Đề cương ôn tập lý thuyết tàu 2

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2
Câu 1: Phân tích sức cản tạo sóng khi tàu chạy trong mơi trường nước
n lặng (wave making).
- Quan sát các tàu nổi chạy trên mặt nước có thể thấy các đợt sóng liên tục
xuất hiện quanh tàu và sau tàu. Hiện tượng tạo sóng còn quan sát thấy trong
những trường hợp tàu bay sát mặt nước như tàu đệm khí. Ngồi chuyển
động do thân tàu, mặt nước sát tàu cịn bị kích thích của tác động do phần
mũi và phần lái tàu. Sóng do 2 cực này tạo ra còn gọi là thứ cấp. Sóng tổng
hợp từ các thành phần vừa nêu tác động xung quanh thân tàu, phụ thuộc vào
hình dáng và vận tốc tiến của tàu.
- Trong hệ tọa độ quy chiếu gắn liền với thân tàu, tốc độ di chuyển của sóng
khơng đổi và bằng 0. Điều này nói lên rằng, so với hệ tọa độ cố định trong
không gian, tốc độ di chuyển của sóng đúng bằng tốc độ tiến của tàu. Theo
lý thuyết sóng, chiều dài sóng xác định từ biểu thức:


2  c 2
g

Trong đó: c = V = tốc độ tàu.

Nếu viết biểu thức tính vận tốc tàu dạng tương đối, tức dưới dạng số Froude,
biểu thức sẽ trở thành:
L





gL
1

2
2  V
2  Fn2

Với các tàu chạy không nhanh Fn < 0,5.
- Trong miền tốc độ thấp, hệ thống sóng tàu được hình thành chủ yếu dựa trên
cơ sở giao thoa của hệ thống sóng mũi và sóng đi tàu. Biên độ sóng sinh
ra tính bằng cơng thức:
aw  a 2  b 2  2ab cos Trong đó φ là độ lệch pha giữa 2 sóng trên.

1

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14




- Nếu pha của sóng mũi và sóng đi trùng nhau, cos bo2   1 có nghĩa rằng
 Fn 

Fn2 

b0
 .n

với n = 1, 2, 3,… phía sau tàu xuất hiện sóng có độ cao tối đa:

aw = a + b




- Ngược lại với trường hợp trên, ta có cos bo2   1 , biên độ sóng sẽ là
 Fn 

aw = a + b, trường hợp này, sức cản tạo sóng sẽ có giá trị nhỏ nhất.
- Đỉnh sóng mũi thường nằm gần mũi tàu, chính xác hơn nữa, vị trí đỉnh sóng
mũi chừng 1/4 chiều dài sóng.
- Khoảng cách giữa đỉnh sóng đầu sau mũi như vừa nêu và đỉnh tiếp theo phải
là số lẻ của chiều dài sóng, cịn khi 2 hệ thống sóng này triệt tiêu lẫn nhau thì
L – λ/4 phải là số chẵn. Điều này có nghĩa là:
L


4

k


2

trong đó: k = 1, 3, 5, …..

Sức cản tạo sóng là hàm bậc rất cao của vận tốc tàu. Có thể tổng kết như
sau: Rw là hàm bậc 6 của v, còn Cw là hàm bậc 4.
- Trong thực tế, hiếm khi tàu chạy mà khơng tạo sóng. Sóng được tạo ra bằng
chính năng lượng được tàu đã cấp cho nó. Người ta tìm mọi biện pháp hạn
chế sóng tạo ra khi tàu tiến, một trong những cách làm có hiệu quả là đặt
mũi quả lê trước mũi tàu.
- Cơng thức tính sức cản sóng:
0 L/2


 f
Rw   U 
cos(n, x)dS  2 U  

dxdz
x
x x
s
T  L / 2

2

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Câu 2: Tính chuyển sức cản từ kết quả thử nghiệm mơ hình sang tàu
thực:
- Trong sức cản có 2 nhóm đóng vai trị chính là lực trọng trường và lực nhớt.
Hai nhóm này tn theo định luật đồng dạng hình học là định luật Froude và
Renolds. Thỏa mãn đồng thời 2 định luật khác nhau, áp dụng 2 nhóm lực
khác nhau là điều khơng thể thực hiện khi thử mơ hình tàu.
 do đó để xử lí các kết quả của việc thử mơ hình tàu ta cần giả thiết về sự
độc lập của các quá trình vật lý gây nên lực liên quan đến trọng trường và
lực nhớt.
- Theo giả thuyết này, lực cản toàn bộ của tàu (Rt) được coi là tập hợp của 2
nhóm lực riêng nhau, phụ thuộc vào Fn và Rn
- Hệ số lực cản toàn bộ tàu:
CT 

RT
 f Fn, Rn  f1 Fn  f 2 Rn
0,5   v 2  S

- Phương pháp tính chuyển kquả từ thử mơ hình sang tàu thật dựa vào việc
thỏa mãn hoàn toàn điều kiện Froude và từng phần điều kiện Reynolds, theo
đó cần đảm bảo sự cân bằng hệ số sức cản sóng và xốy của mơ hình và tàu
thật cho mỗi trường hợp Fn=const.
Rw,t 

Dt
 Rw,m  k 3 Rw,m với k là tỉ lệ hình học giữa tàu mơ hình và tàu thật.
Dm

- Điều kiện đồng dạng hình học trong quá trình thử là: vt = k.vm
- Sức cản xoáy đc ghép chung với sức cản sóng gọi là sức cản dư:
Rr = Rw + Rp
- Hệ số sức cản dư đc tính theo cách chung, phụ thuộc số Fn:
Cr 

Rr
 Rr  C r  0,5    v 2  S
2
0,5   v  S

2
- Trong khi đó sức cản ma sát tình bằng cơng thức: RF  CF ( Rn)  0,5    v  S

3

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

- Vậy sức cản toàn bộ tàu: Rt = Rr + RF.

