7. Bố cục của luận ỏn
3.4.6. Tương tỏc chõn vịt hai bước bỏnh lỏi
Trong mục 3.4.4 của luận ỏn đó khảo sỏt đặc tớnh thuỷ động lực học của chõn vịt tự do khụng xột tới ảnh hưởng của bỏnh lỏi với hai trường hợp là chõn vịt cú bước cố định và chõn vịt hai bước. Tuy nhiờn kớch thước bỏnh lỏi, biờn dạng bỏnh lỏi, và vị trớ đặt bỏnh lỏi cũng cú ảnh hưởng đến đặc tớnh làm việc của chõn vịt. Trong phần này, dựa vào kết quả tớnh toỏn mụ phỏng được trỡnh bày trong Bảng 3.12 - Bảng 3.17 khảo sỏt sự tương tỏc thuỷ động lực học của tổ hợp chõn vịt hai bước - bỏnh lỏi.
3.4.6.1. Ảnh hưởng của bỏnh lỏi đến đặc tớnh của chõn vịt hai bước
Hỡnh 3.25 - Hỡnh 3.28 là phõn bố ỏp suất trờn hai bề mặt cỏnh chõn vịt trong hai trường hợp chõn vịt tự do và chõn vịt cú bỏnh lỏi tại hai tỷ số bước H/D = 0,5; 0,6 tương ứng với hệ số tiến J từ 0,1 - 0,4. Phõn bố ỏp suất trờn hai bề mặt cỏnh chõn vịt cho thấy rằng bỏnh lỏi cú ảnh hưởng đỏng kể đến phõn bố ỏp suất trờn mặt hỳt và mặt đẩy cỏnh chõn vịt. Tại mặt đẩy nú làm diện tớch cỏnh cú giỏ trị ỏp suất khoảng 4,8.104 Pa tại mộp vào của cỏnh so với trường hợp chõn vịt tự do, tại mặt hỳt vựng diện tớch cỏnh cú ỏp suất thấp từ -7,8.10-4 - 1,2.10-5 Pa tăng lờn đỏng kể so với trường hợp chõn vịt tự do. Tuy nhiờn sự giảm ỏp suất tại mặt đẩy của cỏnh ớt hơn tại mặt hỳt của cỏnh, do đú sự chờnh lệch ỏp suất trờn hai bề mặt cỏnh chõn vịt trong trường hợp cú bỏnh lỏi lớn hơn trường hợp chõn vịt tự do điều này dẫn đến hệ số lực đẩy chõn vịt trong trường hợp cú bỏnh lỏi lớn hơn hệ số lực đẩy của chõn vịt tự do một chỳt. Khi hệ số tiến J tăng lờn thỡ hệ số lực đẩy của chõn vịt trong hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi càng lớn hơn so với chõn vịt tự do, sự khỏc nhau về hệ số
61 lực đẩy trong hai trường hợp được trỡnh bày trờn đồ thị Hỡnh 3.29, Hỡnh 3.30. Tại điểm hiệu suất đạt giỏ trị lớn nhất, tương ứng với hệ số tiến J = 0,35, tỷ số bước H/D = 0,5 hệ số lực đẩy của chõn vịt trong hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi lớn hơn so với chõn vịt tự do là 2,38%. Tại tỷ số bước H/D = 0,6, hệ số tiến J = 0,55 hệ số lực đẩy của chõn vịt trong hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi lớn hơn so với chõn vịt tự do là 4,67%. Tương tự do sự thay đổi phõn bố ỏp suất trờn cỏnh chõn vịt do bỏnh lỏi gõy ra nờn hệ số mụ men KQ của chõn vịt trong hệ thống chõn vịt hai bước cũng lớn hơn hệ số mụ men của chõn vịt tự do, sự khỏc nhau của hệ số mụ men trong hai trường hợp tương ứng với tỷ số bước H/D = 0,5; 0,6 được trỡnh bày trờn đồ thị Hỡnh 3.29, Hỡnh 3.30. Tại tỷ số bước H/D = 0,5, hệ số tiến J = 0,35 hệ số mụ men của chõn vịt trong hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi lớn hơn so với chõn vịt tự do là 1,88%. Tại tỷ số bước cỏnh H/D = 0,6, hệ số tiến J = 0,55 hệ số mụ men KQ của chõn vịt tự do nhỏ hơn so với chõn vịt trong hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi là 2,96%.
