Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ

Chia sẻ: 326159487 326159487 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:176

Thêm vào BST

Báo xấu

238
lượt xem 104
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo sách 'bài giảng động lực tàu thuỷ', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ

ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ
Lêi nãi ®Çu Víi sù ph¸t triÓn kh«ng ngõng cña ngµnh kinh tÕ vËn t¶i s«ng biÓn, th× viÖc nghiªn cøu vµ c¶i tiÕn c¸c lo¹i thiÕt bÞ ®Èy tµu ®ãng mét vai trß hÕt søc quan träng. Bëi lÏ chóng cã liªn quan trùc tiÕp tíi c¸c chØ tiªu kinh tÕ vµ khai th¸c cña mçi con tµu cô thÓ. Sù ph¸t triÓn cña ngµnh ®ãng míi, nhÊt lµ trong lÜnh vùc thiÕt bÞ ®Èy tµu vµo nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®· ®em l¹i nh÷ng thay ®æi vÒ chÊt. Trong thùc tÕ ®· cã thÓ gi¶i ® îc mét lo¹t bµi to¸n míi nh m« t¶ bÒ mÆt c¸nh chong chãng b»ng to¸n häc cÇn cho viÖc lËp ch ¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn c¸c m¸y c«ng cô cã l¾p bé ®iÒu khiÓn ch ¬ng tr×nh vµ tù ®éng vÏ h×nh ®Ó chÕ t¹o chong chãng. TÝnh to¸n søc bÒn c¸nh chong chãng cã ®Ó ý ®Õn c¸c ®Æc tÝnh vÒ mái. Nghiªn cøu hÕt søc tØ mØ c¸c tÝnh chÊt dao ®éng cña chong chãng vµ sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a chóng víi th©n tµu. Xem xÐt sù lµm viÖc cña chong chãng ë c¸c chÕ ®é ®Æc biÖt. Kü thuËt ®iÖn to¸n ®· ® îc ¸p dông réng r·i vµo c«ng viÖc tÝnh to¸n kü thuËt nh»m cung cÊp nh÷ng kiÕn thøc thùc tÕ cho sinh viªn trong nh÷ng tr êng hîp nã ®· cã thÓ lo¹i bá ® îc c¸c s¬ ®å tÝnh to¸n b»ng tay. Thêi gian gÇn ®©y ng êi ta quan t©m nhiÒu ®Õn viÖc nghiªn cøu kÕt cÊu cña dßng ch¶y ë gÇn th©n tµu vµ tÝnh to¸n dßng ch¶y ®ã, nh»m ® a ra c¸c biÖn ph¸p ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ ®Èy vµ ®é tin cËy cña thiÕt bÞ ®Èy còng nh gi¶m tiÕng ån thuû ®éng,... Sù ph¸t triÓn cña kü thuËt thùc nghiÖm cho phÐp ta nhËn ® îc nh÷ng t liÖu míi trong lÜnh vùc nµy vµ cã gi¸ trÞ kü thuËt quan träng. TÝnh chÊt næi bËt cña tËp gi¸o tr×nh nµy lµ tµi liÖu kh¸ tæng quan trong khu«n khæ h¹n chÕ phï hîp víi ch ¬ng tr×nh kho¸ häc thuéc ngµnh “§ãng vµ söa ch÷a tµu”. Nã chøa ®ùng nhiÒu ch ¬ng bæ xung ®Ó sö dông lµm tµi liÖu gi¸o khoa cho lÜnh vùc “Thuû khÝ ®éng häc” nãi chung. §Ó ph¸t huy kh¶ n¨ng tù nghiªn cøu cña sinh viªn cho nªn gi¸o tr×nh nµy ®· hÕt søc chó ý ®Õn viÖc nªu bËt c¸c quy luËt vËt lý c¬ b¶n ®Ó nãi lªn sù lµm viÖc cña c¸c lo¹i thiÕt bÞ ®Èy tµu c¸c chøng minh cña c¸c ®¸p sè vµ mèi rµng buéc lÉn nhau gi÷a c¸c phÇn cña gi¸o tr×nh ®Ó t¹o ra mét c¬ së ®¸ng tin cËy cho viÖc s¸ng t¹o trong gi¶i quyÕt c«ng viÖc kü thuËt vµ nghiªn cøu khoa häc. Khi viÕt cuèn s¸ch nµy chóng t«i xÐt r»ng, sinh viªn ®· ® îc häc c¸c m«n c¬ chÊt láng, to¸n vµ kü thuËt tÝnh. Nh vËy trong nhiÒu tr êng hîp tr¸nh ® îc sù trïng lÆp vµ t¹o kh¶ n¨ng h íng cho sinh viªn vµo viÖc gi¶i bµi to¸n b»ng m¸y tÝnh ®iÖn tö. ThuËt ng÷ vµ hÖ thèng ký hiÖu quy íc ®uîc dïng phï hîp víi s¸ch nµy ®Ó sinh viªn sö dông tham kh¶o còng nh ®Ó ®¶m b¶o sù thèng nhÊt quan niÖm trong c¸c phÇn riªng lÎ cña cuèn s¸ch. Mäi nhËn xÐt vµ ®Ò nghÞ cho lÇn xuÊt b¶n sÏ ® îc chóng t«i ch©n thµnh c¶m ¬n. 1
2
Ch ¬ng, môc Tªn ch ¬ng, môc Trang sè 01 Môc lôc 03 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t 07 09 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu PhÇn 1 09 Ch ¬ng 1 1.1 §èi t îng cña m«n häc 09 1.2 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu thuû vµ c¸c thµnh phÇn cña 10 lùc c¶n 1.3 Nh÷ng c«ng thøc chung 15 ®Ó tÝnh to¸n lùc c¶n vµ c«ng suÊt kÐo cña tµu 1.4 §Æc ®iÓm thay ®æi lùc c¶n 18 1.5 X¸c ®Þnh lùc c¶n cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu 20 b»ng c¸c ®Æc tr ng cña vÕt thuû ®éng 1.6 MÆt ít cña tµu vµ c¸ch tÝnh diÖn tÝch mÆt ít 22 23 Ch ¬ng 2 2.1 Líp biªn vµ vÕt thuû ®éng häc 23 2.2 Lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng 25 2.3 Lùc c¶n nhít cña pr«fin dÔ tho¸t n íc 27 vµ c¸c vËt thÓ trßn xoay 2.4 Lùc c¶n nhít cña vËt thÓ khã tho¸t n íc 28 2.5 Lùc c¶n nhít cña tµu 28 30 2.6 nh h ëng cña ®é nh¸m chung tíi lùc