tính toán thiết bị lái bằng phương pháp lí thuyết với yêu cầu quy phạm, chương 4 ppsx

Chương 4: Đặc tính thủy động của
bánh lái
II.2.2.2.1. Lực thủy động tác dụng lên bánh lái.
- Khi quay bánh lái một góc α
t
so với phương của dòng chảy,
trên bánh lái xuất hiện hợp lực thủy động P đặt tại một điểm gọi là
tâm áp l
ực của bánh lái.
- Để tiện cho
việc tính toán, P được
phân thành các thành
ph
ần sau: Lực nâng
P
y
vuông góc với
phương d
òng chảy,
lực dọc P
x
theo
hướng dòng chảy, lực
pháp tuyến P
n
vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các dây cung
profin và lực pháp tuyến P
t
nằm trong mặt phẳng đó.
- Lực thủy động tạo nên moomen thủy động M
tđ

: M
tđ
= P
n
.(x
a
– x
t
)
x
a
,x
t
- Biểu diễn trên hình vẽ (II.7).
- M
tđ
dương nếu cản bánh lái quay từ mặt phẳng đối xứng
của tàu sang bên mạn.
Hình II-7. Lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái.

- Các lực và mômen thủy động được biểu diễn qua các hệ số
không thứ nguyên sau:
-H
ệ số lực nâng C
y
: C
y
=
bl
bl

y
A
v
P
.
2
2

-Hệ số lực dọc C
x
: C
x
=
bl
bl
x
A
P
.
2
2

-Hệ số lực pháp C
n
: C
n
=
bl
bl
n

A
v
P
.
2
2

-Hệ số lực tiếp C
t
: C
t
=
bl
bl
t
A
v
P
.
2
2

-Hệ số mômen C
m
: C
m
=
bl
bl
tđ

A
v
M
.
2
2

-Hệ số tâm áp lực C
p
: C
p
=
bl
a
b
x
Trong các công thức trên:

- khối lượng riêng của nước (kg/m
3
).
v
bl
- vận tốc dòng chảy trên bánh lái (m/s).
A
bl
- diện tích bánh lái (m
2
).
B

bl
- chiều rộng bánh lái (m).
Các lực đo bằng kN, mômen - kN.m.
T
ừ các công thức trên ta có:
C
n
= C
y
.cosα
t
+ C
x
.sinα
t
C
t
= C
x
.cosα
t
+ C
y
.sinα
t
C
y
= C
n
.cosα

t
+ C
t
.sinα
t
C
x
= C
n
.sinα
t
+ C
t
.cosα
t
C
m
= C
n
(C
p
– k)
Trong đó: α
t
- góc tấn thực của bánh lái (là góc giữa phương
dòng chảy và mặt phẳng đối xứng của bánh lái).
k - hệ số cân bằng của bánh lái.
Các hệ số trên gọi là các đặc tính thủy động của bánh lái
được xác định bằng thí nghiệm.
II.2.2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thủy động của

bánh lái.
1.
Ảnh hưởng của mặt nước và vỏ tàu đến đặc tính thủy động
của bánh lái.
- Dòng chảy thực qua bánh lái không phải là dòng chảy vô
hạn. Dòng chảy thực bị ảnh hưởng bởi mặt thoáng của nước, bởi
vỏ tàu, bởi tác dụng của chân vịt…
- Đa số các tàu hiện đại có kết cấu vùng đuôi đảm bảo khi tàu
ch
ở đầy bánh lái ngập đủ sâu để hầu như không còn chịu ảnh
hưởng của mặt nước.
- Ảnh hưởng của mặt nước cần phải tính đến khi thiết kế một
số loại tàu sông có bánh lái cắt ngang mặt nước, phà, tàu lướt và
tàu cánh ng
ầm.
- Vỏ tàu nằm trong dòng chảy qua bánh lái nên ảnh hưởng
đến góc tấn thực tế của bánh lái, đến vận tốc d
òng chảy, đến sự
phân bố các thành phần vận tốc trong dòng chảy…do đó ảnh
hưởng đến lực thủy động tác dụng l
ên bánh lái.
- Trong tính toán th
ực tế thiết bị lái, ảnh hưởng của vỏ tàu
được tính đến bằng hệ số k, giảm vận tốc dòng chảy qua bánh lái:
v
bl
= v.
v
k , (1)
k

