ là: 2 L/2 0 2 y y (1. 6 .1) 2 1. dxdz z L /... đó biểu thức (1. 5.4) sẽ đ ợc viết thành: z.dS z.dS zdzdy R x 0,5 ( v v v )dS 0,5g z 2 dy B S2 2 1x 2 1y 2 1z (1. 5.5) * Biểu thức (1. 5.4) xác định tổng lực cản của tàu trong chất lỏng nhớt, còn biểu thức (1. 5.5) xác định lực cản của tàu trong chất lỏng không nhớt * Khi tàu ở trong dòng chảy vô hạn của chắt lỏng nhớt, nếu bỏ qua ứng suất nhớt và rối dựa vào biểu thức (1. 5.4) ta có biểu... phần nh sau: Xét luồng chảy bao quanh tàu đứng yên ở mặt tự do của chất lỏng có chiều sâu vô hạn (H 1. 4) Hình 1. 4 Sơ đồ luồng chảy bao quanh tàu Để tính toán lực thuỷ động ta sử dụng định luật động l ợng trong môn cơ chất lỏng: R v.v n dS Pn dS (1. 5 .1) S S Trong đó: S - mặt kiểm soát kín và không di động n - ph ơng pháp tuyến ngoài với mặt đó v và Pn - t ơng ứng là véc tơ vận tốc và ứng suất của. .. bơi: (1. 4 .1) D = gV Khi đó FrV v 1, 0 g3 V chế độ này đặc tr ng cho các tàu vận tải chạy chậm và trung bình * chế độ chuyển tiếp: Chế độ này bắt đầu xuất hiện thành phần lực nâng thuỷ động Rz Khi đó: D = gV1 + Rz Thể tích V1 < V tàu bắt đầu nổi dần lên và 1 FrV 3 chế độ này đặc tr ng cho các tàu chạy nhanh * chế độ l ớt: D Rz;V 0 Khi đó FrV > 3 nó đặc tr ng cho chế độ l ớt của tàu Khi FrV > 1 chiều... Đối với tàu chạy nhanh: B LT1,36 1, 13 (1. 6.4) T - Đối với tàu vận tải có hệ số béo thể tích là lớn: B LT 2 1, 37 0,274 (1. 6.5) T - Đối với tàu đánh cá: B L PP T1 0,5 0,55 1, 52 PP (1. 6.6) T - Đối với tàu sông không có vòm đuôi: L V 2 / 3 5 ,1 0,074 0,4 (1. 6.7) T Diện tích tính theo các công thức trên cần phải kể thêm diện tích phần nhô (giá đỡ chong chóng, trục chong chóng,... 0 - Mặt S1 đặt ở xa phía tr ớc tàu, mà tại đó không có vận tốc phát sinh và mặt chất lỏng nằm ngang - Mặt S2 đặt tuỳ ý sau tàu cắt vết thuỷ động - Mặt nằm ngang S3 và các mặt thẳng đứng S4, S5 song song với mặt phẳng đối xứng của tàu và cách xa nó để vận tốc phát sinh là nhỏ nhằm bỏ qua ảnh h ởng của độ nhớt và sự tạo sóng Để tính lực cản ta chiếu R lên trục x, ta đ ợc 2 R x v 2 dS v x dS S1... dS Pxx dS S3 S4 S5 S1 S2 Theo ph ơng trình liên tục với mặt S ta có: v n dS v.dS v x dS S3 S4 S5 S1 (1. 5.2) (1. 5.3) S2 Dựa vào (1. 5.3) cho phép khử tích phân theo các mặt (S3 + S4 + S5) trong biểu thức (1. 5.2) còn ở mặt S1 và S2 quy luật phân bố áp suất theo quy luật thuỷ tĩnh gz , ta có y zB y 1 2 z B dy (1. 5.4) 2 y S1 S2 y Nếu đẩy mặt S4 và S5 ra xa vô cùng ta có lực cản đ ợc tính theo biểu . lực dạt ngang của tàu - Hình chiếu R z - Gọi là lực nâng Vậy"Lựccảnchuyển độngcủatàulàhìnhchiếucủalựcthuỷ khíđộnglựclên ph ơng chuyển động của tàu& quot;. Môn học này ta chỉ xét lực cản. ớctácdụnglênphầnngâm n ớccủatàulàlựcthu động, cònkhôngkhí tác dụnglênphầnkhô củatàulàlựckh động, vậytổnghợpcáclựckểtrên trên bề mặt của tàu gọi là lực thuỷ khí động học. Lựcthuỷ khíđộnghọclàmộthệthốnglựcmặt,vìvậycóthể. C x - Hệ số lực cản toàn phần C A - Hệ số lực cản do độ nhám C AA - Hệ số lực cản không khí C AP - Hệ số lực cản phần nhô C E - Hệ số hải quân C F - Hệ số cản ma sát C Fo - Hệ số cản