c¶n nhít 33 2.7 nh h ëng cña ®é nh¸m côc bé tíi lùc c¶n nhít 35 2.8 nh h ëng cña líp rªu, hµ b¸m vµo vá bao tµu ®Õn lùc c¶n cña tµu 2.9 C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n nhít 36 2.10 Lùc c¶n kh«ng khÝ ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu 39 43 Ch ¬ng 3 3.1 Sù h×nh thµnh sãng b¶n th©n khi tµu chuyÓn ®éng 43 3.2 C¸c tÝnh chÊt cña lùc c¶n sãng 46 3.3 C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n sãng 47 49 Ch ¬ng 4 4.1 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trong n íc c¹n 49 4.2 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trong kªnh ®µo 51 3
4.3 Nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ lùc c¶n cña tµu chuyÓn ®éng 53 trong kªnh ®µo 55 Ch ¬ng 5 57 Ch ¬ng 6 6.1 BÓ thö m« h×nh tµu 57 6.2 TÝnh chuyÓn lùc c¶n tõ m« h×nh sang tµu thùc 59 61 Ch ¬ng 7 7.1 Ph©n lo¹i c¸c ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó tÝnh lùc c¶n 61 7.2 Ph ¬ng ph¸p tÝnh lùc c¶n d 62 7.3 X¸c ®Þnh lùc c¶n b»ng c¸ch tÝnh chuyÓn tõ tµu mÉu 62 65 Ch ¬ng 8 8.1 C¸ch chän h×nh d¸ng th©n tµu 65 66 8.2 nh h ëng cña sù thay ®æi thÓ tÝch ng©m n íc vµ tû sè kÝch th íc cña tµu ®èi víi lùc c¶n 66 8.3 nh h ëng cña c¸c hÖ sè bÐo tíi lùc c¶n 8.4 H×nh d¸ng th©n tµu biÓn 67 8.5 H×nh d¸ng tµu néi ®Þa vµ tµu pha s«ng biÓn 68 69 Ch ¬ng 9 9.1 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu hai vµ ba th©n 69 9.2 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña ®oµn tµu kÐo, ®Èy 70 73 Ch ¬ng 10 10.1 Lùc c¶n cña c¸c tµu ch¹y ë chÕ ®é chuyÓn tiÕp 73 10.2 Tµu l ít vµ lùc c¶n cña tµu l ít 74 10.3 C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng cña bÒ mÆt l ít 75 77 Ch ¬ng 11 11.1 Tµu c¸nh ngÇm 77 11.2 C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng cña c¸nh ngÇm 80 11.3 Dßng bao vËt thÓ vµ lùc c¶n 80 khi cã hiÖn t îng x©m thùc 11.4 Lùc c¶n tµu ®Öm khÝ kiÓu buång 81 11.5 Lùc c¶n cña tµu ®Öm khÝ kiÓu phun 83 4
85 thiÕt bÞ ®Èy Tµu thuû PhÇn 2 85 Ch ¬ng 12 12.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ thiÕt bÞ ®Èy tµu 85 12.2 C¸c kiÓu thiÕt bÞ ®Èy vµ tÝnh chÊt cña chóng 86 91 Ch ¬ng 13 13.1 C¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña chong chãng 91 13.2 C¸c ph ¬ng ph¸p ®Þnh h×nh chong chãng, c¸ch biÓu diÔn 93 bÒ mÆt c¸nh b»ng to¸n häc 13.3 X©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng 96 13.4 KÕt cÊu chong chãng 99 101 Ch ¬ng 14 14.1 C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc cña chong chãng 101 14.2 C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc cña chong chãng 102 107 Ch ¬ng 15 15.1 Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu 107 15.2 Chong chãng lý t ëng t¶i träng thÊp 108 111 Ch ¬ng 16 16.1 C¸c ®Þnh luËt ®ång d¹ng khi thÝ nghiÖm chong chãng 111 16.2 C¸c ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu chong chãng b»ng thùc 114 nghiÖm. C¸c ®ît thö hµng lo¹t m« h×nh cã hÖ thèng 16.3 C¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng 116 16.4 Sö dông c¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng c¸nh hÑp 119 121 Ch ¬ng 17 17.1 Kh¸i niÖm chung vÒ sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ 121 ®Èy vµ th©n tµu 17.2 Dßng theo vµ c¸c thµnh phÇn cña nã 121 17.3 Dßng theo cã Ých vµ tèc ®é cña dßng theo 124 17.4 Lùc hót 126 17.5 C¸c sè liÖu thùc nghiÖm vÒ c¸c hÖ sè t ¬ng t¸c thuû ®éng 128 gi÷a thiÕt bÞ ®Èy víi th©n tµu 17.6 HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c thµnh phÇn cña nã 130 131 Ch ¬ng 18 18.1 Kh¸i niÖm vÒ sù x©m thùc 131 18.2 X©m thùc khi dßng n íc bao c¸c mÆt chÞu lùc vµ c¸c 133 thiÕt bÞ ®Èy tµu 18.3 TiÕng ån do x©m thùc vµ ®é ¨n mßn chong chãng 136 5
