tổng quan về bể thử tàu

Mục lục PHẦN : TỔNG QUAN VỀ BỂ THỬ TÀU Ngày 12/09/2007, trường Đại học Hàng hải Việt Nam (VMU) tổ chức lễ khai giảng năm học mới, ngày khai giảng, Nhà trường tiến hành khánh thành bể thử mơ hình tàu trị giá gần triệu USD Bể thử mơ hình tàu lắp đặt thiết bị đại đến từ Vương quốc Anh, Hoa Kì Nhật Bản, bao gồm thiết bị : thiết bị tạo song, thiết bị tiêu sóng, thiết bị đo lực cản, momen hồi phục tĩnh, thiết bị thử chong chóng, hệ thong đo chuyển vị mơ hình song, máy qt 3D…có thể phân tích đặc tính tĩnh học tàu theo phương chuyển động Bể thử phòng thí nghiệm tổng hợp thực nhiều thínghiệmch uyên ngành cần thiết cho việc chế tạo tàu thủy Đây dự án nhằm nângcaochất lượng nghiên cứu, đào tạo Nhà trường góp phần đưa Trường đạt trìnhđộ khuvựcvà quốc tế Bể thử có kích thước : 45 m chiều dài x 2,5 m chiều rộng x 2,5 m chiều sâu 1.1 Trang thiết bị cho thử cân xác định trọng tâm mô hình tàu - Các trang thiết bị dùng cho thử: mơ hình, giá cân mơ hình, vật nặng, máy đo góc, đếm,… Hình 1.1: Giá cân mơ hình Hình 1.2: Tàu mơ hình, thiết bị đo góc giá cân mơ hình Hình 1.3: Thiết bị đo tần số dao động giá cân mơ hình 1.2 Trang thiết bị dung cho thử đo ổn định mơ hình tàu - Các thiết bị dùng thử: bể thử, mơ hình, V110E, vật nặng, livo điện tử Hình 1.4: Bể thử mơ hình Hình 1.5: Xe kéo mơ hình Hình 1.6: Tàu mơ hình gắn vào xe kéo Hình 1.7: Xe kéo hệ thống điều khiển PHẦN 2: NỘI DUNG CÁC BÀI THỬ CHƯƠNG 01 : BÀI THỰC HÀNH : ĐO LỰC CẢN MƠ HÌNH 1.1 : Mục đích - Giúp sinh viên nắm phương pháp vận hành xe kéo để đo lực cảm mơ hình sóng nước tĩnh Thu xử lí kết đo 1.2 : Chuẩn bị cho trình thử 1.2.1 : Chuẩn bị - Chuẩn bị thiết bị để thử : mơ hình,máy tính, thiết bị đo lực cản, thiết bị gá đỡ mơ hình - Lắp mơ hình vàe thết bị đo lực cản vào xe kéo 1.2.2 : Mơ hình - Mơ hình tàu cần chế tạo phù hợp với quy trình yêu cầu ITTC 7.5-01-01-01 : hình dạng vỏ bao,loại vật liệu chế tạo vỏ bao, độ nhám bề mặt… 1.2.3 : Cài đặt mơ hình - Mơ hình cần thử xác lượng chiếm nước tính tốn - Mơ hình cần gắn với đầu đo sức cản liên kết có khả truyền đo lực - kéo theo theo phương ngang Các thiết bị dẫn hướng Hình 1.1 : Các thiết bị dẫn hướng - Mơ hình cần lắp đặt cho mặt phẳng dọc tâm nằm chiều rộng bể thử nằm song song với đường ray xe kéo thiết bị kéo Độ lệch cho phép đến thành bể đo đường vng góc mũi FP đường vng góc AP khơng vượt q 0,05%Lpp 1.2.4 : Hệ thống đo - Các đại lượng sau cần ghi lại đo : + tốc độ di chuyển + lực cản tổng + chiều chìm mũi lái + nhiệt độ nước để tính hệ số nhớt khối lượng riêng nước 1.2.5 : Thiết bị đo - Hình 1.2 : Thiết bị đo lực cản Mớn nước độ chúi cần đo xác tới mm Nhiệt độ nước phải đo độ sâu nửa mớn nước mơ hình, sử dụng nhiệt kế để đo 1.3 : Nội dung thử - Mơ hình với