MÁY điện HÀNG hải

Do dòng nước chuyển động theo tàu tác động vào mặt trước của bánh lái làm cho tàu quay về hướng đi ban đầu và góc lệch α giảm xuống, ngay lập tức U1,U2,U3 giảm theo nên đại lượng

MÁY ĐIỆN HÀNG HẢI

Câu1 Trình bày thí nghiệm 1 Fuco?

Trả lời :

 Thí nghiệm 1

Fucô đã dùng con quay cân bằng và hạn chế chiều quay của nó quanh trục Y bằng cáchđặt và treo con quay trong mặt phẳng chân trời(b=0, α=0)và khỏi mặt phẳng kinh tuyến 1 gócα

Chu kỳ dao động của con quay:

- Nếu không có ma sát thì nó là dao động không tắt

- Nếu có ma sát thì nó là dao động tắt dần

Câu2 Trình bày cơ sở lý thuyết máy lái tự động?

Giả sử tàu bị lệch hướng so với hướng đi đã định một góc α (giả sử lệch sang phải) thì ngay lập tức, xenxin phát của la bàn con quay hoặc la bàn từ đặt trên tàu truyền tín hiệu góc lệch đến xenxin thu hướng của la

bàn con quay hoặc la ban ftừ đặt trong máy lái tự động theo nguyên lý đồng bộ Đầu ra của xenxin thu hướng quay đông thời 3 khối: bộ tích phân đầu ra có tín hiệu điện áp là U1 =K1⋅∫αdt

và tương tự như vậy nó quay bộ cảm biến góc lệch tạo ra điện áp U2 =K2.α và bộ vi phân tạo ra

điện áp dt

d K

bẻ bánh lái sang trái một góc β đồng thời tạo ra một tín hiệu phản hồi

dt

Bánh lái ngừng quay khi ∆ U=0 có nghĩa là bánh lái đã nằm ở một vị trí cố định bên mạn trái Do dòng nước chuyển động theo tàu tác động vào mặt trước của bánh lái làm cho tàu quay về hướng đi ban đầu và góc lệch α giảm xuống, ngay lập tức U1,U2,U3 giảm theo nên đại lượng ∆ U đổi dấu âm, tín hiệu vào bộ khuyếch đại đổi dấu, thiết bị bẻ lái quay bánh lái ngược lại từ từ về mặt phẳng trục dọc của tàu.

Khi tàu chuyển động về hướng đi đã định thì góc lệch

00

0→ 1 = 2 = 3 = → =

α

nên điện áp vào bộ khuyếch đại vẫn tiếp tục

âm, bánh lsi tiếp tục quay sang phải để ngăn chặn mũi tàu quay sang trái Theo quán tính thì mũi tàu sau khi quay về hướng đi đã định tiếp tục

chuyển động sang mạn trái, lập tức U1,U2,U3 đổi dấu và bánh lái tiếp tục chuyển động sang phải để ngăn chặn đảo mũi sang trái Lúc này phương trình điều khiển sẽ là:

β

αα

dt K

Câu3.Trình bày nguyên lý hoạt động của máy đo sâu hồi âm, các sai số của máy đo sâu?

a) Nguyên lý hoạt động của máy đo sâu hồi âm: ở dưới đáy tàu, người ta đặt một

màn dao động thu phát sóng siêu âm kép hoặc 2 màn dao động thu phát độc lập Tại thời điểm T1 ta phát sóng siêu âm xuyên qua môi trường nước, sóng siêu âm truyền lan xuống đáy biển, gặp đáy biển không đồng chất với nó thì một phần năng lượng bị hấp thụ, một phần sóng âm phản xạ trở lại môi trường nước về màn thu phát sóng siêu âm dưới đáy tàu tại thời điểm T2 Từ 2 hình vẽ trên ta có công thức tính độ sâu như sau:

2

22

2

2 2

1

t c h

L t

c h

L: khoảng cách giữa 2 màn thu phát.