18.4 Dù ®o¸n x©m thùc chong chãng 138 18.5 ThiÕt kÕ chong chãng x©m thùc 140 143 Chu¬ng 19 Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu, hÖ thèng xo¸y cña c¸nh vµ 143 chong chãng 147 Ch ¬ng 20 20.1 C¸c nguyªn t¾c chung 147 20.2 Chän s¬ bé c¸c phÇn tö chÝnh cña chong chãng vµ ®¸nh 148 gi¸ c«ng suÊt tiªu thô 20.3 Sù phï hîp gi÷a chong chãng víi hÖ thèng ®éng lùc vµ 150 lùa chän chÕ ®é tÝnh to¸n 20.4 Lùa chän chÝnh x¸c c¸c yÕu tè h×nh häc c¬ b¶n cña 152 chong chãng 20.5 ThiÕt kÕ chong chãng theo ®å thÞ 157 20.6 §å thÞ vËn hµnh cña tµu, c¸ch tÝnh to¸n vµ x©y dùng 158 20.7 Søc bÒn cña chong chãng 160 165 Ch ¬ng 21 21.1 L îng tiªu thô n¨ng l îng cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c ph ¬ng 165 ph¸p gi¶m nã 21.2 ViÖc ¸p dông chong chãng cã ® êng kÝnh t¨ng thªm khi 166 vßng quay gi¶m xuèng 21.3 ViÖc gi¶m tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n 167 169 Ch ¬ng 22 22.1 C¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña hÖ chong chãng- §¹o l u 169 22.2 C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc, ®éng lùc häc, c¬ thuû häc cña hÖ 169 chong chãng- ®¹o l u 22.3 §Æc ®iÓm thiÕt kÕ hÖ chong chãng- ®¹o l u 172 6
DAnh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t A0 - DiÖn tÝch mÆt ®Üa chong chãng AE - DiÖn tÝch mÆt n¾n ph¼ng cña c¸nh chong chãng b - ChiÒu réng ® êng bao n¾n ph¼ng, chiÒu dµi d©y cung cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh. D,R - § êng kÝnh, b¸n kÝnh cña chong chãng dH,rH - § êng kÝnh b¸n kÝnh cñ chong chãng e - ChiÒu dµy lín nhÊt cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh h0 - §é ngËp s©u cña trôc chong chãng d íi mÆt n íc tù do P - B íc cña tiÕt diÖn c¸nh Z - Sè c¸nh chong chãng ZP - Sè l îng trôc chong chãng  - ChiÒu dµy t ¬ng ®èi cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh,  = e/b  - Gãc b íc cña tiÕt diÖn c¸nh v , v S - Tèc ®é tµu, m/s, h¶i lý/h v A - Tèc ®é tiÕn cña chong chãng v R - Tæng tèc ®é dßng ( cã xÐt tíi c¸c tèc ®é c¶m øng ) trªn phÇn tö c¸nh  - VÐc t¬ tèc ®é c¶m øng x,  - Thµnh phÇn däc trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng n - Vßng quay cña chong chãng - Tèc ®é gãc quay cña chong chãng J - B íc tiÕn t ¬ng ®èi cña chong chãng J = vA/(nD) iT, iQ - HÖ sè ¶nh h ëng cña tr êng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu tíi lùc ®Èy vµ m«men quay  - HÖ sè dßng theo ®Þnh møc x,  - Thµnh phÇn däc trôc vµ tiÕp tuyÕn cña hÖ sè dßng theo ®Þnh møc WT - HÖ sè dßng theo tÝnh to¸n t - HÖ sè hót T t  1 R B ZP  - Gãc tíi cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh I - Gãc tíi c¶m øng (hoÆc gãc tíi thuû ®éng lùc) I =  + 0 - I 0 - Gãc lùc n©ng kh«ng I - Gãc tiÕn c¶m øng I = arctg(I/ r ) I - B íc tiÕn c¶m øng cña chong chãng I = r ( v A + x)/(r  ) o - Sè x©m thùc cña chong chãng o = 2(P0  Pv)/(. v 2) 7
Cx - HÖ sè c¶n cña phÇn tö c¸nh Cx = 2X/(. v R2.b.1) Cy - HÖ sè lùc n©ng cña phÇn tö c¸nh Cy = 2Y/(. v R2.b.1) CPA - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo c«ng suÊt CPA = 2PD/(. v A3.A0) CTA - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy CTA = 2T/(. v A2.A0)  F - VÐc t¬ lùc thuû ®éng t¸c dông lªn c¸nh chong chãng KDE - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc kÐo K DE  v.D TE KDT - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy khi ® êng kÝnh kh«ng ®æi K DT  J K T  Dv A / T KNT - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy khi vßng quay kh«ng ®æi   K NT  J KT  v A n .4 T / 4 KQ, KQB - HÖ sè m«men quay cña chong chãng trong n íc tù do vµ sau th©n tµu  M - VÐc t¬ m«men cña lùc thuû ®éng t¸c dông lªn c¸nh chong chãng PD - C«ng suÊt do chong chãng tiªu thô, KW PD = .Q.10-3 PE - C«ng suÊt kÐo cña tµu, KW PE = v .R.10-3 PS - C«ng suÊt trªn mÆt bÝch cña ®éng c¬ hoÆc bé gi¶m tèc, KW Q, QB - M«men quay cña chong chãng trong n íc tù do vµ sau th©n tµu T, TB - Lùc ®Èy cña chong chãng trong n íc tù do vµ sau th©n tµu TE - Lùc kÐo cña chong chãng,  TE  R ZP  - HÖ sè chÊt l îng ng îc cña phÇn tö c¸nh  = CX/CY 0 - HiÖu suÊt cña chong chãng lµm viÖc trong n íc tù do 0 = (t / 2)(KT / KQ) D - HiÖu suÊt ®Èy cña chong chãng D = PE / PD = 0H / iQ H - HiÖu suÊt ¶nh h ëng cña th©n tµu H = (1  t) / (1  WT) S - HiÖu suÊt ® êng trôc  - HiÖu suÊt bé truyÒn ®éng (bé gi¶m tèc, bé t¶i ®iÖn . . .) I - HiÖu suÊt c¶m øng cña chong chãng 8
