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 c
Trang 1Chương 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 tàu, tác dụng của chân vịt…
Đa số tàu hiện đại có kết cấu vùng đuôi đảm bảo khi tàu chở đầy, bánh lái vẫn ngập sâu trong nước và 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 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 thuỷ động tác dụng lên bánh lái
Thực tế khi tính toán thì ảnh hưởng của vỏ tàu được tính đến bằng hệ số kv, giảm vận tốc dòng chảy qua bánh lái:
Trang 2vbl = v* k v (2-15)
kv = (1- v)2 < 1 (2-16) Trong đĩ:
v: vận tốc chuyển động của tàu, m/s
v: hệ số dịng 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 dịng theo của chân vịt
Ở đây, trong chương trình tính tốn 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
h
h1 2
*
2 )* u (2-17) Trong đĩ:
= 0 đối với tàu cĩ đuơi phẳng (chọn trong trường hợp này)
= 0.18 đối với tàu cĩ đuơi thuần dương hạm
u = 1.0 khi bánh lái nằm trong mặt phẳng đối xứng (chọn u trong trường hợp này)
u = CB + 0.15 khi bánh lái
nằm sang phía mạn
: hệ số béo thể tích của
tàu
Hình 2.8 Khe hở giữa vỏ và mép trên bánh lái lớn hơn chiều dày lớn nhất của bánh lái.
Đường cơ bản
Trang 3h1, h2, H: hệ số tuỳ chọn phụ thuộc vòm đuôi tàu (hình vẽ 2.8)
Trong chương trình tính toán, tôi chọn h2= h (chiều cao bánh lái);
h1= 40%* h; H= h1 + h2 + 30%* h
Từ đó tôi xác định được hệ số kv 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 hưởng 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 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 cv:
cv = 2 2
*
*
*
* 8
cv
cv D v
P
Trong đó:
P: lực đẩy của chân vịt, N
P =
) 1 (
z
R: lực cản chuyển động của tàu, N
z: số chân vịt, chiếc
: hệ số hút
Trang 4: khối lượng riêng của nước, kG/m3
vcv: vận tốc dòng chảy tới chân vịt, m/s
vcv = 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 * 3 W
cv
D
hay cv = 1- (1- 0)* (1- ms) (2-22)
: hệ số béo thể tích tàu
V: thể tích lượng dãn nước của tàu, m3
Dcv: đường kính chân vịt, m
W: lượng hiệu chỉnh theo số Froude; nếu Fr > 2 thì W = 0.1*(Fr – 0.2), nếu Fr 0.2 thì W = 0); trong trường hợp này tôi chọn 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 '
'
* 2 1
A
L
ms
ms
(2-24)
Amax: diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của sà lan, m2
’ms: hệ số dòng theo do ma sát tại vùng mũi tàu đẩy
Trang 5’ms = 0.08*
BT
G
G: lượng dãn nước của sà lan ở phía trước tàu đẩy, m3
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:
Tàu hàng một chân
Bảng 2.2 Bảng thống kê hệ số v và Bcv Trong đó: v là hệ số lực đẩy chân vịt
Bcv là hệ số công suất Trị số vhk nhỏ, ảnh hưởng không đáng kể đến đặc tính thuỷ động của bánh lái, trong tính toán có thể bỏ qua
vd làm tăng vận tốc dòng chảy qua bánh lái theo hướng dọc trục chân vịt v’bl:
vt làm thay đổi góc tấn của dòng chảy qua bánh lái :
Trang 6 = arctg
bl
t t
v
v v
'
(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 = vcv* 3 1 cv (2-28) Lực pháp tuyến thuỷ động tác dụng lên bánh lái:
N = CN*
2
bl
v
* S’ + CN*
2
'
bl
v
Trong đó:
S’: diện tích phần bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt, m2 Công (2-29) có thể được viết lại dưới dạng:
N = kv* kcv* CN*
2
Trong đó:
kv: hệ số kể đến ảnh hưởng của vỏ tàu
kcv: hệ số kể đến ảnh hưởng của chân vịt
kcv = 1+
S
S'* [(1+cv)* ( ) 2
1
1
v
cv
Trong đó:
S’: diện tích phần bánh lái nằm trong dòng đẩy của chân vịt,
m2
Trang 7S: diện tích bánh lái, m2
cv: hệ số lực đẩy chân vịt (tra bảng 2-2 ở trên)
Với S’ được xác định theo công thức:
S’ = h* Dcv*
al cv
a cv
v v
v v
Trong đó:
vcv = v* (1- cv): vận tốc dòng chảy của chân vịt, m/s
(2-33)
v: vận tốc chuyển động của tàu, m/s
h: chiều cao bánh lái, m
Dcv: đường kính chân vịt, m
va = vcv* ( 1 cv - 1), m/s (2-34)
val = * va : giá trị tăng tốc độ trung bình do chân vịt tính ở
(2-35)
=
2 1
1
)
* 2 ( 0 1
1
*
* 2 1
* 2 1
cv
cv
D
S D
S1: khoảng cách từ mặt đĩa chân vịt đến tâm áp suất, m
Sau khi xác định được các hệ số ảnh hưởng của vỏ tàu và chân
vịt 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 trị lực nâng được xác định:
Trang 8L = CL* kv* kcv*
2
* S, kG (2-37)
- Giá trị lực cản được xác định:
D = CD* kv* kcv*
2
* S, kG (2-38)
- Tổng hợp lực tác dụng lên bánh lái:
R = L2 D2 , kG (2-39)
- Mômen thuỷ động:
Mtd = CM* kv* kcv*
2
* S* b, kG.m (2-40)
- Mômen lái trên trục lái được xác định:
M1 = k0* Mtd + Mms, kG.m (2-41) Trong phạm 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 chỉ đi xác định giá trị mômen thuỷ động tính từ tâm áp lực (tâm áp suất) đến cạnh dẫn Mtd
