Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ part 4

Chia sẻ: Asdhdk Dalkjsdhak | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

105
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các vận tốc vc có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn vận tốc v nếu nh trong vùng vận tốc v1

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ part 4

C¸c vËn tèc vc cã thÓ nhá h¬n hoÆc lín h¬n vËn tèc v nÕu nh trong vïng vËn tèc v1 < v < v2 n¬i mµ ph ¬ng tr×nh kh«ng cho c¸c nghiÖm cã ý nghÜa vËt lý, ®iÒu ®ã chøng tá trong vïng tíi h¹n ®· cho c¸c tiªn ®Ò vËt lý dïng ®Ó chøng minh kh«ng ®óng víi /FK ®· cho. A.M. Basin ®· tÝnh c¸c vËn tèc v1, v2 theo /FK c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n ® îc nªu trªn h×nh 4.8, khi b  nghÜa lµ chuyÓn ®éng trong kªnh c¹n v1 v2  gH H×nh 4.8. C¸c trÞ sè FrH1 = v1 gH tb vµ FrH2 = v 2 gH tb phô thuéc vµo /FK. 54
Ch ¬ng 5 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trªn sãng biÓn nh h ëng cña sãng biÓn tíi lùc c¶n vµ vËn tèc cña tµu VËn tèc khi chuyÓn ®éng trªn sãng phô thuéc vµo sù thay ®æi lùc c¶n chuyÓn ®éng vµ lµm gi¶m hiÖu suÊt cña chong chãng còng nh kh¶ n¨ng ®iÒu ®éng tµu. Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu phô thuéc ®ång thêi vµo sãng biÓn vµ chßng chµnh cña tµu. Sù thay ®æi mÆt ít do tµu chßng chµnh vµ sãng biÓn lµm xuÊt hiÖn hiÖn t îng S¬leming. Sù thay ®æi lùc c¶n chñ yÕu sinh ra bëi ¶nh h ëng ®ång thêi cña sãng biÓn vµ chßng chµnh tíi dßng bao th©n tµu. ViÖc nghiªn cøu kh¶o s¸t c¸c tÝnh chÊt cña lùc c¶n bæ sung khi tµu ch¹y trªn sãng biÓn ph¶i dùa vµo sè liÖu trong c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng cña m« h×nh tµu trong bÓ thö trªn sãng tuyÕn tÝnh. Lùc c¶n bæ xung khi tµu ch¹y trªn sãng: RAW = R - RTB Trong ®ã: RTB - lùc c¶n cña tµu khi chuyÓn ®éng trªn n íc yªn lÆng vµ ® îc sinh ra bëi c¸c nguyªn nh©n c¬ b¶n. Khi bá qua sù thay ®æi cña lùc c¶n nhít RAW cã thÓ ® îc viÕt d íi d¹ng: RAW = RAW1 + RAW2 + RAW3 Trong ®ã: RAW1 - gäi lµ lùc c¶n chßng chµnh. Khi tµu chßng chµnh dÉn ®Õn viÖc ph©n bè l¹i ¸p suÊt däc th©n tµu lµm xuÊt hiÖn thµnh phÇn lùc c¶n bæ xung do tµu chßng chµnh RAW1 so víi lùc c¶n cña tµu kh«ng chßng chµnh vµ chuyÓn ®éng trªn n íc yªn lÆng. RAW2 - gäi lµ lùc c¶n nhiÔu x¹. NÕu cho tµu kh«ng chßng chµnh trªn sãng th× khi ®ã tµu ® îc coi lµ mét tr íng ng¹i vËt, khi c¸c sãng biÓn t¸c dông lªn th©n tµu, th× chóng bÞ ph¶n x¹ l¹i mét phÇn, qu¸ tr×nh ®ã gäi lµ sù nhiÔu x¹ cña c¸c sãng vµ sinh ra mét thµnh phÇn lùc c¶n bæ xung RAW2. RAW3 - gäi lµ lùc c¶n t ¬ng t¸c. HÖ thèng sãng sinh ra bëi tµu dao ®éng t ¬ng t¸c víi sãng tiÕn ®· bÞ qu¸ tr×nh nhiÔu x¹ biÕn thÓ, sinh ra thµnh phÇn lùc c¶n bæ sung RAW3. C«ng thøc RAW ®óng ngay c¶ khi tµu ch¹y trªn sãng phi tuyÕn, tuy nhiªn vai trß cña tõng sè h¹ng trªn sãng tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn lµ kh¸c nhau. C¸c th«ng sè ¶nh h ëng ®Õn thµnh phÇn lùc c¶n bæ xung khi tµu ch¹y trªn sãng biÓn lµ: tØ sè /L; 2zB/ (trong ®ã zB lµ biªn ®é cña sãng), gãc ch¹y tµu B (gãc t¹o bëi h íng vËn tèc tµu vµ h íng truyÒn sãng). Khi tµu chuyÓn ®éng trªn sãng tiÕn B = 180o vµ ch¹y trªn sãng theo th× B = 0o. §Ó so s¸nh kh¶ n¨ng di ®éng cña tµu trªn sãng cÇn ph¶i sö dông lùc c¶n bæ xung ®¬n vÞ RAW/D = f(Fr, /L, 2zB/, B) hoÆc hÖ sè lùc c¶n bæ xung kh«ng thø nguyªn AW = RAW/gzB2B2L-1. 55
C¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm cho thÊy r»ng: Khi Fr = const, chiÒu cao t ¬ng ®èi cña sãng 2zB/ = const th× lùc c¶n bæ xung khi tµu ch¹y trªn sãng tiÕn cã ®iÓm cùc ®¹i n»m trong vïng chiÒu dµi sãng gÇn b»ng chiÒu dµi tµu (  L) Cµng t¨ng sè Fr th× RAW cµng t¨ng. Khi tµu ch¹y xu«i sãng (ch¹y trªn sãng theo) nÕu v/c < 1; B = 0 th× lùc c¶n thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ, nhÊt lµ khi tØ sè /L lín. Khi v/c > 1 sãng di chuyÓn chËm h¬n tµu vµ chuyÓn ®éng gièng nh tr êng hîp ng îc sãng. Sù thay ®æi lùc c¶n khi tµu ch¹y chÐo sãng rÊt phøc t¹p, tuy nhiªn RAW lín nhÊt kh«ng ph¶i lóc nµo còng øng víi tr êng hîp ch¹y ng îc sãng vµ ®«i khi /L < 1 vÉn cã thÓ ph¸t hiÖn ë gãc B  120  130o. L îng tæn thÊt tèc ®é khi tµu ch¹y ng îc sãng kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo RAW mµ cßn thµnh phÇn lùc c¶n cña kh«ng khÝ, vËy buéc tµu ph¶i h¹ thÊp tèc ®é. §èi víi tµu chuyÓn ®éng ng îc sãng vµ ng îc giã lµ bÊt lîi nhÊt. Khi x¶y ra nguy hiÓm do n íc h¾t lªn boong hoÆc S¬leming th× b¾t buéc ph¶i h¹ thÊp tèc ®é cña tµu. 56
