Lập chương trình tính toán thủy động học bánh lái, chương 6 ppt

Chương 6: Đặc tính thuỷ động của
bánh lái
1. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thuỷ động của
bánh lái.
- Ảnh hưởng của mặt nước và vỏ tàu đến đặc tính thuỷ động
của bánh lái:
Dòng chảy thực qua bánh lái bị ảnh hưởng bởi mặt thoáng của
nước, vỏ t
àu, tác dụng của chân vịt…
Đa số t
àu hiện đại có kết cấu vùng đuôi đảm bảo khi tàu chở
đầy, bánh lái vẫn ngập sâu trong nước v
à hầu như không bị ảnh
hưởng của mặt nước.
Ở đây, ta chỉ xét đến ảnh hưởng của mặt nước khi thiết kế một
số loại tàu sông có bánh lái cắt ngang mặt nước, phà, tàu lướt, 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 dòng chảy, đến sự phân
bố các thành phần vận tốc trong dòng chảy…do đó ảnh hưởng đến
lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái.
Th
ực tế khi tính toán thì ảnh hưởng của vỏ tàu được tính đến
bằng hệ số k
v
, giảm vận tốc dòng chảy qua bánh lái:
v
bl
= v*
v

k (2-15)
k
v
= (1- 
v
)
2
< 1 (2-16)
Trong đó:
v: vận tốc chuyển động của tàu, m/s

v
: hệ số dòng theo của vỏ (tra bảng 1-13, Sổ tay thiết bị phụ
tàu thuỷ). Đối với hệ bánh lái + trụ lái thì 
v
lấy bằng 1.3 hệ số
dòng theo của chân vịt.
Ở đây, trong chương tr
ình tính toán ta chọn trường hợp “Khe hở
giữa vỏ và mép trên bánh lái lớn hơn chiều dày lớn nhất của bánh
lái” theo bảng 1-13, Sổ tay thiết bị phụ tàu thuỷ.

v
= (0.68*  - 0.43 +  + 0.18*
H
hh
21
*2 
)* u (2-17)
Trong đó:

 = 0 đối với tàu có đuôi phẳng (chọn  trong trường hợp này)
 = 0.18 đối với tàu có đuôi thuần dương hạm
u = 1.0 khi bánh lái nằm trong mặt phẳng đối xứng (chọn u trong
trường hợp n
ày)
u = C
B
+ 0.15 khi bánh lái
n
ằm sang phía mạn
: hệ số béo thể tích của
tàu
Hình 2.8. Khe hở giữa vỏ và mép trên bánh lái
l
ớn h
ơn chi
ều d
ày l
ớn nhất của bánh lái.
H
h2h1
Ñöôøng cô baûn
h
1
, h
2
, H: hệ số tuỳ chọn phụ thuộc vòm đuôi tàu (hình vẽ 2.8)
Trong chương tr
ình tính toán, tôi chọn h
2

= h (chiều cao bánh lái);
h
1
= 40%* h; H= h
1
+ h
2
+ 30%* h
T
ừ đó tôi xác định được hệ số k
v
theo (2-16)

- Ảnh hưởng của chân vịt đến đặc tính thuỷ động của bánh lái:
Dòng nước được đẩy bởi chân vịt chảy qua bánh lái, có ảnh
hưở
ng lớn đến đặc tính thuỷ động của bánh lái.
Mỗi chất điểm trong dòng chảy 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 
cv
:


cv
=
22
***
*8
cvcv
Dv
P

(2-18)
Trong đó:
P: lực đẩy của chân vịt, N
P =
)1(*

z
R
, N (2-19)
R: l
ực cản chuyển động của tàu, N
z: s
ố chân vịt, chiếc
: hệ số hút
: khối lượng riêng của nước, kG/m
3
v
cv
: vận tốc dòng chảy tới chân vịt, m/s
v

cv
= v* (1- 
cv
) (2-20)
v: vận tốc chuyển động của tàu, m/s

cv
: hệ số dòng theo của chân vịt

cv
= 0.165* 
z
* W
3

cv
D
V
(2-21)
hay

cv
= 1- (1- 
0
)* (1- 
ms
) (2-22)
: hệ số béo thể tích tàu
V: thể tích lượng dãn nước của tàu, m
3

D
cv
: đường kính chân vịt, m
W: lượng hiệu chỉnh theo số Froude; nếu Fr > 2 thì W =
0.1*(Fr – 0.2), n
ếu Fr  0.2 thì W = 0); trong trường hợp này tôi
ch
ọn W = 0

0
: hệ số dòng theo của tàu đẩy

0
= 0.13* 
z
*
cv
D
V
3
(2-23)

ms
: hệ số dòng theo do ma sát

ms
=
max
'
'