vận tốc đảm bảo Frm = Frs - Mơ hình gia tốc lên vận tốc chọn - Khi mơ hình đạt tốc độ định, q trình gia tốc cho mơ hình phải dừng lại 1.3.1 : Phương pháp - Qúa trình ghi nhận liệu bắt đầu mơ hình đạt trạng thái ổn định ghi nhận liên tục từ bắt đầu chạy - Giá trị trung bình xác định khoảng thời gian mơ hình đạt trạng thái chuyển động với vận tốc ổn định - Cần phải có thời gian chờ phù hợp với lần chạy khác nhằm đạt điều kiện tương đương đạt kết thử quán Thời gian phụ thuộc vào thiết bị,hình dáng bể thử, kích thước tốc độ mơ hình Thời gian chờ cần ghi lại 1.3.2 : Dải bước vận tốc : Dải vận tốc phải vận tốc nhở % tốc độ định kết thúc vận tốc lớn 5% vận tốc định Dải vận tốc bày cần phân giá trị đo thích hợp 1.3.3 : Vận tốc Các yếu tố sau cần ý đo vận tốc mơ hình : - Điều quan trọng vận tốc mơ hình giữ cố định suốt trình đo quãng đường phù hợp, mà phần thời gian tương ứng sử dụng để tính giá trị trung bình đại lượng cần đo - Trong trình đo, vân tốc xe kéo không thay đổi 0.1% vận tốc trung bình 3mm/s,lấy giá trị lớn 1.4 : Tiến hành Bước Bật công tắc điện (Switch on) - Hình 1.3 : Bật công tắc điện Bước 2: Kiểm tra dây phanh khẩncấp (Emergency stop) Switch on Hình 1.4 :Dây phanh khẩn cấp Bước 3: Khởi động máy tính xách tay Hình 1.5 :Khởi động máy tính xách tay Bước 4: Khởi động phần mềm Autotest IV: - Thực lệnh Start Programs> Autotest IV > Autotest IV Hình 1.6:Khởi động phần mềm Autotest IV Bước 5: Chọn thử Xuất bảng Test Groups chọn R35 để thử đo lực đẩy, ấn nút ‘OK’ Hình 1.7:Chọn thử Bước 6: Thiết lập thông số cho thử - Vào Test Definition > Sequence Hình 1.8 : Nhóm lệnh chức Test Definition - Xuất bảng ‘Sequence: CARRIAGE_MOTION’ Hình 1.9 Chọn thông số thiết lập - Chọn Sequence Editor 10 - 2.1 Mục đích Giúp sinh viên nắm được: Lý thuyết phương pháp xác định tọa độ trọng tâm mơ men qn tính mơ hình Kỹ xác định tọa độ trọng tâm mô men qn tính mơ hình phương pháp đo chu kỳ dao động 2.2 Qui trình thực - Chuẩn bị thiết bị để thử mơ hình: nivơ điện tử, giá cân mơ hình, vật nặng, đếm… 2.3 Q trình thực 2.3.1 Tính Hv0 Với hệ khơng có mơ hình, dựa vào vật nặng biết (mv) đặt cách chốt lắc dọc khoảng L theo phương X Đo góc nghiêng α(Hình 1.1) Phép đo lặp lại đặt mvở vị trí khác dọc trục X mv α L mv L Hình 2.1: Xác định VCG0 Khi có kết đo áp dụng cơng thức để tính khoảng cách (Hv 0) chốt VCG0(bàn, thiết bị định vị, giá kẹp, tay quay) Công thức với α nhỏ, dựng quan hệ tương đối a Hvo ngoại suy tính Hvo α xấp xỉ Hvo = Lmv αmo 2.3.2 Tính HvT Đặt mơ hình lên khung cho mặt phẳng sườn mơ hình qua điểm chốt quay khung cân bằng, lặp lại phép đo 1.3.1 để tínhHvT 2.3.3 Tính Hvm Khi biết khoảng cách HvTvà Hvo ta tính Hvm (khoảng cách thẳng đứng từ chốt tới trọng tâm mơ hình) cơng thức: 17 mT HvT = mo