C: tốc độ truyền của sóng âm trong môi trường nước biển (c≈1500m/s).

∆ t: khoảng thời gian phát và thu sóng siêu âm.

Từ 2 công thức trên ta thấy: muốn đo độ sâu ta chỉ cần đo ∆t.

1) Các sai số của máy đo sâu hồi âm.

*Sai số do tốc độ truyền lan của sóng âm trong môi trường nước biển.

Do nước biển là một môi trường không đồng nhất nên tốc độ của sóng âm trong môi trường nước biển là không đều nhau Thông thường ta lấy tôc độ của sóng âm trong môi trường nước biển là c=1500m/s.

*Sai số đường cơ bản.

Đối với màn dao động thu phát độc lập:

22

2

2 2

t c h l

t c

Ở độ sâu lớn thì sai số này không đáng kể nên có thể bỏ qua.

*Sai số do tàu lắc ngang.

ββ

β

d d

d t

d t

h h

h

h h

h h AC AD h

Qua phân tích công thức trên ta thấy rằng ở trong máy đo sâu hiện nay sai số h

sẽ không ảnh hưởng đến độ sâu đo được nếu như β<80, góc mở búp phát <300.

*Sai số do tốc độ động cơ điều khiển thiết bị phát.

Trong máy đo sâu người ta dùng một động cơ điện quay cam điều khiển phát tín hiệu, có thể là cam từ hoặc cam cơ Để có độ chính xác thì tốc độ của động cơ phải bằng một hằng số, tốc độ này không phụ thuộc vào điện áp cung cấp của

nguồn mà phụ thuụ̣c thang đặt đụ̣ sõu trờn máy, thang đặt đụ̣ sõu càng lớn thỡ tốc đụ̣ quay càng nhỏ và ngược lại nhưng phải là hằng số trong thang đú Nhưng trong thực tế nguồn cung cấp bờn ngoài vào đụ̣ng cơ luụn thay đổi do vậy tốc đụ̣ đụ̣ng cơ thay đổi Ngày nay người ta dựng bụ̣ ổn áp điện đờ̉ tự đụ̣ng điều chỉnh do vậy điện áp vào đụ̣ng cơ luụn ổn định do đú sai số này bị loại bỏ.

*Sai số vạch số khụng.

Tại thời điờ̉m phát súng đo sõu, về mặt nguyờn lý thỡ kim chỉ thị phải đặt ở đỳng vị trớ On; đối với máy chỉ thị hỡnh thỡ gốc của vệt sáng phải ứng với vị trớ 0 một Nhưng thực tế thỡ kim ghi hoặc gốc của vệt quột nằm ở vị trớ 0 một nếu máy phát phát sớm hoặc nằm dưới vạch 0 một nếu máy phát phát muụ̣n Cả 2 trường hợp trờn đều dẫn tới sai số Đờ̉ giảm sai số này thỡ người ta điều chỉnh kim chỉ thị của máy đo lỳc máy thu bắt đầu hoạt đụ̣ng.

*Sai số trong tớnh thời gian:trong máy đo sõu, người ta sử dụng 1 đụ̣ng cơ điện đờ̉ tớnh thời gianthu,phát làm quay cam điều khiờ̉n phát tớn hiệu.Do sự thay đổi nguồn cấp vào đụ̣ng cơ nờn vậntốc đụ̣ng cơ thay đổi dẫn đến sai số.Đờ̉ loại trừ sai số này,người ta sử dụng bụ̣ ổn áp điện đờ̉ tựđụ̣ng điều chỉnh,điện áp vào đụ̣ng cơ luụn ổn định

Cõu4.Nờu các tớnh chất phản xạ của súng õm, sự truyền lan súng õm trong mụi trường nước biờ̉n?