PhÇn 1 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu Ch ¬ng 1 Kh¸i niÖm chung vÒ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu Mét trong nh÷ng tÝnh chÊt hµnh h¶i quan träng nhÊt cña tµu lµ tÝnh di ®éng, nghÜa lµ kh¶ n¨ng ph¸t huy ® îc vËn tèc lín nhÊt khi sö dông hiÖu qu¶ c«ng suÊt ®· cho cña thiÕt bÞ n¨ng l îng chÝnh. TÝnh di ®éng phô thuéc vµo kÝch th íc, kÕt cÊu, h×nh d¸ng th©n tµu, tr¹ng th¸i cña vá tµu, lo¹i ®éng c¬, c«ng suÊt vµ ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ còng nh c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng. TÝnh di ®éng kh«ng thÓ ® îc xem xÐt biÖt lËp víi tÝnh næi, tÝnh æn ®Þnh, tÝnh chßng chµnh vµ tÝnh ¨n l¸i. §Ó ®¸nh gi¸ tÝnh di ®éng trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau ph¶i cã sè liÖu vÒ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu, c¸c ®Æc tÝnh cña thiÕt bÞ ®Èy hoÆc cña tµu kÐo t¹o lùc kÐo ®Ó kÐo tµu. Sù lµm viÖc cña bÊt cø lo¹i thiÕt bÞ ®Èy nµo tuú møc ®é cã ¶nh h ëng ®Õn cÊu tróc cña dßng ch¶y bao quanh th©n tµu vµ lµm thay ®æi lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu. Tuy nhiªn th êng th êng lùc c¶n th©n tµu ® îc xem xÐt bá qua ¶nh h ëng cña thiÕt bÞ ®Èy, cßn lùc bæ sung do ¶nh h ëng ®ã vµ lùc c¶n cña b¶n th©n thiÕt bÞ ®Èy ® îc xem xÐt riªng biÖt khi tÝnh to¸n hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ ®Èy. Trong gi¸o tr×nh ta xem xÐt c¸c nguyªn nh©n g©y ra lùc c¶n chuyÓn ®éng, sù thay ®æi c¸c lùc ®ã, c¸c ph ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh, c¸c biÖn ph¸p thay ®æi vµ gi¶m lùc c¶n. Do vËy ta ph¶i nghiªn cøu cÊu tróc cña dßng ch¶y ë gÇn th©n tµu, tõ ®ã phô thuéc qu¸ tr×nh ph¸t sinh lùc c¶n. Nh÷ng sè liÖu nhËn ® îc tõ kÕt qu¶ tÝnh to¸n lùc c¶n, nh÷ng khuyÕn nghÞ vÒ c¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n ® îc dïng trong thiÕt kÕ tµu khi chän c¸c kÝch th íc chÝnh, h×nh d¸ng th©n tµu, tÝnh to¸n thiÕt bÞ ®Èy vµ chän thiÕt bÞ n¨ng l îng chÝnh. HiÖn nay trong nghiªn cøu lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu ng êi ta dïng ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu lý thuyÕt vµ ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu thùc nghiÖm. TÝnh to¸n lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu lµ mét trong c¸c vÊn ®Ò cña bµi to¸n ngoµi cña c¬ chÊt láng ®Ó x¸c ®Þnh lùc thuû ®éng cña chÊt láng ch¶y bao vËt thÓ. C¸c ký hiÖu quy íc B - ChiÒu réng tµu b - ChiÒu réng kªnh, d©y cung cña profin C, Cx - HÖ sè lùc c¶n toµn phÇn CA - HÖ sè lùc c¶n do ®é nh¸m CAA - HÖ sè lùc c¶n kh«ng khÝ CAP - HÖ sè lùc c¶n phÇn nh« CE - HÖ sè h¶i qu©n CF - HÖ sè c¶n ma s¸t CFo - HÖ sè c¶n ma s¸t cña tÊm nh½n t ¬ng ® ¬ng Cf - HÖ sè c¶n ma s¸t côc bé 9
Ci - HÖ sè c¶n c¶m øng CH - HÖ sè c¶n lç, hèc CP - HÖ sè c¶n ¸p lùc CR - HÖ sè c¶n d CS - HÖ sè c¶n toÐ n íc CV - HÖ sè c¶n nhít CVP - HÖ sè c¶n h×nh d¸ng CW - HÖ sè c¶n sãng CWB - HÖ sè c¶n ph¸ sãng mòi Cy - HÖ sè lùc n©ng D - Träng lùc (Träng l îng tµu) Fr, FrV, FrH, FrB - Sè Frót vµ c¸c biÕn thÓ cña nã H - ChiÒu s©u luång l¹ch K -TØ lÖ xÝch cña m« h×nh K - HÖ sè h×nh d¸ng cña lùc c¶n nhít KS - ChiÒu cao m« nh¸m L - ChiÒu dµi tµu PE - C«ng suÊt kÐo P - HÖ sè ¸p lùc R, Rx - Lùc c¶n toµn phÇn Ry - Lùc n©ng Re, Re*, Re** - Sè R©ynol vµ c¸c biÕn thÓ cña nã S - DiÖn tÝch c¸nh T - ChiÒu ch×m tµu V - ThÓ tÝch l îng chiÕm n íc v, vx, vy, vz - Tèc ®é vµ c¸c thµnh phÇn cña nã  - Gãc vµo n íc (gãc tíi) cña c¸nh  - ChiÒu dµy líp biªn * - ChiÒu dµy nÐn cña líp biªn ** - ChiÒu dµy tæn thÊt xung cña líp biªn  - HÖ sè nhít ®éng häc cña chÊt láng  - Khèi l îng riªng cña chÊt láng  - Sè x©m thùc ,  - ThÕ vËn tèc  - DiÖn tÝch mÆt ít cña tµu Khi tµu chuyÓn ®éng trong chÊt láng sÏ xuÊt hiÖn lùc thuû ®éng, mµ trÞ sè cña nã phô thuéc vµo khèi l îng riªng vµ ®é nhít cña chÊt láng. Khèi l îng riªng - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ kg/m3. Khèi l îng riªng cña n íc Ýt thay ®æi khi thay ®æi ¸p lùc, vËy n íc coi nh kh«ng nÐn ® îc vµ ®ång nhÊt, song khèi l îng riªng cña n íc l¹i thay ®æi nhiÒu theo nhiÖt ®é. Trong ngµnh ®ãng tµu ta sö dông sè liÖu cña Liªn Bang Nga. nhiÖt ®é t = 4oC: 10