Sự thay đổi của hệ số lực đẩy KT và hệ số mụ men KQ của chõn vịt trong hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi so với chõn vịt tự do dưới sự tương tỏc thuỷ động lực học với bỏnh lỏi kộo theo sự thay đổi hiệu suất của chõn vịt. Hiệu suất chõn vịt trong hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi lớn hơn hiệu suất của chõn vịt tự do, hệ số tiến J tăng thỡ sự khỏc nhau về hiệu suất của chõn vịt trong hai trường hợp càng tăng. Tại tỷ số bước H/D = 0,5, hệ số tiến J = 0,35 hiệu suất của chõn vịt trong hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi lớn hơn so với hiệu suất của chõn vịt tự do là 1,2%. Tại hệ số tiến J = 0,55, tỷ số bước cỏnh H/D = 0,6 hiệu suất của chõn vịt tự do thấp hơn so với chõn vịt trong hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi là 1,71%. Quy luật biến thiờn hiệu suất chõn vịt trong hai trường hợp được trỡnh bày trờn đồ thị Hỡnh 3.29 - Hỡnh 3.30.
62
Hình 3.26. Phõn bố ỏp suất trờn cỏnh chõn vịt tại H/D = 0,5; J = 0,3; 0,4.
63
Hình 3.28. Phõn bố ỏp suất trờn cỏnh chõn vịt tại H/D = 0,6; J = 0,1; 0,2.
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 K T ,10 K Q , KT chân vịt - bánh lái 10 KQ chân vịt - bánh lái chân vịt - bánh lái KT chân vịt tự do 10 KQ chân vịt tự do chân vịt tự do J
Hình 3.29. Đặc tớnh thuỷ động lực học chõn vịt tự do, và chõn vịt trong hệ thống chõn vịt bỏnh lỏi với tỷ số bước H/D = 0,5
64 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 KT ,10 KQ , J KT chân vịt - bánh lái 10 KQ chân vịt - bánh lái chân vịt - bánh lái KT chân vịt tự do 10 KQ chân vịt tự do chân vịt tự do
Hình 3.30. Đặc tớnh thuỷ động lực học chõn vịt tự do, và chõn vịt trong hệ thống chõn vịt bỏnh lỏi với tỷ số bước H/D = 0,6
3.4.6.2. Đặc tớnh thuỷ động lực học hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi
Đặc tớnh của hệ thống là đặc tớnh của tổ hợp chõn vịt - bỏnh lỏi, trong trường hợp này lực đẩy, mụ men tạo ra sẽ là tổng hợp do chõn vịt và bỏnh lỏi. Sau khi xỏc định được lực, mụ men tổng hợp sẽ tớnh cỏc hệ số thuỷ động lực học đặc trưng cho cả hệ thống, cỏc hệ số thuỷ động lực học đặc trưng là hệ số lực đẩy KT, hệ số mụ men 10KQ, và hiệu suất η của cả hệ thống tại hai tỷ số bước cỏnh H/D = 0,5; 0,6 sau khi tớnh toỏn Bảng 3.13 - Bảng 3.14. So với đặc tớnh của chõn vịt tự do đặc tớnh thuỷ động lực học của hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi cú thay đổi khụng đỏng kể cụ thể như sau:
Ở tỷ số bước H/D = 0,5, hệ số lực đẩy của hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi lớn hơn so với chõn vịt tự do khoảng 0,5%. Tại hệ số tiến J = 0,35 sự khỏc nhau về hệ số lực đẩy của hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi so với chõn vịt tự do đạt giỏ trị lớn nhất là 0,475%. Tương tự hệ số mụ men của hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi cũng lớn hơn hệ số mụ men của chõn vịt tự do khoảng 1,5%, tại hệ số tiến J = 0,35 sự khỏc nhau về hệ số mụ men trong hai trường hợp là 1,52%.