2 =c ⋅ρ

z

Nếu trong quá trình truyền lan, sóng âm gặpmột mặt phân cách (gặp mặt phân chia giữa môi trờng 1 và 2) có kích thớc lớn hơnchiều dài của sóng thì ta sẽ quan sát thấy hiện tợng một phần năng lợng của nó sẽ đitrở lại môi trờng 1 và có một phần năng lợng đi vào môi trờng 2 Hiện tợng đó gọi là hiệntợng phản xạ và khúc xạ sóng âm Khi tia âm truyền qua 2 môi trờng đồng nhất đợc đặctrng bởi các âm kháng z1 và z2 (hình vẽ)

Giả sử c1>c2, theo lý thuyết về tia chiếu và áp dụng định luật quang học thì ta có

' 1

1 α

α =

và

ηα

2

1 2

1sin

sin

c c

c c

t t

1

1

sinsin

Các tỉ số hình học tìm đợc xuất phát từ giả thiết rầng mật phản xạ là mặt phẳng,chúng sẽ đúng với bất kỳ trờng hợp nào nếu nh kích thớc của vật cản lớn hơn chiều dàicủa sóng nhiều lần, sự phản xạ nh vậy gọi là phản xạ gơng Trong thực tế, tại bề mặtphân cách xảy ra hiện tợng phân kỳ, phản xạ gơng, phản xạ cộng hởng, khúc xạ và tánxạ vì mặt phân cách không nhẵn

*Kết luận:

- Nếu tốc độ truyền âm của môi trờng nh nhau thì không có tia khúc xạ

- Nếu sóng âm truyền từ môi trờng 1 sang môi trờng 2 trong đó c1>c2 thì tia khúc xạ lệch

về phía mặt phân cách Nếu tăng góc tới α1 khi α2=900 thì sóng âm sẽ không đi vào môitrờng 2, nếu tăng α1 hơn nữa thì sóng âm sẽ phản xạ hoàn toàn, khi đó α1 gọi là góc giớihạn

Do nớc biển là môi trờng không đồng nhất nên tốc độ của sóng âm trong môi trờngnớc biển là không đều nhau Tốc độ của sóng âm đợc xác định theo công thức sau:

k

c

⋅

=ρ1

Trong đó: ρ = f1(t0,S 00

0, H, P0)

k = f2(t0,S 00

0, H, P0)

⇒c = f(t0,S 00

0, H, P0)

c = 1440 ữ 1585 m/s (thông thờng ta lấy c = 1500 m/s)

+Nếu nhiệt đụ̣ tăng thỡ ρ giảm,K giảm do đú C tăng(chủ yếu)

+Nếu đụ̣ mặn S 00

0 tăng thỡ ρ tăng ,K giảm do đú C tăng

+Nếu đụ̣ sõu tăng thỡ S

00 0tăng,Po tăng,cũn nhệt đụ̣ tăng về mựa đụng,giảm về mựa hè.Taheo chiều sõu ảnh hưởng của C chủ yếu la Po.Theo bề ngang ảnh hưởng chủ yếu của C chủ yếu la nhiệt đụ̣

Cõu5.Trỡnh bày phương pháp biến con quay thành La bàn con quay theo kiờ̉u hạ thấp trọng tõm?

* Phương pháp biến Con quay thành LBCQ theo kiờ̉u hạ thấp trọng tõm

Hạ thấp trọng tõm của con quay bằng cách hạ thấp trọng tõm ở phần vỏ của nú

Đầu tiên đặt trục con quaysong song với mặt phẳng chân trời và lệch khỏi mặt phẳng kinh tuyến về phía Đông 1 góc.Phân tích lực,ta có:

- Thành phần P2 đi qua gốc toạ độ không gây mô men với trục nào cả

- Thành phần P1 gây mô men với trục Y Thành phần véc tơ mô men này có chiều hướng theochiều âm trục Y, trên hình vẽ có hướng từ ngoài vào trong Thành phần Ly làm cho con quaytiến động quanh trục Z với vận tốc góc ωt

 Mô tả :