Ch ¬ng 6 X¸c ®Þnh lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu b»ng ph ¬ng ph¸p thùc nghiÖm C¸c ph ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu cã thÓ lµ: - b»ng ph ¬ng ph¸p lý thuyÕt. - b»ng ph ¬ng ph¸p thùc nghiÖm. Ph ¬ng ph¸p thùc nghiÖm lµ dùa trªn viÖc thö m« h×nh tµu vµ tµu thùc, ® îc ¸p dông réng r·i trong c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu khoa häc, trong qu¸ tr×nh x©y dùng h×nh d¸ng cho nh÷ng con tµu ® îc thiÕt kÕ míi, còng nh ®¸nh gi¸ tÝnh di ®éng cña nh÷ng con tµu ®· ® îc ®ãng míi. Cã hai ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu lùc c¶n b»ng thùc nghiÖm ®ã lµ thö m« h×nh tµu vµ tµu thùc. Thö m« h×nh tµu cho phÐp so s¸nh mét c¸ch ®¸ng tin cËy hiÖu qu¶ cña c¸c ph ¬ng ¸n kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ tµu. §èi víi c¸c n íc cã ngµnh ®ãng tµu ph¸t triÓn th× tµu ® îc thiÕt kÕ vµ ®ãng míi ph¶i qua giai ®o¹n thö m« h×nh ®Ó lËp dù ¸n thiÕt kÕ tèi u. ViÖc lËp m« h×nh vÒ tÝnh di ®éng vµ c¸c tÝnh n¨ng ®i biÓn kh¸c ph¶i phï hîp víi c¸c yªu cÇu cña lý thuyÕt ®ång d¹ng ®éng lùc häc. Lý thuyÕt ®ång d¹ng lµ c¬ së ®Ó x©y dùng c¸c ph ¬ng ph¸p tÝnh chuyÓn kÕt qu¶ thö m« h×nh sang tµu thùc. Khi nghiªn cøu lùc c¶n b»ng thÝ nghiÖm ta ¸p dông hai nguyªn t¾c c¬ b¶n ®Ó lËp m« h×nh, ®ã lµ: Nguyªn t¾c thø nhÊt: LËp c¸c m« h×nh chuyÓn ®éng ph¼ng trong n íc yªn lÆng ® îc thùc hiÖn trong c¸c bÓ thö hoÆc trong c¸c vïng n íc hë cã trang bÞ ®Æc biÖt. Nguyªn t¾c thø hai: LËp c¸c m« h×nh chuyÓn ®éng nghÞch ®¶o, nghÜa lµ cho dßng bao lÊy m« h×nh ®øng yªn. Nguyªn t¾c nµy ® îc ¸p dông trong c¸c èng khÝ ®éng vµ èng x©m thùc. Khi vËt thÓ chuyÓn ®éng ®Òu (kh«ng cã gia tèc) th× c¸c ®Æc tr ng cña dßng bao tµu kh«ng phô thuéc thêi gian, nghÜa lµ sè Sh kh«ng ¶nh h ëng tíi c¸c hÖ sè cña lùc c¶n thuû ®éng, trong tr êng hîp nµy ®Ó ®¶m b¶o tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña m« h×nh vµ tµu thùc chØ cÇn c¸c trÞ sè Fr vµ Re. vM vH  gL M gL H vMLM vHLH  M H LM k LH §Ó tho¶ m·n ®iÒu kiÖn trªn th× ph¶i thö m« h×nh trong chÊt láng cã hÖ sè nhít kh¸c víi ®é nhít cña chÊt láng H n¬i mµ tµu thùc chuyÓn ®éng: M = Hk1,5 (6.1.1) 57
Khi hÖ sè k kh«ng lín, kh«ng thÓ chän ® îc chÊt láng thÝch hîp ®Ó thö m« h×nh. V× vËy khi thö m« h×nh tµu tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña c¸c dßng ch¶y kh«ng ® îc ®¶m b¶o ®Çy ®ñ nªn khi tÝnh chuyÓn kÕt qu¶ tõ thö m« h×nh sang tµu thùc sÏ gÆp khã kh¨n. §Ó tr¸nh nh÷ng khã kh¨n ®ã cÇn ph¶i sö dông c¸ch lËp m« h×nh tõng phÇn, b»ng c¸ch tho¶ m·n mét trong c¸c ®iÒu kiÖn ®ång d¹ng. * LËp m« h×nh tõng phÇn theo sè Re: Tõ ®iÒu kiÖn cÇn tho¶ m·n ReM = ReH th× vËn tèc chuyÓn ®éng cña m« h×nh sÏ lµ: vM = vH(LH/LM)(M/H) (6.1.2) Theo (6.1.2) vËn tèc m« h×nh vM trong chÊt láng cã cïng ®é nhít mµ tµu thùc chuyÓn ®éng ë ®ã sÏ lín h¬n 1/k lÇn so víi vËn tèc cña tµu thùc. Dùa vµo RxH = RxM(HvH2/MvM2)(1/k2) th× lùc c¶n nhít cña m« h×nh vµ tµu thùc sÏ b»ng nhau. Do vËy khi thö m« h×nh tµu th êng kh«ng ®¶m b¶o ® îc sù b»ng nhau cña c¸c sè Re, nghÜa lµ kh«ng ®¶m b¶o ® îc sù ®ång d¹ng cña c¸c xo¸y, c¸c lùc thuû ®éng t¹o nªn bëi ®é nhít cña chÊt láng. * LËp m« h×nh tõng phÇn theo sè Fr. Tõ ®iÒu kiÖn cÇn tho¶ m·n FrM = FrH th× vËn tèc chuyÓn ®éng cña m« h×nh sÏ lµ: (6.1.3) vM = vH k Nh vËy dùa vµo RxH = RxM(HvH2/MvM2)(1/k2) th× khi m« h×nh chuyÓn ®éng trong chÊt láng cã cïng khèi l îng riªng víi tµu thùc: RxM = RxHk3 Môc ®Ých cña viÖc thö m« h×nh lµ nh»m ®¸nh gi¸ tÝnh hµnh h¶i vµ chän nh÷ng ® êng h×nh d¸ng (tuyÕn h×nh) tèt nhÊt cho tµu. Ph ¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt lµ ph ¬ng ph¸p thö kÐo m« h×nh trong bÓ thö. Trong