Ở khớa cạnh hiệu suất, ở vựng khai thỏc cú hệ số tiến J từ 0,1- 0,25 hiệu suất của hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi lớn hơn chõn vịt tự do khoảng 0,2%, cũn ở vựng khai thỏc cú hệ số tiến J từ 0,3 - 0,45 hiệu suất của chõn vịt tự do cú giỏ trị lớn hơn khoảng 0,5%. Tại chế độ kộo lưới cú vận tốc khai thỏc khoảng 5 hảilý/h, tương ứng với hệ số tiến J = 0,25, hệ số lực đẩy, hệ số mụ men và hiệu suất của hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi đều lớn hơn của chõn vịt tự do lần lượt là 1,46%, 1,3%, và 0,152%. Đặc tớnh thuỷ động lực học hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi, chõn vịt tự do tại tỷ số bước H/D được trỡnh bày trờn đồ thị Hỡnh 3.31.
65 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 K T ,10 K Q , KT Hệ thống chân vịt - bánh lái 10 KQ Hệ thống chân vịt - bánh lái Hệ thống chân vịt - bánh lái KT chân vịt tự do 10 KQ chân vịt tự do h chân vịt tự do J
Hình 3.31. Đặc tớnh thuỷ động lực học hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi và chõn vịt tự do
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 K T ,10 K Q , KT Hệ thống chân vịt - bánh lái 10 KQ Hệ thống chân vịt - bánh lái Hệ thống chân vịt - bánh lái KT chân vịt tự do 10 KQ chân vịt tự do h chân vịt tự do J
Hình 3.32. Đặc tớnh thuỷ động lực học hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi và chõn vịt tự do với tỷ số bước H/D = 0,6
66
Tại tỷ số bước H/D = 0,6 hệ số lực đẩy và hệ số mụ men của hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi cũng lớn hơn của chõn vịt tự do. Ở chế độ chạy tự do với vận tốc khai thỏc khoảng 11 hảilý/h, tương ứng với tỷ số tiến J = 0,6 hệ số lực đẩy, hệ số mụ men của hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi lớn hớn của chõn vịt tự do lần lượt là 1,83% và 2,5%. Hiệu suất của hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi lớn hơn của chõn vịt tự do khi khai thỏc ở hệ số tiến J từ 0,1 - 0,3 khoảng 0,9%, cũn khi khai thỏc ở dải vận tốc lớn hơn với hệ số tiến J từ 0,35 - 0,7 thỡ hiệu suất của chõn vịt tự do cú giỏ trị lớn hơn. Đặc tớnh thuỷ động lực học của chõn vịt tự do và hệ thống chõn vịt - bỏnh lỏi tại tỷ số bước H/D = 0,6 Hỡnh 3.32.
3.4.6.3. Đặc tớnh thuỷ động lực học của bỏnh lỏi trong hệ thống
Bỏnh lỏi đặt sau chõn vịt, dũng chảy sau khi qua chõn vịt sẽ tương tỏc với bỏnh lỏi, do dũng chảy qua chõn vịt cú trường phõn bố vận tốc khụng đồng đều cả về giỏ trị và hướng Hỡnh 3.33 nờn nú sẽ sinh ra sự phõn bố ỏp suất bất đối xứng trờn hai phớa của bỏnh lỏi, ở cựng hệ số tiến J khi tỷ số bước cỏnh chõn vịt tăng lờn thỡ sự chờnh lệch ỏp suất giữa hai bề mặt của bỏnh lỏi tăng lờn, phõn bố ỏp suất trờn hai mặt của bỏnh lỏi tại hai tỷ số bước H/D = 0,5; 0,6 tương ứng với tỷ số J từ 0,1 - 0,4 Hỡnh 3.34, Hỡnh 3.35. Sự bất đối xứng về phõn bố ỏp suất trờn hai bề mặt bỏnh lỏi làm xuất hiện trờn bỏnh lỏi một lực thuỷ động vuụng gúc với mặt phẳng đối xứng của bỏnh lỏi, nghĩa là trờn bỏnh lỏi ngoài lực cản cũn xuất hiện lực tỏc động vuụng gúc với mặt phẳng đối xứng của tàu, lực này làm tàu chuyển động theo quỹ đạo là đường zig zag.