- §èi víi n íc ngät  = 1000 kg/m3 - §èi víi n íc mÆn  = 1025 kg/m3 * nhiÖt ®é t = 15oC vµ ¸p suÊt 760 mmHg - Khèi l îng riªng cña kh«ng khÝ A = 1,226 kg/m3 Träng l îng riªng cña chÊt láng - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ N/ m3 = .g (1.2.1) §èi víi n íc ngät  = 9810 N/ m3 g - gia tèc r¬i tù do g = 9,81 m/s2 HÖ sè nhít ®éng lùc - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ kg/m.s. Lµ ®¹i l îng ®Æc tr ng cho tÝnh chÊt tõng lo¹i chÊt láng  Ýt thay ®æi theo ¸p suÊt, nh ng l¹i thay ®æi nhiÒu theo nhiÖt ®é. HÖ sè nhít ®éng häc - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ m2/s lµ gia tèc cña lùc nhít xuÊt hiÖn trong chÊt láng   (1.2.2)  Do t¸c dông t ¬ng hç gi÷a tµu vµ chÊt láng, nªn däc theo mÆt uít  hÖ lùc mÆt xuÊt hiÖn vµ ph©n bè liªn tôc. T¹i mçi ®iÓm trªn  vÐct¬ c êng ®é cña lùc mÆt lµ Pn H×nh 1.1. HÖ to¹ ®é kh¶o s¸t chuyÓn ®éng cña tµu. H×nh chiÕu cña Pn lªn ph ¬ng ph¸p tuyÕn n cña ph©n tè diÖn tÝch d lµ ¸p lùc thuû ®éng p Cßn h×nh chiÕu cña Pn lªn ph ¬ng cña ® êng dßng ®i qua d lµ øng suÊt tiÕp o p vµ o cã thÓ ®o trùc tiÕp hoÆc tÝnh to¸n b»ng c¸c quan hÖ trong c¬ chÊt láng. N íc t¸c dông lªn phÇn ng©m n íc cña tµu lµ lùc thuû ®éng, cßn kh«ng khÝ t¸c dông lªn phÇn kh« cña tµu lµ lùc khÝ ®éng, vËy tæng hîp c¸c lùc kÓ trªn trªn bÒ mÆt cña tµu gäi lµ lùc thuû khÝ ®éng häc. Lùc thuû khÝ ®éng häc lµ mét hÖ thèng lùc mÆt, v× vËy cã thÓ chuyÓn nã vÒ mét vÐct¬ chÝnh R vµ mét m«men chÝnh M x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc (1.2.3) vµ (1.2.4) 11
R   Pn d (1.2.3)    M   Pn  r d (1.2.4)  Trong ®ã r - vÐct¬ b¸n kÝnh cña d ®èi víi t©m quy chiÕu ®· chän. §Ó nghiªn cøu tÝnh di ®éng cña tµu ng êi ta g¾n lªn tµu trôc to¹ ®é di ®éng x1y1z1, trong ®ã: - Trôc x1 h íng vÒ phÝa mòi tµu - Trôc y1 h íng vÒ phÝa m¹n ph¶i - Trôc z1 h íng lªn trªn Cßn gèc to¹ ®é thay ®æi vÞ trÝ trong kh«ng gian. Ngoµi ra ng êi ta cßn sö dông hÖ to¹ ®é xyz, trong ®ã: - Trôc x h íng theo vËn tèc v cña tµu - Trôc y h íng vÒ phÝa m¹n ph¶i - Trôc z h íng lªn trªn Hai hÖ to¹ ®é x1y1z1 vµ xyz sÏ trïng nhau khi tµu kh«ng chuyÓn ®éng. Cßn khi tµu chuyÓn ®éng hai trôc x1 vµ x t¹o víi nhau mét gãc  - gäi lµ gãc chói hµnh tr×nh. NÕu chiÕu vÐct¬ chÝnh cña lùc thuû khÝ ®éng häc R lªn c¸c trôc to¹ ®é ta ® îc: - H×nh chiÕu Rx - Gäi lµ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu - H×nh chiÕu Ry - Gäi lµ lùc d¹t ngang cña tµu - H×nh chiÕu Rz - Gäi lµ lùc n©ng VËy "Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu lµ h×nh chiÕu cña lùc thuû khÝ ®éng lùc lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng cña tµu". M«n häc nµy ta chØ xÐt lùc c¶n trong chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn th¼ng cña tµu Trong hÖ to¹ ®é trªn ta cã: Rx = Rx1cos + Rz1sin (1.2.5) V× vÐct¬ Pn ® îc ph©n thµnh hai thµnh phÇn ph¸p tuyÕn p vµ tiÕp tuyÕn o nªn lùc c¶n còng cã thÓ viÕt d íi d¹ng tæng hai thµnh phÇn (Xem 1.2.6) Rx =  p cos(p, x )   o cos( o , x )d (1.2.6)  C«ng thøc (1.2.6) ph©n chia lùc c¶n thµnh hai thµnh phÇn: - Lùc c¶n ma s¸t: R F    o cos( o , x )d (1.2.7)  Nguyªn nh©n xuÊt hiÖn lùc c¶n ma s¸t RF lµ do ¶nh h ëng ®é nhít cña chÊt láng g©y ma s¸t vµo vá tµu lµm xuÊt hiÖn øng suÊt tiÕp o - Lùc c¶n ¸p lùc: R p   p cos(p, x )d (1.2.8)  Dùa vµo c¸c hiÖn t îng vËt lý th× nguyªn nh©n xuÊt hiÖn thµnh phÇn lùc c¶n ¸p lùc cã thÓ gi¶i thÝch nh sau: Theo c¬ häc chÊt láng th× vËt thÓ cã kÝch th íc h÷u h¹n chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn víi vËn tèc kh«ng ®æi trªn mÆt tù do v« h¹n cña chÊt láng kh«ng nhít th× vËt thÓ ®ã kh«ng chÞu lùc c¶n chuyÓn ®éng (Theo ®Þnh lý ¥le). VËt thÓ khi chuyÓn ®éng chØ xuÊt hiÖn lùc c¶n chØ khi tr êng vËn tèc ë phÝa tr íc vµ phÝa sau vËt thÓ lµ kh¸c nhau. 12
a. b. c. d. H×nh 1.2. S¬ ®å m« t¶ nguyªn nh©n xuÊt hiÖn c¸c thµnh phÇn cña lùc c¶n. 13
