Các hệ số trên gọi là các đặc tính thủy động của bánh lái được xác định bằng thí nghiệm.. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thủy động của bánh lái.. Ảnh hưởng của mặt nước và vỏ tàu đến
Trang 1Chương 4: Đặc tính thủy động của
bánh lái II.2.2.2.1 Lực thủy động tác dụng lên bánh lái.
- Khi quay bánh lái một góc αt so với phương của dòng chảy, trên bánh lái xuất hiện hợp lực thủy động P đặt tại một điểm gọi là tâm áp lực của bánh lái
- Để tiện cho
việc tính toán, P được
phân thành các thành
phần sau: Lực nâng
Py vuông góc với
phương dòng chảy,
lực dọc Px theo
hướng dòng chảy, lực
pháp tuyến Pn vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các dây cung profin và lực pháp tuyến Pt nằm trong mặt phẳng đó
- Lực thủy động tạo nên moomen thủy động Mtđ: Mtđ = Pn.(xa – xt)
xa,xt - Biểu diễn trên hình vẽ (II.7)
- Mtđ dương nếu cản bánh lái quay từ mặt phẳng đối xứng của tàu sang bên mạn
Hình II-7 Lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái.
Trang 2- Các lực và mômen thủy động được biểu diễn qua các hệ số không thứ nguyên sau:
-Hệ số lực nâng Cy: Cy =
bl bl
y
A v
P
2
2
-Hệ số lực dọc Cx: Cx =
bl bl
x
A
P
2
2
-Hệ số lực pháp Cn: Cn =
bl bl
n
A v
P
2
2
-Hệ số lực tiếp Ct: Ct =
bl bl
t
A v
P
2
2
-Hệ số mômen Cm: Cm =
bl bl
tđ
A v
M
2
2
-Hệ số tâm áp lực Cp: Cp =
bl
a
b x
Trong các công thức trên:
- khối lượng riêng của nước (kg/m3)
vbl - vận tốc dòng chảy trên bánh lái (m/s)
Abl - diện tích bánh lái (m2)
Bbl - chiều rộng bánh lái (m)
Các lực đo bằng kN, mômen - kN.m
Từ các công thức trên ta có:
Cn = Cy.cosαt + Cx.sinαt
Ct = Cx.cosαt + Cy.sinαt
Trang 3Cy = Cn.cosαt + Ct.sinαt
Cx = Cn.sinαt + Ct.cosαt
Cm = Cn(Cp– k) Trong đó: αt - góc tấn thực của bánh lái (là góc giữa phương dòng chảy và mặt phẳng đối xứng của bánh lái)
k - hệ số cân bằng của bánh lái
Các hệ số trên gọi là các đặc tính thủy động của bánh lái được xác định bằng thí nghiệm
II.2.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thủy động của bánh lái.
1 Ảnh hưởng của mặt nước và vỏ tàu đến đặc tính thủy động của bánh lái.
- Dòng chảy thực qua bánh lái không phải là dòng chảy vô hạn Dòng chảy thực bị ảnh hưởng bởi mặt thoáng của nước, bởi
vỏ tàu, bởi tác dụng của chân vịt…
- Đa số các tàu hiện đại có kết cấu vùng đuôi đảm bảo khi tàu chở đầy bánh lái ngập đủ sâu để hầu như không còn chịu ảnh hưởng của mặt nước
Trang 4- Ảnh hưởng của mặt nước cần phải tính đến khi thiết kế một
số loại tàu sông có bánh lái cắt ngang mặt nước, phà, tàu lướt và tàu cánh ngầm
- 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 thủy động tác dụng lên bánh lái
- Trong tính toán thực tế thiết bị lái, ảnh hưởng của vỏ tàu được tính đến bằng hệ số k, giảm vận tốc dòng chảy qua bánh lái:
vbl = v k v , (1)
kv = (1 - ψv)2 < 1 , (2) Trong đó: v - vận tốc chuyển động của tàu
ψv - hệ số dòng theo của vỏ tàu Đối với hệ bánh lái + trụ lái, ψv lấy bằng 1,3 hệ số dòng theo của chân vịt
- Khi đặt bánh lái dưới vòm đuôi tàu, hệ số kéo dài hiệu dụng
λh của bánh lái tăng lên thùy thuộc vào khe hở giữa mặt trên bánh lái và vỏ tàu (có thể gấp 2 lần hệ số kéo dài hình học λ khi khe hở giữa mặt trên bánh lái và vỏ tàu bằng không) Ở các tàu có vòm đuôi không phẳng tại chỗ đặt bánh lái, λh tăng rất ít và có thể coi như không đổi (λh = λ) Ở các tàu có tuyến hình đơn giản, vòm đuôi phẳng, khe hở giũa mặt trên bánh lái và vỏ tàu nhỏ thì cần tính đến ảnh hưởng của vỏ tàu tới λ
Trang 52 Ảnh hưởng của chân vịt đến đặc tính thủy động của bánh lái.
- Dòng nước được đẩy bởi chân vịt, chảy qua bánh lái, có ảnh hưởng lớn đến đặc tính thủy động của bánh lái Mỗi điểm chất lỏng trong dòng đẩy của chân vịt có 3 thành phần vận tốc: vận tốc dọc
vd hướng dọc trục chân vịt; vận tốc tiếp vt hướng vuông góc với bán kính trục chân vịt; vận tốc hướng kính vhk 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 σcv:
σcv = 82 2
cv
cv D v
P
Trong đó: P - lực đẩy của chân vịt:
P =
) 1 (
z
R - lực cản chuyển động của tàu; N
z - số chân vịt
θ - hệ số hút
ρ - khối lượng riêng của nước (kg/m3)
vcv - vận tốc dòng chảy tới chann vịt (m/s)
vcv = v(1 - ψcv), (3)
v - vận tốc chuyển động của tàu (m/s)
ψcv - hệ số dòng theo của chân vịt
Dcv - đường khính chân vịt (m)
Trang 6- Trong tính toán thực tế thiết bị lái, vận tốc dọc của dòng chảy qua bánh lái được tính theo công thức:
v’bl = vcv 1cv , (4)
- Lực pháp tuyến thủy động Pn tác dụng lên bánh lái:
2
.
2
' 2
bl bl
bl n bl
bl A C v A A
v
Trong đó, A’bl - diện tích phần bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt
- Biến đổi biểu thức trên, chú ý đến (1), (2), (3) và (4) ta được:
Pn = kv.kcv.Cn v .A bl
2
2
Trong đó: kv - hệ số kể đến ảnh hưởng của vỏ tàu (công thức 2)
kcv - hệ số kể đến ảnh hưởng của chân vịt
kcv = 1 +
1
1 ) 1 (
2 '
v
cv cv
bl
bl
A
A
Cn - hệ số lực pháp của bánh lái cô lập
