Để dịch chuyển tàu, điều cần thiết đầu tiên là phải khắc phục được sức cản (hoặc đối với hệ lực đẩy thì khái niệm này thể hiện bằng công suất cản). Sự tính
Giới thiệu chung
Sức cản của tàu chịu ảnh hưởng đặc biệt của tốc độ, độ giãn nước và hình dạng của vỏ tàu. Sức cản tổng cộng RT bao gồm từ nhiều nguồn sức cản và có thể
khái quát qua ba nhóm chính sau: 1- Sức cản ma sát
2- Sức cản dư
3- Sức cản không khí
Sức cản ma sát và sức cản dư phụ thuộc vào thành phần vỏ tàu nằm dưới nước nhiều hay ít trong khi sức cản không khí lại phụ thuộc vào mức độ nhiều, ít của phần nhô trên mặt nước. Theo quan điểm đó thì sức cản không khí sẽ có ảnh hưởng nhất định tới tàu container, tàu khách do phần thượng tầng và hàng hóa nổi trên mặt nước lớn.
Nước có vận tốc V với mật độ riêng là ρ sẽ có áp lực động tác dụng lên mặt
ướt là
Pd = 1 2 . .
2 ρV (định luật Béc nu ly)
Do vậy nếu nước hoàn toàn bị chặn lại bởi một vật thể thì nước sẽ tác động lên vật thể một áp lực động mà ta vẫn thường nói đó là lực động của nước tác
động lên vât thể.
Quan hệ này được sử dụng như là cơ sở khi tính toán hoặc đo sức cản nguồn của tàu thông qua hệ số sức cản không thứ nguyên C. Do đó C có quan hệ
với lực do áp lực động tác động diện tích mặt ướt AS của vỏ tàu. Bề mặt của bánh lái cũng được tính đến trong diện tích mặt ướt. Do vậy dữ liệu chung dành cho tính toán sức cản là
Lực cản
Trên cơ sở nhiều thí nghiệm với sự trợ giúp của các tham số không thứ
nguyên trong đó có một số tham sốđã được nói đến ở phần trên, phương pháp tính toán hệ số sức cản C cần thiết đã được thiết lập và như vậy đối với tính toán sức cản trong thực tế có thể được kiểm nghiệm lại bằng cách thử các tàu mẫu tương
ứng trong bể thử.
Sức cản ma sát RF
Khi tàu được chân vịt đẩy trong môi trường nước, sức cản ma sát tăng tỷ lệ
với bình phương tốc độ tàu.
Sức cản ma sát là phần sức cản lớn nhất và thường chiếm từ 70-90% sức cản toàn bộ con tàu đối với tàu tốc độ thấp (tàu dầu hoặc tàu hàng rời) hoặc nhỏ
hơn 40% ở loại tàu cao tốc (tàu container, tàu khách). Sức cản ma sát tính theo công thức
RF = CF K trong đó
Sức cản dư RR
Sức cản dư bao gồm sức cản sóng và sức cản xoáy cuộn. Sức cản sóng biểu thị phần tổn thất năng lượng do sóng được tạo ra bởi sự đẩy con tàu trong môi trường nước. Sức cản xoáy cuộn là sự ám chỉ tổn thất năng lượng gây bởi phân dòng chảy được tạo nên bởi xoáy cuộn tại vùng đuôi tàu.
Sức cản sóng tỷ lệ với bình phương tốc độ nhưng sẽ tăng nhanh hơn khi tốc
độ tăng cao hơn. Về nguyên tắc hàng rào tốc độ là một thực tế phải chấp nhận để
thấy rằng việc tăng công suất đẩy cao hơn nữa không có kết quả ở tốc độ cao khi mà tất cả công suất sẽ biến thành năng lượng sóng. Sức cản dư thường chiếm 10- 15% tổng sức cản ở tàu tốc độ thấp và 40-60% tổng sức cản ở tàu cao tốc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Người ta cũng thấy nước cạn cũng ảnh hưởng lớn tới sức cản dư khi lượng nước bị choán chỗ dưới thân tàu rất khó dịch chuyển về phía sau ở vùng nước cạn.
Trình tự tính toán hệ số sức cản dư riêng CR được giới thiệu trong các tài liệu chuyên ngành. Giá trị sức cản dưđược thể hiện qua công thức
RR = CR . K trong đó
Sức cản không khí RA
Trong điều kiện thời tiết tốt, sức cản không khí RA tỷ lệ bình phương với tốc độ tàu và tỷ lệ với diện tích ngang của tàu nổi trên đường mớn nước. Sức cản không khí thường bằng khoảng 2% tổng sức cản.
Với tàu container khi đi ngược gió sức cản không khí chiếm tới 10% giá trị
tổng sức cản. Cách xác định sức cản không khí cũng tương tự như phần tính sức cản đã nói trước tức là RA = CA K trong đó CA là hệ số sức cản không khí riêng. Nhưng thỉnh thoảng người ta lấy sức cản không khí bằng 90% áp lực động của không khí có tốc độ là V:
Ởđây ρkk là mật độ không khí.
AKK là diện tích mặt ngang của phần thân tàu nhô lên khỏi mặt nước.
Sức cản và công suất đẩy hiệu dụng
Sức cản tổng cộng
F D A
R R= +R +R
Công suất đẩy hiệu dụng cần thiết để đẩy tàu trong nước với tốc độ V nào
đó là