Hvo + mm Hvm Hvm = mT HvT − mo Hvo mm Do 2.3.4 Xác định mô men quán tính lắc dọc 2.3.4.1 Căn chỉnh vị trí mơ hình Căn mơ hình cho trọng tâm mơ hình trùng với chốt quay, cách điều chỉnh chiều dài tay quay Hvm đưa VCGm nằm đường thẳng với chốt Để kiểm tra ta lặp lại bước 1.3.2 – 1.3.3 đến Hvm 2.3.4.2 Xác định Io Khi mơ hình khụng đặt bàn lắc, ghi lại thời gian thực số dao động định hệ Để kết xác cần phải đo nhiều lần lấy trung bình Tần số dao động (fo) xác định cách lấy số dao động chia cho thời gian dao động Dùng cơng thức tính mơ men qn tính bàn định vị khối lượng kèm theo tương chốt m gHv I = o 2o 4π f o 2.3.4.3 Xác định IT Im Bằng cách lặp lại bước nói cho hệ mơ hình gắn vào bàn, ta xác định IT.Đối với hệ với N khối lượng, tổng mơ-men qn tính định nghĩa tổng mô-men quỏn tớnh thành phần (tương trục cố định) Như vậy: I m = IT − I o 2.3.5 Xác định bán kính quán tính Để tâm bán kính quán tính (K) mơ hình quanh trục khác chuyển đổi từ mơmen qn tính cách sử dụng: Km = Im Mm Mục đích q trình thử để bán kính quán tính giá trị định,cần phải lặp lặp lại giải pháp cách di chuyển khối lượng dằn Khi di chuyển dằn (theo phương X Y) điều quan trọng không thay đổi trọng tâm khối lượng mô hình Để đạt điều thực dịch chuyển mơ hình nước kiểm tra đường nước Khi mơ hình đặt trở lại vào giá, phải nằm ngang Di chuyển dằn xa trục làm tăng bán kính quán tính ngược lại Hình ảnh thí nghiệm *Thực hành 1: 18 19 *Thực hành 20 2.4 Kết 2.4.1 Tính Hv0 HV = HV = L.mv α m0 L.mv α m0 Với mv=1,16(kg); m0=53.17(kg) Lần đo Li(m) α(độ) α(rad) Hv0(m) 0.89 4.7 0.0819 0.237 0.925 4.8 0.0837 0.241 0.94 0.0872 0.235 H v0 = ∑H v0 = 0, 238(m) Lấy kết trung bình lần đo: 2.4.2 Tính Hvt H vt = L.mv α mtong Với mtong=m0+mm=53,17+3,35=56,52(kg); Lần đo Li(m) α(độ) α(rad) Hv0(m) 0.89 4.4 0.077 0.2372 0.925 4.5 0.0785 0.242 0.94 4.6 0.0802 0.2505 21 H vt = ∑H vt = 0, 2432(m) Lấy kết trug bình lần đo: 2.4.3.Tính Hvm H vm = mt H vt − m0 H v 56,52.0,2432 − 53,17.0,238 = = 0.326( m) mm 3,35 2.4.4 Xác định I0 I0 = m0 g H v 4.π f 02 Với m0=53,17(kg); g:=9,81(m/s);Pi=3.1416; Với 20 lần dao động Lần đo α(độ) α(rad) t0(s) T0(s) f0(s-1) I0(kg.m2) 0.12217 12.66 1.266 0.789 5,056 0.12217 12.67 1.267 0.789 5,043 0.12217 12.74 1.274 0.785 5,108 I0 = ∑I = 5.069 (kg.m2) Lấy trung bình kết lần đo: 22 2.4.5 Xác định IT Im IT = mT g H vt 4.