- Do tính chất tiến động của con quay, trục chính của con quay sẽ vừa tiến động về phía mặtphẳng kinh tuyến NS,vừa chuyển động ra xa khỏi mặt phẳng chân trời, giảm dần, tăng dần Tốcđộ tiến động twang dần đến khi trục chính con quay về phía mặt phẳng kinh tuyến NS, ; max Trục chính con quay sẽ tiếp tục chuyển động sang phía W của mặt phẳng kinh tuyến; do phía Wmặt phẳng chân trời đi lên nên âm và giảm dần Tốc độ tiến động giảm dần đến khi trục chínhcon quay về phía mặt phẳng chân trời Max;

- Do quán tính,trục chính con quay sẽ tiếp tục chìm xuống dưới mặt phẳng chân trời phía W,

âm nên Ly đổi chiều hướng từ trong ra ngoài, ωt cũng đổi chiều Trục chính con quay sẽ tiếnđộng về phía mặt phẳng kinh tuyến NS , giảm dần, tăng dần Quá trình tiến động sẽ tương tựnhư trục chính con quay nằm phía trên mặt phẳng chân trời(đến khi ; max thì trục chính tiếp tụctiến động về phía mặt phẳng chân trời) Khi trục chính con quay về mặt phẳng chân trời thì tiếptục chu kỳ mới (vẽ hình 1-16 - SGK chính xác hơn)

Hình vẽ 1-15

* Tóm lại, trục chính H luôn chỉ về hướng N và trục chính con quay sẽ dao động không tắt xungquanh mặt phẳng kinh tuyến, có quỹ đạo đầu mút dạng hình elip dẹt

Đặt trục chính con quay lệch khỏi mặt phẳng kinh tuyến một góc và song song với mặtphẳng chân trời

- Xét vị trí 1 : Do trục chính con quay song song với mặt phẳng chân trời, không có lượng thủyngân dư sinh ra

- Xét vị trí 2 : Do chuyển động quay của TĐ, phía E mặt phẳng chân trời đi xuống, phía W mặtphẳng chân trời đi lên, làm cho trục chính con quay chênh khỏi mặt phẳng chân trời( dương vàtăng dần|) Thủy ngân chuyển từ bình N sang bình S sinh ra lượng thủy ngân dư là P

Phân tích P làm 2 thành phần :

+ P1 = P.sinβ: Không gây mô men đối với một trục nào

+ P2 = P.cosβ: gây mô men đối với trục Y Thành phần vector mô men Ly có chiều hướng theochiều dương của trục Y , có hướng từ trong ra ngoài,làm cho đầu N của trục chính con quay tiến

về phía S ngược với trường hợp con quay có trọng tâm thấp

 Mô tả quỹ đạo chuyển động của trục chính :

Mặt phẳng chân trời phía E đi xuống thủy ngân dịch chuyển sang phía S,chiều + momen độnglượng chỉ về hướng S, P2 gây mômen với trục Y,làm trục chính con quay chuyển động về phíamặt phẳng kinh tuyến.Quỹ đạo chuyển động của đầu mút trục chính con quay trên mặt phẳng sẽ

coscos

coscos

2 1

2

2 1

1

K K

v U

K K

v U

β

βcos2

cos2

2 2

1

1 2

1

K v U U

K v U U

( ) ( ) 

2 1 1 2

2

1 2

2

1 2 2

1

2 1

22

U U

U U K

K arctg

K

U U K

U U

v c

β

(8-17)

Như vậy, tốc độ kế cảm ứng có thể đo được tốc độ toàn phần vc của tàu đối với nước.