v
= (1 - ψ
v
)
2
< 1 , (2)
Trong đó: v - vận tốc chuyển động của tàu.
ψ
v
- hệ số dòng theo của vỏ tàu. Đối với hệ bánh lái
+ trụ lái, ψ
v
lấy bằng 1,3 hệ số dòng theo của chân vịt.
- Khi đặt bánh lái dưới vòm đuôi tàu, hệ số kéo dài hiệu dụng
λ
h
của bánh lái tăng lên thùy thuộc vào khe hở giữa mặt trên bánh
lái và v
ỏ tàu (có thể gấp 2 lần hệ số kéo dài hình học λ khi khe hở
giữa mặt trên bánh lái và vỏ tàu bằng không). Ở các tàu có vòm
đuôi không phẳng tại chỗ đặt bánh lái, λ
h
tăng rất ít và có thể coi
như không đổi (λ
h
= λ). Ở các tàu có tuyến hình đơn giản, vòm
đuôi phẳng, khe hở giũa mặt trên bánh lái và vỏ tàu nhỏ thì cần
tính đến ảnh hưởng của vỏ t
àu tới λ.
2. Ảnh hưởng của chân vịt đến đặc tính thủy động của bánh

lái.
- Dòng nước được đẩy bởi chân vịt, chảy qua bánh lái, có ảnh
hưởng lớn đến đặc tính thủy động của bánh lái. Mỗi điểm
chất lỏng
trong dòng đẩy của chân vịt có 3 thành phần vận tốc: vận tốc dọc
v
d
hướng dọc trục chân vịt; vận tốc tiếp v
t
hướng vuông góc với
bán kính trục chân vịt; vận tốc hướng kính v
hk
hướng dọc bán kính.
- - Trị số và tương quan của các thành phần vận tốc nói
trên phụ thuộc hệ số lực đẩy của chân vịt σ
cv
:
σ
cv
=
22
8
cvcv
Dv
P

Trong đó: P - lực đẩy của chân vịt:
P =
)1(


z
R
, N
R - l
ực cản chuyển động của tàu; N.
z - s
ố chân vịt.
θ - hệ số hút.
ρ - khối lượng riêng của nước (kg/m
3
).
v
cv
- vận tốc dòng chảy tới chann vịt (m/s).
v
cv
= v(1 - ψ
cv
), (3)
v - v
ận tốc chuyển động của tàu (m/s).

ψ
cv
- hệ số dòng theo của chân vịt.
D
cv
- đường khính chân vịt (m).
- Trong tính toán thực tế thiết bị lái, vận tốc dọc của dòng
ch

ảy qua bánh lái được tính theo công thức:
v
’
bl
= v
cv
cv

1
, (4)
- L
ực pháp tuyến thủy động P
n
tác dụng lên bánh lái:
P
n
= C
n
. ).(
2
.

2
.
'
'
'
2
blbl
bl

nbl
bl
AA
v
CA
v


Trong đó, A
’
bl
- diện tích phần bánh lái nằm trong dòng đẩy
của chân vịt.
- Biến đổi biểu thức trên, chú ý đến (1), (2), (3) và (4) ta
được:
P
n
= k
v
.k
cv
.C
n
.
bl
A
v
.
2
.

2

Trong đó: k
v
- hệ số kể đến ảnh hưởng của vỏ tàu (công thức
2).
k
cv
- hệ số kể đến ảnh hưởng của chân vịt.
k
cv
= 1 +





















1
1
1
)1(
2
'
v
cv
cv
bl
bl
A
A



C
n
- hệ số lực pháp của bánh lái cô lập.