khái niệm chung về thiết bị lái tàu thủy

Chương 1
Thiết bị lái
1.1. Khái niệm chung về thiết bị lái tàu thuỷ
Một trong những tính năng cơ bản của tàu thuỷ đó là tính ăn lái. Tính ăn lái của tàu thuỷ là
khả năng giữ nguyên hoặc thay đổi hướng đi theo ý muốn của người lái tàu.

1.1.1. Khái niệm
Trên các tàu tự hành (ngay cả một số tàu không tự hành) người ta thường trang bị các thiết
bị lái để đảm bảo tính ăn lái cho tàu ở bất kỳ trạng thái nào trong suốt quá trình hành hải
Tính ăn lái của tàu gồm hai tính chất: tính ổn định hướng đi và tính quay vòng.
Tính ổn định hướng đi là khả năng tàu giữ nguyên hoặc thay đổi hướng chuyển động.
Tính quay vòng là khả năng thay đổi hướng chuyển động và được mô tả bởi quỹ đạo cong
khi bẻ lái.
Hai tính chất này mâu thuẫn với nhau, một con tàu có tính ổn định hướng đi tốt thì sẽ có
tính quay vòng tồi và ngược lại. Vì vậy phải tuỳ thuộc vào từng loại tàu (công dụng và chức
năng), từng vùng hoạt động mà người ta ưu tiên cho 1 trong 2 tính chất trên khi thiết kế. Ví dụ,
khi tàu chạy ở vùng hoạt động không hạn chế (tàu biển) do điều kiện không gian hoạt động
không hạn chế, để đảm bảo cho thời gian hành trình thì phải ưu tiên cho tính ổn định hướng đi
còn đối với tàu có vùng hoạt động hạn chế (tàu sông) thì ngược lại.
Tính ăn lái cũng phụ thuộc vào các bộ phận cố định, ổn định khác như: ki hông, ki đuôi,
giá chữ nhân (X) hoặc chữ Y, số lượng và chiều dài chong chóng, đoạn trục chóng chóng, số
bánh lái cũng như các thiết bị khác.
Trên tàu để đảm bảo tính ăn lái, người ta có thể bố trí nhiều loại thiết bị lái hoạt động độc
lập hoặc phối hợp như: bánh lái, đạo lưu định hướng xoay, chóng chóng (tàu lắp nhiều chong
chóng), thiết bị phụt nước, chân vịt, v.v. nhưng phổ biến nhất là bánh lái và đạo lưu định hướng
xoay vì đó là những thiết bị dễ chế tạo, giá thành rẻ, làm việc tin cậy và hiệu quả cao.
Bánh lái là một vật thể dạng cánh tấm phẳng hoặc dạng có prôfin thoát nước nhúng chìm
trong nước, còn đạo lưu định hướng xoay là một vật thể hình trụ tròn xoay có dạng prôfin thoát
nước theo chiều dọc trục của nó, bao quanh chong chóng ở phía sau thân tàu.

1.1.2. Phân loại bánh lái

1.1.2.1. Phân loại theo hình dạng prôfin có
Bánh lái tấm
Bánh lái thoát nước

1.1.2.2. Phân loại theo vị trí đặt trục lái
Bánh lái cân bằng là bánh lái mà trục lái chia bánh lái ra 2 phần.
Bánh lái không cân bằng là bánh lái nằm về một phía của trục lái
Bánh lái bán cân bằng

6


7


Hình 1.1. Sơ đồ phân loại bánh lái.

1.1.2.3. Phân loại theo số gối đỡ trên trục lái
Sơ đồ 1, các bánh lái có 1 ổ đỡ trên bánh lái trở lên
Sơ đồ 2, các bánh lái có 2 ổ đỡ trên bánh lái
Sơ đồ 3, bánh lái không có ổ đỡ trên bánh lái
Trong các sơ đồ trên được bổ sung các dạng đạo lưu xoay

1.1.2. Vị trí đặt trục lái
Nếu trên tàu có bố trí chong chóng thì tốt nhất nên đặt bánh lái phía sau và ở giữa luồng
nước do chong chóng đẩy ra để làm tăng hiệu quả làm việc của bánh lái.
Với đuôi tàu có lắp một chong chóng thì bánh lái, sống lái, ki đỡ lái tạo thành khung giá
lái:là khoảng không gian để lắp chong chóng vừa đủ, trị số các khe hở của khung giá lái chọn
theo bảng sau:
Trong bảng 1.1, KT - hệ số tải của chong chóng; D - đường kính chong chóng; tmax- chiều

dày lớn nhất của frôfin bánh lái; bP - chiều rộng bánh lái; - nửa góc tiếp tuyến của sống đuôi
với mặt phẳng đối xứng của tàu.

8


Các giá trị trong bảng 1.1 là giá trị nhỏ nhất. Trong thực tế sử dụng, để giảm chấn động ở
vùng đuôi, các giá trị đó (a, b, c, d) có thể được lấy tăng lên một ít. Tuy nhiên khe hở a không
nên lấy quá lớn, nếu không sẽ làm giảm hiệu suất làm việc của bánh lái.
Bảng 1.1. Kích thước cơ bản của khung giá lái tàu một chong chóng.
T.T
1
2
3
4

Tên tác giả
đề nghị
Bể thử Hà Lan
Waningen
L. Lloyds
Cơ quan phân
cấp tàu Na-uy.

a

b

c

d

(0,08 - 0,12).D (0,15- 0,2).D (0,1- 0,12)D

0,03.D

(0,08 - 0,15).D

0,085.D

0,73.

t max
.D
bP

Viện nghiên
(0,08 - 0,15).D
cứu Vật lý Anh

0,15.D
(1+ ).kT/D
0,2.D

0,08.D
0,09.D

(0,08 -0,1)D (0,02 -0,03)D

Hình 1.2. Sơ đồ khung giá lái của tàu một chong chóng

Trong mọi trường hợp bánh lái phải bố trí chìm trong nước, mép trên bánh lái đặt càng sâu
trong nước càng tốt.
Nếu gọi khoảng cách từ mép trên của bánh lái đến mép nước tự do là tp thì tp được lấy như
sau - để đảm bảo diện tích bánh lái FP)
Tàu biển: tp 0,25.hp
(1.1)
Tàu hồ (hoặc pha sông biển): tp 0,125.hp
Tàu sông: tp = (0 - 0,1).hp
với hp- chiều cao bánh lái.
Khoảng cách từ mép trên của tấm bánh lái đến vỏ bao tàu càng nhỏ càng tốt song phỉa thoả
mãn không bị kẹt khi bẻ lái.
ở mọi góc bẻ lái hình chiếu bằng của tấm bánh lái phải nằm trong phạm vi hình chiếu bằng
của đưòng nước chở hàng mùa hè KWL.
Với bánh lái cân bằng và bán cân bằng ,mép dưói của bánh lái phải đặt cao hơn đường cơ
bản và không thấp hơn mép dưới của chong chóng.