qu¸ tr×nh thö cã thÓ ®o ® îc lùc kÐo R t ¬ng øng víi vËn tèc chuyÓn ®éng cña m« h×nh vM. BÓ thö ® îc lµm b»ng vËt liÖu bª t«ng hoÆc kim lo¹i chøa n íc ngät vµ cã mÆt tho¸ng hë. C¸c bÓ thö th êng ® îc chia thµnh hai d¹ng chÝnh. - Lo¹i bÓ cã xe tù hµnh ch¹y trªn ® êng ray ®Æt däc theo bÓ dïng ®Ó kÐo m« h×nh chuyÓn ®éng. BÓ cã trang bÞ c¸c thiÕt bÞ ®o ®Æc biÖt. HiÖn nay viÖc ®o ®¹c sè liÖu khi thö còng nh l u tr÷, xö lý c¸c sè liÖu vµ vÏ ®å thÞ,... cã thÓ tù ®éng ho¸ hoµn toµn nhê m¸y tÝnh ®iÖn tö. - Lo¹i bÓ kiÓu träng lùc - BÓ thö kiÓu nµy th× m« h×nh ® îc kÐo b»ng d©y nhê vËt r¬i tù do. mét sè bÓ kiÓu träng lùc còng cã trang bÞ xe kÐo ch¹y trªn ® êng ray, nh ng kh«ng ph¶i kÐo m« h×nh mµ kÐo c¸c thiÕt bÞ ®o ®Æt trªn ®ã. Ngoµi ra còng cã c¸c bÓ thö mµ m« h×nh ® îc kÐo b»ng têi quÊn d©y. 58
H×nh 6.1. MÆt c¾t ngang bÓ thö Car®erok (Mü). 1. MÆt c¾t ngang bÓ thö n íc s©u 2. MÆt c¾t ngang bÓ thö tèc ®é 3. HÖ thèng cÊp n¨ng l îng cho xe thö. Do kh«ng tho¶ m·n ® îc ®Çy ®ñ c¸c chuÈn ®ång d¹ng c¬ b¶n v× vËy cÇn ph¶i sö dông c¸ch lËp m« h×nh tõng phÇn. Khi lËp s¬ ®å tÝnh chuyÓn ph¶i xem cÇn ph¶i lËp m« h×nh theo tiªu chuÈn ®ång d¹ng nµo vµ thµnh phÇn lùc thuû ®éng nµo phô thuéc vµo tiªu chuÈn ®ã. C¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n ®ã cña m« h×nh vµ tµu thùc ph¶i b»ng nhau. cßn c¸c thµnh phÇn lùc c¶n kh«ng ® îc lËp m« h×nh cÇn ph¶i lîi dông mét sè gi¶ thiÕt cã c¬ së vËt lý nµo ®ã hoÆc ph ¬ng ph¸p lý luËn ®Ó cã thÓ tÝnh riªng chóng ë trªn m« h×nh hoÆc ®Ó tÝnh cho tµu thùc. B×nh th êng trong qu¸ tr×nh thö kÐo m« h×nh trong bÓ thö c¸c sè Fr cña m« h×nh vµ tµu thùc ph¶i b»ng nhau FrM = FrH. Lùc c¶n nhít kh«ng ® îc lËp m« h×nh vµ ®Ó t¸ch ® îc nã ph¶i lîi dông gi¶ thiÕt vÒ sù ®éc lËp cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n. §Ó tÝnh lùc c¶n nhít ta cã thÓ sö dông hai ph ¬ng ph¸p c¬ b¶n sau ®©y: - Ph ¬ng ph¸p thø nhÊt: Dùa vµo viÖc ph©n chia lùc c¶n nhít ra c¸c thµnh phÇn, mµ mçi thµnh phÇn ph¶i x¸c ®Þnh b»ng nguyªn t¾c tÝnh chuyÓn riªng. Ph ¬ng ph¸p nµy do Froude ®Ò x íng. - Ph ¬ng ph¸p thø hai: TÝnh chuyÓn tæng hîp lùc c¶n nhít. B©y giê ta xÐt s¬ ®å vµ tÝnh chuyÓn theo ph ¬ng ph¸p thø nhÊt. PhÇn chÝnh cña lùc c¶n nhít ® îc xem nh lµ lùc c¶n ma s¸t cña tÊm t ¬ng ® ¬ng. §èi víi m« h×nh lµ mÆt tr¬n nh½n thuû ®éng, cßn ®èi víi tµu thùc lµ mÆt nh¸m víi gi¶ thiÕt dßng bao tµu thùc vµ m« h×nh lµ dßng ch¶y rèi. §Ó tÝnh lùc c¶n ma s¸t ta dïng tÊm rèi t ¬ng ® ¬ng. TiÕp theo gi¶ thiÕt r»ng hiÖu CV - CFo lµ kh«ng ®æi, kh«ng phô thuéc vµo Re vµ Fr cña tµu thùc vµ m« h×nh. Ta gép RV - RFo cña tÊm t ¬ng ® ¬ng víi lùc c¶n sãng RW thµnh mét tªn chung lµ lùc c¶n d RR RR = R- RFo = RV - RFo + RW VËy hÖ sè lùc c¶n d lµ: 59
CR = 2( R - RFo)/v2 (6.2.1) Khi FrM = FrH th× CRM = CRH (6.2.2) Dùa vµo c«ng thøc (6.2.2) ta thùc hiÖn ® îc phÐp chuyÓn. Tõ RWM/DM = RWH/DH do sù b»ng nhau cña FrM = FrH nªn ta cã RRM/DM = RRH/DH (6.2.3) NÕu kh«ng ®Ó ý ®Õn sù thay ®æi chiÒu ch×m tµu khi chuyÓn ®éng tõ n íc ngät sang n íc mÆn th× ®iÒu kiÖn (6.2.3) cã thÓ viÕt d íi d¹ng sau: RRH = RRM(H/M)(1/k3) (6.2.4) 3 Khi FrM = FrH vµ vM = vHk th× lùc c¶n cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu ® îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: RH = (RM - RFoM)(H/M)(1/K3) + RFoH (6.2.5) Theo hÖ sè lùc c¶n cña m« h×nh vµ tµu thùc ta cã: CM = 2RM/MvM2M vµ CH = 2RH/HvH2H (6.2.6) §Ó x¸c ®Þnh hÖ sè c¶n toµn bé cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu ta céng hÖ sè lùc c¶n d CRH víi c¸c hÖ sè c¶n sau: hÖ sè c¶n ma s¸t cña tÊm t ¬ng ® ¬ng CFoH t ¬ng øng víi tµu, hÖ sè gia t¨ng do ®é nh¸m vá bao tµu CA vµ nÕu m« h×nh ® îc thö kh«ng cã phÇn nh« th× céng c¶ hÖ sè c¶n xÐt tíi phÇn nh« CAP. Do ®ã, hÖ sè lùc c¶n cña tµu thùc khi vH = vM 1 / k ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: CH = CM - CFoM + CFoH + CA + CAP (6.2.7) vµ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu lµ: RH = CHHvH2H/2 + RAA (6.2.8) Lùc c¶n kh«ng khÝ RAA tÝnh theo c«ng thøc RAA = CAAAvA2F/2. §èi víi n íc Nga ng êi ta lÊy nhiÖt ®é cña n íc 4oC vµ  = 1,57.10-6 m2/s. HÖ sè gia t¨ng do ®é nh¸m vá bao ® îc x¸c ®Þnh theo kÕt qu¶ thö m« h×nh, nh sau: ChiÒu dµi tµu L, m HÖ sè CA 50  150 (0,4  0,3).10-3 150  210 0,2.10-3 210  250 0,1.10-3 250  300 0 300  350 -0,1.10-3 350  400 -0,2.10-3 HÖ sè c¶n cña phÇn nh« ® îc x¸c ®Þnh nh sau: §èi víi tµu vËn t¶i mét chong chãng CAP = (0,05  0,15).10-3 §èi víi tµu vËn t¶i hai chong chãng CAP = (0,4  0,6).10-3. 60
