Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch, chương 3 pptx

chương 3:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUỶ ĐỘNG
HỌC CA NÔ CAO TỐC
Đa số các canô hiện nay hoạt động dựa trên lý thuyết thuỷ
động học v
ì hoạt động trên nguyên lý này có hình dáng, kết cấu
đơn giản hơn hoạt động tr
ên nguyên lý khí động học.
Trong đề t
ài này, canô được thiết kế cũng hoạt động trên
nguyên lý thu
ỷ động học do đó ta cần tìm hiểu về nguyên lý thuỷ
động học của canô cao tốc.
* Lực nâng và lực cản tấm phẳng.
Lực nâng và lực cản của tấm lướt ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ
của canô cao tốc, do đó ta cần xác định các thành phần lực này để
lựa chọn hình dáng đáy canô hợp lý nhất nhằm làm nhẹ cho ca nô
khi chạy.
Đối với các t
àu chạy chậm hoặc tàu thuộc nhóm tàu chạy
nhanh đang đứng yên trên nước phương tr
ình cân bằng được viết
dưới dạng trọng lượng toàn tàu đúng bằng lực nổi.
W =

.V
(1.1)
Trong đó W - trọng lượng tàu (Tấn).
V - thể tích chiếm nước (m
3
).


- trọng lượng riêng của nước (T/m
3
).
Tàu đang chạy, khi sang giai đoạn quá độ lực nâng bắt đầu tham
gia vào thành phần các lực tác dụng lên tàu, phương trình cân bằng
sẽ có dạng:
W =

.V
1
+ L
(1.2)
Trong đó W- trong lượng thân tàu (tấn)
Trong đó: V
1
- thể tích chìm của phần thân tàu trong trạng thái
đang chạy đủ nhanh, trong mọi môi trường V
1
<V.
L - l
ực nâng (KG).
Tàu chạy càng nhanh, lực nâng L càng lớn, V
1
càng nhỏ dần,
song phương tr
ình (1.2) luôn cân bằng.
Lực nâng xuất hiện trong quá trình thân tàu chạy lướt. Dưới tác
dụng của ngoại lực tấm đang nghiêng với góc tấn


, chuyển động
với vận tốc v trong nước. khi chuyển động tấm có tác dụng làm
thay đổi hướng dòng, vận tốc dòng chảy trên tấm chia dòng thành
hai ph
ần, phần dưới và phần trên. Điểm 0 nằm tại ranh giới giữa
hai miền đó gọi là điểm giới hạn. Từ định luật Bernoulli có thể xây
dựng đường phân bố áp lực thuỷ động, giá trị lớn nhất của đường
này phải rơi đúng vào điểm 0

Hình 1.1: Phân tích lực tấm phẳng.
Từ hình ảnh vừa có người ta có thể xây dựng các cách tính
xác định lực thủy động l
ên tấm dạng lướt. Tổng cộng tất cả lực
pháp tuyến trên hình 1.1 có thể quy tụ thành lực F tác động vuông
góc với tấm. Để giúp việc tính toán thuận lợi chúng ta sẽ tiếp tục
phân F thành các thành phần cấu thành mang ý nghĩa thực tế. Lực
F có thể phân thành hai thành phần F
y
và F
x
, theo hướng trục Oy và
Ox tương ứng. Cần giải thích ngay, trong kỹ thuật thành phần F
x
chính là lực cản chuyển động của tấm trong nước, thường được ký
hiệu bằng R hoặc D. Thành phần F
y
thường được gọi là lực nâng L
.
Công su
ất kéo cần thiết của canô:

A = F
x
.v = R.v =F.sin.v (1.3)
Bỏ qua năng lượng tạo sóng lúc chuyển động có thể cho rằng
toàn bộ năng lượng được dùng cho việc đẩy tấm về trước đã dành
cho vi
ệc tạo các tia nước bắn tung tóe ra sau. Vận tốc dòng dạng
này phải bằng tổng vectơ của vận tốc tấm đang lướt và vận tốc
dòng so với tấm.
V
p
= 2.v.cos(/2) (1.4)
Trong khi đó khối lượng nước bị ném về trước trong quá
trình chuyển động của tấm, tính bằng v, với  - mật độ nước
(kg/m
3
),  - chiều dày dòng các tia nước bị phun (m).
Động năng của dòng bị phun tung tóe (Spray) có thể tính:
A
S
= ½.mv
p
2
= ½.v.(2.v.cos (/2))
2
= 2. v
3
.cos
2
(/2)

(1.5)
So sánh (1.3) v
ới (1.5) có thể viết:
F.v.sin = 2. v
3
.cos
2
(
/2)
(1.6)
T
ừ đó:
F = v
2
.


sin
)2/(cos.2
2
= v
2
.
)2/sin().2/cos(.2
)2/(cos.2
2



(1.7)

Ho
ặc là F = v
2
.cotg(/2).
Lực nâng và lực cản tính theo công thức sau:
L = F
y
= F.cos = v
2
.
)2/cos(.2
cot


g

(1.8)
D = F
x
= F.sin = v
2
.
)2/sin(.2
cot


g

(1.9)
Công thức (1.8) cho phép phát biểu rằng, khi đã biết giá trị

của v và  chúng ta có thể xác định ngay được lực nâng L và lực
cản D của tấm, nếu biết rõ về chiều dày lớp nước bị phun tung tóe.
Với góc tấn nhỏ chiều dày lớp này được tính theo công thức:
 =
2

4


l (1.10)
Trong đó: l – chiều dài mặt ướt .
Hình ảnh dòng chảy dưới tấm phẳng (flat planing surface)
được giới thiệu tại h
ình 1.3. Giới thiệu phân bố vận tốc dòng, áp
l
ực thủy động lên tấm.
Hình 1.2. Giới thiệu phân bố vận tốc dòng áp.
Dòng n
ước bị bắn ngang dưới khối trụ đáy V được minh họa
tại hình 1.3a. Hướng dòng và vận tốc dòng được trình bày tại hình
1.3b.
Hình 1.3. Hình thể hiện hướng dòng nước.
Với tấm phẳng đang lướt, phân bố áp suất theo chiều ngang
đáy được giới thiệu tại h
ình 1.4a, còn phân bố dọc của áp suất
được tr
ình bày tại hình 1.4b.
Hình 1.4. Hình phân bố áp suất theo chiều ngang đáy.