NG LC TU THU Lời nói đầu Với phát triển không ngừng ngành kinh tế vận tải sông biển, việc nghiên cứu cải tiến loại thiết bị đẩy tàu đóng vai trò quan träng Bëi lÏ chóng cã liªn quan trùc tiÕp tới tiêu kinh tế khai thác tàu cụ thể Sự phát triển ngành đóng mới, lĩnh vực thiết bị đẩy tàu vào năm gần đà đem lại thay ®ỉi vỊ chÊt Trong thùc tÕ ®· cã thĨ giải đ ợc loạt toán nh mô tả bề mặt cánh chong chóng toán học cần cho việc lập ch ơng trình điều khiển máy công cụ có lắp điều khiển ch ơng trình tự động vẽ hình để chế tạo chong chóng Tính toán sức bền cánh chong chóng có để ý đến đặc tính mỏi Nghiên cứu tỉ mỉ tính chất dao động chong chóng t ơng tác thuỷ động chúng với thân tàu Xem xét làm việc chong chóng chế độ đặc biệt Kỹ thuật điện toán đà đ ợc áp dụng rộng rÃi vào công việc tính toán kỹ thuật nhằm cung cấp kiến thức thực tế cho sinh viên tr ờng hợp đà loại bỏ đ ợc sơ đồ tính toán tay Thời gian gần ng ời ta quan tâm nhiều đến việc nghiên cứu kết cấu dòng chảy gần thân tàu tính toán dòng chảy đó, nhằm đ a biện pháp để nâng cao hiệu đẩy độ tin cậy thiết bị đẩy nh giảm tiếng ồn thuỷ động, Sự phát triển kỹ thuật thực nghiệm cho phép ta nhận đ ợc t liệu lĩnh vực có giá trị kỹ tht quan träng TÝnh chÊt nỉi bËt cđa tËp gi¸o trình tài liệu tổng quan khuôn khổ hạn chế phù hợp với ch ơng trình khoá học thuộc ngành Đóng sửa chữa tàu Nó chứa đựng nhiều ch ơng bổ xung để sử dụng làm tài liệu giáo khoa cho lĩnh vực Thuỷ khí động học nói chung Để phát huy khả tự nghiên cứu sinh viên giáo trình đà ý đến việc nêu bật quy luật vật lý để nói lên làm việc loại thiết bị đẩy tàu chứng minh đáp số mối ràng buộc lẫn phần giáo trình để tạo sở đáng tin cậy cho việc sáng tạo giải công việc kỹ thuật nghiên cứu khoa học Khi viết sách xét rằng, sinh viên đà đ ợc học môn chất lỏng, toán kỹ thuật tính Nh nhiều tr ờng hợp tránh đ ợc trùng lặp tạo khả h ớng cho sinh viên vào việc giải toán máy tính điện tử Thuật ngữ hệ thống ký hiệu quy ớc đuợc dùng phù hợp với sách để sinh viên sử dụng tham khảo nh để đảm bảo thống quan niệm phần riêng lẻ sách Mọi nhận xét đề nghị cho lần xuất đ ợc chân thành cảm ơn Ch ơng, mục Phần Ch ơng Tên ch ¬ng, mơc Trang sè 01 Mơc lơc 03 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt 07 Lực cản chuyển động tàu 09 09 1.1 Đối t ợng môn học 09 1.2 Lực cản chuyển động tàu thuỷ thành phần lực cản 1.3 Những công thức chung để tính toán lực cản công suất kéo tàu 1.4 Đặc điểm thay đổi lực cản 10 1.5 Xác định lực cản n ớc chuyển động tàu ®Ỉc tr ng cđa vÕt thủ ®éng 1.6 MỈt tàu cách tính diện tích mặt ớt 20 15 18 22 23 Ch ơng 2.1 Lớp biên vết thuỷ động học 23 2.2 Lực cản ma sát phẳng 25 2.3 Lực cản nhớt prôfin dễ thoát n ớc vật thể tròn xoay 2.4 Lực cản nhớt vật thể khó thoát