ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ 1 Lờinóiđầu Vớisựpháttriểnkhôngngừngcủangànhkinhtếvậntảisôngbiển,thì việcnghiên cứuvàcảitiếncácloạithiếtbịđẩytàuđóngmộtvaitrò hếtsứcquantrọng.Bởilẽ chúng có liên quan trực tiếp tới các chỉ tiêu kinh tế và khai thác của mỗi con tàu cụ thể. Sự pháttriểncủangành đóngmới,nhấtlàtronglĩnhvựcthiếtbịđẩytàuvàonhững nămgầnđây đãđemlạinhữngthay đổivềchất.Trongthựctếđã có thể giải đ ợcmột loạtbàitoánmớinh mô tả bề mặtcánhchongchóngbằngtoánhọccầnchoviệclập ch ơngtrình điềukhiểncácmáycôngcụcólắpbộđiềukhiểnch ơngtrìnhvàtựđộng vẽ hình để chế tạochongchóng.Tínhtoánsứcbềncánhchongchóngcóđểýđếncác đặctínhvềmỏi.Nghiêncứuhếtsứctỉmỉcáctínhchấtdao độngcủachongchóngvà sự t ơngtácthuỷđộnggiữachúngvớithântàu.Xemxétsựlàmviệccủachongchóng ở các chế độ đặc biệt. Kỹ thuật điệntoán đã đ ợc ápdụngrộngrãivàocôngviệctínhtoánkỹthuậtnhằm cungcấpnhữngkiếnthứcthựctếchosinhviêntrongnhữngtr ờnghợpnóđã có thể loại bỏ đ ợc các sơ đồ tính toán bằng tay. Thờigiangầnđâyng ờitaquantâmnhiều đếnviệcnghiêncứukếtcấucủadòng chảy ở gầnthântàuvàtínhtoándòngchảy đó,nhằm đ aracácbiệnpháp để nângcao hiệu quả đẩy và độ tin cậy của thiết bị đẩy cũng nh giảm tiếng ồn thuỷ động, Sự pháttriểncủakỹthuậtthựcnghiệmchophéptanhận đ ợcnhững t liệumới trong lĩnh vực này và có giá trị kỹ thuật quan trọng. Tínhchấtnổibậtcủatậpgiáotrìnhnàylàtàiliệukhá tổngquantrongkhuônkhổ hạnchế phù hợpvớich ơngtrìnhkhoá họcthuộcngành Đóngvàsửachữatàu.Nó chứa đựngnhiềuch ơngbổxung để sử dụnglàmtàiliệugiáokhoacholĩnhvựcThuỷ khí động học nói chung. Để pháthuykhả năngtựnghiêncứucủasinhviênchonêngiáotrìnhnàyđã hết sứcchúýđếnviệcnêubậtcácquyluậtvậtlýcơbảnđể nóilênsựlàmviệccủacác loạithiếtbịđẩytàucácchứngminhcủacácđápsốvàmốiràngbuộclẫnnhaugiữacác phầncủagiáotrình để tạoramộtcơsởđángtincậychoviệcsángtạotronggiảiquyết côngviệc kỹ thuậtvà nghiên cứu khoa học. Khiviếtcuốnsáchnàychúngtôixétrằng,sinhviên đã đ ợchọccácmôncơchất lỏng,toánvàkỹthuậttính.Nh vậytrongnhiềutr ờnghợptránh đ ợcsựtrùnglặpvà tạo khả năng h ớng cho sinh viênvàoviệc giải bài toán bằng máy tính điện tử. Thuậtngữ và hệ thốngkýhiệuquy ớc đuợcdùngphù hợpvớisáchnàyđể sinh viênsửdụngthamkhảocũngnh đểđảmbảosựthốngnhấtquanniệmtrongcácphần riêng lẻ của cuốn sách. Mọi nhậnxétvà đề nghị cho lần xuất bản sẽ đ ợc chúng tôi chân thành cảm ơn. 2 3 Ch ơng, mục Tên ch ơng, mục Trang số 01 Mục lục 03 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 07 Phần 1 Lực cản chuyển động của tàu 09 Ch ơng 1 09 1.1 Đối t ợng của môn học 09 1.2 Lực cản chuyển động của tàu thuỷ và các thành phần của lực cản 10 1.3 Những công thức chung để tính toán lực cản và công suất kéo của tàu 15 1.4 Đặc điểm thay đổi