Câu 3: Trình bày sức cản nhớt
- Quan sát dịng chảy qunah thân tàu có thể phân biệt 3 vùng mang tính chất
khác nhau:
o Vùng I:

Nằm trong miền tác động đặc biệt của dịng gọi là lớp

biên. Tính chất của lớp này phụ thuộc vào độ nhớt của nhớt và độ rối
của dịng. Sức cản nhớt phụ thuộc vào tính chất của lớp này.
o Vùng II:

Nằm sau thân tàu đánh dấu giới hạn của lớp biên.

o Vùng III:

Nằm ngoài khu vực ảnh hưởng của lớp biên, mang tính

chất cuả dịng thế. Lớp biên ln gây ảnh hưởng tới dịng thế bên
ngồi nó dặc biệt khu vực sau tàu, đồng thời làm thay đổi sức cản áp
suất và sức cản ma sát.
- Cơng thức tính sức cản: R    Vx V  Vx ds    p  p ds
s

s

- Sự thể hiện ảnh hưởng độ nhớt chất lỏng đến ma sát vỏ tàu thông qua chủ
yếu bằng lớp biên. Các phần tử nước trong dòng chảy sát vỏ tàu có xu hướng
bám dính vào vỏ tàu cịn tốc độ dịng chảy sát ngay vỏ tàu ln bằng 0. Tốc
độ này tăng dần lên ở những khoảng cách xa dần vỏ tàu.
- Sự tăng tốc độ từ 0 đến vận tốc dòng thế phân bố ko giống nhau trên các mặt
cắt ngang qua tàu. Có 2 dạng dịng chảy của lớp biên là dòng chảy tầng và
dòng chảy rối. Trong dòng chảy tầng biểu đồ vận tốc tăng chậm, ngược lại
sự thay đổi trong dịng chày rối nhìn thấy rõ ràng hơn.
- Sức cản hình thành do quá trình tách biên, xoáy nước,... như vừa đề cập phụ
thuộc ko chỉ vận tốc tàu mà cịn phụ thuộc hình dáng thân tàu, phần chìm

trong nước, vì vậy mà nhiều nhà nghiên cứu gọi thành phần này là sức cản
hình dáng, hay cịn gọi là sức cản xốy.
4

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Câu 4: Ảnh hưởng của số Rn, Fr đến sức cản tàu:
1. Số Froude:
- Số Froude miêu tả quan hệ giữa lực trọng trường và lực qn tính.
Fn  0,298

v
L

Trong đó:
• v – tính bằng m/s
• L – tính bằng m
• G = 9,81 m/s2

- Quan hệ giữa hai dạng thức của số Froude là: Fnv  Fn

3

L
V

- Số Froude được coi là vận tốc tương đối của tàu, có thể làm chuẩn khi phân
loại tàu theo vận tốc tiến. Cách phân loại sau đây được xem là hợp lý cho tàu
nổi.
o Tàu nổi, tốc độ không cao:
▪ Fnv  1 hoặc

Fn 

3

V /L

o Tàu chạy nhanh ở chế độ sắp lướt
▪ 1  Fnv  3

hoặc

3

V / L  Fn  3

3

V /L

o Tàu làm việc ở chế độ lướt

Fnv  3

▪

hoặc

Fn  3

3

V /L

2. Số Reynolds
-

Rn 

L
V

Trong đó: υ là độ nhớt động học

- Thông thường số nhớt của chất lỏng được hiểu là hệ số nhớt giữa 2 lớp kề
nhau của dịng chất lỏng. Cơng thức xác định lực cản F giữa chúng:
F 

du ,
dy

tỉ lệ   


5

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ƠN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Trong đó:
o μ – Hệ số nhớt.
o ρ – Mật độ chất lỏng
- Các chế độ dòng chảy của Reynolds:
o Dòng chảy trong ống dẫn:
Re 

  vDH
vDH
QDH




A

Trong đó:
▪ DH là đường kính thủy lực của ống (đường kính bên trong nếu
ống tròn) (m).
▪ Q là lưu lượng dòng chảy (m3/s).
▪ A là diện tích tiết diện ống (m2).