n ớc 27 2.5 Lực cản nhớt tàu 28 2.6 nh h ởng độ nhám chung tới lực cản nhớt 30 2.7 nh h ởng độ nhám cơc bé tíi lùc c¶n nhít 33 28 nh h ởng lớp rêu, hà bám vào vỏ bao tàu đến lực cản tàu 2.9 Các ph ơng pháp giảm lực cản nhớt 35 2.10 Lực cản không khí ®èi víi chun ®éng cđa tµu 39 2.8 36 43 Ch ơng 3.1 Sự hình thành sóng thân tàu chuyển động 43 3.2 Các tính chất lực cản sóng 46 3.3 Các ph ơng pháp giảm lực cản sóng 47 49 Ch ơng 4.1 Lực cản tàu chuyển động n ớc cạn 49 4.2 Lực cản tàu chuyển động kênh đào 51 4.3 Nghiên cứu lý thuyết lực cản tàu chuyển động kênh đào Ch ơng 53 Ch ơng 57 55 6.1 Bể thử mô hình tàu 57 6.2 Tính chuyển lực cản từ mô hình sang tàu thực 59 61 Ch ơng 7.1 Phân loại ph ơng pháp gần để tính lực cản 61 7.2 Ph ơng pháp tính lực cản d 62 7.3 Xác định lực cản cách tính chuyển từ tàu mẫu 62 65 Ch ơng 8.1 Cách chọn hình dáng thân tàu 65 8.2 nh h ởng thay đổi thể tích ngâm n ớc tỷ số kích th ớc tàu lực cản 8.3 nh h ởng hệ số béo tới lực cản 8.4 Hình dáng thân tàu biển 66 8.5 Hình dáng tàu nội địa tàu pha sông biển 68 66 67 69 Ch ơng 9.1 Lực cản chuyển động tàu hai ba thân 69 9.2 Lực cản chuyển động đoàn tàu kéo, đẩy 70 73 Ch ơng 10 10.1 Lực cản tàu chạy chế độ chuyển tiếp 73 10.2 Tàu l ớt lực cản tàu l ớt 74 10.3 Các đặc tính thuỷ động bề mặt l ớt 75 77 Ch ơng 11 11.1 Tàu cánh ngầm 77 11.2 Các đặc tính thuỷ động cánh ngầm 80 11.3 Dòng bao vật thể lực cản có t ợng xâm thực 11.4 Lực cản tàu đệm khí kiểu buồng 80 11.5 Lực cản tàu đệm khí kiểu phun 83 81 Phần Ch ơng 12 thiết bị đẩy Tàu thuỷ 85 85 12.1 Khái niệm thiết bị đẩy tàu 85 12.2 Các kiểu thiết bị đẩy tính chất chúng 86 91 Ch ơng 13 13.1 Các yếu tố hình học chong chóng 91 13.2 Các ph ơng pháp định hình chong chóng, cách biểu diễn bề mặt cánh toán học 13.3 Xây dựng vÏ lý thuyÕt cña chong chãng 93 13.4 KÕt cÊu chong chóng 99 96 101 Ch ơng 14 14.1 Các đặc tính động học chong chóng 101 14.2 Các ®Ỉc tÝnh ®éng lùc cđa chong chãng 102 107 Ch ơng 15 15.1 Những nhận định ban đầu 107 15.2 Chong chãng lý t ëng t¶i träng thÊp 108 111 Ch ơng 16 16.1 Các định luật đồng dạng thí nghiệm chong chóng 111 16.2 Các ph ơng pháp nghiên cứu chong chóng thực nghiệm Các đợt thử hàng loạt mô hình có hệ thống 16.3 Các đồ thị thiết kế chong chóng 114 16.4 Sử dụng đồ thị thiết kế chong chóng cánh hẹp 119 116 121 Ch ơng 17 17.1 Khái niệm chung t ơng tác thuỷ động thiết bị đẩy thân tàu 17.2 Dòng theo thành phần 121 17.3 Dòng theo có ích tốc độ dòng theo 124 17.4 Lực hút 126 17.5 Các số liệu thực nghiệm hệ số t ơng tác thuỷ động thiết bị đẩy với thân tàu 17.6 Hiệu suất thiết bị đẩy thành phần 128 121 130 131 Ch ơng 18 18.1 Khái niệm xâm thực 131 18.2 Xâm thực dòng n ớc bao mặt chịu lực thiết bị đẩy tàu 18.3 Tiếng ồn xâm thực độ ăn mòn