Lực cản tỏc động lờn bỏnh lỏi tăng lờn khi hệ số tiến J tăng lờn, quy luật biến thiờn của lực cản gần như tăng tuyến tớnh với hệ số tiến J, lực cản tỏc động lờn bỏnh lỏi ở cỏc tỷ số tiến J khỏc nhau tương ứng với tỷ số bước cỏnh chõn vịt H/D = 0,5 Hỡnh 3.36. Tại chế độ kộo lưới của tàu, tương ứng với J = 0,25 lực cản tỏc động lờn bỏnh lỏi là 44N.
67
Hình 3.34. Phõn bố ỏp suất trờn hai mặt bỏnh lỏi tại H/D = 0,5
Hình 3.35. Phõn bố ỏp suất trờn hai mặt bỏnh lỏi tại H/D = 0,6
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 -50 0 50 100 150 Lự c cản N Hệ số tiến J Lực cản tác động lên bánh lái
68
Kết luận chương 3:
Dưới đõy là túm tắt nội dung của chương này:
Tớnh toỏn thiết kế biờn dạng cỏnh chõn vịt hai bước trang bị cho tàu cỏ đỏnh bắt xa bờ sử dụng lưới kộo cú cụng suất mỏy 155CV cú đường kớnh phự hợp là 1m, tỷ số bước tại chế độ kộo lưới H/D = 0,5, tỷ số bước ở chế độ chạy tự do là H/D = 0,6, vận tốc khai thỏc là 11 hải lý/h tương ứng với gúc xoay cỏnh so với chế độ tớnh toỏn thiết kế ban đầu 60 đú là cơ sở quan trọng để tớnh toỏn hệ thống điều khiển bước cỏnh;
Mụ phỏng chõn vịt hai bước với cỏc tỷ số H/D=0,5 và H/D=0,6 xõy dựng đường đặc tớnh thủy động lực học cho chõn vịt hai bước vừa thiết kế;
Ở chế độ kộo lưới hệ số lực đẩy, hệ số mụ men, hiệu suất của chõn vịt cú bước cố định cao hơn chõn vịt hai bước lần lượt là 5,82%, 4,85% và 1,25 %. Tuy nhiờn ở chế độ chạy tự do chõn vịt hai bước hoạt động ở tỷ số bước cỏnh H/D = 0,6 cú hiệu suất cao hơn chõn vịt cú bước cố định là 16,5% hơn nữa nú cũn cho phộp tàu khai thỏc ở vận tốc lớn gấp 1,5 lần vận tốc khai thỏc với chõn vịt cú bước cố định với cựng cụng suất mỏy chớnh. Tổng hợp cả hai chế độ khai thỏc hiệu suất của chõn vịt hai bước cao hơn so với chõn vịt cú bước cố định khoảng 7,63%;
Khi gúc quay của bỏnh lỏi bằng 00 vẫn cú thành phần lực vuụng gúc với mặt phẳng đối xứng của bỏnh lỏi do tương tỏc thuỷ động lực học của cụm chõn vịt bỏnh lỏi. Lực này làm tàu chuyển động theo quỹ đạo zigzag trong quỏ trỡnh vận hành.
69
CHƯƠNG 4: NGHIấN CỨU THỰC NGHIỆM CHÂN VỊT HAI BƯỚC