▪ v là vận tốc trung bình của chất lỏng (m/s).
▪ μ là độ nhớt động lực học của chất lỏng (Pa·s = N·s/m2 =
kg/(m*s)).
▪ υ (nu) là độ nhớt động học (ν = μ/ρ) (m2/s).
▪ ρ là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
o Dòng chảy trong ống rộng:
Với dòng chảy dữa hai mặt phẳng song song—nơi mà có chiều rộng
lớn hơn nhiều khoảng cách giữa hai mặt—thứ nguyên đặc trưng bằng
với khoảng cách giữa hai mặt
o Dòng chảy trong máng mở:
o Với dịng chảy ở một bề mặt mở, bán kính thủy lực phải được xác
định. Đây là khu vực tiết diện của máng được chia ra bởi chu vi ướt.
Với một máng hình bán nguyệt, nó là nửa bán kính. Với máng hình
chữ nhật, bán kính thuỷ lực là khu vực tiết diện bị chia bởi chu vi ướt.
6

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ƠN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Có tài liệu sử dụng thứ nguyên đặc trưng là bốn lần bán kính thuỷ lực,
vì nó sẽ cho giá trị Rn của sự xâm nhập của sự rối giống với dòng
chảy trong ống, trong khi một số tài liệu sử dụng bán kính thuỷ lực là
thang độ dài đặc trưng với kết quả là có giá trị Rn khác với giá trị của
dịng chảy rối.
Câu 5: Trình bày ảnh hưởng của LCB (hoành độ tâm nổi) đến sức cản
của tàu:

- Hoành độ tâm nổi (LCB) là đại lượng đặc trưng cho phân bố lượng chiếm
nước dọc tàu, ảnh hưởng rất lớn đến sức cản tàu chạy chậm và tàu chạy với
vận tốc trung bình.
- Dịch chuyển tâm nổi về phía trước tàu làm cho sức cản sóng tăng lên song
lại giảm sức cản hình dáng (sức cản xốy). Ngược lại đưa tâm nổi lùi về sau
tàu lại giảm sức cản sóng. Đặt tâm nổi đúng vị trí có thể làm cho sức cản tàu
đạt nhỏ nhất.
- Vị trí tối ưu của tâm nổi phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc và hệ số đầy lăng trụ
thân tàu. Một số tỉ lệ kích thước chính thân tàu gây ảnh hưởng đến việc xác
định vị trí tối ưu tâm nổi.
- Vị trí tâm nổi trong mọi trường hợp phải được xét trong quan hệ với hệ số
đầy thân tàu.

7

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Câu 6: Trình bày biện pháp giảm sức cản nhớt? Nêu ảnh hưởng của độ
nhám bề mặt đến sức cản tàu.
1. Biện pháp giảm sức cản nhớt:
- Bề mặt vỏ tàu phải đảm bảo nhẵn, giảm độ nhám bề mặt vỏ tàu. Áp dụng
đúng quy trình cơng nghệ đóng tàu và sử dụng các loại sơn phù hợp để sơn
tàu.
- Bảo dưỡng tàu đúng thời hạn,
- Thiết kế tàu có hình dạng thoát nước.

- Thiết kế tàu hợp lý, sao cho điểm tách lớp biên được lùi sâu về phía đi tàu
- …
2. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt đến sức cản tàu:
- Độ nhám, lồi lõm bề mặt vỏ tàu ảnh hưởng đến sức cản. trạng thái lồi lõm
chung gần như bao gồm toàn bộ bề mặt phần ngâm nước do những nguyên
nhân:
o Bề mặt tôn bao ko phẳng và phủ lớp sơn ko đều, do yếu tố vật liệu.
o Tơn bao gợn sóng do cơng nghệ đóng và sửa chữa tàu.
- Trạng thái lồi lõm cục bộ như tính toán, đường hàn, lỗ khoét…
- Ảnh hưởng của bề mặt nhám dạng hạt đối với sức cản phụ thuộc tỷ số

𝑘𝑠
𝐿

với

trị số Re, trong đó 𝐿 là độ dày của lớp lát cơ bản.
- Đặc trưng của tôn bao gợn sóng là biên độ và chiều dài sóng . Gợn sóng
gây tăng sức cản áp suất và cũng làm cho dòng chảy tách nhanh. Gia số của
hệ số sức cản áp suất do tơn bao gợn sóng có thể tính theo cơng thức:
𝟐𝒂

𝑺



𝑺

∆Cp  0,2( )𝟐

- Trong đó, 𝑺 là phần bề mặt bị gợn sóng của diện tích mặt ướt thân tàu S.
nếu thỏa mãn điều kiện:
8

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ƠN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2
𝟐𝐚


≤(

𝟏
𝟐𝟎𝟎

LỚP VT14


𝟏

)

𝟐𝟓𝟎

- Thì sức cản phụ do gợn sóng là nhỏ, có thể bỏ qua.
- Độ lồi lõm cục bộ đc tạo nên , trước hết là đường hàn, các lỗ khoét, các chỗ
hõm của thân tàu.
- Sức cản đường hàn:
o Sức cản do ma sát giữa nước với nước quanh vũng, cả gia tăng áp suất

ở thành sau của vũng gần điểm xốy.
o Thay đổi sức cản ma sát ở vùng ngồi vũng gây giảm ảnh hưởng lớp
giới hạn.
o Tăng sức cản áp suất do ảnh hưởng dịng chảy bên ngồi từ phía của
hõm có xốy.
- Sức cản của vũng và các lỗ khoét có thể làm giảm bằng cách cấu tạo hình
dáng mép sau của hõm.
Câu 7: Trình bày 1 phương pháp tính sức cản
Tính sức cản tàu bằng phương pháp Taylor
- Phương pháp Taylor dùng cho tàu chạy chậm và trung bình, phạm vi vận tốc
từ V / L  0,3  2,0 ; Tỉ lệ B/T nằm trong giới hạn 2,25 – 3,0 và 3,75; Hệ số
đầy lăng trụ thân tàu từ 0,48 – 0,8.
- Trước khi tính sức cản tàu cần chuẩn bị các thông số hỗ trợ gồm:
o Các thơng số cơ bản của tàu
o Diện tích mặt cắt ướt
o Các hệ số đầy của tàu.
o Hệ số Froude, hệ số Reynolds
- Sức cản tàu tính bằng cơng thức : R = Rr + Rf
Trong đó:

9

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Sức cản dư. Ta tra đồ thị Taylor với 2 trường hợp B/T = 2,25 và

o Rr :

B/T = 3,75. Sau đó nội suy ra giá trị B/T của tàu đang tính.
Sức cản ma sát. Tính theo cơng thức: R f  0,5    S V 2  C f

o Rf :

Trong đó:
▪ ρ

:

Mật độ chất lỏng.

