ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - MỞ ĐẦU doc

ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ

1
Lờinóiđầu
Vớisựpháttriểnkhôngngừngcủangànhkinhtếvậntảisôngbiển,thì việcnghiên
cứuvàcảitiếncácloạithiếtbịđẩytàuđóngmộtvaitrò hếtsứcquantrọng.Bởilẽ
chúng có liên quan trực tiếp tới các chỉ tiêu kinh tế và khai thác của mỗi con tàu cụ thể.
Sự pháttriểncủangành đóngmới,nhấtlàtronglĩnhvựcthiếtbịđẩytàuvàonhững
nămgầnđây đãđemlạinhữngthay đổivềchất.Trongthựctếđã có thể giải đ ợcmột

loạtbàitoánmớinh mô tả bề mặtcánhchongchóngbằngtoánhọccầnchoviệclập
ch ơngtrình điềukhiểncácmáycôngcụcólắpbộđiềukhiểnch ơngtrìnhvàtựđộng
vẽ hình để chế tạochongchóng.Tínhtoánsứcbềncánhchongchóngcóđểýđếncác
đặctínhvềmỏi.Nghiêncứuhếtsứctỉmỉcáctínhchấtdao độngcủachongchóngvà
sự t ơngtácthuỷđộnggiữachúngvớithântàu.Xemxétsựlàmviệccủachongchóng
ở các chế độ đặc biệt.
Kỹ thuật điệntoán đã đ ợc ápdụngrộngrãivàocôngviệctínhtoánkỹthuậtnhằm
cungcấpnhữngkiếnthứcthựctếchosinhviêntrongnhữngtr ờnghợpnóđã có thể
loại bỏ đ ợc các sơ đồ tính toán bằng tay.
Thờigiangầnđâyng ờitaquantâmnhiều đếnviệcnghiêncứukếtcấucủadòng
chảy ở gầnthântàuvàtínhtoándòngchảy đó,nhằm đ aracácbiệnpháp để nângcao
hiệu quả đẩy và độ tin cậy của thiết bị đẩy cũng nh giảm tiếng ồn thuỷ động,
Sự pháttriểncủakỹthuậtthựcnghiệmchophéptanhận đ ợcnhững t liệumới
trong lĩnh vực này và có giá trị kỹ thuật quan trọng.
Tínhchấtnổibậtcủatậpgiáotrìnhnàylàtàiliệukhá tổngquantrongkhuônkhổ
hạnchế phù hợpvớich ơngtrìnhkhoá họcthuộcngành Đóngvàsửachữatàu.Nó
chứa đựngnhiềuch ơngbổxung để sử dụnglàmtàiliệugiáokhoacholĩnhvựcThuỷ
khí động học nói chung.
Để pháthuykhả năngtựnghiêncứucủasinhviênchonêngiáotrìnhnàyđã hết
sứcchúýđếnviệcnêubậtcácquyluậtvậtlýcơbảnđể nóilênsựlàmviệccủacác
loạithiếtbịđẩytàucácchứngminhcủacácđápsốvàmốiràngbuộclẫnnhaugiữacác
phầncủagiáotrình để tạoramộtcơsởđángtincậychoviệcsángtạotronggiảiquyết
côngviệc kỹ thuậtvà nghiên cứu khoa học.
Khiviếtcuốnsáchnàychúngtôixétrằng,sinhviên đã đ ợchọccácmôncơchất
lỏng,toánvàkỹthuậttính.Nh vậytrongnhiềutr ờnghợptránh đ ợcsựtrùnglặpvà
tạo khả năng h ớng cho sinh viênvàoviệc giải bài toán bằng máy tính điện tử.
Thuậtngữ và hệ thốngkýhiệuquy ớc đuợcdùngphù hợpvớisáchnàyđể sinh
viênsửdụngthamkhảocũngnh đểđảmbảosựthốngnhấtquanniệmtrongcácphần
riêng lẻ của cuốn sách.
Mọi nhậnxétvà đề nghị cho lần xuất bản sẽ đ ợc chúng tôi chân thành cảm ơn.