9


Với bánh lái treo, việc nối giữa bánh lái và trục lái là kết cấu hàn, phải lưu ý đến chiều cao
của nó để khi sửa chữa, lắp ráp, tháo bánh lái trên ụ không phải cắt trục lái.

1.2. Tác dụng của bánh lái
1.2.1. Cơ chế lượn vòng của tàu khi bẻ lái
Giả sử tàu đang chạy theo hướng thẳng với vận tốc v (hình 1.3.a) trong điều kiện mặt nước
yên lặng (tức không có tác dụng của sóng, gió, dòng chảy và các ngoại lực ngẫu nhiên khác),
bánh lái nằm ở mặt phẳng đối xứng của tàu hoặc song song với nó. Khi đó lực tác dụng lên tàu
bao gồm:
Lực cản của nước đến chuyển động của tàu R nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu, có
chiều ngược với vận tốc của tàu.

Lực đẩy của chong chóng T nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu, cùng chiều với vận tốc
của tàu, cân bằng với lực cản của tàu và lực cản của bản thân nó.
Giả sử khi đó ta đổi hướng chuyển động của tàu bằng cách bẻ lái một góc p sang mạn, khi
đó xuất hiện áp lực thuỷ động của nước tác dụng lên bánh lái P bổ sung vào hệ lực trên, lực P
có điểm đặt tại K - gọi là tâm áp lực của bánh lái.
Nếu giữ nguyên góc bẻ lái p đó thì lực P sẽ làm thay đổi quĩ đạo chuyển động của tàu và
làm xuất hiện, biến đổi các thành phần lực khác. Quĩ đạo chuyển động của tàu khi đó gọi là quĩ
đạo lượn vòng của tàu.
Để xét và biết được tác dụng của bánh lái khi bẻ lái ta đi xét tác dụng của lực P, bằng cách
đặt tại trọng tâm tàu G một cặp lực trực đối (bằng nhau về trị số, cùng phương, ngược chiều) P
và P cùng phương, cùng trị số với lực P.
Lực P và P tạo thành một ngẫu lực có mô men M1 = P.lp, (lp là tay đòn của mô men M1; lp
(L/2).cos p) có chiều về phía bẻ lái).
Lực P được phân tích thành hai lực P1 và P2, trong đó lực P1 có phương của mặt phẳng đối
xứng của tàu, cùng chiều với lực cản R gọi là lực cản bổ sung, nó cùng với R làm tăng lực cản,
giảm tốc độ chuyển động của tàu, khi đó lực cản tổng cộng tác dụng lên tàu là RT = R + P1. Lực
P2 có phương vuông góc với mặt phẳng đối xứng của tàu, làm dạt tàu về hướng ngược với
hướng bẻ lái gọi là lực dạt.
Do tàu chuyển động dạt, nên xuất hiện lực cản theo phương ngang R0 cùng phương, ngược
chiều với P2. Nếu cứ giữ nguyên góc bẻ lái p sao cho đến thời điểm nào đó, giá trị của R0 tăng
bằng giá trị của P2 thì chuyển động dạt kết thúc và khi đó mô men M1 cũng đủ lớn để làm quay
tàu về hướng bẻ lái. Dưới tác dụng của mô men M1, tàu quay quanh trục thẳng đứng đi qua
trọng tâm tàu G về hướng bẻ lái. Đồng thời sự quay vòng này làm đổi phương của lực đẩy T mà
nhờ đó tàu đổi hướng chuyển động.
Khi tàu chuyển động trên quĩ đạo cong (hình 1.3.b), lực cản tổng cộng RT có điểm đặt tại
KT trên mặt phẳng đối xứng của tàu, gọi là tâm áp lực của tàu, (với tàu, thông thường KT nằm ở
khoảng giữa trọng tâm tàu G và đường vuông góc mũi). Phân tích RT thành Rx và Ry, trong đó
Rx nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu là lực cản của tàu, Ry có phương vuông góc với mặt
phẳng đối xứng của tàu và nói chung không đi qua trọng tâm tàu G. Thành phần này phát sinh
mô men phụ M2 = Ry.lp, (lp là tay đòn của mô men M2 bằng khoảng cách KTG) cùng chiều

với mô men M1 làm tăng chuyển động quay của tàu về hướng bẻ lái. Khi KT nằm ở khoảng
giữa trọng tâm tàu G và đường vuông góc đuôi thì mô men M2 ngược chiều với mô men M1, nó
cản trở lại sự quay của tàu theo hướng bẻ lái.
Khi tàu chuyển động theo hướng thẳng, vận tốc tàu v có phương của mặt phẳng đối xứng,
còn khi tàu chuyển động trên quĩ đạo cong, mặt phẳng đối xứng của tàu không còn tiếp tuyến

10


với quĩ đạo lượn vòng mà nó tạo với tiếp tuyến đó một góc và có giá trị tăng dần, gọi là góc
lệch hướng của tàu. Tốc độ vi và góc lệch hướng i của điểm i bất kỳ nằm trên mặt phẳng đối
xứng của tàu thay đổi theo chiều dài tàu.
Tại thời điểm nào đó của chuyển động, tốc độ vi không giảm, góc lệch hướng i không tăng
và đạt đến giá trị không đổi thì quĩ đạo của tàu lúc đó ổn định. Khi đó coi tàu quay quanh một
trục thẳng đứng tưởng tượng nào đó đi qua điểm O trong không gian với vận tốc góc = const.
Gọi khoảng cách từ O đến các điểm xác định trên tàu là bán kính Ri , thì quĩ đạo lượn vòng ổn
định khi Ri = const.
v

v
+
+
+

R

M2=Ry.l'p
M1

M1=P.lp

Ry

KT



Ro=f(vn)P2
G

l'p

v

lp

P'

+
+
+

Rx

RT

G

P'' P1

T
P

P

+
+
+

K

T



P

a)

-

K

P

Quỹ đạo của trọng tâm G

b)