Ch ¬ng 7 C¸c ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó tÝnh lùc c¶n cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu ViÖc x¸c ®Þnh lùc c¶n b»ng c¸ch tÝnh chuyÓn tõ c¸c sè liÖu thö m« h×nh chØ cã thÓ thùc hiÖn ® îc nÕu nh cã b¶n vÏ tuyÕn h×nh. Tõ tr íc tíi nay ng êi ta ®· ¸p dông réng r·i c¸c ph ¬ng ph¸p tÝnh gÇn ®óng lùc c¶n phï hîp cho tõng kiÓu tµu vµ ®¹t ® îc ®é chÝnh x¸c t ¬ng ®èi cao. TÊt c¶ c¸c ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Òu ® îc dùa vµo c¸c sè liÖu thÝ nghiÖm m« h×nh trong c¸c bÓ thö. Khi h×nh d¸ng cña con tµu cÇn tÝnh lùc c¶n trïng víi h×nh d¸ng cña m« h×nh th× c¸c ph ¬ng ph¸p tÝnh gÇn ®óng coi lµ ®ñ chÝnh x¸c. §Ó x©y dùng c¸c ®å thÞ phôc vô cho viÖc tÝnh to¸n lùc c¶n Ýt khi ng êi ta sö dông c¸c sè liÖu thö tµu thùc v× c¸c sè liÖu ®ã th êng kh«ng cã hÖ thèng vµ trong nhiÒu tr êng hîp còng kh«ng ® îc chÝnh x¸c. Nh÷ng ph ¬ng ph¸p ®¹t kÕt qu¶ cao nhÊt lµ nh÷ng ph ¬ng ph¸p ® îc x©y dùng theo c¸c ®ît thö hµng lo¹t cã hÖ thèng phï hîp víi c¸c chÕ ®é cña dßng bao th©n tµu thùc vµ m« h×nh. §Ó chÕ t¹o mét lo¹t m« h×nh mµ c¸c th«ng sè kÝch th íc h×nh d¸ng cña nã ® îc thay ®æi cã hÖ thèng, ® îc ph©n thµnh hai bµi to¸n sau: - Bµi to¸n thø nhÊt: ChÕ t¹o mét lo¹t m« h×nh, mµ c¸c yÕu tè chÝnh cña tuyÕn h×nh thay ®æi trong mét giíi h¹n réng. §«i khi ng êi ta dïng kÕt qu¶ cuèi cïng trong qu¸ tr×nh thö mét vµi lo¹t kh«ng cã hÖ thèng ®Ó lËp ®å thÞ hoÆc c¸c c«ng thøc tÝnh to¸n. §«i khi c¸c ®å thÞ nµy cho phÐp ®¸nh gi¸ ® îc kh¸ch quan lùc c¶n cña tµu, nh ng l¹i kh«ng tiÖn lîi ®Ó ® a ra c¸c khuyÕn nghÞ ®Ó thay ®æi h×nh d¸ng cña tµu. C¸c ph ¬ng ph¸p nµy lµ c¸c ®å thÞ hoÆc c«ng thøc tÝnh cña , ... - Bµi to¸n thø hai: Khi chÕ t¹o m« h×nh thö ng êi ta ®Ò cËp tíi c¸c sè liÖu, mµ ng êi chÕ t¹o kh«ng nh÷ng dùa vµo ®ã ®Ó tÝnh lùc c¶n, mµ cßn ®¸nh gi¸ ® îc ¶nh h ëng cña sù thay ®æi cña tuyÕn h×nh tíi lùc c¶n ®ã, còng nh ®Ó sö dông c¸c tuyÕn h×nh tèi u cã h×nh d¸ng th©n tµu tèt nhÊt. ViÖc thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o lo¹t m« h×nh ®ã lµ nh÷ng c«ng viÖc hÕt søc quan träng. Khi ®ãng míi mét lo¹t m« h×nh ng êi ta chØ quan t©m tíi mét vµi c¸c th«ng sè dÔ thay ®æi cã hÖ thèng, mµ c¸c ¶nh h ëng cña chóng cÇn ® îc nghiªn cøu, vµ c¸c ®Æc tÝnh cßn l¹i sÏ kh«ng cÇn ®Õn v× coi chóng ¶nh h ëng kh«ng ®¸ng kÓ tíi lùc c¶n. C¸c ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng dïng ®Ó tÝnh lùc c¶n cã thÓ ph©n thµnh ba nhãm sau ®©y: - TÝnh lùc c¶n toµn bé - TÝnh lùc c¶n d - TÝnh chuyÓn lùc c¶n tõ tµu mÉu. * C¸c ph ¬ng ph¸p tÝnh lùc c¶n cña nhãm thø nhÊt c¬ b¶n Ýt chÝnh x¸c, v× khi x©y dùng m« h×nh thö khã ®Ó ý ®Õn ¶nh h ëng ®ång thêi cña c¸c sè Re vµ Fr ®èi víi lùc 61
c¶n khi c¸c sè ®ã thay ®æi trong giíi h¹n réng. §a sè c¸c ph ¬ng ph¸p cña nhãm nµy ®Òu x©y dùng theo d¹ng tÝnh c«ng suÊt kÐo cña tµu, mµ nã liªn quan tíi lùc c¶n b»ng c«ng thøc: PE = Rx.v. Nguêi ta cho r»ng CR = f(Fr) ®iÒu nµy mang l¹i sai sãt trong tÝnh to¸n. * C¸c ph ¬ng ph¸p cña nhãm thø hai cã ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n cao h¬n. ViÖc tÝnh lùc c¶n ma s¸t, ¶nh h ëng cña ®é nh¸m, phÇn nh« ® îc coi lµ chÝnh x¸c. * C¸c ph ¬ng ph¸p cña nhãm thø ba lµ tÝnh chuyÓn lùc c¶n vµ c«ng suÊt kÐo cña tµu theo sè liÖu cña tµu mÉu, tiÖn sö dông trong thiÕt kÕ ban ®Çu. Khi x©y dùng c¸c ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng tÝnh lùc c¶n d , còng nh khi tÝnh chuyÓn kÕt qu¶ thö m« h×nh, ng êi ta gi¶ thiÕt r»ng: hÖ sè lùc c¶n d cña c¸c tµu ®ång d¹ng h×nh häc ®Òu b»ng nhau. Khi c¸c trÞ sè Fr b»ng nhau: CRH = CRM khi FrH = FrM. C¸c ph ¬ng ph¸p ® îc coi lµ gÇn ®óng, bëi v× tµu