2
3
Ch ơng, mục Tên ch ơng, mục Trang số
01
Mục lục 03
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 07
Phần 1
Lực cản chuyển động của tàu
09
Ch ơng 1
09
1.1
Đối t ợng của môn học 09
1.2
Lực cản chuyển động của tàu thuỷ và các thành phần của
lực cản
10
1.3
Những công thức chung
để tính toán lực cản và công suất kéo của tàu
15
1.4
Đặc điểm thay đổi lực cản 18
1.5
Xác định lực cản của n ớc đối với chuyển động của tàu
bằng các đặc tr ng của vết thuỷ động
20
1.6
Mặt ớt của tàu và cách tính diện tích mặt ớt 22
Ch ơng 2

23
2.1
Lớp biên và vết thuỷ động học 23
2.2
Lực cản ma sát của tấm phẳng 25
2.3
Lực cản nhớt của prôfin dễ thoát n ớc
và cácvật thể tròn xoay
27
2.4
Lực cản nhớt của vật thể khó thoát n ớc 28
2.5
Lực cản nhớt của tàu 28
2.6
nh h ởng của độ nhám chung tới lực cản nhớt
30
2.7
nh h ởng của độ nhám cục bộ tới lực cản nhớt
33
2.8
nh h ởng của lớp rêu, hà bámvàovỏ bao tàu
đến lực cản của tàu
35
2.9
Các ph ơng pháp giảm lực cản nhớt 36
2.10
Lực cản không khí đối với chuyển động của tàu 39
Ch ơng 3
43
3.1

Sự hình thành sóng bản thân khi tàu chuyển động 43
3.2
Các tính chất của lực cản sóng 46
3.3
Các ph ơng pháp giảm lực cản sóng 47
Ch ơng 4
49
4.1
Lực cản khi tàu chuyển động trong n ớc cạn 49
4.2
Lực cản khi tàu chuyển động trong kênh đào 51
4
4.3
Nghiên cứu lý thuyết về lực cản của tàu chuyển động
trong kênh đào
53
Ch ơng 5
55
Ch ơng 6
57
6.1
Bể thử mô hình tàu 57
6.2
Tính chuyển lực cản từ mô hình sang tàu thực 59
Ch ơng 7
61
7.1
Phân loại các ph ơng pháp gần đúng để tính lực cản 61
7.2
Ph ơng pháp tính lực cản d 62

7.3
Xác định lực cản bằng cách tính chuyển từ tàu mẫu 62
Ch ơng 8
65
8.1
Cách chọn hình dáng thân tàu 65
8.2
nh h ởng của sự thay đổi thể tích ngâm n ớc
và tỷ số kích th ớc của tàu đối với lực cản
66
8.3
nh h ởng của các hệ số béo tới lực cản
66
8.4
Hình dáng thân tàu biển 67
8.5
Hình dáng tàu nội địa và tàu pha sông biển 68
Ch ơng 9
69
9.1
Lực cản chuyển động của tàu hai và ba thân 69
9.2
Lực cản chuyển động của đoàn tàu kéo, đẩy 70
Ch ơng 10
73
10.1
Lực cản của các tàu chạy ở chế độ chuyển tiếp 73
10.2
Tàu l ớtvà lực cản của tàu l ớt 74
10.3

Các đặc tính thuỷ động của bề mặt l ớt 75
Ch ơng 11
77
11.1
Tàu cánh ngầm 77
11.2
Các đặc tính thuỷ động của cánh ngầm 80
11.3
Dòng bao vật thể và lực cản
khi có hiện t ợngxâm thực
80
11.4
Lực cản tàu đệm khí kiểu buồng 81
11.5
Lực cản của tàu đệm khí kiểu phun 83
5
Phần 2
thiết bị đẩy Tàu thuỷ
85
Ch ơng 12
85
12.1
Khái niệm cơ bản về thiết bị đẩy tàu 85
12.2
Các kiểu thiết bị đẩy và tính chất của chúng 86
Ch ơng 13
91
13.1
Các yếu tố hình học chính của chong chóng 91
13.2