* XÐt vËt thÓ chuyÓn ®éng ë gÇn hoÆc ë mÆt tù do cña chÊt láng (Xem H 1.2.a) d íi t¸c dông cña träng lùc th× vËt thÓ sÏ t¹o ra trªn mÆt tù do cña chÊt láng mét hÖ thèng sãng do c¸c phÇn tö chÊt láng t¸ch ra tõ vÞ trÝ c©n b»ng dÉn tíi sù thay ®æi cña tr êng vËn tèc vµ ¸p suÊt däc theo bÒ mÆt vËt thÓ. H×nh chiÕu cña ¸p lùc sãng lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc c¶n sãng lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc c¶n sãng RW. C«ng cña vËt thÓ sinh ra ®Ó th¾ng lùc c¶n sãng ® îc tiªu tèn cho sù t¹o thµnh n¨ng l îng sãng. * C¸c tµu bÐo hoÆc tµu ch¹y kh«ng t¶i ng êi ta thÊy c¸c sãng ë phÇn n íc mòi tµu bÞ san gÇn ph¼ng kÐo theo sù t¹o thµnh c¸c bät. Qu¸ tr×nh ®ã ®· lµm t¨ng thªm lùc c¶n sãng vµ thµnh phÇn lùc c¶n ®ã gäi lµ lùc c¶n ph¸ sãng mòi RWB. * Khi vËt thÓ chuyÓn ®éng ta thÊy râ nhÊt ë phÇn mòi tµu cã c¸c tia n íc h¾t ra tõ hai bªn m¹n. C¸c tia n íc ®ã t¹o thµnh ph¶n lùc, mµ h×nh chiÕu cña ph¶n lùc ®ã lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc c¶n toÐ n íc RS. Lo¹i lùc c¶n nµy ®Æc tr ng cho c¸c tµu ch¹y nhanh. * Theo lý thuyÕt c¸nh nÕu vËt thÓ cã d¹ng h×nh c¸nh khi chuyÓn ®éng cã l u sè vËn tèc th× sÏ ph¸t sinh lùc n©ng trªn c¸nh. Sù lµm viÖc cña c¸nh cã thÓ thay b»ng mét hÖ thèng xo¸y, hÖ thèng nµy sÏ t¹o ra c¸c xo¸y tù do sau c¸nh (Xem H 1.2.b). HÖ thèng xo¸y g©y ra vËn tèc th¼ng ®øng lµm lÖch ® êng dßng nªn ¸p lùc thuû ®éng xuÊt hiÖn trªn c¸nh, mµ h×nh chiÕu lªn ph ¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc c¶n c¶m øng Ri. C«ng ®Ó th¾ng lùc c¶m øng ® îc tiªu tèn cho sù t¹o thµnh n¨ng l îng xo¸y. Lùc c¶n c¶m øng xuÊt hiÖn trªn c¸c c¸nh cña tµu ngÇm vµ c¸c phÇn nh« th©n tµu. * NÕu vËt thÓ chuyÓn ®éng víi vËn tèc lín th× trªn bÒ mÆt vËt xuÊt hiÖn sù x©m thùc (Sù x©m thùc lµ hiÖn t îng h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn trªn bÒ mÆt vËt thÓ c¸c bät chøa ®Çy kh«ng khÝ hoÆc h¬i n íc b·o hoµ) (Xem H 1.2.c). Sù x©m thùc ®· lµm cho tr êng vËn tèc vµ ¸p suÊt däc theo bÒ mÆt vËt thÓ thay ®æi lµm xuÊt hiÖn lùc c¶n x©m thùc Rc. C«ng ®Ó th¾ng lùc c¶n x©m thùc ® îc tiªu tèn cho sù duy tr× c¸c bät khÝ hoÆc h¬i, nghÜa lµ cho sù thay ®æi tr êng vËn tèc so víi tr êng hîp ch¶y vßng liªn tôc (Xem H 1.2.c). Qu¸ tr×nh xuÊt hiÖn c¸c thµnh phÇn lùc c¶n RW, RWB, RS, Ri, Rc Ýt phô thuéc vµo ®é nhít cña chÊt láng, do vËy ph ¬ng ph¸p tÝnh to¸n lý thuyÕt cã thÓ dùa vµo m« h×nh chÊt láng kh«ng nhít. * Do ¶nh h ëng cña ®é nhít quy luËt ph©n bè ¸p suÊt trªn bÒ mÆt vËt thÓ thay ®æi so víi tr êng hîp ch¶y vßng trong chÊt láng kh«ng nhít. §é nhít lµm h×nh thµnh líp biªn däc theo mÆt vËt thÓ vµ t¹o nªn dßng theo. Dßng theo lµ nh÷ng vÕt thuû ®éng ë sau vËt thÓ lµm cÊu tróc cña tr êng vËn tèc ë phÝa tr íc vµ sau vËt thÓ trong chÊt láng nhít lµ kh¸c nhau. Dßng theo ë sau vËt thÓ lµ vïng ch¶y rèi t¹o xo¸y (Xem H 1.2.d) lµm gi¶m ¸p suÊt ë vïng ®u«i vËt thÓ so víi chÊt láng kh«ng nhít vµ ph¸t sinh ¸p suÊt tæng hîp gäi lµ lùc c¶n ¸p suÊt nhít hoÆc lùc c¶n h×nh d¸ng RVP. VËy lùc c¶n do øng suÊt tiÕp o g©y ra gäi lµ lùc c¶n ma s¸t RF. C«ng ®Ó th¾ng lùc c¶n ma s¸t ® îc tiªu tèn cho sù t¹o thµnh líp biªn vµ dßng theo. Lùc c¶n h×nh d¸ng vµ ma s¸t xuÊt hiÖn do ®é nhít cña chÊt láng vµ chóng t¹o thµnh lùc c¶n nhít RV = RVP + RF. Tõ c¸c ®iÒu kÓ trªn th× lùc c¶n cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu cã thÓ viÕt d íi d¹ng tæng: Rx = RF + RP = RF + RVP + RW + RWB + RS + Ri + Rc (1.2.9) D¹ng (1.2.9) kh«ng ph¶i lóc nµo còng xuÊt hiÖn ®ång thêi, cã thÓ cã tr êng hîp vµi thµnh phÇn kh«ng cã. C¬ së vËt lý ®Ó ph©n chia lùc c¶n ra c¸c thµnh phÇn lµ ®iÒu rÊt cÇn thiÕt ®Ó x©y dùng c¸c ph ¬ng ph¸p lý thuyÕt, thùc nghiÖm vµ nh÷ng nguyªn t¾c m« h×nh ho¸. 14
Do khèi l îng riªng cña n íc vµ kh«ng khÝ lµ kh¸c nhau, do vËy tæng lùc c¶n ® îc chia thµnh lùc c¶n cña n íc vµ lùc c¶n kh«ng khÝ RAA. VËy cã hai nguyªn nh©n c¬ b¶n ®Ó t¹o nªn lùc c¶n ®ã lµ ¶nh h ëng cña ®é nhít cña chÊt láng vµ sù t¹o sãng: Rx = RV + RW + RAA (1.2.10) §Ó nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n ng êi ta sö dông gi¶ thiÕt vÒ sù ®éc lËp cña chóng. Theo gi¶ thiÕt ®ã th× c¸c qu¸ tr×nh vËt lý g©y ra tõng thµnh phÇn cña tæng lùc c¶n lµ ®éc lËp nhau, nghÜa lµ qu¸ tr×nh t¹o sãng ®éc lËp víi ®é nhít cña chÊt láng, vµ lùc nhít còng sÏ kh«ng ¶nh h ëng tíi qu¸ tr×nh t¹o sãng, ngoµi ra nh÷ng hiÖn t îng x¶y ra trong n íc kh«ng ¶nh h ëng tíi lùc c¶n kh«ng khÝ. Trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n lùc thuû ®éng, m« men