Hình 1.2. Các trạng thái chuyển động của tàu trên quỹ đạo quay vòng

a- Khi bắt đầu bẻ lái
b- Khi chuyển động trên quỹ đạo cong
Khi tàu chuyển động trên trên quĩ đạo ổn định (hình 1.4), ta xét tại một số điểm đặc biệt
trên tàu. Tại điểm C (CO vuông góc với mặt phẳng đối xứng của tàu), tốc độ tiếp tuyến vC của
tàu là nhỏ nhất, tốc độ này tăng dần cả về phía mũi và phía đuôi của tàu, và nó đạt giá trị lớn
nhất tại mút đuôi (điểm A) và mút mũi (điểm B) của tàu. Góc lệch hướng tại C là C = 0, góc
này có giá trị tăng dần từ điểm C đến các điểm cả về phía mũi và phía đuôi và đạt giá trị lớn
nhất tại A và B nhưng có chiều ngược nhau,(góc lệch hướng là góc tạo bởi giữa phương của mặt
phẳng đối xứng tàu với phương tốc độ tiếp tuyến với quĩ đạo, góc này có chiều cùng với chiều
kim đồng hồ cho những điểm nằm giữa C và mút mũi, ngược chiều kim đồng hồ cho những
điểm nằm giữa C và mút đuôi).
Do đó, khi tàu đang chuyển động trên quĩ đạo ổn định, nếu từ mặt phẳng đối xứng của tàu,
tại C ta xét, thì tàu gồm hai chuyển động : chuyển động quay quanh C và chuyển động tịnh tiến
theo mặt phẳng đối xứng của tàu. Thật vậy, phân tích các vận tốc vi theo phương mặt phẳng đối
xứng tàu và vuông góc với nó ta được vxi và vyi tương ứng.
Khi đó ta có:
vxA = vA. cos A = . RA. cos A = .RC
(1.2)

11


vxB = vB. cos B = . RB. cos B = .RC
vxi = vi. cos i = . Ri. cos i = .RC
vxC = vC = . RC
Suy ra: vxA = vxB = vxi = vxC = . RC, điều này chứng tỏ tàu chuyển động tịnh tiến theo mặt
phẳng đối xứng của tàu.
Tương tự ta có: vyA = vA. sin A = . RA. sin A = .AC
(1.3)
vyB = vB. sin B = . RB. sin B = .BC

vyi = vi . sin i = . Ri. sin i = .iC
vyC = 0.
Điều này chứng tỏ các điểm A, B, i, v.v. quay quanh C với vận tốc góc . Điểm C gọi là
tâm quay tương đối của tàu.
vy A
A

vA

vy G

A

G

vx A

RA

vG

i
C
v
=
v
vx G C
xC
G

C

B
vy B

B

vX B
vB

R G Rc
G
RB





O



H ìn h 1 . 3 : K h i c h u y ể n đ ộ n g t r ê n q u ỹ đ ạ o q u a y v ò n g ổ n đ ịn h

1.2.2. Các giai đoạn chuyển động của tàu trong quá trình lượn vòng
Giả sử ban đầu tàu chạy theo hướng thẳng với vận tốc v nào đó trên mặt nước yên lặng,
khi bắt đầu bẻ lái một góc p và giữ nguyên vị trí của bánh lái ở góc bẻ lái đó trong toàn bộ
thời gian sau này của quá trình chuyển động của tàu thì quĩ đạo chuyển động của tàu nhận
được lúc đó gọi là quĩ đạo lượn vòng của tàu.
Từ sơ đồ quĩ đạo và từ sự xuất hiện, biến đổi của các thành phần lực đã phân tích ở trên ta

thấy, khi bắt đầu lượn vòng tàu chuyển động chậm lại và bị dạt về hướng ngược với hướng bẻ
lái. Sau đó tàu mới bắt đầu chuyển động về hướng bẻ lái theo một quĩ đạo cong có bán kính
cong giảm dần. Mặt phẳng đối xứng của tàu lúc đầu có phương của vận tốc tịnh tiến v sau đó
nó nghiêng dần về tâm O của quĩ đạo, góc lệch hướng có giá trị tăng dần. Quĩ đạo lượn vòng
của tàu được xem là ổn định khi các đại lượng đặc trưng cho chuyển động đạt đến giá trị không
đổi, như
Vận tốc
vi = vmin = const,
Góc lệch hướng
= max = const,
Bán kính quĩ đạo
R = Rmin = const.
Người ta chia toàn bộ quá trình chuyển động của tàu trong thời gian lượn vòng làm ba giai
đoạn, không phải bởi hình dạng của quĩ đạo mà là bởi sự xuất hiện và biến đổi của các lực tác
dụng lên tàu (hình 1.4)

12


Giai đoạn 1: còn gọi là giai đoạn triển khai , được tính từ thời điểm bắt đầu bẻ lái đến khi
kết thúc bẻ lái, tức là góc bẻ lái đạt đến giá trị p, giai đoạn này xảy ra trong khoảng thời gian
10 15s.
Đặc điểm chuyển động của giai đoạn này là, tàu chuyển động chậm lại do lực cản bổ sung
P1, đồng thời tàu bị dạt về hướng ngược với hướng bẻ lái do lực dạt P2. Quĩ đạo chuyển động có
dạng chữ S, mũi tàu dần quay về hướng bẻ lái nhờ mô men M1, mặt phẳng đối xứng của tàu tạo
với tiếp tuyến của quĩ đạo lượn vòng do trọng tâm tàu G vạch ra một góc lệch hướng .

l3

p

l2

G



vmin= const



G

p

Rm
in=
co
ns
t

v


=const p
max
G

O

l1

vmin

D= 2

Rm
in

max

vo



G

p

DT
Hình 1.4 : Quỹ đạo luợn vòng của tàu

Giai đoạn 2: còn gọi là giai đoạn lượn vòng được tính từ thời điểm kết thúc giai đoạn 1 cho
đến khi các đại lượng đặc trưng cho chuyển động đạt đến giá trị không đổi ( vi = vmin = const,
= max = const, R = Rmin = const.), thông thường thời điểm này đạt được khi tàu quay được một
góc 900 1000 so với hướng đi ban đầu.
Đặc điểm chuyển động của giai đoạn này là, vận tốc tàu tiếp tục giảm, góc lệch hướng của
tàu tiếp tục tăng, tàu chuyển động trên quĩ đạo cong có bán kính cong giảm dần.
Lực tác dụng lên tàu là: lực thuỷ động P, lực cản RT và lực đẩy T, trong mỗi thời điểm
chuyển động, chúng cân bằng với các lực quán tính khối lượng của tàu (định luật dAlambert).