Các ph ơng pháp định hình chong chóng, cách biểu diễn
bề mặt cánh bằng toán học
93
13.3
Xây dựng bản vẽ lý thuyết của chong chóng 96
13.4
Kết cấu chong chóng 99
Ch ơng 14
101
14.1
Các đặc tính động học của chong chóng 101
14.2
Các đặc tính động lực của chong chóng 102
Ch ơng 15
107
15.1
Những nhận định ban đầu 107
15.2
Chong chóng lý t ởng tải trọng thấp 108
Ch ơng 16
111
16.1
Các định luật đồng dạng khi thí nghiệm chong chóng 111
16.2
Các ph ơng pháp nghiên cứu chong chóng bằng thực
nghiệm.Các đợt thử hàng loạt mô hình có hệ thống
114
16.3
Các đồ thị thiết kế chong chóng 116
16.4

Sử dụng các đồ thị thiết kế chong chóng cánh hẹp 119
Ch ơng 17
121
17.1
Khái niệm chung về sự t ơng tác thuỷ động giữa thiết bị
đẩyvà thân tàu
121
17.2
Dòng theo và các thành phần của nó 121
17.3
Dòng theo có ích và tốc độ của dòng theo 124
17.4
Lực hút 126
17.5
Các số liệu thực nghiệm về các hệ số t ơng tác thuỷ động
giữa thiết bị đẩy với thân tàu
128
17.6
Hiệu suất của thiết bị đẩy và các thành phần của nó 130
Ch ơng 18
131
18.1
Khái niệm về sự xâm thực 131
18.2
Xâm thực khi dòng n ớc bao các mặt chịu lực và các
thiết bị đẩy tàu
133
18.3
Tiếng ồn do xâm thực và độ ăn mòn chong chóng 136
6

18.4
Dự đoánxâm thực chong chóng 138
18.5
Thiết kế chong chóng xâm thực 140
Chuơng 19
143
Những nhận định ban đầu, hệ thống xoáy của cánhvà
chong chóng
143
Ch ơng 20
147
20.1
Các nguyên tắc chung 147
20.2
Chọn sơ bộ các phần tử chính của chong chóng và đánh
giá công suất tiêu thụ
148
20.3
Sự phù hợp giữa chong chóng với hệ thống động lực và
lựa chọn chế độ tính toán
150
20.4
Lựa chọn chính xác các yếu tố hình học cơ bản của
chong chóng
152
20.5
Thiết kế chong chóng theo đồ thị 157
20.6
Đồ thị vận hành của tàu, cách tính toánvàxây dựng 158
20.7

Sức bền của chong chóng 160
Ch ơng 21
165
21.1
L ợng tiêu thụ năng l ợng của thiết bị đẩy và các ph ơng
pháp giảm nó
165
21.2
Việc áp dụng chong chóng có đ ờng kính tăng thêm khi
vòng quay giảm xuống
166
21.3
Việc giảm tổn thất do dòng chảy bị xoắn 167
Ch ơng 22
169
22.1
Các đặc tính hình học của hệ chong chóng- Đạo l u 169
22.2
Các đặc tính động lực, động lực học, cơ thuỷ học của hệ
chong chóng- đạo l u
169
22.3
Đặc điểm thiết kế hệ chong chóng- đạo l u 172
7
DAnhmụccáckýhiệu,cácchữ viếttắt
A
0
- Diện tích mặt đĩa chong chóng
A
E

- Diện tích mặt nắn phẳng của cánh chong chóng
b - Chiều rộng đ ờng bao nắn phẳng, chiều dài dây cung
của prôphin tiết diện cánh.
D,R - Đ ờng kính, bán kính của chong chóng
d
H
,r
H
- Đ ờng kính bán kính củ chong chóng
e-Chiều dày lớn nhất của prôphin tiết diện cánh
h
0
- Độ ngập sâu của trục chong chóng d ới mặt n ớc tự do
P - B ớc của tiết diện cánh
Z-Số cánh chong chóng
Z
P
- Số l ợng trục chong chóng
-Chiều dày t ơng đối của prôphin tiết diện cánh, = e/b
- Góc b ớc của tiết diện cánh
v
,
v
S
- Tốc độ tàu, m/s, hải lý/h
v
A
- Tốc độ tiến của chong chóng
v
R

