tính toán thiết bị lái bằng phương pháp lí thuyết với yêu cầu quy phạm, chương 10 pot

Chương 10:
Tính toán đặc tính thủy động của
bánh lái
- Mục đích của việc tính toán đặc tính thuỷ động học bánh lái
là đi xác định các lực v
à mômen thủy động tác dụng lên bánh lái
để làm cơ sở cho việc xác định kết cấu trục lái, bánh lái và chọn
máy lái, tính toán bền cho thiết bị lái.
- Khi tính toán lực và mômen bánh lái, chúng ta ứng dụng
các định luật cơ học chất lỏng. Theo các định luật ấy, khi bánh lái
được đặt trong d
òng chảy vận tốc v
s
, dưới góc tấn α, dưới tác dụng
của dòng chảy chất lỏng phân bố áp lực ở mặt trên và mặt dưới của
profin mặt cắt bánh lái khác nhau, làm xuất hiện lực tác động
ngang. Các lực thủy động tác động lên bánh lái gồm có: Lực nâng
L và lực cản D.
- Tổng hợp của L và D sẽ được lực R - lực chính tác động lên
bánh lái: (hình III.2).

22
DLR 
- Lực R có thể phân thành hai thành phần gồm:
+ Lực pháp tuyến:


sin.cos. DLN


.

+L
ực tiếp tuyến:


cos.sin. DLT


.
Các l
ực này đặt tại tâm áp lực k.
- Mômen thủy động ở cạnh trước của bánh lái:
M
tđ
=
N.e
Trong đó:
e - khoảng cách từ
cạnh trước của bánh lái
đến điểm đặt lực N.
- Mômen tải trên trục
lái được tính theo công thức:
M
0
= N.x = N.(e – a).
Trong đó:
e - khoảng cách từ trục lái đến cạnh trước của bánh lái.
a - khoảng cách từ điểm đặt lực đến tâm trục lái.
- Trong bảng 11-3, sổ tay kỷ thuật tàu thủy tập I đã cho biết
đặc tính của bánh lái có
.6

1


- Trong thực tế thiết kế tàu thủy, bánh lái thường có hệ số λ
nhỏ hơn 6. Vì các hệ số C
L
, C
D
và C
M
phụ thuộc rất nhiều vào λ
nên ta tính các hệ số ấy cho mọi bánh lái như sau: C
D2
= C
D1
+
C
1
C
L
2
. [3- tr 709]
L
CC
121


. [3- tr 709]
-
Trong đó: )

11
(
1
12
1

C [3- tr 709]
Hình III.2. Lực thủy động tác dụng lên bánh lái
)
11
(
3,57
12
2

C [3- tr 709]
Tra trong b
ảng 11-3 (3- tr 705) người ta cho biết đặc tính của loại
có λ = λ
1
= 6,
λ
2
= λ
ef
= 1,737
Suy ra:
)
11
(

1
12
1

C = )
6
1
737,1
1
(
14,3
1
 = 0,13
)
11
(
3,57
12
2

C )
6
1
737,1
1
(
14,3
3,57
 = 7,45
- L

ập bảng tính các hệ số C
L
, C
D
và C
M
cột 1÷ cột 4 được cho
giống như trong bảng 11-3 sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy với prôfin
NACA0015.
Các cột khác được tính toán dựa theo các cột 1 ÷ cột 4
Bảng 1.2- Bảng tính đặc tính thủy động học bánh lái.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
α
(độ
)
C
L
C
D
C
M
C
L
2
C
1
*C
L
2
C

D2
=(3)+(
6)
C
2
*C
L
α
2
=(1)+(
8)
0 0 0,01 0 0 0 0,01 0 0
4 0,3
0,01
9
0,07
5
0,09
0,011
7
0,0307 2,235
6,235
8
0,6
1
0,03
7
0,15
0,372
1

0,048
37
0,08537
4,544
5
12,5445
12
0,9
1
0,05
9
0,22
5
0,828
1
0,107
65
0,16665
6,779
5
18,7795
16
1,1
9
0,09
8
0,3
1,416
1
0,184

09
0,28209
8,865
5
24,8655
20 1,4 0,14 0,36 1,96
0,254
8
0,3948 10,43 30,43
22.
5
1,5
3
0,2 0,38
2,340
9
0,304
32
0,50432
11,39
8
33,8985
III.2.2.1. Xác định vị trí tối ưu của trục lái.
- Ta xác định hệ số lực thẳng góc bánh lái C
N
theo công thức
sau:
C
N
= C

L
.cosα + C
D
sinα [2-tr.47]
- Kho
ảng cách tâm áp suất từ cạnh dẫn được xác định theo
công thức:
b
C
C
e
N
M
. [2- tr.46]
L
ập bảng tính vị trí tối ưu của trục bánh lái như sau :
α
C
L
cosα C
D2
sinα cosα*C
L
sinα*C
D2
C
N
C
M
e/b

0 0 1 0,01 0 0 0 0 0 0
6,241 0,3 0,994 0,031 0,109 0,255 0,002 0,257 0,075 0,292
12,557 0,61 0,976 0,085 0,217 0,504 0,015 0,519 0,150 0,288
18,798 0,91 0,947 0,167 0,322 0,721 0,054 0,775 0,225 0,289
24,890 1,19 0,907 0,282 0,421 0,999 0,119 1,018 0,300 0,294
30,458 1,4 0,862 0,395 0,507 1,037 0,160 1,197 0,360 0,300
33,930 1,53 0,830 0,504 0,558 1,060 0,221 1,281 0,380 0,297
Với những góc dẫn lớn hơn, hệ lực thẳng góc C
N
lớn hơn rất
nhiều những trị số tương ứng với góc dẫn nhỏ . Cho nên để nhận
được mô men nhỏ
trên trụ lái, ta nhận vị trí trục lái:
2985,0)3,0297,0(
2
1

b
e
b
a

Khoảng cách trục lái tính từ cạnh dẫn sẽ là:
a = 0,2985.b = 0,2985.2,648 = 0,79 (m)