13


Giai đoạn 3: còn gọi là giai đoạn lượn vòng ổn định được tính từ thời điểm kết thúc giai
đoạn 2 cho đến toàn bộ thời gian sau này của quá trình lượn vòng, nếu vẫn giữ nguyên góc bẻ
lái p đó.
Đặc điểm chuyển động của giai đoạn này là, tàu chuyển động ổn định trên một quĩ đạo là
đường tròn có bán kính không đổi R = Rmin = const, với vận tốc không đổi vi = vmin = const và
góc lệch hướng không đổi = max = const.
Lực đẩy T của chong chóng thực tế có giá trị không đổi trong quá trình lượn vòng, lực cản
Rx tăng từ thời điểm bắt đầu lượn vòng, gây giảm dần tốc độ tàu, đến lúc mà lực này cân bằng
với lực đẩy T. ở thời điểm nào đó, điểm KT dịch về phía sau trọng tâm tàu G, mô men M2
ngược chiều với mô men M1. Khi trị số hai mô men này bằng nhau điểm KT ngừng dịch chuyển
về đuôi đồng thời xác lập góc lệch hướng . Góc này thường có giá trị từ 50 đến hơn 100.
Như vậy ta đã khảo sát quá trình lượn vòng của tàu khi bẻ lái, quĩ đạo lượn vòng được xác
lập với các thông số đặc trưng sau:
Đường kính quĩ đạo lượn vòng ổn định: D = 2.Rmin .
Đường kính lượn vòng ổn định tĩnh ( đường kính xác lập quay vòng ): DT là khoảng cách
giữa hai mặt phẳng đối xứng của tàu trước và sau khi nó quay được một góc 1800.
Đoạn dịch chuyển tịnh tiến: l1- khoảng cách của trọng tâm tàu khi bắt đầu bẻ lái đến khi tàu
quay được một góc 900, đo theo hướng đi ban đầu.
Đoạn dịch chuyển ngang: l2 - khoảng cách từ trọng tâm tàu khi nó quay được góc 900 đến
hướng đi ban đầu.
Đoạn chuyển động dạt: l3 - khoảng cách từ trọng tâm tàu ở vị trí dạt xa nhất đến hướng đi
ban đầu.
Các đại lượng trên được xác định bởi tính toán cơ bản hoặc thử nghiệm tàu mẫu, tính quay
trở của tàu (vận tải) được xem là đảm bảo nếu chúng thoả mãn liên hệ sau:
DT = ( 0,9 1,2 ).D
l2 = ( 0,5 0,6 ).D

(1.4)
l1 = ( 0,6 1,2 ).D
l3 = ( 0 0,1 ).

1.2.3. Tính ổn định hướng đi của tàu
R
H uớng

T



U
G



B

chuyể

A

n động



K

W

M =(R sin U K
R sin
B

H uớng



U
G

chuyển

A

động

W sin R sin

K
T-(W cos Rcos

W sin

H ình 1.5 : S ơ đồ phân bố lục tác dụng lên tàu khi chạy nguợc sóng gió

14


Tàu chạy trên mặt nước chịu tác dụng của các ngoại lực như sóng, gió, dòng chảy, v.v. khi

thời tiết xấu các lực này tăng rất nhanh, làm lệch hướng đi của tàu. Đặc tính chống lại các
ngoại lực, giữ được hướng đi ban đầu được gọi là tính ổn định hướng đi của tàu.
Những nguyên nhân làm tàu lệch hướng đi trong thời gian sóng, gió lớn là:
áp lực gió lên phần trên đường nước vận hành, đặc biệt là phần thượng tầng và lầu.
áp lực nước lên mạn tàu có bản chất chu kỳ do sóng và dòng chảy.
áp lực không đều của nước qua chong chóng khi tàu chòng chành ngang và dọc.
Sau đây ta khảo sát hệ lực tác dụng lên tàu khi gió thổi vào mũi tàu, tàu chạy chệch hướng
với góc . Bánh lái được đặt ở mặt phẳng đối xứng của tàu, tàu chịu tác dụng của các lực (hình
1.6).
Lực cản gió W, có điểm đặt tại U và tạo với mặt phẳng đối xứng tàu một góc .
Lực cản của nước R, có điểm đặt K và tạo với mặt phẳng đối xứng tàu một góc .
Lực đẩy T của chong chóng nằm trong mặt phẳng đối xứng tàu.
Phân tích các lực nói trên thành các lực thành phần theo phương mặt phẳng đối xứng và
vuông góc với nó ta có:
Mô men làm lệch hướng đi của tàu đã chọn
M = R.sin .UK.
(1.5)
Lực tác dụng theo hướng chuyển động làm tàu dịch chuyển
Px =T - (W.cos + R.cos )
(1.6)
Lực ngang làm dạt tàu
Py = W.sin - R.sin
(1.7)
So với mặt phẳng đối xứng một góc
tg p = (W.sin - R.sin ) / [T - (W.cos + R.cos )].
(1.8)
Để cân bằng mô men M, bánh lái cần phải tạo nên mô men ngược lại. Khi tâm gió U và
tâm lực cản ngang K trùng nhau thì mô men M = 0, tàu không đi lệch hướng; khi điểm K trước
điểm U (về phía mũi) thì tàu có khuynh hướng quay theo gió và bánh lái phải bẻ về phía ngược
gió. Nếu điểm K sau điểm U (về phía đuôi) thì tàu có khuynh hướng quay xẻ gió và bánh lái

phải bẻ về phía gió.
Tâm gió U thường di chuyển về phía lái, khi hướng gió thổi từ mũi sự thay đổi này không
lớn. Tâm lực cản ngang K thay đổi trong giới hạn rộng phụ thuộc vào góc dạt của tàu. Hình
dáng phần ngâm nước có ảnh hưởng nhiều đến tính ổn định hướng đi hơn là phần trên đường
nước. Để làm tốt tính ổn định hướng đi, tâm gió U và tâm lực cản ngang K càng gần nhau càng
tốt.

1.2.4. Các thông số xác định đặc trưng tính quay trở của tàu
Tuỳ thuộc vào từng loại tàu, vùng hoạt động và công dụng của nó người ta định ra các tiêu
chuẩn đánh giá tính ăn lái của tàu.Ví dụ, đối với tàu biển, việc quay trở 1800 là không khó
khăn, do đó người ta ưu tiên cho tính ổn định hướng đi là chủ yếu, ngược lại tàu sông phải ưu
tiên cho tính quay trở nhiều hơn.
Hơn nữa việc đánh giá tính ăn lái của tàu có xét đến tất cả các yếu tố ảnh hưởng là khó
khăn, do đó để đánh giá tính ăn lái của tàu, người ta thường dựa vào một số tiêu chuẩn sau:

15


Hình 1.7. Quĩ đạo chuyển động hình sin của tàu
Tiêu chuẩn 1: là tiêu chuẩn thường được áp dụng nhất: đó là sự liên hệ giữa đường kính
lượn vòng tĩnh DT và chiều dài tàu L: DT =f(L). Giá trị DT càng nhỏ thì tính quay trở của tàu
càng tốt. Thực tế người ta thiết lập được sự phù hợp giữa DT và L, tính cơ động của tàu được
xem là đảm bảo nếu:
Đối với tàu sông: DT = (1,2 - 2,8).L
(1.9)
Đối với tàu biển: DT = (2,8 - 4,0).L
Tiêu chuẩn 2: là tiêu chuẩn vận tốc góc quay của tàu, tính quay vòng của tàu được coi là
đảm bảo nếu tốc độ góc quay vòng của trọng tâm tàu G thoả mãn:
Đối với tàu sông: = (130 - 290), 0/phút.
(1.10)