cña lùc thuû ®éng cÇn ph¶i cã sù t ¬ng quan ®Çy ®ñ vÒ kÕt cÊu dßng ch¶y cña chÊt láng bao quanh m« h×nh vµ tµu thùc. Sù t ¬ng quan ®ã gäi lµ ®ång d¹ng ®éng lùc häc cña dßng ch¶y. C¸c tham sè chung kh«ng ®æi ® îc gäi lµ c¸c chuÈn ®ång d¹ng cña dßng ch¶y, c¸c chuÈn nµy ® îc x¸c ®Þnh tõ lý thuyÕt ®ång d¹ng. Dßng ch¶y cña chÊt láng ch¶y vßng vËt thÓ ®ång d¹ng h×nh häc, ® îc gäi lµ ®ång d¹ng ®éng lùc häc nÕu ë c¸c ®iÓm t ¬ng øng cã sù b»ng nhau cña c¸c lùc thuû ®éng kh«ng thø nguyªn, còng nh ®¶m b¶o ph ¬ng cña c¸c vÐc t¬ vËn tèc vµ lùc thuû ®éng (nghÜa lµ h×nh d¸ng ® êng dßng t¹o xo¸y vµ t¹o sãng trong c¸c dßng ch¶y ®ã lµ ®ång d¹ng ®éng häc) TrÞ sè liªn quan tíi c¸c kÝch th íc t ¬ng øng gäi lµ tØ lÖ xÝch ®ång d¹ng h×nh häc: L K M (1.3.1) LH L - KÝch th íc ®Æc tr ng cho chiÒu dµi cña vËt thÓ M - ChØ sè øng víi m« h×nh K - ChØ sè øng víi tµu thùc. Qua ph©n tÝch chuyÓn ®éng cho thÊy r»ng: Sù ®¶m b¶o ®ång d¹ng h×nh häc vµ ®éng lùc häc cña chÊt láng kh«ng nÐn ® îc d íi t¸c dông cña träng lùc khi ch¶y vßng m« h×nh vµ tµu thùc nÕu chiÒu dµi L, vËn tèc v, thêi gian T vµ hÖ sè nhít ®éng häc  ®ång thêi tho¶ m·n ba mèi quan hÖ sau: vM vH  (1.3.2) gL M gL H vMLM vHLH  (1.3.3) M H LM LH  (1.3.4) v M TM v H TH 15
v * BiÓu thøc kh«ng thø nguyªn Fr  gäi lµ sè Frót. Nã ®Æc tr ng cho lùc qu¸n gL tÝnh vµ träng lùc cña dßng ch¶y cña chÊt láng. NÕu FrM = FrH th× h×nh ¶nh t¹o sãng vµ lùc c¶n sãng lµ ®ång d¹ng ®èi víi hai vËt thÓ ®ång d¹ng h×nh häc víi nhau. v Trong tÝnh to¸n sè Fr ®«i khi ® îc biÔu diÔn qua ®¹i l îng gäi lµ vËn tèc L t ¬ng ®èi cã thø nguyªn. Trong nh÷ng tr êng hîp ®Æc biÖt (ch¼ng h¹n xÐt vÒ chÕ ®é chuyÓn ®éng cña tµu) th× chiÒu dµi ®Æc tr ng cã thÓ lÊy b»ng V1/3, trong ®ã V = D/g v  FrV  ; 3 gV L Hay FrV  Fr  , trong ®ã   3 gäi lµ chiÒu dµi t ¬ng ®èi cña tµu. V vL * BiÓu thøc kh«ng thø nguyªn Re  gäi lµ sè R©ynol. Nã ®Æc tr ng cho quan  hÖ gi÷a lùc qu¸n tÝnh vµ lùc nhít trong dßng ch¶y cña chÊt láng. NÕu ®¶m b¶o sù b»ng nhau cña c¸c sè R©ynol (ReM = ReH) ta sÏ lËp ® îc sù ®ång d¹ng cña lùc c¶n nhít, kÕt cÊu líp biªn, dßng theo cña tµu thùc vµ m« h×nh ®ång d¹ng h×nh häc. L * BiÓu thøc kh«ng thø nguyªn Sh  gäi lµ sè Struhan. Nã ®Æc tr ng vÒ ®éng vT lùc häc cña dßng ch¶y thay ®æi theo thêi gian. Nã cho phÐp ta so s¸nh c¸c lùc vµ qu¸ tr×nh ch¶y vßng cã gia tèc cña chÊt láng. Khi vËt thÓ chuyÓn ®éng kh«ng cã gia tèc th× sè Struhan kh«ng x¸c ®Þnh vµ kh«ng cÇn xÐt tíi. * ng suÊt tiÕp o vµ ¸p suÊt p cña lùc mÆt ® îc ®Æc tr ng b»ng c¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn sau: - Sè ¬le ®Æc tr ng cho ¸p suÊt p trong dßng ch¶y 2p Eu  2 (1.3.5) v - HÖ sè ¸p suÊt: 2(p  p o ) p (1.3.6) v 2 trong ®ã p0 lµ ¸p suÊt thuû tÜnh. - Quan hÖ gi÷a hÖ sè ma s¸t côc bé vµ øng suÊt tiÕp: 2 Cf  o (1.3.7) v 2 Dßng ch¶y cña chÊt láng nhít bao quanh m« h×nh vµ tµu thùc ®ång d¹ng h×nh häc sÏ cã ®ång d¹ng ®éng lùc häc nÕu c¸c sè Fr, Re, Sh cña c¸c dßng ch¶y ®ã b»ng nhau. Cßn Eu, p , Cf kh«ng ph¶i lµ c¸c tiªu chuÈn ®ång d¹ng, mµ chóng chØ cã vai trß thø yÕu vµ chØ ® îc xÐt trong nh÷ng tr êng hîp riªng (ch¼ng h¹n dßng ch¶y bÞ x©m thùc th× ¸p suÊt trong c¸c bät khÝ b»ng ¸p suÊt h¬i n íc b·o hoµ p = pv). Khi p =pv sÏ xuÊt hiÖn x©m thùc, lóc ®ã Eu ® îc biÓu diÔn qua sè x©m thùc: 2(p  p v )  (1.3.8) v 2 16
§Ó ®¶m b¶o sù ®ång d¹ng cña c¸c dßng ch¶y rèi ta dùa vµo ®é rèi T cña dßng ch¶y: v' 2 (1.3.9) T  v Khi xÐt tíi ¶nh h ëng cña søc c¨ng bÒ mÆt ta dïng hÖ sè c¨ng bÒ mÆt H. XÐt ¶nh h ëng cña lùc c¶n toÐ n íc ta dïng sè Webe:  We  H 2 (1.3.10) Lv §Ó t×m c«ng thøc chung ®Ó tÝnh lùc c¶n ta biÓu diÔn trÞ sè ¸p suÊt vµ øng suÊt tiÕp qua Eu vµ Cf. VËy c«ng thøc (1.2.6) ® îc viÕt l¹i: R x  0,5v 2  Eu cos(p, x )  C f cos( o , x )d (1.3.11)  ChuyÓn tÝch ph©n (1.3.11) vÒ d¹ng kh«ng thø nguyªn, muèn vËy ® a diÖn tÝch  vµo hµm gi¶i tÝch, ta sÏ ® îc tÝch ph©n kh«ng thø nguyªn vµ kÝ hiÖu lµ Cx: d C x   Eu cos(p, x )  C f cos( o , x ) (1.3.12)   Lóc ®ã (1.3.11) sÏ cã d¹ng: 1 R x  C x v 2  (1.3.13) 2 Trong c«ng thøc (1.3.13) th× Cx = f(Fr, Re, Sh) gäi lµ hÖ sè lùc c¶n ë nh÷ng vËt thÓ ®ång d¹ng h×nh häc cã