kh«ng hoµn toµn ®ång d¹ng h×nh häc víi m« h×nh, mµ c¸c sè liÖu cña nã l¹i ® îc l©y lµm c¬ së cña ph ¬ng ph¸p. Nh vËy chØ x¸c ®Þnh ® îc sù phï hîp chØ theo vµi th«ng sè chÝnh. CR = f(Fr) hoÆc RR/D = f(Fr) Trong ®ã CR = (RR/D)(2/Fr2)(V/L) (7.2.1) C¸c hÖ sè lùc c¶n d cña tµu t×m trùc tiÕp theo c¸c ®å thÞ tÝnh to¸n hoÆc c«ng thøc tÝnh (6.2.1) NÕu chän ®óng ph ¬ng ph¸p tÝnh to¸n ta cã thÓ ®¹t ® îc ®é chÝnh x¸c cao nhÊt khi x¸c ®Þnh lùc c¶n d . Ng êi ta kh«ng cÇn ®Õn c¸c ®å thÞ hoÆc c¸c c«ng thøc håi quy ®Ó x¸c ®Þnh lùc c¶n toµn bé hoÆc lùc c¶n d nÕu cã c¸c sè liÖu ®¶m b¶o vÒ lùc c¶n gÇn víi h×nh d¹ng cña tµu mÉu. Tuy nhiªn kh«ng ph¶i lóc nµo còng chän ® îc h×nh d¹ng vµ kÝch th íc tµu mÉu s¸t víi tµu thiÕt kÕ. * Ph ¬ng ph¸p h¶i qu©n. ViÖc tÝnh chuyÓn c«ng suÊt kÐo theo ph ¬ng ph¸p hÖ sè h¶i qu©n lµ ®¬n gi¶n nhÊt. B¶n chÊt cña ph ¬ng ph¸p nµy lµ dùa vµo sù b»ng nhau cña hai hÖ sè CE cña tµu ® îc thiÕt kÕ vµ tµu mÉu. Khi c¸c sè Fr cña chóng b»ng nhau, nghÜa lµ: CE = CE mÉu khi Fr = Fr mÉu (7.3.1) Gi¶ thiÕt nµy cµng ®óng khi c¸c yÕu tè cña tuyÕn h×nh cña hai tµu, còng nh c¸c kÝch th íc cña chóng cµng gÇn nhau. XÐt ®Õn c«ng thøc PE = vs3D2/3/CE vµ gi¶ thiÕt trªn ta cã c«ng thøc tÝnh c«ng suÊt kÐo cña tµu: PE = PE mÉu(vs/vs mÉu)3(D/DmÉu)2/3 (7.3.2) Víi ®iÒu kiÖn vs = vs mÉu L / L mÉu (L/LmÉu)2/3 = (D/DmÉu)1/2 Th× c«ng suÊt kÐo sÏ cã d¹ng: PE = PE mÉu(D/DmÉu)7/6 (7.3.3) 62
* TÝnh chuyÓn lùc c¶n d tõ c¸c sè liÖu cña tµu mÉu. TÝnh chuyÓn RR tõ c¸c sè liÖu cña tµu mÉu trong nhiÒu tr êng hîp cho kÕt qu¶ cao h¬n c¸c ph ¬ng ph¸p dïng ®å thÞ. C«ng thøc (7.2.1) vÉn cã thÓ ® îc ¸p dông ®Ó tÝnh chuyÓn lùc c¶n d ®¬n vÞ cho ph ¬ng ph¸p nµy nÕu Fr = Fr mÉu. Gi¶ thiÕt r»ng: Víi Fr ®· cho th× CR lµ hµm cña c¸c th«ng sè i ®Æc tr ng cho h×nh d¸ng cña th©n tµu: CR(1, 2,... , i) (7.3.4) Khi xÐt ¶nh h ëng cña sù biÕn thiªn i cña c¸c th«ng sè ®ã cã thÓ sö dông c«ng thøc Taylor cho hµm nhiÒu biÕn. VÝ dô: NÕu biÓu thøc gåm hai th«ng sè th×: C C C R  C RmÉu  R  1  R  2   1  2 (7.3.5) 1   2CR 2  2CR  2CR   2  ... 2  1  2  1 2  2   12  2  1 2  2   Cho c¸c l îng biÕn thiªn cña tuyÕn h×nh lµ bÐ vµ bá qua c¸c sè h¹ng chøa i cã bËc cao h¬n mét vµ c¸c tÝch cña chóng ta cã c«ng thøc chung: C CR = CR mÉu +  R  i (7.3.6)  i Trong ®ã: CR mÉu - hÖ sè lùc c¶n d cña tµu mÉu C R  i - l îng hiÖu chØnh xÐt ®Õn l îng biÕn thiªn cña CR theo th«ng sè thø i  i ®Æc tr ng cho tuyÕn h×nh khi Fr = const. C¸c th«ng sè i cã thÓ lµ L/B, B/T, , h×nh d¸ng s ên (U,V),... Ph ¬ng ph¸p thø hai cña ® a ra c«ng thøc x¸c ®Þnh: (7.3.7) CR = CR mÉu k1 k2 k3 Trong ®ã: ki - c¸c hÖ sè ¶nh h ëng. 63
64
Ch ¬ng 8 Mèi quan hÖ gi÷a lùc c¶n cña tµu vµ h×nh d¸ng th©n tµu ViÖc chän c¸c kÝch th íc chÝnh, x©y dùng b¶n vÏ tuyÕn h×nh tµu, vµ c¸c phÇn nh« ®Òu ph¶i thùc hiÖn trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ theo c¸c yªu cÇu kü thuËt ®Æt ra. C¸c yªu cÇu ®ã lµ: §¶m b¶o dung tÝch chë hµng, t×nh h×nh thÞ tr êng (gi¸ chÊt ®èt) nh÷ng h¹n chÕ vÒ ®Æt ®iÓm khai th¸c (chiÒu ch×m, chiÒu réng). C¸c yªu cÇu trªn chóng lu«n m©u thuÉn nhau, cho nªn tÊt c¶ c¸c yªu cÇu kh«ng thÓ ®ång thêi cïng tèi u. Khi thiÕt kÕ mét vµi kiÓu tµu, nhÊt lµ tµu vËn t¶i, tµu ®¸nh c¸, tµu kÐo lµ ph¶i chän nh÷ng h×nh d¸ng sao cho chóng ®¶m b¶o ® îc vËn tèc cÇn thiÕt cña tµu, ®ång thêi c«ng suÊt ®éng c¬ ph¶i nhá nhÊt. C«ng suÊt cÇn thiÕt cho tµu kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo lùc c¶n, mµ cßn phô thuéc kiÓu thiÕt bÞ ®Èy. Chän h×nh d¸ng th©n tµu còng ph¶i xÐt tíi ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng cña tµu trªn sãng, chßng chµnh, hiÖn t îng h¾t n íc lªn boong, c¸c yªu cÇu vÒ æn ®Þnh, ¨n l¸i, c¸c ®iÒu kiÖn vÒ luång l¹ch h¹n chÕ vµ c¸c yªu cÇu lµm viÖc ®Æt biÖt cña thiÕt bÞ ®Èy ®Òu liªn quan chÆt chÏ ®Õn kÝch th íc vµ h×nh d¸ng th©n tµu. ChÝnh v× lÏ ®ã mµ c¸c sè liÖu thèng kª kh«ng ph¶i lóc nµo còng cho phÐp rót ra nh÷ng kÕt luËn ®óng vÒ kÝch th íc vµ h×nh d¸ng cña nã tèi u nhÊt vÒ ph ¬ng diÖn gi¶m lùc c¶n. C¸c kÝch th íc vµ h×nh d¸ng cña tµu ®Òu ® îc x¸c ®Þnh b»ng ph ¬ng ph¸p ph©n tÝch c¸c kÕt qu¶ thö kÐo m« h×nh. Ta ph¶i xem xÐt cô thÓ ¶nh h ëng cña kÝch th íc nµo tíi thµnh phÇn lùc c¶n nµo lµ chñ yÕu. Ch¼ng h¹n lùc c¶n ma s¸t hÇu nh kh«ng phô thuéc vµo h×nh d¸ng th©n tµu, ng îc l¹i lùc c¶n sãng vµ trªn c¸c tµu bÐo chÝnh lµ lùc c¶n h×nh d¸ng phô thuéc rÊt nhiÒu vµo h×nh d¸ng th©n tµu. Lùc c¶n sãng phô thuéc vµo c¸c tØ sè kÝch th íc vµ c¸c hÖ sè bÐo th©n tµu trong ®ã cã hÖ sè bÐo däc . §èi víi nh÷ng tµu cã trÞ sè Fr thÊp h¬n ® êng cong (Xem H8.1) cÇn ph¶i gi¶m lùc c¶n nhít, c¸c tµu ®ã gäi lµ c¸c tµu ch¹y chËm. H×nh 8.1. C¸c sè Fr mµ t¹i ®ã lùc c¶n sãng t¨ng lªn. 65