Đối với tàu biển: = (90 - 130), 0/phút.
Chú ý: Giá trị trên được tính từ thời điểm bắt đầu bẻ lái đến lúc bắt đầu quay vòng với thời
gian từ khi bánh lái còn nằm ở vị trí mặtphẳng đối xứng đến khi bánh lái sang mạn.
Tiêu chuẩn 3 : Tiêu chuẩn cơ bản nhất để đánh giá tính ăn lái của tàu, là cho tàu chạy
dạng hình sin. Giả sử tàu đang chuyển động trên hướng thẳng Ox, khi đó ta bẻ lái sang phải
góc pF = 300 - 450 ,tới khi mặt phẳng đối xứng của tàu tạo với hướng đi ban đầu một góc F =
150- 200 thì lại bẻ lái về mạn trái góc pT = 300 - 450, cho đến khi mặt phẳng đối xứng của tàu
tạo với hướng đi ban đầu một góc T = 150- 200 thì lại bẻ lái sang phải một góc pF = 300 - 450,
v.v. Quá trình trên cứ tiếp diễn nếu tàu di chuyển trên quãng đường S trong thời gian từ 4 - 5
phút thì tính ăn lái của tàu được coi là đảm bảo.

1.3. Các thông số kỹ thuật cơ bản của bánh lái
1.3.1. Diện tích bánh lái
Diện tích bánh lái FP là diện tích mặt phẳng giới hạn bởi đường bao hình chiếu của bánh lái
lên mặt phẳng đi qua trục lái và song song với mặt phẳng đối xứng của bánh lái.
Ký hiệu: FP. Đơn vị: m2.
Phần diện tích bánh lái nằm về phía trước trục lái được gọi là diện tích cân bằng của bánh
lái.
Ký hiệu: FP. Đơn vị: m2.

16


Hình 1.8. Kích thước cơ bản của bánh lái.
1- prôfin bánh lái; 2 - càng treo bánh lái; 3 - trụ lái

1.3.2. Chiều cao của bánh lái
Chiều cao của bánh lái là khoảng cách đo theo phương trục lái giữa điểm cao nhất và điểm
thấp nhất của tấm bánh lái.
Ký hiệu: hP. Đơn vị: m.

1.3.3. Chiều rộng bánh lái
Chiều rộng của bánh lái là khoảng cách từ mép trước đến mép sau của tấm bánh lái đo
theo mặt phẳng nằm ngang vuông góc với trục lái.
Ký hiệu: bP. Đơn vị: m.
Đối với bánh lái khác hình chữ nhật, người ta đưa ra khái niệm chiều rộng trung bình của
bánh lái - là tỷ số giữa diện tích bánh lái và chiều cao của nó.
Ký hiệu: b CP

FP
. Đơn vị: m.
hP

1.3.4. Độ dang của bánh lái
Độ dang của bánh lái là tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng trung bình của tấm bánh lái.
Ký hiệu:

hP
h
h2
P P ,
b P b CP FP

Thông thường

là đại lượng không thứ nguyên.

= 0,5 - 3. Theo Qui phạm,

không lên lấy quá 2.

1.3.5. Prôfin bánh lái và chiều dày của nó
Prôfin bánh lái là đường biên tiết diện ngang trong mặt phẳng nằm ngang vuông góc với
trục lái.
Giá trị lớn nhất của tung độ prôfin bánh lái được gọi là chiều dày lớn nhất của prôfin bánh
lái.
Ký hiệu: tmax. Đơn vị: m.
Chiều dày tương đối của prôfin là tỉ số giữa chiều dày lớn nhất tmax và chiều rộng bP của
prôfin.

17


Ký hiệu: t

t max
0,1 0,3 .
bP

Khi t càng lớn thì chất lượng thuỷ động của bánh lái càng giảm rõ rệt. Vì vậy thông
thường t 0,1 0,25 , chỉ có trường hợp đặc biệt thì t 0,25 .

1.3.6. Hoành độ chiều dày lớn nhất của frôfin
Khoảng cách từ mép trước của prôfin bánh lái tới tung độ có chiều dày lớn nhất của nó
được gọi là hoành độ chiều dày lớn nhất của prôfin bánh lái.
Ký hiệu: x. Đơn vị: m.
Hoành độ chiều dày tương đối của prôfin là tỷ số giữa hoành độ chiều dày lớn nhất và
chiều rộng của prôfin.
Ký hiệu: x

x
, x là đại lượng không thứ nguyên.
bP

Với mỗi loại prôfin của bánh lái, có chiều dày tương đối t và hoành độ tương đối x khác
nhau, được sử dụng cho các tàu khác nhau.

1.3.7. Hệ số cân bằng của bánh lái
Hệ số cân bằng (còn gọi là hệ số cân đối) của bánh lái là tỉ số giữa diện tích phần đối
(phía trước trục lái) với toàn bộ diện tích bánh lái.
Ký hiệu: R

FP'
, R là đại lượng không thứ nguyên.
FP

Thông thường R = (0,25 - 0,35), tuy nhiên để tránh dao động, người ta lấy R

1.3.8. Góc bẻ lái

0,25.

P

Góc bẻ lái là góc quay của bánh lái đối với trục lái đo trong mặt phẳng vuông góc với trục
lái. Ký hiệu: P
Tàu biển: P = (35 - 38)0
(1.11)
0
Tàu sông: P = (40 - 45)

Hình 1.9. Góc bẻ lái của bánh lái.

18


1.3.9. Góc tấn
Góc tấn của bánh lái là góc tạo bởi giữa mặt phẳng đối xứng của prôfin bánh lái và mặt
phẳng đi qua trục lái, song song với phương vận tốc dòng nước chảy tới bánh lái.
Ký hiêu: P0

1.4. Lựa chọn các yếu tố cơ bản của bánh lái.
Lực thuỷ động tác động lên tấm bánh lái
1.4.1. Lựa chọn các yếu tố cơ bản của bánh lái
1.4.1.1. Lựa chọn diện tích bánh lái
Diện tích bánh lái dạng thoát nước kết cấu bình thường, không có thiết bị chuyên môn
làm tăng áp lực nước trên tấm bánh lái, có thể được tính theo công thức sau:
FP

1
.L.T .L.T , m2.
A

(1.12)

trong đó: FP - tổng diện tích của các bánh lái, m2.
L - chiều dài giữa hai đường vuông góc của tàu, m.
T - chiều chìm trung bình của tàu ở trạng thái toàn tải, m.
A, - hệ số diện tích bánh lái, biểu thị phần trăm của diện tích bánh lái với diện tích
hình chiếu phần vỏ bao ngâm nước của tàu lên mặt phẳng đối xứng, với = 1/A, tra

bảng theo thống kê số liệu các tàu biển và tàu nội địa đã được chế tạo khai thác trên
thế giới.