chong chóng 133 136 18.4 Dự đoán xâm thực chong chóng 138 18.5 Thiết kế chong chóng xâm thực 140 143 Chuơng 19 Những nhận định ban đầu, hệ thống xoáy cánh chong chóng 143 147 Ch ơng 20 20.1 Các nguyên tắc chung 147 20.2 Chọn sơ phần tử chong chóng đánh giá công suất tiêu thụ 20.3 Sự phù hợp chong chóng với hệ thống động lực lựa chọn chế độ tính toán 20.4 Lựa chọn xác yếu tố hình học chong chóng 20.5 Thiết kế chong chóng theo đồ thị 148 157 20.6 Đồ thị vận hành tàu, cách tính toán xây dựng 158 20.7 Søc bỊn cđa chong chãng 160 150 152 165 Ch ơng 21 21.1 L ợng tiêu thụ l ợng thiết bị đẩy ph ơng pháp giảm 21.2 Việc áp dụng chong chóng có đ ờng kính tăng thêm vòng quay giảm xuống 21.3 Việc giảm tổn thất dòng chảy bị xoắn 165 166 167 169 Ch ơng 22 22.1 Các đặc tính hình học hệ chong chóng- Đạo l u 169 22.2 Các đặc tính động lực, động lực học, thuỷ học hệ chong chóng- đạo l u 22.3 Đặc điểm thiết kế hệ chong chóng- đạo l u 169 172 DAnh mục ký hiệu, chữ viết tắt A0 - Diện tích mặt đĩa chong chóng AE - Diện tích mặt nắn phẳng cánh chong chóng b - Chiều rộng đ ờng bao nắn phẳng, chiều dài dây cung prôphin tiết diện cánh D,R - Đ ờng kính, bán kính chong chóng dH,rH - Đ ờng kính bán kính củ chong chóng e - Chiều dày lớn prôphin tiết diện cánh h0 - Độ ngập sâu trục chong chóng d íi mỈt n íc tù P - B íc cđa tiÕt diƯn c¸nh Z - Sè c¸nh chong chãng ZP - Sè l ỵng trơc chong chãng - Chiều dày t ơng đối prôphin tiết diện cánh, = e/b - Gãc b íc cđa tiÕt diện cánh v , v S - Tốc độ tàu, m/s, hải lý/h v A - Tốc độ tiến chong chóng v R - Tổng tốc độ dòng ( có xét tới tốc độ cảm ứng ) phần tử cánh - Véc tơ tốc độ cảm ứng x, - Thành phần dọc trục tiếp tuyến tốc độ cảm ứng n - Vòng quay cđa chong chãng - Tèc ®é gãc quay cđa chong chóng J - B ớc tiến t ơng đối chong chãng J = vA/(nD) iT, iQ - HÖ sè ảnh h ởng tr ờng tốc độ không đồng tới lực đẩy mômen quay - Hệ số dòng theo định mức x, - Thành phần dọc trục tiếp tuyến hệ số dòng theo định mức WT - Hệ số dòng theo tính toán t - HƯ sè hót t 1 R T ZP B - Góc tới prôphin tiết diện cánh I - Góc tới cảm ứng (hoặc góc tới thuỷ ®éng lùc) I = + 0 - I 0 - Góc lực nâng không I - Góc tiến cảm øng I = arctg(I/ r ) I - B íc tiÕn c¶m øng cđa chong chãng I = r ( v A + x)/(r ) o - Sè x©m thùc cña chong chãng o = 2(P0 Pv)/( v 2) Cx - Hệ số cản phần tử c¸nh Cx = 2X/( v R2.b.1) Cy - HƯ sè lực nâng phần tử cánh Cy = 2Y/( v R2.b.1) CPA - HƯ sè t¶i träng cđa chong chãng theo c«ng suÊt CPA = 2PD/( v A3.A0) CTA - Hệ số tải trọng chong chóng theo lực đẩy CTA = 2T/( v A2.A0) F - VÐc t¬ lực thuỷ động tác dụng lên cánh chong chóng KDE - HƯ sè t¶i träng cđa chong chãng theo lùc kÐo K DE v.D TE KDT - HÖ sè tải trọng chong chóng theo lực đẩy đ ờng kính không đổi K DT J K T Dv