Giíi h¹n thay ®æi trung b×nh cña c¸c sè Fr KiÓu tµu Sè Fr KiÓu tµu Sè Fr 0,15  0,22 Tµu nhanh chuyªn tuyÕn 0,28  0,34 Tµu hµng láng 0,19  0,27 Tµu ®¸nh c¸ 0,25  0,37 Tµu hµng kh« 0,22  0,27 Tµu kÐo (kh«ng hµng) 0,30  0,40 Tµu chë kh¸ch Sù thay ®æi cña thÓ tÝch ng©m n íc vµ c¸c kÝch th íc chÝnh cña tµu cã ¶nh h ëng tíi lùc c¶n nhít vµ lùc c¶n sãng. Ta xÐt sù thay ®æi lùc c¶n do thÓ tÝch ng©m n íc vµ c¸c kÝch th íc chÝnh thay ®æi khi gi÷ nguyªn tÝnh ®ång d¹ng h×nh häc. Ta cho Fr = const th× lùc c¶n d ®¬n vÞ RR/D còng sÏ kh«ng thay ®æi, nh ng lùc c¶n ma s¸t ®¬n vÞ RF/D thay ®æi do thay ®æi tèc ®é tµu øng víi tØ sè v1/v2 = L1 / L 2 . Lùc c¶n ma s¸t ®¬n vÞ tr íc vµ sau: (RF/D)1(RF/D)2 = (CFo1 - CA1)/ (CFo2 - CA2) (8.2.1) Trong ®ã: Re1/Re2 = (L1/L2)3/2. chØ sè "1" c¸c th«ng sè cña tµu tr íc khi thay ®æi l îng chiÕm n íc. chØ sè "2" c¸c th«ng sè cña tµu sau khi thay ®æi l îng chiÕm n íc. NÕu CA = const th× (8.2.1) chØ ra r»ng: khi gi¶m kÝch th íc tµu lùc c¶n nhít ®¬n vÞ cña tµu sÏ t¨ng lªn, vµ khi t¨ng th× nã gi¶m xuèng. Sù thay ®æi chiÒu dµi tµu lµm L/B hoÆc  = L/ 3 V thay ®æi, mèi quan hÖ gi÷a nh÷ng thay ®æi cña c¸c ®¹i l îng ®ã cã thÓ viÕt: L/V = 1/BT, nghÜa lµ  = (B/T)1/3(L/B)2/31/3 (8.2.2) C¨n cø vµo (8.2.2) khi B/T = const th× sù thay ®æi cña L/B t ¬ng ® ¬ng víi sù thay ®æi cña 3/2. VËy viÖc t¨ng chiÒu dµi tµu khi gi÷ nguyªn tèc ®é, l îng chiÕm n íc, hÖ sè bÐo  vµ tØ sè B/T th× sÏ lµm t¨ng L/B,  vµ , cßn sè Fr gi¶m cho nªn hÖ sè lùc c¶n d gi¶m xuèng trong giíi h¹n Fr > 0,25. RR/D = CR(Fr2/2)(/V2/3) (8.2.3) VËy viÖc t¨ng tØ sè B/T khi gi÷ nguyªn L vµ D, lóc ®ã chiÒu réng tµu t¨ng vµ thÓ tÝch tËp trung gÇn mÆt n íc, dÉn tíi lùc c¶n sãng t¨ng. Trong c¸c hÖ sè bÐo , , ,  vµ  th× hÖ sè bÐo  vµ  cã ¶nh h ëng nhiÒu nhÊt tíi lùc c¶n. 66
Cµng t¨ng sè Fr th× viÖc t¨ng  mét c¸ch tõ tõ trë nªn hîp lý tõ  = 0,56  0,58 khi Fr  0,3 t¨ng tíi  = 0,63  0,65 khi Fr  0,45. Quan hÖ gi÷a  vµ Fr x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc sau: PP = a - bFr (8.3.1) Trong ®ã: TrÞ sè a vµ b phô thuéc kiÓu tµu vµ sè Fr. a = 0,80  1,21 vµ b = 1,44  2,3 Theo STUMPH:  = 0,967 - 0,495Fr - 3,915Fr2 (8.3.1) §èi víi tµu vËn t¶i ng êi ta ®Òu sö dông ®o¹n th©n èng. Nã lµm t¨ng dung tÝch vµ ®¬n gi¶n c«ng nghÖ ®ãng míi, viÖc chän hîp lý chiÒu dµi ®o¹n th©n èng vµ vÞ trÝ cña nã sÏ kh«ng g©y ¶nh h ëng xÊu tíi lùc c¶n sãng vµ lùc c¶n h×nh d¸ng. ChiÒu dµi hîp lý phÇn thon ®u«i LK > 3,3  khi Fr = 0,24  0,25. VÒ mÆt thuû ®éng th× th©n èng kh«ng cã lîi. Hoµnh ®é t©m næi xc, th êng ® îc m« t¶ b»ng tØ sè xc/L ph¶i ® îc x¸c ®Þnh theo yªu cÇu gi¶m lùc c¶n vµ ®é chói cña tµu. NÐu dÞch t©m næi vÒ mòi tÝnh tõ mÆt ph¼ng s ên gi÷a cho phÐp t¹o ®é nhän phÇn ®u«i tµu, th êng ¸p dông cho c¸c tµu cã sè Fr < 0,20 v× ®èi víi nh÷ng tµu nµy cÇn quan t©m tíi viÖcgi¶m lùc c¶n nhít. nh÷ng tµu cã   0,55 chuyÓn xc/L vÒ ®u«i kho¶ng 2  3% . CÇn chó ý r»ng ®é chªnh lÖch xc/L trong giíi h¹n 1% so víi vÞ trÝ cã lîi sÏ kh«ng lµm t¨ng ®ét ngét lùc c¶n, chØ ngo¹i trõ  > 0,70 vµ Fr > 0,22. §èi víi c¸c tµu ch¹y nhanh Fr > 0,4 nh»m môc ®Ých vãt nhän ® êng n íc mòi khoong nh÷ng lµm t©m næi dÞch chuyÓn vÒ ®u«i mµ cïng mét lóc cßn dÞch s ên cã diÖn tÝch lín nhÊt vÒ ®u«i n»m ë 55  60% chiÒu dµi tÝnh tõ mòi tµu. D¹ng phÇn mòi tµu ® îc thiÕt kÕ ë nh÷ng Fr lín h¬n trÞ sè Fr trªn h×nh 8.1 xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn gi¶m lùc c¶n sãng còng nh ®¶m b¶o c¸c tÝnh n¨ng ®i biÓn trªn sãng. Khi c¸c sè Fr thÊp h¬n trÞ sè Fr trªn h×nh 8.1 cÇn sö dông d¹ng ® êng n íc mòi lµ th¼ng hoÆc låi víi gãc nhän H  30  45o øng víi ® êng 1,2 (Xem H8.2) H×nh 8.2. D¹ng ® êng n íc mòi. Khi sè Fr cµng lín th× sãng b¶n th©n cµng lín nªn sö dông ® êng n íc h×nh ch÷ S, ® êng 3 ®iÓm uèn O. Khi Fr  0,32 nªn sö dông ® êng n íc d¹ng h×nh nªm, ® êng 4 víi gãc nhän H = 8  14o. 67