Hình 1.10. Diện tích của bánh lái.
Diện tích của tấm bánh lái của tàu tự hành phải không nhỏ hơn diện tích được tính theo
công thức sau:
FP min p.q.

L.T
150 2
. 0,75
, m .
100
L 75

trong đó : L, T - chiều dài thiết kế và chiều chìm của tàu, m.
p = 1,2 - cho bánh lái không làm việc trực tiếp sau chong chóng
p = 1 - cho bánh lái làm việc trực tiếp sau chong chóng
q = 1,25 - cho tàu kéo
q = 1 - cho các tàu còn lại

19

(1.13)


1.4.1.2. Dạng prôfin bánh lái
Thực ngiệm đã tìm ra nhiều dạng prôfin bánh lái, nhưng tựu trung có hai dạng phổ biến là
prôfin đối xứng và prôfin không đối xứng.
Tên gọi của prôfin được lấy theo tên gọi của các phòng thí nghiệm, viện hoặc cơ quan

nghiên cứu đã tìm ra nó, các prôfin được mã hoá bằng số.
Ví dụ: Prôfin của Viện nghiên cứu hàng không vũ trụ Mỹ NASA có mã số:
NASA 0018; NASA 0015; NASA 0012; v.v.
Hai chỉ số : 00 - chỉ đường trung bình của prôfin. Nếu đường trung bình là 00 thì prôfin là
prôfin đối xứng.
Các chỉ số 12, 15, 18 chỉ phần trăm (%) chiều dày trung bình của prôfin so với chiều rộng
của prôfin (tức là: t 0,12;0,15;0,18; v.v. )
Ngành đóng tàu hiện nay sử dụng phổ biến dạng poôfin đối xứng NASA, N.E.J, XA-GI,
v.v. Trong đó dạng NASA dùng cho bánh lái của tàu có tốc độ trung bình dạng đuôi tuần
dương, bánh lái đặt trực tiếp sau chong chóng. Loại N.E.J dùng cho tàu chạy nhanh. Loại XAGI dùng cho tàu 2 chong chóng, bánh lái đặt trong mặt phẳng dọc tâm, và bánh lái mũi.

Hình 1.11. Các dạng prôfin của bánh lái.

1.4.2. Lực thuỷ động tác dụng lên tấm bánh lái
Giả sử tàu đang chuyển động thẳng, ta bẻ lái một góc P. Trên tấm bánh lái xuất hiện lực
thuỷ độngP đặt
tạitâm áp lực K. Phân tích lực P theo phương pháp tuyến và tiếp tuyến, ta có

PN và PT ( P PN PT )

20


trong đó: PN - áp lực pháp tuyến (vuông góc với mặt phẳng đối xứng của bánh lái).
PT - song song và trùng với mặt phẳng đối xứng của bánh lái - áp lực tiếp tuyến.
Mặt khác, ta có thể phân tích P thành PX và PY
trong đó: PX - thành phần lực cản của bánh lái.
PY - thành phần lực dạt của bánh lái.
Vậy về trị số: P PN2 PT2 PX2 PY2 , kG.
(1.14)

Góc bẻ lái P = Góc tấn P0 = Góc hợp bởi phương (v,xx) = 0 thì ta có mối quan hệ:
PN = PX.sin P + PY.cos P
(1.15)
PT = PX.cos P - PY.sin P
Tâm áp lực K là giao điểm của áp lực thuỷ động P và mặt phẳng đối xứng của prôfin bánh
lái, cách mép trước bánh lái một khoảng xP.
Mômen xoắn thuỷ động tác dụng lên trục lái là:
M = PN.(xP - a), kG.m.
(1.16)
trong đó: a - khoảng cách từ trục lái đến mép trước của prôfin bánh lái còn gọi là vị trí đặt
trục lái, m.

Hình 1.12. Lực thủy động tác dụng lên tấm bánh lái
Người ta xác định các thành phần lực và mô men thông qua các hệ số không thứ nguyên
như sau:
1
..C X .v 2CP .FP ,kG
2
1
PY ..C Y .v 2CP .FP , kG.
2
1
PN ..C N .v 2CP .FP , kG.
2
1
PT ..C T .v 2CP .FP , kG.
2
PX

(1.17)

trong đó: CX, CY, CN, CT - tương ứng là hệ số lực cản, hệ số lực dạt, hệ số lực
pháp tuyến, hệ số lực tiếp tuyến và là những đại lượng không thứ nguyên.

21


Từ đó ta có quan hệ :
CN = CX.sin P + CY.cos P
(1.18)
CT = CX.cos P - CY.sin P
Ngoài ra người ta cũng tính được mômen xoắn thuỷ động với mép trước prôfin bánh lái
là:
M

1
..C M .v 2CP .FP .b CP , kG.m.
2

(1.19)

trong đó: Cm - hệ số mômen, là đại lượng không thứ nguyên.
Fp - diện tích toàn bộ của tấm bánh lái, m2.
- mật độ của nước (lấy ở 200C), kG.s2/m4.
Điểm đặt của lực P xác định thông qua hệ số tâm áp lực Cd, là tỷ số giữa khoảng cách từ
mép trước prôfin bánh lái đến điểm đặt lực P với chiều rộng trung bình của prôfin bánh lái.
Ký hiệu: C D

xP
, CD là đại lượng không thứ nguyên.

b CP

trong đó: vCP - vận tốc của dòng nước chảy đến bánh lái, m/s.
Các hệ số: CX, CY, CM,CD xác định thông qua việc thống kê các prôfin bánh lái đã được sử
dụng, từ đó vẽ nên đồ thị: Ci = f( , P, v.v. ) do các cơ quan nghiên cứu đưa ra.
Các đồ thị đó xây dựng cho hai trường hợp: tàu chạy tiến và tàu chạy lùi đồng thời chỉ xây
dựng cho các bánh lái có độ dang = 0,8; 1,0 và 1,5. (đồ thị sẽ tìm thấy trong Sổ tay thiết bị
tàu thủy, tập 1, NXB GTVT - 1886).
Trong trường hợp bánh lái NASA có các độ dang khác với các giá trị cho ở đồ thị, ta có
thể tính được các hệ số Ci thông qua bánh lái chuẩn có độ dang 0 = 6.
C X C X 0 C 1 .C 2Y0
P P0 C 2 .C Y0

(1.20)

C Y C Y0 ; C M C M 0

11

1

57,3 1

1


- các hệ số.
với: C 1 ; C 2
0
0

trong đó: CXo, CYo, CMo là các hệ số của bánh lái chuẩn 0 = 6 ở góc bẻ lái Po.
CX, CY, CM là các hệ số của bánh lái có độ dang thiết kế ở góc bẻ lái P.
Ngoài ra, với các không có trong đồ thị ta có thể tính toán các hệ số Ci thông qua các
công thức thực nghiệm.