▪ S

:

Diện tích mặt cắt ướt

▪ V

:

Vận tốc tàu

▪ Cf

:

Hệ số ma sát, tính theo công thức:

Cf 

▪ Rn

0,075
log Rn  22

:

Hệ số Reynolds

Câu 8: Trình bày các chế độ làm việc của phần cánh.
- Trong thực tế chân vịt ko làm việc trog môi trường tưởng tượng mà trong
nước, và sau mỗi vong quay nó chỉ tiến được bước h nhỏ hơn bước hình học
H mà theo lý thuyết nó có thể đạt đc trong môi trường chất rắn.
- Quãng đường h gọi là bước tiến thật của chân vịt tàu. Tốc độ tịnh tiến thật:
Vp = hn
- Tỷ lệ giữa bước tiến thật và đường kính chân vịt có tên gọi là hệ số tiến, ký
hiệu J. J =

𝒉
𝑫

=

𝑽𝒑
𝒏𝑫

- Máy đẩy tàu dạng các cánh quạt sử dụng momen quay từ máy chính của tàu,
quay trong nước và bằng cách đó tác động trức tiếp đến nước chảy qua mặt
đĩa làm việc của máy đẩy.
- Từ khoảng cách rất xa về phía trước chân vịt tàu nước chảy đến gần mặt làm
việc với vận tốc bằng vận tốc tịnh tiến của tàu. Đường dòng trong ống trụ
tưởng tượng bao chân vịt lúc này song song với nhau. Đến gần mặt làm việc
10

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

chân vịt, vận tốc theo hướng trục tăng dần. Sau mặt làm việc vận tốc này
tiếp tục tăng, đường dịng bó sát nhau hơn đồng thời bị xoắn theo chiều quay
chân vịt.
- Các thành phần tốc độ trên cánh phát sinh trong khi chánh quay trong nước
(theo hình dưới đây). Tại mặt cắt cánh theo mặt trụ, bán kính r tốc độ dọc
trục của dòng nước đến chân vịt là Vp còn tốc độ vòng là 2πrn. Các thành
phần nảy sinh trong khi chân vịt làm việc gồm 𝑣1 trùng với hướng của Vp,
tốc độ vòng 𝑣𝑡1 trùng với chiều quay chân vịt, và do vậy ngược với tốc độ
vòng dòng chảy bao chân vịt. Tổng hình học của các thành phần gọi là tốc
độ tương đối của nước đến phần tử cánh 𝑣𝑖 . Độ lớn tốc độ này phụ thuộc vào
hình dáng profil cánh và là hàm của góc tấn .

- Đặc trưng động lực học của cánh đc xác định bằng các hệ số:
o Hệ số lực nâng: 𝐂𝐋 =

o Hệ số lực cản: 𝐂𝐃 =

𝐋
𝐕𝟐

 𝐢 𝐀
𝟐
𝐃
𝟐

𝐕
 𝐢 𝐀
𝟐

o Tỷ lệ giữa lực cản D và lực nâng L:  =

𝐃
𝐋

=

𝐂𝐃
𝐂𝐋

11

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

- Lực nâng tác dụng vng góc với hướng của vận tốc 𝐯𝐢 còn lực cản tác động
ngược chiều với 𝐯𝐢 .
- Các hệ số lực nâng và lực cản của 1 dạng cánh là hàm của góc tấn. Góc tấn
mà tại đó 𝐂𝐋 trở thành D đc gọi là góc của lực nâng, ký hiệu bằng 𝟎 . Trong
thực tế tính tốn, thay vì góc αo, ta sử dụng góc tấn αi tính từ hướng tác động
của dịng chảy với vận tốc vi đến đường lực nâng L = 0, tính theo công thức:
αi = α + αo
o Trong điều kiện thử tàu tại bến, vận tốc tiến của tàu và chân vịt đều
𝑉𝑝
bằng 0 và J= = 0, giá trị K 𝑇 , K 𝑄 đạt lớn nhất vì lúc này góc 𝐢 và
𝑛𝐷

o

o
o

o

lực tác động đạt maximum, hiệu suất = 0. Khi tăng vận tốc tương đối
J, góc 𝑖 tăng và hâu quả làm cho i giảm, dẫn đến hệ số lực nâng CL
giảm, từ đó giảm các hệ số K 𝑇 , K 𝑄 .
Đến 1 giới hạn nhất định của J=J1 sẽ xảy ra hiện tượng K 𝑇 =0 trong
khi K 𝑄 khác 0, dẫn đến hiệu suất = 0 và lực đẩy ko cịn khi đó momen
quay còn lớn hơn 0.
Khi 𝐢 = 𝟎, tại phần tử cánh ko thấy xuất hiện lực nâng dL. Chân vịt
trong trường hợp này làm việc ở chế độ ko tạo lực nâng.