- Tổng tốc độ dòng ( có xét tới các tốc độ cảm ứng ) trên
phần tử cánh

- Véc tơ tốc độ cảm ứng

x
,

- Thành phần dọc trục và tiếp tuyến của tốc độ cảm
ứng
n - Vòng quay của chong chóng
-Tốc độ góc quay của chong chóng
J - B ớc tiến t ơng đối của chong chóng
J = v
A
/(nD)
i
T
, i
Q
- Hệ số ảnh h ởng của tr ờng tốc độ không
đồng đều tới lực đẩy và mômen quay
- Hệ số dòng theo định mức

x
,

- Thành phần dọc trục và tiếp tuyến của hệ số dòng
theo định mức
W

T
- Hệ số dòng theo tính toán
t- Hệ số hút


P
Z
B
TRt 1
- Góc tới của prôphin tiết diện cánh

I
- Góc tới cảm ứng (hoặc góc tới thuỷ động lực)

I
= +
0
-
I

0
- Góc lực nâng không

I
- Góc tiến cảm ứng

I
= arctg(
I
/

r
)

I
- B ớc tiến cảm ứng của chong chóng

I
=
r
(
v
A
+
x
)/(r

)

o
- Số xâm thực của chong chóng

o
= 2(P
0
P
v
)/(.
v
2
)

8
C
x
- Hệ số cản của phần tử cánh
C
x
= 2X/(.
v
R
2
.b.1)
C
y
- Hệ số lực nâng của phần tử cánh
C
y
= 2Y/(.
v
R
2
.b.1)
C
PA
- Hệ số tải trọng của chong chóng theo công suất
C
PA
= 2P
D
/(.
v

A
3
.A
0
)
C
TA
- Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực đẩy
C
TA
= 2T/(.
v
A
2
.A
0
)
F

- Véc tơ lực thuỷ động tác dụng lên cánh chong chóng
K
DE
- Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực kéo
EDE
TDvK .
K
DT
- Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực đẩy khi đ ờng
kính không đổi
TDvKJK

ATDT
/
K
NT
- Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực đẩy khi vòng
quay không đổi


4
4
/. TnvKJK
ATNT

K
Q
, K
QB
- Hệ số mômen quay của chong chóng trong n ớc tự
dovà sau thân tàu
M

- Véc tơ mômen của lực thuỷ động tác dụng lên cánh
chong chóng
P
D
- Công suất do chong chóng tiêu thụ, KW
P
D
= .Q.10
-3

P
E
- Công suất kéo của tàu, KW
P
E
=
v
.R.10
-3
P
S
- Công suất trên mặt bích của động cơ hoặc bộ giảm tốc,
KW
Q, Q
B
- Mômen quay của chong chóng trong n ớc tự do và
sau thân tàu
T, T
B
- Lực đẩy của chong chóng trong n ớc tự do và sau
thân tàu
T
E
- Lực kéo của chong chóng, RT
P
Z
E


- Hệ số chất l ợng ng ợc của phần tử cánh

= C
X
/C
Y

0
- Hiệu suất của chong chóng làm việc trong n ớc tự do

0
= (
t
/ 2)(K
T
/ K
Q
)

D
- Hiệu suất đẩy của chong chóng

D
= P
E
/ P
D
=
0

H
/ i

Q

H
- Hiệu suất ảnh h ởng của thân tàu

H
= (1 t) / (1 W
T
)

S
- Hiệu suất đ ờng trục


- Hiệu suất bộ truyền động (bộ giảm tốc, bộ tải điện . . .)

I
- Hiệu suất cảm ứng của chong chóng