22


Hình 1.13. Đồ thị xác định các hệ số lực và mô men thủy động trên bánh lái

1.4.3. Xác định vị trí đặt trục lái tối ưu
Ta có mômen xoắn thuỷ động lấy đối với mép trước bánh lái
M

1
..C M .v 2CP .FP .b CP , kG.m.
2

(1.21)

Mặt khác, ta có:
M PN .x P

1
..C N .v 2CP .FP .x P , kG.m.
2

(1.22)

Từ đó ta có :
CM.bCP = CN.xP hay: xP = (CM/CN).bCP.

(1.23)

Bảng1.2. Xác định vị trí đặt trục tối ưu
Góc bẻ
lái
P, độ.
1
50
100
150
...
300
350

Cx

2

Cy

3

CY.cos

4

P

CX.sin

P

5

CN=(4)+(5)

6

CM

7

xP

CM
.b CP
CN

m.
8

Để mô men xoắn thủy động toàn phần tác dụng lên trục lái là nhỏ nhất, thì vị trí đặt trục a
phải lân cận với xP (điều lý tưởng là a = xP). Khi đó ta lập bảng để tính giá trị a theo xP.
ứng với mỗi góc bẻ lái P ta có hệ số tâm áp lực CD. Do vậy ta đi xác định a bằng giá trị lân
cận sự biến đổi của xP theo công thức:

23

a

x P min x P max
2

(1.24)

Để tránh hiện tượng cướp lái (áp lực ở phần diện tích phía trước trục lái lớn hơn áp lực ở
phần diện tích phía sau trục, M < 0), người ta xác định a chính xác bằng trung bình cộng của
gía trị cực trị của xP, ứng với P trong giới hạn bẻ lái của nó, cụ thể:
Đối với tàu biển Pmax = 350, còn đối với tàu sông Pmax = 450

1.5. Các yếu tố cơ bản của bánh lái ảnh hưởng tới lực
và mô men thuỷ động
1.5.1. Độ dang của bánh lái

Hình 1.14. ảnh hưởng của độ dang bánh lái đến chất lượng thủy động của nó.
Thực nghiệm, người ta xây dựng được đồ thị CY =f( , P) ứng với mỗi bánh lái có độ dang
khác nhau có một điểm (CYmax; Pt.h). Từ đồ thị ta có nhận xét sau:
ở góc bẻ lái nhỏ, P = 100 - 150 thì sự gia tăng của hệ số lực dạt CY trên những bánh lái có
độ dang lớn, có tính chất tuyến tính. Bánh lái có càng lớn thì CYmax nhận được càng lớn, do đó
bánh lái có độ dang càng lớn thì càng dễ cơ động.
Còn ở những bánh lái có độ dang nhỏ, đường cong CY mất đi tính tuyến tính, mặc dù đạt
được góc bẻ lái P khá lớn, ta vẫn chỉ nhận được các giá trị CY nhỏ và thay đổi không đáng kể,
do đó bánh lái có độ dang càng nhỏ thì càng khó cơ động.
Tại một giá trị của , đầu tiên P tăng thì CY tăng, nhưng sự tăng của CY theo P chậm
dần, tới một giá trị nào đó của P thì giá trị Cy đạt lớn nhất (CY = CYmax , ta gọi góc bẻ lái ứng
với giá trị CY = CYmax là góc bẻ lái tới hạn. Ký hiệu: Pth), sau đó nếu bẻ lái góc P tăng qua góc

Pth thì CY giảm rất nhanh.

1.5.2.ảnh hưởng của chiều dày tương đối
Thực nghiệm chứng tỏ rằng bánh lái có chiều dày lớn nhất tmax càng lớn thì CY càng giảm
và khi có tung độ tmax càng dịch về phía mép trước (x càng nhỏ) thì giá trị Cy càng lớn. Hiệu
quả lái tốt nhất khi tmax = (0,15 - 0,18).bCP.

24


Theo chiều cao của bánh lái nếu chiều dày tmax ở phía trên lớn hơn chiều dày tmax của tiết
diện ở phía dưới, hay bánh lái thon dần từ trên xuống dưới, thì hiệu quả lái tốt hơn.
Cụ thể ta có:

tB tH
0 , ứng với đường (1)
b CP

= 0,05, ứng với đường ( 2)
= 0,09, ứng với đường (3 )
trong đó : bCP - chiều rộng trung bình của prôfin bánh lái, m.
tB, tH : chiều dày lớn nhất của prôfin ở mép trên và mép đưới bánh lái.

Hình 1.15. ảnh hưởng của chiều dày tương đối của bánh lái.

1.5.3. ảnh hưởng của mặt nước tự do
Mặt nước tự do có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm việc của bánh lái
Nếu gọi tP là khoảng cách từ mép trên bánh lái đến mép nước tự do thì khi bánh lái làm
việc gần mặt thoáng, độ dang hiệu chỉnh của nó là : = .
trong đó:

- hệ số phụ thuộc vào tốc độ Fr =

v
gh P

và độ ngập sâu tương đối t P

tP
,
hP

giá trị tra đồ thị dạng như sau:
Với bánh lái có t P càng nhỏ thì biến thiên thất thường (hP nhỏ), khi t P càng lớn thì
càng ít thay đổi thất thường hơn. Hay nói một cách khác khi tP càng tăng (bánh lái càng ngập
sâu trong nước) thì càng nhỏ ở giá trị Fr nhỏ. Vì vậy, nếu đánh giá về chất lượng làm việc của
bánh lái thì bánh lái càng ngập sâu trong nước càng tốt. Từ đó người ta đưa ra giới hạn ngập
sâu như sau:
Với tàu biển: t P 0,25
Với tàu hồ: t P 0,125
Với tàu sông: t P 0,05 0,1 , đặc biệt có thể t P 0 (do luồng lạch hạn chế).

25


Hình 1.16. ảnh hưởng của mặt thoáng.