Khi J đạt bằng giá trị J2 nhất định, hệ số K 𝑄 = 0 còn K 𝑇 < 0. Góc 𝐢
nhỏ hơn 0 làm cho lực nâng cũng quay chiều tác động. chân vịt tại chế
độ này quay tự do còn dL<0. Qua khỏi giới hạn J2 hệ số K 𝑄 <0 và do
vậy giá trị của dQ<0.
Trong phạm vi 0lực đẩy lớn hơn 0, đưa tàu lên phía trước. Khi vượt qua J2 chân vịt tàu
sẽ làm việc như tuabin tạo momen quay. Còn trong phạm vi J1 chân vịt ko đóng vai trị máy đẩy và cũng ko phải tuabin.

12

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

13

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Câu 9: Lý thuyết bảo toàn động lượng trong cơ sở lý thuyết của chân vịt?
- Nguyên lý làm việc của máy đẩy tàu dạng chân vịt nói chung dựa trên lý
thuyết bảo toàn động lượng do Rankine đề xuất (1865), sau đó Froude phát

triển thêm (1887). Nhà khoa học hàng ko lớn người Nga đã tiếp tục hoàn
chỉnh lý thuyết này. Theo các tác giả, máy đẩy đc đặt trong lòng chất lỏng lý
tưởng, khi hoạt động ko chịu chi phối của lực cản. trong lý thuyết này, hình
dáng, hình học, kích thước của chân vịt, cấu hình của máy đẩy ko có vai trị
gì trong khi tính tốn đặc tính cơ học. hình tượng đc hình dung thành chân vịt
là 1 đĩa trịn đường kính D đặt vng góc hướng chảy của dòng chất lỏng lý
tưởng, chiều dày tấm đĩa vơ cùng mỏng, hoặc nói dễ hiểu hơn chiều dày gần
bằng 0. Số cánh của chân vịt dạng này đc coi là ko hạn chế có nghĩa Z  .
Có mặt của đĩa lý tưởng trong dòng chảy làm biến đổi cơ tính dịng chảy.
Vận tốc dịng hướng trục sau đĩa tăng vì có bước nhảy áp suất trong dịng khi
đi qua mặt làm việc này.
- Nếu ta ký hiệu Vp là vận tốc của dòng ở khoảng cách xa trước mặt làm việc
của chân vịt ; p𝑡 là áp lực trong dòng điều hòa; p1 và p2 là áp lực trong dịng
đo tại vị trí sát trước đĩa và sát sau đĩa; Vs là vận tốc tại mặt làm việc.
- Phương trình Bernoulli cho đoạn dịng chảy từ vị trí xa trước đĩa đến mặt sát
trước đĩa :
𝐩𝐭 +

𝑽𝒑 𝟐
𝟐

= 𝐩𝟏 +

𝑽𝒔 𝟐
𝟐

- Với đoạn dòng chảy từ mặt sát sau đĩa đến khoảng cách xa sau mặt làm việc:
𝐩𝟐 +

𝑽𝒔 𝟐

𝟐



= 𝐩𝟏 + (𝑽𝒑 +  𝟐 )
𝟐

- Hai phtrinh cuối cho phép tìm bước nhảy áp lực trong dòng chảy khi băng
qua đĩa dày gần bằng 0.

∆p = 𝐩𝟐 − 𝐩𝟏 =  (𝑽𝒑 +  )
𝟐

- Vận tốc  đc gây ra do có sự thay đổi áp lực chảy cùng chiều với Vp đc coi
phân bố đều trong ống trụ diện tích mặt cắt ngang bằng diện tích mặt đĩa làm
việc. trực tiếp gây nên sự thay đổi vận tốc dòng chảy sinh ra  chính là lực

đẩy của máy đẩy. lực đẩy
T = ∆p𝑨𝒑 = 𝑨𝒑 (Vp+  ) 
𝟐

Trong đó: 𝑨𝒑 : diện tích mặt đĩa làm việc của máy đẩy ; : mật độ chất lỏng.
- Nếu ký hiệu m là khối lượng chất lỏng chảy qua mặt làm việc trong 1 đơn vị
thời gian. Biểu thức động lượng của nó trong dịng chảy từ vị trí xa trước và
sau mặt đĩa: T = m
(*)
14

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

o Thay m = 𝑨𝒑 𝑽𝒔 vào (*) ta đc: T = 𝑨𝒑 𝑽𝒔 
 𝑽𝒔 = 𝑽𝒑 +


𝟐

- Vận tốc đc tạo tại ngay mặt làm việc khi máy đẩy lý tưởng hoạt động trong
dòng chảy bằng 1 nửa giá trị dòng chảy đc gây ra sau dòng.
- Để xét hiệu suất chân vịt lý tưởng cần phải xét đến công suất mà máy đẩy có
thể tạo ra và cơng suất cần cấp để làm tăng vận tốc khối nước m qua mặt đĩa.
- Công suất do máy đẩy tạo ra bằng: 𝑷𝟏 = T.Vp
- Trong khi đó có thể đưa khối lượng chất lỏng m từ trạng thái đứng yên đến
chuyển động với vận tốc  cần thiết phải cung cấp năng lượng với lượng
m.  /2:
𝑷𝟐 = T.Vp +

𝒎 𝟐
𝟐

- Hiệu suất máy đẩy lý tưởng đc tính bằng tỷ lệ giữa p1 và p2
𝟏
𝒑 =
𝟏 
𝟏+
𝟐 𝑽𝒑

Kết luận: Hiệu suất chân vịt lý tưởng càng cao nêu vận tốc đc gây ra trong
dòng chảy  càng nhỏ.
Câu 10: Trình bày hiện tượng xâm thực cánh chân vịt.
- Xâm thực cánh và củ chân vịt gây ra nhiều hậu quả không hay cho hoạt
động chân vịt và ngay cả an toàn của chân vịt. Trong thực tế đã gặp những
trường hợp chân vịt bị phá hủy do xâm thực.
- Biểu hiện ban đầu dễ nhận thấy nhất là sủi bọt, theo đó bong bóng chứa đầy
hơi nước và khí trong lúc áp suất tuyệt đối hạ thấp hơn áp suất bão hịa thốt
ra từ cánh, củ chân vịt.
1. Sủi bọt profil
- Hiện tượng sủi bọt có thể xảy ra ngay trên profil cánh nếu tại dòng chảy bao
quanh cánh xuất hiện vùng áp suất thấp hơn bão hòa. Phương trình Bernoulli
áp dụng cho trường hợp này có dạng:
  Vo2
  V12
Po 

Trong đó:
o Vo
:
o V1, p1 :
o po
:

2

 p1 

2

Vận tốc dòng đến cánh.
Vận tốc và áp suất tại điểm trên cánh.
Áp suất tĩnh tại mức nước Hs, trong dòng, xa trước cánh
15

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

- Từ phương trình trên có thể viết:
p1  po 



1
 V12  Vo2
2



- Trong chất lỏng khơng thể kéo dài tình trạng giảm áp suất, và cũng khơng có
tình trạng áp suất âm, bởi vậy khi áp suất giảm đến giới hạn nhất định, các
phần tử nước sát mặt cánh tách ra khỏi mặt cánh làm xuất hiện các vùng
chân không. Giới hạn áp suất để xảy ra sủi bọt không khác xa áp suất hơi
bão hịa của nước.
- Ta có điều kiện sủi bọt:
p1  p o 





1
 V12  Vo2  p d
2

- Nếu ký hiệu số sủi bọt là tỉ lệ giữa áp suất tĩnh và áp suất dộng và
2

V 
K   1   1
 Vo 

gọi là hệ số loãng

- Điều kiện sủi bọt được viết gọn như sau:   K
2. Sủi bọt chân vịt
- Chân vịt gồm củ và các cánh, bởi vậy trong quá trình làm việc trong nước,
cả cánh và củ chân vịt đều có khả năng bị xâm thực. Như đã miêu tả trên,
các cánh có khả năng bị xâm thực giống như hiện tượng xâm thực xảy ra
trên profil, trong điều kiện số sủi bọt nhỏ hơn hệ số loãng.
- Thiết kế chân vịt cần tránh hiện tượng trên. Trong trường hợp này sẽ có
nhiều hiện tượng xấu xuất hiện ảnh hưởng đến đặc tính thủy động học của
chân vịt. Thời gian đầu của quá trình sủi bọt này, khi có vùng bong bóng
chiếm khơng rộng trên cánh, đặc tính thủy động lực chưa bị thay đổi nhiều,
nhưng khi quá trình sủi bọt đã lây lan khắp mặt hút của cánh, lực đẩy và
momen quay của cánh giảm rõ rệt, hiệu suất chân vịt giảm trông thấy.

- Sủi bọt chân vịt đem đến nhiều tác hại không mong muốn cho tàu như làm
tăng độ ồn và là nguyên nhân làm hư chân vịt tàu do xâm thực.
- Các bong bóng chưa đầy hơi khí tách khỏi bề mặt cánh ln gây ra tiếng kêu
là do có sự thay đổi áp suất cục bộ trong bong bóng. Vì những bong bóng
này thốt ra khỏi vùng áp suất thấp cục bộ để rơi vào miền áp suất cao bọc bị
ngưng tụ đột ngột.
- Đồng hành với sự ngưng tụ trên đây là sự va đập tập trung của nước quanh
bong bóng, hệ quả của nó là làm xuất hiện vùng áp suất cao trong lịng bong
bóng. Với việc “bùng nổ” những quả bom khơng khí này khi áp suất tăng
16

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

quá giới hạn chịu đựng, các phân tử nước chẳng khác nào những mảnh bom
bắn phá bề mặt kim loại nằm gần đó. Sự va đập của phân tử nước đến bề mặt
kim loại là nguyên nhân dẫn đến việc phá hủy bề mặt này. Sự phá hủy theo
mô tả trên, ban đầu như dội bom của nước, bề mặt thay đổi màu giống hiện
tượng bị nung nóng, sau đó xuất hiện các lỗ với đường kính rất nhỏ khi vết
lõm cịn cạn. Nhưng theo thời gian cùng với tác động của hiện tượng xâm
thực, các vết lõm do bị bắn phá lớn dẫn, sâu dần và lây lan ra khắp vùng. Vì
vậy người ta phải bỏ đi những chân vịt bị xâm thực phá mòn cánh, hoặc làm
thủng cánh.
- Để ngăn ngừa sủi bọt và các hậu quả xấu của nó, ta có thể sử dụng các biện
pháp cần thiết sau:
o Dùng profil cánh với phân bố áp lực thủy động đều, tránh các đỉnh áp

