ĐIỀU ĐỘNG TÀU Câu 1: Trình bày tính chuyển động, tớnh nghe lỏi ca tu? I - Trình bày tính chuyển động tàu Khả tàu thắng đợc sức cản nớc, gió chuyển động đợc mặt nớc với tốc độ đà định hệ thống động lực tạo đợc gọi tính chuyển động tàu Ta xét tàu chuyển động tịnh tiến mặt nớc dới tác dụng lực phát động máy chân vịt tạo ®ỵc thĨ hiƯn qua biĨu thøc: dv Pd = M ⋅ + Rth dt Trong ®ã: M khối lợng tàu đợc tính theo công thức: M= (1 + K ) D g Pd lµ lùc phát động máy (N) Rth lực cản chuyển động tổng hợp lên tàu (kg) D lợng gi·n níc cđa tµu (kg) K lµ hƯ sè lợng giÃn nớc tàu, K=0 tàu đứng yên mặt nớc, tàu chuyển động thi giá trị K đợc xác định thực nghiệm dv gia tèc dµi theo híng trơc däc cđa tµu ( m / s ) dt Do phơng trình chuyển động tàu biểu thị dới dạng sau: Pd − Rth = M ⋅ dv dt Khi tàu đà chuyển động ổn định thẳng thành phần quán tính lực cản bị triệt tiêu, lực phát động máy cân với lực cản tổng hợp II - Trình bày tính nghe lái tàu Tính nghe lái tàu tính hàng hải tàu, cho phép chuyển động với quỹ đạo đà định Những tính tính nghe lái là: tính ổn định hớng tính quay trở Hai tính có xu hớng ®èi lËp nhau, nÕu tµu cã tÝnh ỉn ®inhj hớng tốt khó khăn thay đổi hớng quay trở, nghĩa làm giảm tính quay trở Ngợc lại, tàu có tính quay trở mức làm khó khăn cho việc giữ tàu ổn định hớng đà định 1) Tính ổn định hớng Tính ổn định hớng khả tàu giữ nguyên hớng chuyển động thẳng đà cho tham gia ngời lái thông qua góc lái nhỏ Một tàu có tính ổn định hớng dơng,âm trung tính: - Khi bánh lái để số mà tàu trì thẳng tàu có tính ổn định hớng dơng - Khi bánh lái để số mà tàu quay với tốc độ quay trở tăng lên có tính ổn định hớc âm - Một tàu có tính ổn định hớng trung tính tiếp tục quay với tốc độ quay tiếp tục nằm hớng thời có ngoại lực tác động vào, khuynh hớng tăng giảm tốc độ quay bánh lái vị trí số Khi tàu bị chúi làm thay đổi toàn đặc tính riêng tàu vào tạo cho tính ổn định hớng dơng âm Độ chúi thay đổi làm thay đổi hình dáng đờng nớc cảu vỏ tàu, thay đổi diện tích mặt cắt ngang lớn chìm dới nớc Vì vậy, tàu mà chúi mũi có tính ổn định hớng âm Sự thay đổi tính ổn định hớng đáng ý mớn nớc độ chúi thay đổi Tính ổn định hớng ®ỵc thĨ hiƯn: ĐKT 43 ĐH3 2007 ĐIỀU ĐỘNG TU - ổn định mớn nớc dới ký tàu tăng - Trở nên dơng nhiều chiều dài tàu tăng - Trở nên dơng nhiều lực cản tăng - Giảm tính ổn đinh hệ số béo thể tích tăng - Giảm tính ổn định chiều rộng tàu tăng lên so với chiều dài - Giảm tính ổn định diện tích mặt cắt phía trớc tăng lên tơng đối so với diện tích mặt cắt phía sau Tính ổn định hớng đợc thể qua tính chất tính ổn định phơng hớng đợc đánh giá qua số ổn định phơng hớng tàu Đây mối