1.5.4. ảnh hưởng của trụ lái
1.5.4.1. Các kích thước cơ bản của hệ bánh lái, trụ lái
Diện tích trụ lái: FP là diện tích mặt phẳng hình chiếu giới hạn bởi đường bao trụ lái trên

mặt phẳng song song với mặt phẳng đối xứng của trụ lái, m2.
Diện tích của hệ bánh lái-trụ lái: FK là phần diện tích mặt phẳng hình chiếu của hệ trên
mặt phẳng song song với mặt phẳng đối xứng của hệ được giới hạn bởi mép trước của trụ lái,
mép sau, mép trên và mép dưới của bánh lái, m2.
Chiều rộng trụ lái: bP là khảng cách đo theo phương vuông góc với trục lái giữa mép
trước và mép sau của trụ lái, m.

Hình 1.17. Các kích thước cơ bản của hệ bánh lái - trụ lái.

26


1.5.4.2. ảnh hưởng của trụ lái

Hình 1.18. ảnh hưởng của trụ lái đến chất lượng thủy động của bánh lái
Chiều rộng toàn bộ của hệ bánh lái-trụ lái: bK là khoảng cách đo theo phương vuông góc
với trục lái giữa mép trước của trụ lái và mép sau của bánh lái trên tiết diện đó, m.
Độ dang của hệ bánh lái-trụ lái: K là tỉ số giữa chiều cao của bánh lái và chiều rộng trung
bình của hệ bánh lái-trụ lái
hP
h 2P
Ký hiệu: K

b K CP FK

(1.25)

Bánh lái có đặt trụ lái, sau khi bẻ lái góc P, người ta coi cả hệ bánh lái - trụ lái như một
bánh lái có prôfin không đối xứng.
Nếu gọi hệ số lực dạt của hệ bánh lái-trụ lái là CYp+p thì ta có quan hệ CYp+p < CYp, trong

đó: CYp- là hệ số lực dạt của bánh lái (nhưng không đặt sau trụ lái) và có kích thước tương tự hệ
bánh lái-trụ lái đó.
Để đặc trưng cho sự khác sai này, người ta đưa ra hệ số hiệu chỉnh rP = CYp+p /CYp.
Hệ số rP cho dạng đồ thị, khi A = (16 - 20)% diện tích của hệ bánh lái để đưa vào trụ lái.
Có thể tính rP theo công thức thực nghiệm như sau :
rP = 1,872.A - 0,39.A2 - 0,281.A3.
F
trong đó: A P
FP P

27

(1.26)


1.6. Xác định lực thuỷ động trên tấm bánh lái
và mô men thuỷ động trên trục lái
1.6.1. Xác định lực thuỷ động trên bánh lái và mô men thuỷ động trên trục lái
của bánh lái đặt tại mặt phẳng dọc tâm tàu không tự hành.
Các số liệu chủ yếu sử dụng để tính toán:
Các thông số chủ yếu của tàu (L, B, H, T, , , , v.v.)
FP - diện tích bánh lái, m2.
hP - chiều cao bánh lái, m.
= h2p/FP - độ dang của bánh lái.
Kiểu prôfin bánh lái (NASA, N.E.J, ...)
t P - chiều dày tương đối của prôfin bánh lái.
a - vị trí đặt trục, m.
R - hệ số cân đối.
vS - tốc độ tiến của tàu, hl/g.
Tốc độ của dòng nước chảy đến bánh lái là :

vCP = 0,515.vS.(1- R) , m/s.
(1.27)
trong đó: vS - tốc độ tàu chạy tiến, hl/g.
R - giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt bánh lái, có thể tính theo
công thức Papmiel:
R 0,165. z .

3

V
hP

(1.27.1)

với: z - số lượng bánh lái.
- hệ số béo thể tích của tàu
V = .L.B.T - lượng chiếm nước thể tích của tàu, m3.
hP - chiều cao bánh lái, m.
Công thức Papmiel ở trên tính cho prôfin bánh lái dạng thoát nước, còn đối với prôfin dạng
tấm, R tính theo công thức sau:
(1.27.2)
R = 0,5. - 0,18.
Quá trình tính lực và mômen thuỷ động được thực hiện dưới dạng bảng 1.3.
Bảng 1.3. Tính lực và mô men thủy động tác dụng
lên bánh lái tàu không tự hành.
TT
1
2
3
4

5
6

Đơn
vị

Các đại lượng cần tính
CX (Đồ thị)
CY (Đồ thị)
CD (Đồ thị)
CY.cos P
CX.sin P
CN = (4) + (5)

-

28

Giá trị tính được theo
góc bẻ lái P, độ.
5 10 15
...
35


7
8
9

xP = CD.bCP

l = xP - a
Pn = 1/2.PN. .CN.v2CP.FP

10
11

M = PN.l
M = k0.M

m
m
kG
kG.m
kG.m

Trong bảng 1.2, có: k0 = (1,2 -1,3) - hệ số tăng thêm để thắng mô men cản quán tính ban
đầu. Nếu M < 0 thì không cần nhân với k0.
l - tay đòn của áp lực thủy động, m.

1.6.2. Xác định lực thuỷ động trên tấm bánh lái và mô men thuỷ động trên trục
lái của tàu tự hành bánh lái đặt trực tiếp sau chong chóng
1.6.2.1. Tàu chạy tiến
Tốc độ trung bình của dòng nước chảy đến bánh lái là:
vCP = 0,515.(1- r ). .vS, m/s.
(1.28)
với: vS - tốc độ chạy tiến của tàu, hl/g.
R = 0,8. 0 - gía trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt bánh lái.
0 - giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt chong chóng, tính theo Papmiel:
Tàu sông: 0 0,11

0,16 z
. .
z

Tàu biển: 0 0,165. z .

3

3

V
.
D

V
.
D

(1.28.1)
(1.28.2)

trong đó: D - đường kính chong chóng, m.
V - Lượng chiếm nước thể tích tàu, m3.
- hệ số béo thể tích của tàu.
z - số lượng chong chóng.
: Giá trị hiệu chỉnh do kể đến sự tạo sóng, phụ thuộc vào tốc độ tương đối: Fr =
v
gL

.

Nếu Fr
0,2 thì
= 0, còn Fr > 0,2 thì
= 0,3. .(Fr-0,2)
- hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của dòng nước chảy ra rừ chong chóng đến bánh
lái, được tính theo công thức N.A. Petrov:
1

FP"
.k B . 1 .
FP

(1.28.3)

trong đó: FP là phần diện tích bánh lái bị bao phủ bởi dòng nước do chong chóng đạp ra, m2.
FP - diện tích của tấm bánh lái, m2.

29


Hình 1.19. Vị trí của bánh lái so với chong chóng
kB - là hệ số kể đến sự gia tăng thêm của lực dạt do cánh chong chóng đặt trực tiếp
trong dòng nước của chong chóng.

Hình 1.20. Để xác định hệ số kB

30