1) Sai số của tốc độ kế.

a) Ảnh hưởng của tàu lắc: tốc độ kế cảm ứng có độ nhạy rất cao, vì vậy kim chỉ tốc độ lúc tàu

lắc có thể dao động với biên độ từ 0,1÷1NM Như vậy, ta có thể không đọc được trị số tốc độmột cách chính xác Có thể khử sai số bằng cách lắp thêm bộ phận làm thay đổi từ trường đồngbộ với tàu lắc

b) Ảnh hưởng của vị trí đặt bộ phận nhạy cảm: độ chính xác của tốc độ kế phụ thuộc nhiều vào

vị trí đặt bộ phận nhạy cảm trước hết là có lớp nước chuyển động, lớp nước này có chiều dàythay đổi dọc theo vỏ tàu Sau nữa là do trường tốc độ các phân tử sinh ra bất thần Ngoài ra, sựphân bố từ cảm B∼ quanh bộ phận nhạy cảm không đồng đều theo chiều dọc của tàu và nó mangtính chất phức tạp, khó phân tích Những hiện tượng đột biến trên làm sinh ra sai số trong chỉ sốtốc độ kế đo được vđo và nó sẽ khác với tốc độ vc của tàu quan hệ giữa vđo và vc kà khôngtuyến tính Để khắc phục sai sót không tuyến tính đó trong máy tốc độ kế có bộ phận hiệu chỉnhriêng mà số hiệu chỉnh của nó được xác định bằng thực nghiệm trên đường đo

c) Sai số bình phương: để tránh sự cực hóa tự do của các cực điện, trong sơ đồ của tốc độ kế

cần phải tránh dùng từ trường một chiều Mặt khác, khi dùng điện từ trường thì do có quá trình

tự cảm ứng xảy ra nên trong mạch sẽ sinh ra sức điện động vô ích mà ta gọi là nhiễu bậc hai.Nghiên cứu kỹ hiện tượng này ta thấy rằng, nhiễu bậc hai không phụ thuộc vào tốc độ tàu vc, nólệch pha với điện áp hữu ích một góc 900 còn về biên độ thì nó thường lớn hơn tín hiệu hữu ích.Kết quả là ở mạch ra của bộ phận nhạy cảm sẽ sinh ra điện áp:

t k

t k U U

Trong đó:

k1=f(vc,β)k1<k2=constMặc dù Uc<Un nhưng do có sự khác pha của điện áp tín hiệu hữu ích Uc và của điện áp sai

số Un nên có thể dễ dàng tách Uc và vì vậy sai số có thể loại bỏ được

Tốc độ kế cảm ứng được dùng trên các tàu vận tải biển có thể cho pép ta đo được tốc độ của tàu trong giới hạn từ 0,5÷25kts với độ chính xác 0,15÷0,2kts

Câu8.Trình bày nguyên lý máy đo tốc độ bằng Doppler, các sai số?

1) nguyên lý hoạt động của máy đo tốc độ bằng hiệu ứng Doffler.

k u

vc Vận dụng như vậy trong thuỷ động học tàu thuỷ không làm ảnh hưởng tới kết quả Lúc đó công thức (*) sẽ có dạng:

k v

=1

(8-4)

Biểu thức (8-4) xác định tần số ω1 của sóng tới theo hàm số của tần

số ω0= ω* của máy phát Ở điểm O tia âm sẽ phản xạ mà không thay đổi tần số rồi đi tới máy thu Do đó điểm O có thể xem là một nguồn đứng yên phát ra tần số ω1 Tần số ω2 thu được ở máy thu có thể xác định được theo công thức (8-1), nghĩa là:

v ck k v

0

* 2

cos1

180cos1

c

c

0

0 0

2

cos1

cos1

θ

θω

cos1

f f

f f

+

−

=φ

mà ta gọi là biến số Doffler Kết quả ta sẽ có:

0secθ

2) Các sai số.

a) Ảnh hưởng của tàu lắc.

Khi tàu lắc thì không thể xác định góc θ0 một cách chính xác Để khắc phục thiếu xót đó có 2 cách: dùng con quay để cân bằng màng dao động phát một cách trực tiếp hoặc dùng máy cảm biến góc chuyển động của tàu để điều chỉnh gián tiếp nghĩa là đưa số hiệu chỉnh do tàu lắc vào kết quả đo được Rõ ràng là chọn cách này hay cách khác là tuỳ thuộc vào độ chính xác đòi hỏi phải có.