lực cản 18 1.5 Xác định lực cản của n ớc đối với chuyển động của tàu bằng các đặc tr ng của vết thuỷ động 20 1.6 Mặt ớt của tàu và cách tính diện tích mặt ớt 22 Ch ơng 2 23 2.1 Lớp biên và vết thuỷ động học 23 2.2 Lực cản ma sát của tấm phẳng 25 2.3 Lực cản nhớt của prôfin dễ thoát n ớc và cácvật thể tròn xoay 27 2.4 Lực cản nhớt của vật thể khó thoát n ớc 28 2.5 Lực cản nhớt của tàu 28 2.6 nh h ởng của độ nhám chung tới lực cản nhớt 30 2.7 nh h ởng của độ nhám cục bộ tới lực cản nhớt 33 2.8 nh h ởng của lớp rêu, hà bámvàovỏ bao tàu đến lực cản của tàu 35 2.9 Các ph ơng pháp giảm lực cản nhớt 36 2.10 Lực cản không khí đối với chuyển động của tàu 39 Ch ơng 3 43 3.1 Sự hình thành sóng bản thân khi tàu chuyển động 43 3.2 Các tính chất của lực cản sóng 46 3.3 Các ph ơng pháp giảm lực cản sóng 47 Ch ơng 4 49 4.1 Lực cản khi tàu chuyển động trong n ớc cạn 49 4.2 Lực cản khi tàu chuyển động trong kênh đào 51 4 4.3 Nghiên cứu lý thuyết về lực cản của tàu chuyển động trong kênh đào 53 Ch ơng 5 55 Ch ơng 6 57 6.1 Bể thử mô hình tàu 57 6.2 Tính chuyển lực cản từ mô hình sang tàu thực 59 Ch ơng 7 61 7.1 Phân loại các ph ơng pháp gần đúng để tính lực cản 61 7.2 Ph ơng pháp tính lực cản d 62 7.3 Xác định lực cản bằng cách tính chuyển từ tàu mẫu 62 Ch ơng 8 65 8.1 Cách chọn hình dáng thân tàu 65 8.2 nh h ởng của sự thay đổi thể tích ngâm n ớc và tỷ số kích th ớc của tàu đối với lực cản 66 8.3 nh h ởng của các hệ số béo tới lực cản 66 8.4 Hình dáng thân tàu biển 67 8.5 Hình dáng tàu nội địa và tàu pha sông biển 68 Ch ơng 9 69 9.1 Lực cản chuyển động của tàu hai và ba thân 69 9.2 Lực cản chuyển động của đoàn tàu kéo, đẩy 70 Ch ơng 10 73 10.1 Lực cản của các tàu chạy ở chế độ chuyển tiếp 73 10.2 Tàu l ớtvà lực cản của tàu l ớt 74 10.3 Các đặc tính thuỷ động của bề mặt l ớt 75 Ch ơng 11 77 11.1 Tàu cánh ngầm 77 11.2 Các đặc tính thuỷ động của cánh ngầm 80 11.3 Dòng bao vật thể và lực cản khi có hiện t ợngxâm thực 80 11.4 Lực cản tàu đệm khí kiểu buồng 81 11.5 Lực cản của tàu đệm khí kiểu phun 83 5 Phần 2 thiết bị đẩy Tàu thuỷ 85 Ch ơng 12 85 12.1 Khái niệm cơ bản về thiết bị đẩy tàu 85 12.2 Các kiểu thiết bị đẩy và tính chất của chúng 86 Ch ơng 13 91 13.1 Các yếu tố hình học chính của chong chóng 91 13.2 Các ph ơng pháp định hình chong chóng, cách biểu diễn bề mặt cánh bằng toán học 93 13.3 Xây dựng bản vẽ lý thuyết của chong chóng 96 13.4 Kết cấu chong chóng 99 Ch ơng 14 101 14.1 Các đặc tính động học của chong chóng 101 14.2 Các đặc tính động lực của chong chóng 102 Ch ơng 15 107 15.1 Những nhận định ban đầu 107 15.2 Chong chóng lý t ởng tải trọng thấp 108 Ch ơng 16 111 16.1 Các định luật đồng dạng khi thí nghiệm chong chóng 