suất. Loại profil hình cong như lưỡi kiếm, lõm ở mặt đẩy có khả năng
chống sủi bọt tốt hơn loại profil cánh máy bay.
o Để đảm bảo lực đẩy đủ lớn trong mọi trường hợp cần phải tăng diện
tích mặt cánh bằng cách làm tăng chiều rộng cánh, cùng với biện pháp
giảm chiều dày cánh. Cách làm này trong thực tế là biện pháp làm
giảm góc tấn và làm cho phân bố áp suất trên mặt hút điều hịa hơn.
Phương pháp này có thể dẫn đến việc tăng sức cản của cánh, làm giảm
hiệu suất chân vịt.
o Tỉ lệ diện tích mặt đĩa khơng đổi, nếu giảm số cánh, chiều rộng cánh
sẽ lớn hơn, tỉ lệ t/b nhỏ hơn, và như vậy phân bố áp suất ở mặt hút sẽ
đều hơn.
o Tăng chiều chìm trục chân vịt làm cho giá trị áp suất tĩnh trên tử số
của số sủi bọt lớn lên, số sủi bọt lớn lên theo, điều kiện làm việc của
chân vịt được đẩy xa ra hơn giới hạn của sủi bọt.

17

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Câu 11: Trình bày mối quan hệ giữa vỏ tàu – máy tàu – chân vịt.
- Trong hệ tọa độ tần suất quay n và công suất máy, độ lớn các đường cong
phụ thuộc vào giá trị momen quay tại chế độ đang làm việc của máy. Trong
hệ thống đo metric, công thức tính cơng suất máy có dạng:
P=

𝑴(𝟔𝟎𝒏)
𝟕𝟏𝟔,𝟐

, tính bằng PS

- M: moment quay của máy
- N: tần suất quay (vòng/giây)
- Mặt khác, để quay được trong nước với tần suất quay n, chân vịt cần momen
quay Q, do máy cấp tính theo cơng thức: Q = 𝑲𝑸 𝒏𝟐 𝑫𝟓
- Ta có đồ thị đặc tính máy chính và đặc tính chân vịt:

18

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

- Phân tích mối quan hệ làm việc giữa máy chính và chân vịt.

- Đường I là đường đặc tính ngồi, hay là cơng suất đc phép sdụng của máy
chính.
- Đường II là hạn chế dưới của tần suất quay, mỗi máy chỉ có thể làm việc ổn
định ở tần suất quay cao hơn n tối thiểu.
- Đường III là đường đặc tính giới hạn dưới của máy.
- Đường IV là đường hãm làm nhiệm vụ điều khiển ko cho phép máy quá tải
tần suất quay.
- Đường 1 là đường đặc tính chân vịt làm việc theo chế độ nặng tải. Điểm làm

việc giới hạn của trường hợp này là B, nằm trên đường cơng suất định mức
song tại vị trí n nhỏ hơn gía trị định mức. Tại đây máy ko cung cấp cho chân

19

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

vịt 100% công suất định mức mà chỉ ở chừng mức, tùy thuộc vào vòng quay
chân vịt trong nước ở chế độ nặng này.
- Trong điều kiện tiêu chuẩn, tàu đạt vân tốc Vp nhất định, hệ số tiến J đạt giá
trị tiêu chuẩn, chân vịt có đường kính D và bước khơng đổi H/D = const địi
được cấp cơng suất P định mức ở tần suất quay định mức n, điểm làm việc
giữa hệ thống máy – chân vịt – vỏ tàu là A. Tại đây công suất máy đạt 100%
định mức, tại 100% n định mức. Đường làm việc của chân vịt có dạng như
trên đường 2 của hình.
- Khi tàu làm việc ở những điều kiện thuận lợi hơn dự tính, ví dụ chạy xi
dịng nước, tàu chở nhẹ,…. Chân vịt chỉ địi hỏi cơng suất nhỏ hơn cơng suất
định mức của máy để đưa vào hoạt động bình thường. Điểm làm việc tốt
nhất của trường hợp này là C. Tại đây máy chỉ cần công suất nhỏ hơn công
suất định mức để chân vịt hoạt động. Đường tải nhẹ được thể hiện trên
đường số 3.

20

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Câu 12: Trình bày phương pháp tính lực đẩy Te của chân vịt.
- Để tính tốn lực đây Te của chân vịt, trước tiên ta cần chuẩn bị các thông số
liên quan đến máy tàu, vỏ tàu:
o Đường cong sức cản vỏ tàu: R  f Vs 
o Thông tin cần thiết của máy chính: Cơng suất định mức BHP, tần suất
quay tương ứng với trường hợp công suất liên tục, lớn nhất của máy.
o Thông tin về hệ trục tàu: kiểu họp số, tỉ số truyền.
o Các hệ số liên quan đến tác động qua lại giữa vỏ tàu và chân vịt.
- Ta sử dụng phương pháp Taylor để xác định lực đẩy Te của chân vịt.
o Tính Bp theo cơng thức sau: B p  N2 PD
Va

Va

o Sau đó tính các đặc trưng hình học theo thứ tự sau:
(Sử dụng đồ thị thiết kế chân vịt B p   )
▪ Tìm giá trị tối ưu δ trên đường tối ưu δopt = f(Bp)
▪ Xác định đường kính chân vịt D
▪ Tiếp tục tra trên đồ thị các gì trị