Giả sử góc đo được θ0 với sai số ∆θ Lúc đó thay trong biểu thức 9) bởi ( θ0 ±∆θ ) và biến đổi như trước đây ta có được trị số mới

(8-' Σ

φ

và

' δφcủa các biến số φΣ và φδ nghĩa là:

X c

v

X c

v

c

c

sinsin

coscos

4

coscos

coscos

4

0 0

'

0 0

αθθ

φ

αθθ

φδ

Do đó sai số khi xác định các đại lượng

' ',φδ

φΣ

và vc có chứa ∆θ sẽ bằng:

cos4

cos1sinsin

cos4

2

0 0

'

0 0

'

θ

θα

θφ

φφ

θα

θφ

φφ

δ δ δ

c c

c c

v v

c v c v

(8-12)

Còn độ chính xác khi xác định góc dạt X thì sai số ∆θ không ảnh hưởng gì tới.

Khi ∆θ =10 thì tỉ số ∆ vc/c=0,015% do đó độ chính xác cho cân bằng

là ± 10 hoàn toàn có thể đáp ứng cho mục đích điều khiển tàu Bởi vậy với kỹ thuật hiện đại có thể đạt được độ chính xác đó không khó lắm Ta

có thể dùng bất kỳ cách nào đã nói ở trên để khắc phục ảnh hưởng của tàu lắc.

b) Ảnh hưởng của độ sâu.

Độ chính xác cao của tốc độ kế thuỷ âm chỉ có thể đạt được với độ sâu tương đối không lớn lắm Điều đó giải thích rằng cần có giới hạn trên của tần số f0 Tần số đó cho phép ta gần đạt được màng dao động có tính phương hướng lý tưởng Trong trường hợp ngược lại thì màng dao động sẽ phát ra một chùm lớn tia âm, mỗi tia có một góc nghiêng θ0i

riêng và máy thu không phải thu được một mà nhiều phổ của tần số Doffler Tách từ phổ đó ra tần số thật thì rất khó Sai số càng lớn khi phổ cầng rộng.

Ngoài ra khi dùng tần số f0 cao sẽ giảm được yêu cầu chính xác về cân bằng và giảm được sai số sinh ra do không cân bằng Như vậy tần số càng cao thì kết quả đo được càng chính xác Máy đo tốc độ MQR chẳng hạn có tần số màng là khoảng 1Mhz và tính phương hướng không hơn

30 Mặt khác sóng âm có tần số cao rất chóng tắt đi Vì vậy độ chính xác đầy đủ khi đo đạc hiện nay chỉ có thể đạt được ở độ sâu không lớn hơn 300m.

Cũng còn có nhiều nguyên nhân khác gây nên sai số, nhưng nếu ta tính đến tất cả những sai số đó thì độ chính xác đo đạc trong độ sâu nói trên vẫn còn cao Ví dụ độ chính xác của máy đo tốc độ MQR về đo khoảng cách tàu đi qua là khoảng 0,2%, về tốc độ là gần 2% còn góc dạt

Làm đồng bộ chỉ số của la bàn phản ảnh với la bàn chính

• Khởi động

Xoay công tắc cấp nguồn cho la bàn từ vị trí STOP sang STAND -BY START (chờ 5 phút) sang RUNING (đối với loại công tắc có 4 vị trí) với loại công tắc có 3 vị trí thì bật công tắc từOFF sang ORDINARY Lúc này đèn GYRO và đèn REPEATER sẽ sáng lên Quan sát hoạt động của la bàn để phát hiện sớm hỏng hóc nếu có (Nếu la bàn không hoạt động bình thường thì không nên sử dụng, cần yêu cầu kiểm tra và sửa chữa) Cần phải theo dõi hoạt động của la bàn cho đến khi đèn RUNING sáng; thường thì đèn sáng sau 10 đến 15 phút

Sau từ 4 đến 6 giờ la bàn ổn định hoàn toàn Kiểm tra lại toàn bộ hoạt động của la bàn

• Đưa nhanh