π f 02 Với mT=56,52(kg);g=9.81(m/s2); Lần đo αđộ α(rad) t0 T0 f0 I0 0.12217 12.35 1.235 0.809 5.224 0.12217 12.35 1.235 0.809 5.224 0.12217 12.38 1.238 0.807 5.250 IT = ∑I T Lấy trung bình kết lần đo: = 5.232 (kg.m2) Vậy:Im=IT – I0 =4.784 – 4.164 = 0.163 (kg.m2) 23 CHƯƠNG 03 : BÀI THỰC HÀNH : KIỂM TRA ỔN ĐỊNH MƠ HÌNH :Mục đích - Kiểm tra lý thuyết phương pháp đo ổn định mơ hình - Kĩ thực đo ổn định mơ hình - Các bậc tự xét riêng ổn định 3.2 Chuẩn bị Các thiết bị để thử mơ hình: mơ hình, V110E, vật nặng, livo điện tử Hình Thiết bị đo ổn định 24 3.2.1 Xác định trạng thái tải trọng mơ hình - Trước thử để kiểm tra ổn định, mô hình phải xác định tọa độ trọng tâm tư 3.2.2 Cài đặt thiết bị 3.2.2.1 Đặt góc nghiêng cố định Trong q trình cài đặt phải đảm bảo xe kéo cố định, bảo đảm an toàn cho người điều chỉnh, việc điều chỉnh không làm căng cáp, tải phận đo hay mơ hình Lắp cần với đầu trục vng.Quay cần để tạo góc nghiêng cho mơ hình 3.2.2.2 Đặt góc chúi cố định Xoay đai ốc để điều chỉnh góc chúi, siết chặt đai ốc hãm thiết lập 25 3.3 Trình tự thực 3.1 Bật cơng tắc điện Hình 3.2 Vị trí cơng tắc 3.3.2 Kiểm tra dây phanh khẩn cấp Hình Vị trí phanh 3.3.3 Khởi động máy tính xách tay 26 Hình 3.4 Máy tính phục vụ cho việc đo 3.3.4 Khởi động phần mềm Auto Test IV 35 Chọn Test Group chức Chọn thử V110E- thử đo ổn định mơ hình 27 3.3.6 Vào Test Difinition -> Sequences 28 3.3.7 Vào Run Test chức Chọn Compile-> Exit-> Start 3.4 Kết Sau thử xong, để nhận giá trí đo ổn định ta vào Data Analysis-> View Test Data 3.5.Xây dựng đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh động Xây dựng đường cong cánh tay đòn ổn định tĩnh động dựa vào số liệu thu từ mơ hình với thiết bị kiểm tra ổn định V110E 3.6 Xác định tay đòn ổn định tĩnh 29 Xác định cánh tay địn ổn định thơng qua cơng thức: Mh = D.Lhf Lhf = Mh/D *Kết đo ổn định mơ hình nghiêng túy: STT Góc nghiêng (độ) 3,9 5,7 7,1 7,9 8,5 Mômen (N.m) -1,854 -2,229 -2,511 -2,695 -2,763 -2,931 Kết thử nghiêng túy: STT nghiêng ϕ (θ = 0) 3.9 5.7 7.1 7.9 8.3 Mhf -1.854 -2.229 -2.511 -2.695 -2.763 -2.931 lhf 0.021 0.0252 0.0284 0.0305 0.0313 0.0332 *Kết đo ổn định mơ hình chúi túy STT Góc nghiêng (độ) -7,8 -8, -6,6 Kết thử chúi túy: STT chúi θ (ϕ =0) -7.8 -8.1 -6.6 Mhf 6.144 8.576 -0.901 Mômen (N.m) 6,114 8,576 -0,901 D(dm3) 30 LhfN(m) 0.0696 0.0971 0.0102 *Kết đo ổn định mô hình nghiêng chúi STT ϕ 9.1 10.1 6.4 θ -3.8 -4.8 -5.7 Mhf -2.708 -2.824 -2.017 D(dm3) LhfN(m) 0.0307 0.032 0.0228 Kết thử nghiêng chúi : Vẽ đồ thị ổn định tĩnh : Đồ thị cánh tay đòn ổn định tĩnh 31 ... 1.2: Tàu mô hình, thiết bị đo góc giá cân mô hình Hình 1.3: Thiết bị đo tần số dao động giá cân mô hình 1.2 Trang thiết bị dung cho thử đo ổn định mô hình tàu - Các thiết bị dùng thử: bể thử, ... nặng, livo điện tử Hình 1.4: Bể thử mô hình Hình 1.5: Xe kéo mô hình Hình 1.6: Tàu mô hình gắn vào xe kéo Hình 1.7: Xe kéo hệ thống điều khiển PHẦN 2: NỘI DUNG CÁC BÀI THỬ CHƯƠNG 01 : BÀI THỰC HÀNH... động phần mềm Autotest IV Bước 5: Chọn thử Xuất bảng Test Groups chọn R35 để thử đo lực đẩy, ấn nút ‘OK’ Hình 1.7:Chọn thử Bước 6: Thiết lập thông số cho thử - Vào Test Definition > Sequence Hình