111 16.2 Các ph ơng pháp nghiên cứu chong chóng bằng thực nghiệm.Các đợt thử hàng loạt mô hình có hệ thống 114 16.3 Các đồ thị thiết kế chong chóng 116 16.4 Sử dụng các đồ thị thiết kế chong chóng cánh hẹp 119 Ch ơng 17 121 17.1 Khái niệm chung về sự t ơng tác thuỷ động giữa thiết bị đẩyvà thân tàu 121 17.2 Dòng theo và các thành phần của nó 121 17.3 Dòng theo có ích và tốc độ của dòng theo 124 17.4 Lực hút 126 17.5 Các số liệu thực nghiệm về các hệ số t ơng tác thuỷ động giữa thiết bị đẩy với thân tàu 128 17.6 Hiệu suất của thiết bị đẩy và các thành phần của nó 130 Ch ơng 18 131 18.1 Khái niệm về sự xâm thực 131 18.2 Xâm thực khi dòng n ớc bao các mặt chịu lực và các thiết bị đẩy tàu 133 18.3 Tiếng ồn do xâm thực và độ ăn mòn chong chóng 136 6 18.4 Dự đoánxâm thực chong chóng 138 18.5 Thiết kế chong chóng xâm thực 140 Chuơng 19 143 Những nhận định ban đầu, hệ thống xoáy của cánhvà chong chóng 143 Ch ơng 20 147 20.1 Các nguyên tắc chung 147 20.2 Chọn sơ bộ các phần tử chính của chong chóng và đánh giá công suất tiêu thụ 148 20.3 Sự phù hợp giữa chong chóng với hệ thống động lực và lựa chọn chế độ tính toán 150 20.4 Lựa chọn chính xác các yếu tố hình học cơ bản của chong chóng 152 20.5 Thiết kế chong chóng theo đồ thị 157 20.6 Đồ thị vận hành của tàu, cách tính toánvàxây dựng 158 20.7 Sức bền của chong chóng 160 Ch ơng 21 165 21.1 L ợng tiêu thụ năng l ợng của thiết bị đẩy và các ph ơng pháp giảm nó 165 21.2 Việc áp dụng chong chóng có đ ờng kính tăng thêm khi vòng quay giảm xuống 166 21.3 Việc giảm tổn thất do dòng chảy bị xoắn 167 Ch ơng 22 169 22.1 Các đặc tính hình học của hệ chong chóng- Đạo l u 169 22.2 Các đặc tính động lực, động lực học, cơ thuỷ học của hệ chong chóng- đạo l u 169 22.3 Đặc điểm thiết kế hệ chong chóng- đạo l u 172 7 DAnhmụccáckýhiệu,cácchữ viếttắt A 0 - Diện tích mặt đĩa chong chóng A E - Diện tích mặt nắn phẳng của cánh chong chóng b - Chiều rộng đ ờng bao nắn phẳng, chiều dài dây cung của prôphin tiết diện cánh. D,R - Đ ờng kính, bán kính của chong chóng d H ,r H - Đ ờng kính bán kính củ chong chóng e-Chiều dày lớn nhất của prôphin tiết diện cánh h 0 - Độ ngập sâu của trục chong chóng d ới mặt n ớc tự do P - B ớc của tiết diện cánh Z-Số cánh chong chóng Z P - Số l ợng trục chong chóng -Chiều dày t ơng đối của prôphin tiết diện cánh, = e/b - Góc b ớc của tiết diện cánh v , v S - Tốc độ tàu, m/s, hải lý/h v A - Tốc độ tiến của chong chóng v R - Tổng tốc độ dòng ( có xét tới các tốc độ cảm ứng ) trên phần tử cánh - Véc tơ tốc độ cảm ứng x , - Thành phần dọc trục và tiếp tuyến của tốc độ cảm ứng n - Vòng quay của chong chóng -Tốc độ góc quay của chong chóng J - B ớc tiến t ơng đối của