A / T KNT - HƯ sè t¶i trọng chong chóng theo lực đẩy vòng quay không đổi K NT J KT v A n T / KQ, KQB - HƯ sè m«men quay cđa chong chãng n íc tự sau thân tàu M - Véc tơ mômen lực thuỷ động tác dụng lên cánh chong chóng PD - Công suất chong chóng tiêu thơ, KW PD = .Q.10-3 PE - C«ng st kÐo tàu, KW PE = v R.10-3 PS - Công suất mặt bích động giảm tèc, KW Q, QB - M«men quay cđa chong chãng n ớc tự sau thân tàu T, TB - Lùc ®Èy cđa chong chãng n íc tự sau thân tàu TE - Lực kéo cña chong chãng, TE R ZP - Hệ số chất l ợng ng ợc phần tử c¸nh = CX/CY 0 - HiƯu st cđa chong chãng lµm viƯc n íc tù 0 = (t / 2)(KT / KQ) D - HiƯu st ®Èy cña chong chãng D = PE / PD = 0H / iQ H - HiƯu st ¶nh h ëng cđa thân tàu H = (1 t) / (1 WT) S - HiƯu st ® êng trơc - Hiệu suất truyền động (bộ giảm tốc, tải ®iƯn ) I - HiƯu st c¶m øng chong chóng Phần Lực cản chuyển động tàu Ch ơng Khái niệm chung lực cản chuyển động tàu Một tính chất hành hải quan trọng tàu tính di động, nghĩa khả phát huy đ ợc vận tốc lớn sử dụng hiệu công suất đà cho thiết bị l ợng Tính di động phụ thuộc vào kích th ớc, kết cấu, hình dáng thân tàu, trạng thái vỏ tàu, loại động cơ, công suất đặc tính động nh điều kiện chuyển động Tính di động đ ợc xem xét biệt lập với tính nổi, tính ổn định, tính chòng chành tính ăn lái Để đánh giá tính di động điều kiện khác phải có số liệu lực cản chuyển động tàu, đặc tính thiết bị đẩy tàu kéo tạo lực kéo để kéo tàu Sự làm việc loại thiết bị đẩy tuỳ mức độ có ảnh h ởng đến cấu trúc dòng chảy bao quanh thân tàu làm thay đổi lực cản chuyển động tàu Tuy nhiên th ờng th ờng lực cản thân tàu đ ỵc xem xÐt bá qua ¶nh h ëng cđa thiÕt bị đẩy, lực bổ sung ảnh h ởng lực cản thân thiết bị đẩy đ ợc xem xét riêng biệt tính toán hiệu suất thiết bị đẩy Trong giáo trình ta xem xét nguyên nhân gây lực cản chuyển động, thay đổi lực đó, ph ơng pháp xác định, biện pháp thay đổi giảm lực cản Do ta phải nghiên cứu cấu trúc dòng chảy gần thân tàu, từ phụ thuộc trình phát sinh lực cản Những số liệu nhận đ ợc từ kết tính toán lực cản, khuyến nghị ph ơng pháp giảm lực cản đ ợc dùng thiết kế tàu chọn kích th ớc chính, hình dáng thân tàu, tính toán thiết bị đẩy chọn thiết bị l ợng Hiện nghiên cứu lực cản chuyển động tàu ng ời ta dùng ph ơng pháp nghiên cứu lý thuyết ph ơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Tính toán lực cản chuyển động tàu vấn đề toán chất lỏng để xác định lực thuỷ động chất lỏng chảy bao vật thể Các ký hiệu quy íc B - ChiỊu réng tµu b - ChiỊu réng kênh, dây cung profin C, Cx - Hệ số lực cản toàn phần CA - Hệ số lực cản độ nhám CAA - Hệ số lực cản không khí CAP - Hệ số lực cản phần nhô CE - Hệ số hải quân CF - Hệ số cản ma sát CFo - Hệ số cản ma sát nhẵn t ơng đ ơng Cf - Hệ số cản ma sát cục