cïng ph ¬ng chiÒu cña vËn tèc chuyÓn ®éng th× c¸c hÖ sè lùc c¶n cña chóng sÏ b»ng nhau CxM = CxH nÕu FrM = FrH, ReM = ReH vµ ShM = ShH (1.3.14) Tõ (1.3.13) vµ (1.3.14) ta cã: 2R xM 2R xH  M v2 M H v 2 H M H (1.3.15)   H v H  1  2  R xH  R xM    v 2  K 2    M M   BiÓu thøc (1.3.13) còng ®óng cho c¸c thµnh phÇn cßn l¹i cña lùc thuû ®éng: 1 R y  C y v 2  (1.3.16) 2 1 R z  C z v 2  (1.3.17) 2 Trong ®ã Cy, Cz t ¬ng øng lµ hÖ sè lùc d¹t vµ hÖ sè lùc n©ng thuû ®éng theo ph ¬ng th¼ng ®øng. M« men thuû ®éng sÏ b»ng: 1 M  mv 2 .L (1.3.18) 2 Trong ®ã m = f(Fr, Re, Sh) lµ hÖ sè m« men thuû ®éng kh«ng thø nguyªn Trong tÝnh to¸n cã thÓ tuú tõng tr êng hîp mµ thay diÖn tÝch  b»ng c¸c diÖn tÝch ®Æc tr ng kh¸c: 17
1 1 1 R x  C x v 2   C x1v 2   C x 2 v 2 V 2 / 3 (1.3.19) 2 2 2 C¸c thµnh phÇn lùc c¶n c¬ b¶n RV vµ RW cã thÓ x¸c ®Þnh t ¬ng tù nh (1.3.13) Rx = RV + RW 1 C V  C W v 2   Rx  (1.3.20) 2 Trong ®ã CV vµ CW t ¬ng øng lµ hÖ sè lùc c¶n nhít vµ hÖ sè lùc c¶n sãng CV = f(Re) cßn CW = f(Fr) theo gi¶ thiÕt sù ®éc lËp cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n. Lùc c¶n tØ lÖ b×nh ph ¬ng víi vËn tèc. Cïng víi lùc c¶n trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu thiÕt bÞ ®Èy vµ thiÕt bÞ n¨ng l îng cña tµu ng êi ta dïng kh¸i niÖm c«ng suÊt kÐo cña tµu PE lµ c«ng suÊt ph¶i s¶n ra ®Ó kÐo tµu víi vËn tèc ®· cho. TrÞ sè c«ng suÊt kÐo ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: PE = Rxv (1.3.21) - TrÞ sè c«ng suÊt kÐo cña tµu PE lµ hµm sè bËc ba cña vËn tèc, cßn ®¬n vÞ cña c«ng suÊt kÐo lµ W (kW). - §èi víi tµu s«ng th× vËn tèc tÝnh b»ng km/h, cßn tµu biÓn lµ h¶i lý/h, 1 h¶i lý/h = 1,853 km/h. - ChuyÓn vËn tèc tõ h¶i lý/h sang m/s ta dïng quan hÖ v = 0,514vS. VËn tèc v, m/s cßn vS, h¶i lý/h. - Tõ (1.3.21) cã xÐt tíi (1.3.13), nÕu mÉu sè nh©n víi V2/3 vµ ký hiÖu: 1500,514  D 2 / 3 3 CE  (1.3.22) C x  ta sÏ ® îc biÓu thøc tÝnh c«ng suÊt kÐo cña tµu cho ®¬n vÞ m· lùc, cv v S 3 D 2 / 3 PE  (1.3.23) CE (1.3.23) gäi lµ c«ng thøc h¶i qu©n, CE gäi lµ hÖ sè h¶i qu©n. HÖ sè CE tØ lÖ nghÞch víi hÖ sè Cx. - §èi víi tµu biÓn vËn tèc khai th¸c nhá h¬n vËn tèc thö ®Ó ®¶m b¶o dù tr÷ c«ng suÊt cña tµu khi ho¹t ®éng ë nh÷ng vïng thêi tiÕt xÊu. - Trong thiÕt kÕ tµu chiÒu dµi gi÷a hai ® êng vu«ng gãc th êng nhá h¬n chiÒu dµi ® êng n íc kho¶ng 2  3% cho tµu mét chong chãng, cßn chóng sÏ b»ng nhau cho tµu hai chong chãng. Trªn c¬ së c¸c phÐp tÝnh to¸n hoÆc c¸c phÐp thö ta cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc lùc c¶n Rx hoÆc c«ng suÊt kÐo cña tµu PE. Lùc c¶n Rx hoÆc PE phô thuéc vµo tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu vS hoÆc c¸c chuÈn ®ång d¹ng. HÖ sè lùc c¶n Cx, hÖ sè h¶i qu©n CE vµ tØ sè Rx/D theo c¸c sè Fr vµ Re. 18
H×nh 1.3. Quan hÖ gi÷a Rx, PE víi vS. Quan hÖ gi÷a c¸c thµnh phÇn lùc c¶n phô thuéc vµo kÝch th íc h×nh d¸ng th©n tµu vµ sè Fr còng nh hÖ sè bÐo thÓ tÝch . Tµu cã thÓ chuyÓn ®éng ë s©u so víi mÆt tho¸ng, nh vËy nã kh«ng chÞu ¶nh h ëng cña mÆt tù do. Tµu cã thÓ võa cí phÇn ch×m vµ phÇn næi (tµu ë mÆt tù do). Tµu cã thÓ chuyÓn ®éng ë ®é s©u so víi mÆt tho¸ng (tµu ngÇm). Tµu chuyÓn ®éng trªn mÆt tù do (tµu c¸nh ngÇm, tµu ®Öm khÝ). Víi mçi lo¹i tµu kh¸c nhau quan hÖ víi c¸c thµnh phÇn lùc c¶n cña tæng lùc c¶n lµ kh¸c nhau. Quy luËt thay ®æi cña mét thµnh phÇn còng cã thÓ kh¸c nhau trong c¸c tr êng hîp kh¸c nhau. Vai trß cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n phô thuéc vµo chÕ ®é chuyÓn ®éng cña tµu. Ng êi ta ph©n chia ba chÕ ®é chuyÓn ®éng c¬ b¶n cña tµu, ®ã lµ: - ChÕ ®é b¬i - ChÕ ®é chuyÓn tiÕp - ChÕ ®é l ít * chÕ ®é b¬i: D = gV (1.4.1) v Khi ®ã FrV   1,0 (1.4.2) g3 V chÕ ®é nµy ®Æc tr ng cho c¸c tµu vËn t¶i ch¹y chËm vµ trung b×nh. * chÕ ®é chuyÓn tiÕp: ChÕ ®é nµy b¾t ®Çu xuÊt hiÖn thµnh phÇn lùc n©ng thuû ®éng Rz. Khi ®ã: D = gV1 + Rz (1.4.3) ThÓ tÝch V1 < V tµu b¾t ®Çu næi dÇn lªn vµ 1  FrV  3 (1.4.4) chÕ ®é nµy ®Æc tr ng cho c¸c tµu ch¹y nhanh. * chÕ ®é l ít: D  Rz;V  0 (1.4.5) Khi ®ã FrV > 3 (1.4.6) nã ®Æc tr ng cho chÕ ®é l ít cña tµu. Khi FrV > 1 chiÒu ch×m trung b×nh vµ ®é chói cña tµu thay ®æi 19