§èi víi nh÷ng tµu cã  trung b×nh vµ bÐ phÇn mòi sö dông s ên d¹ng ch÷ U, ch÷ V vµ gi÷a U víi V. C¸c nghiªn cøu cña VOSSERS vµ SVEN cho thÊy r»ng: trong c¸ ®iÒu kiÖn sãng c¸c tµu vËn t¶i cã s ên ch÷ V lùc c¶n lín h¬n s ên ch÷ U ®Æc biÖt khi /L < 1, v× vËy trong c¸c ®iÒu kiÖn ®ã tµu cì lín tèt nhÊt lµ dïng s ên ch÷ U, cßn ®èi víi tµu t ¬ng ®èi ng¾n khi /L > 1 chän d¹ng s ên ch÷ V. §Ó gi¶m lùc c¶n sãng cña c¸c tµu cã  = 0,5  0,7 khi Fr  0,25  0,35 ng êi ta dïng mòi qu¶ lª. Mòi qu¶ lª cã thÓ gi¶m trªn 10  15% tæng lùc c¶n ®¬n vÞ trong giíi h¹n c¸c sè Fr > 0,22 (Xem H8.3). H×nh d¸ng sèng mòi ® îc x¸c ®Þnh dùa trªn tÝnh chÊt ®i biÓn vµ khai th¸c cña tµu. Khi c¸c s ên h×nh ch÷ V th× b×nh th êng sèng mòi cã vÕt lÑm phÇn d íi n íc, khi s ên ch÷ U th× kh«ng cã nã. D¹ng phÇn ®u«i chñ yÕu ® îc chän theo ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña chong chãng, sù t ¬ng t¸c cã lîi gi÷a nã vµ th©n tµu, tr¸nh chÊn ®éng, d¹ng ® êng n íc ®u«i chän sao cho tr¸nh ® îc hiÖn t îng t¸ch líp biªn, vËy ® êng n íc kh«ng nªn uèn ®ét ngét vµ gãc nã t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng kh«ng lín h¬n 33o. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y phÇn ®u«i cña c¸c tµu vËn t¶i th êng cã d¹ng ®u«i côt vµ trªn c¸c tµu nhanh khi Fr > 0,4 nÕu ®u«i côt nhóng n íc sÏ cã hiÖn t îng t¸ch biªn vµ lùc c¶n nhít t¨ng lªn 5  20%. H×nh 8.3. H×nh d¸ng phÇn mòi vµ ®u«i tµu. C¸c tµu néi ®Þa ch¹y trong s«ng, hå, kªnh, vïng ®Ëu tµu vµ chóng cã thÓ ch¹y ra biÓn ( tµu pha s«ng biÓn). H×nh d¸ng cña c¸c tµu nµy x¸c ®Þnh b»ng nh÷ng h¹n chÕ chiÒu ch×m, chiÒu réng. TÊt c¶ c¸c tµu kiÓu nµy chia thµnh tµu tù hµnh vµ kh«ng tù hµnh. §èi víi tµu néi ®Þa vµ pha s«ng biÓn tù hµnh søc chë lín víi Fr = 0,16  0,20, B/T >3 vµ 6 < L/B < 9. PhÇn th©n èng kÐo dµi tíi 60% chiÒu dµi tµu vµ hÖ sè bÐo thÓ tÝch lín 0,78 <  < 0,87. PhÇn mòi vµ ®u«i cã d¹ng ®Æc biÖt. C¸c phÇn ®u«i cña c¸c tµu tù hµnh ®Ó gi¶m lùc c¶n h×nh d¸ng, ®¶m b¶o cho chong chãng lµm viÖc khi ch¹y tiÕn vµ lïi, còng nh tÝnh ®iÒu khiÓn tµu. §èi víi c¸c tµu kh«ng tù hµnh th× lùc c¶n nhít lµ chñ yÕu. §èi víi c¸c sµ lan nµy B/T = 3.5  11, vµ  = 0,8  0,9 68
Ch ¬ng 9 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu nhiÒu th©n Khi c¸c th©n tµu chuyÓn ®éng gÇn nhau sÏ xuÊt hiÖn c¸c qu¸ tr×nh t ¬ng t¸c thuû ®éng phøc t¹p dÉn ®Õn thay ®æi trÞ sè lùc c¶n chuyÓn ®éng. HiÖn nay ng êi ta ®· cã mét sè kiÓu tµu mµ theo yªu cÇu khai th¸c thÓ tÝch ng©m n íc ® îc ph©n ra vµi th©n nèi víi nhau b»ng mét sµn cøng, c¸c tµu ®ã gäi lµ tµu nhiÒu th©n. Trong sè c¸c tµu ®ã ta ph©n ra tµu hai th©n (Catamaran) vµ ba th©n (Trimaran). H×nh d¸ng vµ tû sè kÝch th íc cña c¸c tµu nãi trªn hoµn toµn kh¸c víi tµu mét th©n cã tæng thÓ tÝch ng©m n íc t ¬ng øng, chÝnh v× vËy ®· lµm thay ®æi ®¸ng kÓ trÞ sè vµ vai trß cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n. C¸c biÕn l îng lùc c¶n ®Òu sinh ra bëi c¸c qu¸ tr×nh t ¬ng t¸c thuû ®éng cña c¸c th©n. So víi tµu mét th©n cã cïng thÓ tÝch ng©m n íc V th× diÖn tÝch mÆt ít ®¬n vÞ /V2/3 cña tµu hai vµ ba th©n lín h¬n nªn nã lµm lùc c¶n ma s¸t ®¬n vÞ cña c¸c tµu ®ã t¨ng h¬n. Trong qu¸ tr×nh t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a c¸c th©n vËn tèc c¶m øng cña dßng bao chóng sÏ t¨ng lªn, lµm ¶nh h ëng ®Õn kÕt cÊu cña líp biªn vµ t¨ng thªm lùc c¶n nhít. Tr êng vËn tèc c¶m øng lµm thay ®æi kÕt cÊu cña sãng b¶n th©n cña tµu nhiÒu th©n. Qu¸ tr×nh t ¬ng t¸c sãng phô thuéc vµo Fr vµ vÞ trÝ t ¬ng quan cña c¸c th©n vµ lµm gi¶m lùc c¶n sãng. Nh vËy cã thÓ ®¸nh gi¸ ® îc l îng t¨ng lùc c¶n nhít còng nh l îng gi¶m lùc c¶n sãng so víi tæng lùc c¶n cña nh÷ng tµu mét th©n. H×nh 9.1. S¬ ®å tµu nhiÒu th©n. a. - tµu hai th©n b. - tµu ba th©n 69