*21
A
L
ms
ms



(2-24)
A
max
: diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của sà lan, m
2
’
ms
: hệ số dòng theo do ma sát tại vùng mũi tàu đẩy
’
ms
= 0.08*
BT
G
3

(2-25)
G: lượng dãn nước của sà lan ở phía trước tàu đẩy, m
3
B, T: chiều rộng và chiều chìm tàu đẩy, m
Hệ số lực đẩy chân vịt cũng có thể được xác định thông qua
bảng thống kê sau:
Loại tàu


v
B
cv
Tàu hàng một chân
vịt
1.0  2.5 15  35
Tàu ven biển
2.5  4.0 35  60
Tàu dầu
2.5  5.0 35  70
Tàu đánh cá
4.0  8.0 60 100
Tàu kéo 8.0 80
Bảng 2.2. Bảng thống kê hệ số 
v
và B
cv
Trong đó: 
v
là hệ số lực đẩy chân vịt
B
cv
là hệ số công suất
Trị số v
hk
nhỏ, ảnh hưởng không đáng kể đến đặc tính thuỷ động
của bánh lái, trong tính toán có thể bỏ qua.
v
d

làm tăng vận tốc dòng chảy qua bánh lái theo hướng dọc trục
chân vịt v’
bl
:
v’
bl
= v
cv
+ v
d
(2-26)
v
t
làm thay đổi góc tấn của dòng chảy qua bánh lái :
 = arctg
bl
tt
v
vv
'


(2-27)
Trong đó:
t
v

: vận tốc tiếp của dòng chảy qua bánh lái khi không có chân
vịt, m/s
Trong tính toán thực tế thiết bị lái, vận tốc dọc của bánh lái qua

dòng chảy được tính theo công thức:
v’
bl
= v
cv
*
3
1
cv

 (2-28)
L
ực pháp tuyến thuỷ động tác dụng lên bánh lái:
N = C
N
*
2
*
2
bl
v

* S’ + C
N
*
2
'*
2
bl
v


* (S + S’) (2-29)
Trong đó:
S’: diện tích phần bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt, m
2
Công (2-29) có thể được viết lại dưới dạng:
N = k
v
* k
cv
* C
N
*
2
*
2
v

* S (2-30)
Trong đó:
k
v
: hệ số kể đến ảnh hưởng của vỏ tàu.
k
cv
: hệ số kể đến ảnh hưởng của chân vịt
k
cv
= 1+
S

S '
* [(1+
cv
)* (
2
)
1
1
v
cv




-1] (2-31)
Trong đó:
S’: diện tích phần bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt,
m
2
S: diện tích bánh lái, m
2

cv
: hệ số lực đẩy chân vịt (tra bảng 2-2 ở trên)
Với S’ được xác định theo công thức:
S’ = h* D
cv
*
alcv
a

cv
vv
v
v


2
(2-32)
Trong đó:
v
cv
= v* (1- 
cv
): vận tốc dòng chảy của chân vịt, m/s
(2-33)
v: v
ận tốc chuyển động của tàu, m/s
h: chi
ều cao bánh lái, m
D
cv
: đường kính chân vịt, m
v
a
= v
cv
* (
cv

1 - 1), m/s (2-34)

v
al
= * v
a
: giá trị tăng tốc độ trung bình do chân vịt tính ở
tâm áp suất bánh lái, m/s
(2-35)
 =
















2
1
1
)
*2
(0.1

1
*
*2
1*
2
1
cv
cv
D
S
D
S
(2-36)
S
1
: khoảng cách từ mặt đĩa chân vịt đến tâm áp suất, m
Sau khi xác định được các hệ số ảnh hưởng của vỏ t
àu và chân
v
ịt đến đặc tính thuỷ động của bánh lái ta đi xác định giá trị các lực
và mômen thuỷ động tác dụng lên bánh lái.
- Giá tr
ị lực nâng được xác định:
L = C
L
* k
v
* k
cv
*

2
*
2
v

* S, kG (2-37)
- Giá tr
ị lực cản được xác định:
D = C
D
* k
v
* k
cv
*
2
*
2
v

* S, kG (2-38)
- T
ổng hợp lực tác dụng lên bánh lái:
R =
22
DL  , kG (2-39)
- Mômen thu
ỷ động:
M
td

= C
M
* k
v
* k
cv
*
2
*
2
v

* S* b, kG.m (2-40)
- Mômen lái trên tr
ục lái được xác định:
M
1
= k
0
* M
td
+ M
ms
, kG.m (2-41)
Trong ph
ạm vi đề tài đi lập chương trình tính toán thuỷ động
học bánh lái, ta không đi xác định giá trị mômen lái trên trục lái mà
ch
ỉ đi xác định giá trị mômen thuỷ động tính từ tâm áp lực (tâm áp
suất) đến cạnh dẫn M

td
.