quan hệ độ dài đờng hình sin chiều dài tàu E= Trong đó: Sm L - E số ổn định phơng hớng - Sm độ dài đờng hình sin - L chiều dài tµu Tõ thùc nghiƯm ngêi ta rót ra: nÕu chØ số ổn định hớng E=8 tàu có tính ổn định hớng tốt Nếu E b Điểm đặt G sau R Điểm đặt G tr ớc R Hình vẽ: Hiện t ợng đảo lái (a): điểm đặt trọng tâm sau lực cản (b): điểm đặt trọng tâm tr ớc lực cản ớng tàu, Nh vậy, tăng thêm tợng đảo lái Trờng hợp (b), mômen cặp ngẫu lực (Py, Ry) gây ngợc chiều với chiều lệch hớng tàu, Nh vậy, làm giảm tợng đảo lái, tàu ổn định hớng nhng tính quay trở Bằng thực nghiệm ngời ta thấy tàu đạt tính điều động tốt tâm lực cản tâm ngoại lực trùng gần trùng Để đa tàu hớng ban đầu phải bẻ lái gãc δ Câu 2: Trình bày định nghĩa, trình quay trở yếu tố vòng quay trở tu? I - Trình bày tính quay trở tàu Tính quay trở tàu phản ứng nhanh chóng tàu với góc bẻ lái hay khả thay đổi hớng chuyển động di chuyển theo quỹ đạo cong bánh lái lệch khỏi vị trí số Các thông số chuyển động quỹ đạo phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh ban đầu nh: gió, nớc, tốc độ, trạng thái tàu Khi chạy hớng đà định, thờng tàu tự động giữ hớng mà mũi bị đảo quanh hớng đi, tợng đảo lái Cờng độ đảo lái phụ thuộc vào tác động ngoại lực nh: sóng, gió Trên hình vẽ giả thiết dới tác dụng lực làm tàu lệch khỏi hớng đà định góc Gọi tổng lực cản tác dụng lên chuyển động tàu R (đợc đặt vào điểm O) tổng ngoại lực tác động lên tàu P (đợc đặt vào trọng tâm G) Trong trờng hợp, R P đợc phân tích thành phần theo trục dọc x trục ngang y tàu, đợc ký hiệu Px, Py Rx, Ry Trong trờng hợp trên, thành phần R x Px không ảnh hởng đến đặc tính quay trở tàu Còn thành phần R y Py tạo thành mômen lực có cánh tay đòn OG Tuỳ thuộc vào điểm đặt O G mà mômen làm tăng đảo lái (a) giảm đảo lái (b) KT 43 H3 2007 IU NG TU Trờng hợp (a), mômen cặp ngẫu lực (Py, Ry) g©y cïng chiỊu víi chiỊu lƯch híng cđa tàu, Nh vậy, tăng thêm tợng đảo lái Trờng hợp (b), mômen cặp ngẫu lực (Py, Ry) gây ngợc chiều với chiều lệch hớng tàu, Nh vậy, làm giảm tợng đảo lái, tàu ổn định hớng nhng tính quay trở Bằng thực nghiệm ngời ta thấy tàu đạt tính điều động tốt HL Mômen ngẫu lực (Py, R y) tạo (a) δa P Rx Py G HL α α (b) O Ry Px R RPx δb RPy βa > βb Rx R RPx RP P Py RP O G Px Ry Mômen ngẫu lực (Py, Ry) tạo RPy Điểm đặt G sau R Điểm đặt G tr ớc R Hình vẽ: Hiện t ợng đảo lái (a): điểm đặt trọng tâm sau lực cản (b): điểm đặt trọng tâm tr ớc lực cản tâm lực cản tâm ngoại lực trùng gần trùng Để đa tàu hớng ban đầu phải bẻ lái góc II - Định nghĩa phân tích trình quay trở tàu 1) Định nghĩa Vòng quay trở tàu quỹ đạo chuyển động trọng tâm G tàu ta bẻ lái sang bên mạn với góc lái định 2) Phân tích trình quay trở tàu Khi chân vịt quay nớc sinh lc đẩy làm tàu chuyển động Nếu bẻ lái cho tàu quay trở lực tồn giá trị đợc xác định theo công thức: U dcv = N hd 9V Trong đó: - Udcv lực đẩy chân vịt - Nhd công hiệu dụng máy - V tốc độ tàu Khi ta bẻ lái sang bên dòng nớc chảy bao xung quanh vỏ tàu dòng nớc chân vịt đẩy tác dụng vào mặt bánh lái gây nên áp lực P làm tàu quay trở giảm chuyển động thẳng tàu Mỗi góc lái khác trọng tâm tàu vạch nên quỹ đạo khác Góc lái lớn quỹ đạo vạch hẹp Vận tốc nhỏ làm tăng thời gian quay trở KT 43 H3 2007 ĐIỀU ĐỘNG TÀU Sx α =10 α =17 35 α = 17 10 α =35 Sy Hình vẽ: Các góc lái khác quỹ đạo quay trở t ơng ứng Quá trình quay trở tàu đợc chia làm giai đoạn: Giai đoạn 1: đợc gọi giai đoạn chết (vì tàu cha nghe lái), thời gian cần thiết để bẻ bánh lái từ 00 đến góc lái Giai đoạn kéo dài từ 10ữ15s Giai đoạn bắt đầu xuất phát triển thành phần thuỷ động học tác dụng lên bánh lái, hay gọi áp lực nớc áp lực ban đầu không cân với áp lực nớc tác động vào phần trớc thân vỏ tàu bên mạn với hớng bẻ lái Lúc đó, tàu vừa chuyển động tiến lên vừa dịch chyển ngợc với phía bẻ lái nghiêng phía bẻ lái góc khoảng 2ữ30 Sự dịch chuyển giảm dần mật hẳn bắt đầu xuất tốc độ góc quay, lúc tàu có xu hớng ngả mũi phía bẻ lái Giai đoạn 2: giai đoạn tiến triển, tính từ bẻ lái xong tàu bắt đầu có chuyển động tròn đều, vận tốc quay trở đạt giá trị cố định, lực cản đà cân Giai đoạn xuất góc nghiêng ngang hớng với mạn bẻ lái Giai đoạn 3: giai đoạn quay trở ổn định, từ lúc vận tốc góc số, không thay đổi góc bẻ lái, không chịu ảnh hởng môi trờng bên III - Trình bày yếu tố vòng quay trở ứng dụng thực tiễn hàng hải 1) Đờng kính quay trở đờng kính lớn vòng quay trở a) Đờng kính vòng quay trở (Dn) Đờng kính vòng quay trở đờng kính vòng tròn trọng tâm tàu vạch sau tàu quay trở ổn định với góc bẻ lái định, thờng góc lái tối đa (gọi đờng kính vòng quay trở ổn định) Bằng thực nghiệm thì: Dn = L2 ⋅ T 10 S Trong ®ã: +L lµ chiỊu dµi tµu +T lµ mín níc cđa tµu +S diện tích bánh lái Đờng kính vòng quay trở đợc xác định theo chiều dài tàu dựa vào hệ số kinh nghiệm cho loại tàu thực tế Nó biểu thị cho tính quay trở tàu b) Đờng kính lớn vßng quay trë (Dmax) ĐKT 43 ĐH3 2007 ĐIỀU NG TU Đờng kính lớn vòng quay trở ( hay gọi đờng kính chiến thuật) khoảng cách di chuyển theo chiều ngang tính từ trọng tâm tàu lúc bẻ lái đến tàu đà quay đợc 1800 thực nghiệm cho thấy Dmax > Dn Nó biểu thị khả tránh va phía mạn quay trở theo chiều ngang Theo quy định IMO tàu đóng sau 01/07/1994 Dmax 5L 2) Nghiêng ngang quay trë ω W1 L0 W0 θ G B R L1 P Hình vẽ: Nghiêng ngang tàu quay trở Giả sử tàu đợc bẻ lái quay pải nh hình vẽ, tàu chuyển động quay với tốc độ góc , Flt lực li tâm đặt vào trọng tâm G tàu đẩy tàu xa vòng quay, R lực cản tác dụng vào phần chìm tàu, P áp lực nớc tác động lên mật bánh lái Giá trị góc nghiêng ngang phụ thuộc vào góc bẻ lái tốc độ tàu v Vào giai đoạn đầu quay trở, quán tính nhỏ, tàu nghiêng góc 2ữ30 phía bẻ lái Sau đó, theo tăng lên lực quán tính đặt vào trọng tâm tàu làm cho tàu cân tiếp tục làm cho tàu nghiêng ngang phía vòng quay trở Thực tế, góc nghiêng ngang đạt đến giá trị lớn Tàu tiếp tục chuyển động vòng quay trở, lúc vòng quay trở ổn định thì góc nghiêng giảm xuống đạt giá trị ổn định Lực li tâm có xu hớng đẩy trọng tâm tàu xa tâm vòng quay trở Góc nghiêng ngang đợc xác định theo công thức: Công thức G.A Fzirso: max = 1,4 Hoặc công thức thùc nghiÖm: V2 d ⋅ ZG − h⋅L 2 θ max = 1,54 ⋅ V b r h Trong đó: V tốc độ tàu h chiều cao vững ban đầu r bán kính quay trở ZG cao độ trọng tâm tàu b khoảng cách trọng tâm G tâm B tàu d mớn nớc trung bình tàu L chiều dài tàu KT 43 ĐH3 2007 ĐIỀU ĐỘNG TÀU Tõ c«ng thøc ta thấy góc nghiêng ngang tối đa quay trở tỷ lệ thuận với bình phơng tốc độ tỷ lệ nghịch với chiều cao vứng ban đầu §iỊu nµy cho thÊy quay trë víi vËn tèc lớn tàu dễ bị lật, tàu có chiỊu cao thÕ vøng nhá nh tµu Container hay tµu chở gỗ Nếu tàu có góc nghiêng ban đầu nso ảnh hởng đến góc nghiêng ngang tối đa vòng quay trở Tuỳ thuộc bên quay trở mà đờng kính quay trở tăng giảm Theo quy định, tàu hàng khô góc nghiêng ngang ban đầu quay trở 120, tàu khách tàu quân góc nghiêng ngang ban đầu quay trở 170 3) Khoảng dịch chuyển theo chiều ngang - Transfer (Tr) Klhoảng dịch chuyển theo chiều ngang khoảng cách theo chiều ngang tính từ trọng tâm tàu ®Õn nã ®· quay ®ỵc 900 so víi híng ban đầu Thực nghiệm cho thấy Tr=0,25ữ0,5Dn, Tr biểu thị khả tránh va theo chiều ngang, khả tàu chuyển sang hớng mới, giúp ta tránh va chớng ngại theo phía trớc tính toán quÃng đờng để chuyển sang hớng 4) Khoảng dịch chuyển theo chiều dọc - Advance (Ad) Khoảng cách tính từ trọng tâm tàu vị trí bắt đầu bẻ lái đến quay 90 theo chiỊu däc tÝnh trªn híng chun dịhc gọi khoảng dịch chuyển dọc Thực nghiệm cho thấy Ad=0,6ữ1,2Dn Khoảng dịch chuyển theo chiều dọc cho ta khả tránh va theo chiều dọc, cho phép tính khoảng cách góc quay cần thiết để vào hớng quay trở đoạn cong, khúc ngoặt, kênh, luồng Theo quy định IMO tàu đóng sau ngày 01/07/1994 Ad4,5L 5) Khoảng dịch chuyển ngợc Bk Đoạn dịch chuyển tính từ trọng tâm tàu theo chiều ngang ngợc với hớng bẻ lái gọi khoảng dịch chuyển ngợc Thực nghiệm cho thấy Bk=0,05ữ0,1Dn hay Bk