Tæng ¶nh h ëng cña sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a c¸c th©n ®èi víi tæng lùc c¶n kh«ng chØ phô thuéc vµo c¸ch bè trÝ t ¬ng quan cña c¸c th©n vµ sè Fr, mµ cßn phô thuéc vµo h×nh d¸ng cña c¸c th©n, còng nh c¸c th«ng sè L/B,  vµ  = L/ 3 V . H×nh 9.2 tr×nh bµy biÕn l îng t ¬ng ®èi cña tæng lùc c¶n cña tµu hai th©n theo c¸c kho¶ng c¸ch kh¸c nhau gi÷a c¸c th©n. H×nh 9.2. ¶nh h ëng cña Fr vµ 2b/L ®Õn lùc c¶n toµn bé cña tµu hai th©n víi L/B1 = 8. §Ó ®¸nh gi¸ ¶nh h ëng cña sù t ¬ng t¸c thuû ®éng ®èi víi lùc c¶n d ta cã c«ng thøc sau: CR = (CV - CFo)kvo + CVkWo Trong ®ã: kWo vµ kvo t ¬ng øng lµ c¸c hÖ sè ¶nh h ëng t¸c dông cña c¸c th©n tµu kÒ nhau tíi lùc c¶n sãng vµ nhít x¸c ®Þnh theo h×nh 9.3 vµ 9.4.cho tµu hai vµ ba th©n khi Fr  0,15 TrÞ sè (CV - CFo) lÊy b»ng tµu mét th©n. H×nh 9.3. Sù phô thuéc kWo vµo 2 b vµ Fr. H×nh 9.4. Sù phô thuéc kVo vµo 2 b vµ . ViÖc ¸p dông c¸c th©n kh«ng ®èi xøng cho tµu hai th©n sÏ cã ¶nh h ëng tíi kVo vµ o k. W Trªn nh÷ng tuyÕn s«ng ng êi ta ¸p dông réng r·i c¸c sµ lan kh«ng tù hµnh vµ ghÐp chóng l¹i thµnh ®oµn tµu vµ ® îc truyÒn ®éng b»ng c¸ch kÐo hoÆc ®Èy. (§oµn tµu còng cã thÓ b»ng nh÷ng ph©n ®o¹n ®Æc biÖt). Sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a c¸c sµ lan g©y ¶nh h ëng lín tíi lùc c¶n vµ sù lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy. Sè Fr cña ®oµn tµu lµ bÐ Fr = 0,06  0,12, v× vËy vai trß chÝnh lµ lùc c¶n nhít, vµ sù thay ®æi lùc c¶n ®ã sinh ra bëi sù t ¬ng t¸c cña c¸c sµ lan víi tµu kÐo. §oµn tµu (b»ng ph ¬ng ph¸p kÐo) gåm nh÷ng sµ lan ® îc nèi ghÐp víi nhau theo c¸c s¬ ®å kh¸c nhau, vÝ dô gåm ba sµ lan ghÐp hµng mét, kÝ hiÖu (1+1+1) 70
gåm hai sµ lan ghÐp hµng hai, kÝ hiÖu 2 gåm mét sµ lan ®i tr íc, tiÕp theo hai sµ lan vµ cuèi cïng lµ mét sµ lan, kÝ hiÖu (1+2+1). Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña ®oµn tµu lµ R kh«ng b»ng tæng lùc c¶n cña c¸c sµ lan trong ®oµn Ro khi chóng ch¹y mét m×nh. Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña ®oµn tµu ® îc ®¸nh gi¸ b»ng hÖ sè ghÐp kghÐp. Theo D«v«ncèp: n  R oi kghÐp = R/ (9.2.1) i 1 §Ó so s¸nh hiÖu qu¶ cña c¸c ®oµn tµu, ta dïng: n n n R/  D oi = kghÐp  R oi /  D oi (9.2.2) i 1 i 1 i 1 Giíi h¹n thay ®æi cña kghÐp §oµn kÐo §oµn ®Èy §oµn kghÐp §oµn kghÐp 0,78  0,90 0,75  0,95 1+1 1+T 0,75  0,85 0,75  0,85 1+1+1 1+1+T 0,95  1,10 0,67  0,82 2 1+1+1+T 0,80  0,96 0,74  0,85 2+2 2+2+T 0,70  0,87 0,64  0,80 2+2+2 2+2+2+T Qua kÕt qu¶ trªn tµu thùc vµ m« h×nh cho thÊy: Ch¼ng h¹n s¬ ®å ghÐp (1+1+1) lùc c¶n cña chóng gåm lùc c¶n cña tõng chiÕc 49%, 100% vµ 125% t ¬ng øng. Nh vËy sµ lan ®i ®Çu cã lùc c¶n nhá nhÊt vµ lín nhÊt lµ sµ lan cuèi ®oµn. HÖ sè ghÐp ® îc ghÐp ® îc x¸c ®Þnh qua c¸c ®ît thö ®oµn tµu trong bÓ thö, v× Re rÊt bÐ nªn chiÒu dµi m« h×nh sµ lan kh«ng nhá h¬n 5 m. HÖ sè kghÐp kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é chuyÓn ®éng, sù h¹n chÕ cña chiÒu s©u luång l¹ch cã ¶nh h ëng tíi kghÐp kh«ng ®¸ng kÓ. Khi H/T > 2 th× ¶nh h ëng ®ã cã thÓ bá qua. Trong qu¸ tr×nh kÐo, th× chiÒu dµi d©y c¸p kÐo cã ¶nh h ëng tíi lùc c¶n do dßng n íc mµ chong chãng cña tµu kÐo ®¹p vµo ®oµn sµ lan. ChiÒu dµi d©y kÐo tèi u ®Ó ®¶m b¶o c¶ hai yÕu tè lµ lùc c¶n vµ tÝnh quay vßng n»m trong kho¶ng lc = (2  2,5)L1. Trong ®ã: L1 lµ chiÒu dµi sµ lan ®i ®Çu ®oµn. ViÖc dïng ph ¬ng ¸n ®Èy ®· lµm cho tèc ®é chyÓn ®éng t¨ng thªm (5  20)% so víi ®oµn kÐo. Lùc c¶n ®oµn ®Èy nhá h¬n lµ do tr¸nh ® îc dßng n íc cña chong chãng tµu ®Èy. Lùc c¶n ®oµn tµu ®Èy còng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (9.2.1). HÖ sè ghÐp kghÐp phô thuéc h×nh d¹ng cña sµ lan, khe hë gi÷a chóng, ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm (m« h×nh hay tµu thùc). Ch÷ T kÝ hiÖu cho tµu ®Èy n»m cuèi ®oµn tµu khi thö m« h×nh ®oµn tµu nÕu FrM = FrH th× CRM = CRH. §Ó xÐt ¶nh h ëng t ¬ng t¸c thuû ®éng cña c¸c sµ lan ®èi víi lùc c¶n ma s¸t cña tÊm t ¬ng ® ¬ng, hÖ sè ma s¸t trung b×nh cña tÊm ® îc tÝnh theo c«ng thøc: n  ki o C Foi  i i 1 C Fo  (9.2.3) n  i i 1 71