chong chóng J = v A /(nD) i T , i Q - Hệ số ảnh h ởng của tr ờng tốc độ không đồng đều tới lực đẩy và mômen quay - Hệ số dòng theo định mức x , - Thành phần dọc trục và tiếp tuyến của hệ số dòng theo định mức W T - Hệ số dòng theo tính toán t- Hệ số hút P Z B TRt 1 - Góc tới của prôphin tiết diện cánh I - Góc tới cảm ứng (hoặc góc tới thuỷ động lực) I = + 0 - I 0 - Góc lực nâng không I - Góc tiến cảm ứng I = arctg( I / r ) I - B ớc tiến cảm ứng của chong chóng I = r ( v A + x )/(r ) o - Số xâm thực của chong chóng o = 2(P 0 P v )/(. v 2 ) 8 C x - Hệ số cản của phần tử cánh C x = 2X/(. v R 2 .b.1) C y - Hệ số lực nâng của phần tử cánh C y = 2Y/(. v R 2 .b.1) C PA - Hệ số tải trọng của chong chóng theo công suất C PA = 2P D /(. v A 3 .A 0 ) C TA - Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực đẩy C TA = 2T/(. v A 2 .A 0 ) F - Véc tơ lực thuỷ động tác dụng lên cánh chong chóng K DE - Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực kéo EDE TDvK . K DT - Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực đẩy khi đ ờng kính không đổi TDvKJK ATDT / K NT - Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực đẩy khi vòng quay không đổi 4 4 /. TnvKJK ATNT K Q , K QB - Hệ số mômen quay của chong chóng trong n ớc tự dovà sau thân tàu M - Véc tơ mômen của lực thuỷ động tác dụng lên cánh chong chóng P D - Công suất do chong chóng tiêu thụ, KW P D = .Q.10 -3 P E - Công suất kéo của tàu, KW P E = v .R.10 -3 P S - Công suất trên mặt bích của động cơ hoặc bộ giảm tốc, KW Q, Q B - Mômen quay của chong chóng trong n ớc tự do và sau thân tàu T, T B - Lực đẩy của chong chóng trong n ớc tự do và sau thân tàu T E - Lực kéo của chong chóng, RT P Z E - Hệ số chất l ợng ng ợc của phần tử cánh = C X /C Y 0 - Hiệu suất của chong chóng làm việc trong n ớc tự do 0 = ( t / 2)(K T / K Q ) D - Hiệu suất đẩy của chong chóng D = P E / P D = 0 H / i Q H - Hiệu suất ảnh h ởng của thân tàu H = (1 t) / (1 W T ) S - Hiệu suất đ ờng trục - Hiệu suất bộ truyền động (bộ giảm tốc, bộ tải điện . . .) I - Hiệu suất cảm ứng của chong chóng . 07 Phần 1 Lực cản chuyển động của tàu 09 Ch ơng 1 09 1.1 Đối t ợng của môn học 09 1.2 Lực cản chuyển động của tàu thuỷ và các thành phần của lực cản 10 1.3 Những công thức chung để tính toán lực. 66 8.4 Hình dáng thân tàu biển 67 8.5 Hình dáng tàu nội địa và tàu pha sông biển 68 Ch ơng 9 69 9.1 Lực cản chuyển động của tàu hai và ba thân 69 9.2 Lực cản chuyển động của đoàn tàu kéo, đẩy 70 Ch. 10 73 10.1 Lực cản của các tàu chạy ở chế độ chuyển tiếp 73 10.2 Tàu l ớtvà lực cản của tàu l ớt 74 10.3 Các đặc tính thuỷ động của bề mặt l ớt 75 Ch ơng 11 77 11.1 Tàu cánh ngầm 77 11.2 Các đặc tính thuỷ