H
 f B p ,  
D

và  p  f Bp ,  

▪ Tính lực đẩy của chân vịt theo công thức T 

75 PD  p
0,515Va

▪ Cuối cùng xác định lực đẩy Te của chân vịt : Te = T(1-t)

21

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Câu 13: Trình bày sơ đồ khối thiết kế chân vịt.
- Sơ đồ khối thiết kế chân vịt là giải thuật xử lý: f  X     X  như sau:
1. Tìm giá trị thử của Vs, ví dụ: Vs = (Vmin + Vmax)/2 trong đó: Vmin , Vmax
được chọn tùy điều kiện khai thác của tàu
2. Xác định lực đẩy Te của chân vịt: Te = f1(V) (Trình bày lại như câu 12)
3. Xác định sức cản tàu R = f2(V)
4. Xác định cách biệt giữa R và Te: R  Te (V )  R(V )
5. Thực hiện phép thử:

R
  ?? (ε có thể chọn bằng 1%)
R

6. Nếu phép thử đúng, dừng các phép tính và thơng báo kết quả. Ngược lại,
tiếp tục thử để tìm nghiệm đúng.
7. Sơ đồ có dạng như sau:

22

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Câu 14: Viết 1 phương trình chuyển động tổng quát của tàu và giải
thích?
- Phương trình chuyển động thẳng của tàu theo một hướng cố định có dạng
sau:
M

dv
 R   Pe
dt

Trong đó:
o M

-

Khối lượng của tàu bao gồm cả khối lượng nước kèm;

o v

-

Vận tốc chuyển động thẳng của tàu;

o t

-

thời gian;

o R

-

Lực cản tàu;

o Re

-

Lực đẩy của chân vịt;

o Dấu ±

Tương ứng với chuyển động tiến lùi của tàu.

- Giải phương trình vi phân trên sẽ cho ta xác định hàm quan hệ của vận tốc

theo thời gian.
- Các yếu tố như tốc độ chuyển động thẳng (v), tốc độ góc quay (ω), góc dạt
(β) khi tàu quay trở có thể biễu diễn bởi hàm của thời gian ở một giá trị xác
định của góc bẻ lái (α) và tốc độ thẳng ban đầu (vo).
v  vo  (vo  vc )  e

 tc t 
t

  o  (o  c )  e

   o  ( o   c )  e

 tc t 
t
 tc t 
t

- Trong đó: vo, ωo, βo là các giá trị ban đầu của tốc độ thẳng, tốc độ góc và góc
dạt ứng với một giá trị xác định của góc bẻ lái;vc, ωc, βc là các giá trị của tốc
độ thẳng, tốc độ góc và góc dạt khi tàu quay trở ổn định ứng với một giá trị
xác định của góc bẻ lái; tc – thời gian kể từ khi bẻ lái đến khi tàu bắt đầu vào
giai đoạn quay trở ổn định; t – thời gian quay trở của tàu.
23

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

- Việc thay đổi góc bẻ lái và tốc độ thẳng ban đầu sẽ xác định hình dạng quĩ
đạo chuyển động của tàu mà đặc trưng cho quĩ đạo này là các giá trị tốc độ
góc, tốc độ thẳng, góc dạt và thời gian.
- Khoảng cách giữa hai tàu mà tại đó một hoặc cả hai tàu phải điều động để đi
qua nhau ở khoảng cách an tồn phụ thuộc vào kích thước của tàu, đặc tính
quán tính – quay trở của tàu.
- Tọa độ vị trí hiện thời của hai tàu có thể mơ tả bằng phương trình:
n



x
i

x

v(i )  sin( C (i )   (i))

o


i 1

n
 y i   y  v(i )  cos(C (i)   (i ))

o


i 1
n

C (i )  Co    (i )
i 1

- Trong đó: C – hướng hiện thời của tàu; Co – hướng ban đầu của tàu; xo, yo –
tọa độ vị trí ban đầu của tàu; x, y – tọa độ vị trí hiện thời của tàu.
- Dựa vào phương trình này ta có thể xác định được khoảng cách tức thời giữa
hai tàu. Từ đó có thể xác định được thời điểm hay khoảng cách bắt đầu điều
động của một hoặc cả hai tàu để đi qua nhau ở khoảng cách an toàn.

24

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI


ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP LÝ THUYẾT TÀU 2

LỚP VT14

Câu 15: Viết và giải thích 1 phương trình dao động trong giai đoạn
quay vòng ổn định.
- Nếu ký hiệu cung cực ngắn của đường đi của tàu dl, chúng ta có dl  Rd .
Sử dụng biểu thức trên để xác định bán kính R, tính cho trọng tâm G.
R

dl dl dt
v



d dt d d / dt

Mặt khác, vận tốc góc được tính như sau:


d d d


dt
dt
dt

Từ 2 phương trình trên ta được:


d v

dt R

- Vận tốc tiếp tuyến vm của các điểm trên tàu phụ thuộc vào bán kính vịng
trịn chúng ta đang đề cập, tính từ tâm quay tới vị trí đang xét, và góc dạt αm
tính cho cùng điểm.
x


 m  arctan   tan   m 
R cos 


Và: Rm  R

cos
;
cos m

vm  v

Rm
R

Trong đó:
o xm

-

khoảng cách từ điểm đang xét đến trọng tâm tàu

25

BAN HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ THI