Tinh Luc Va Moment Thuy Dong

XÁC ĐỊNH LỰC THUỶ ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN BÁNH LÁI VÀ MÔ MEN THUỶ ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN TRỤC LÁI. 1. Xác định lực thuỷ động tác dụng lên tấm bánh lái và mô men thuỷ động tác dụng lên trục lái của bánh lái đặt tại mặt phẳng đối xứng của tàu không tự hành 1.1. Các số liệu ban đầu -

Các thông số của bánh lái: AR , h , 

-

Dạng profile của bánh lái.

-

Vận tốc được kéo.

1.2. Trình tự tính toán Xác định vận tốc của dòng nước chảy tới bánh lái: VR = 0,515. Vs.(1-r) (m/s)

(1.42)

Trong đó: Vs:Là vận tốc tàu (hl/h) r: Gi trị trung bình của hệ số dòng theo.

 r  0,165.C B x .

3

 h

(1.43)

-

x = 1: Nếu bánh lái đặt tại mặt phẳng đối xứng;

-

x = 2: Nếu bánh lái đặt đối xứng qua mặt phẳng đối xứng;

-

: Tthể tích ngâm nước của tàu (m3)

-

h: Chiều cao của tấm bánh lái (m) Tính toán lực và mô men thuỷ động

TT

Đại lượng tính

Đ. vị o

5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Gía trị tính theo góc bẻ lái 10 15o 20o 25o 30o o

35o

CD (Tra bảng hoặc tính theo CT thực nghiệm) CL (nt) Cd (nt) cos sin CL.cos CD. sin CN = CL.cos +CD. sin Xp = Cd. b l = Xp - a. 1 N = . .C N .VR2 . AR 2 M =N.l.

1

2. Xác định lực thuỷ động tác dụng lên tấm bánh lái và mô men thuỷ động tác dụng lên trục lái của bánh lái đặt tại mặt phẳng đối xứng của tàu tự hành 2.1. Tàu chạy tiến 2.1.1.Các số liệu ban đầu -

Các thông số của bánh lái: AR , h , 

-

Dạng profile của bánh lái .

-

Vận tốc tàu Vs.

2.1.2.Trình tự tính toán. 2.1.2.1. Xác định vận tốc của dòng nước chảy tới bánh lái: VR = 0,515. Vs.(1-r).,(m/s)

(1.44)

 :Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của dòng nước chảy tới bánh lái. - Tính 

  1

AP .( K P .  1). (1.45) AR

AP: Diện tích của bánh lái được phủ bởi luồng nước do chân vịt đạp ra AP = b.DP

(1.45)

DP: Đường kính của chân vịt (m) Kp: Trị số tăng thêm lực dạt do bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt K p  f (C R / 2) : được xác định từ đồ thị với CR là hệ số tải của chân vịt

CR 

P

 .D P2 1  .Vs2 . 2 4

(1.47)

Đồ thị kP = f( CR /2) theo Shmakov. : Là hệ số ảnh hưởng toàn phần của tốc độ kích thích đến bánh lái 2

( K  f(

K 2K 2  ) 2 2. 1  C R

(1.48)

x ) : được xác định từ đồ thị DP

x: là khoảng cách từ mép trước của chân vịt tới mép trước của bánh lái

Đồ thị k = f( x/DP) theo Shmakov. - Tính r: r = 0,8 mà  là hệ số dòng theo tại vị trí đặt đĩa thiết bị đẩy và được tính theo công thức của Pabmiên.

  0,11 

+ Cho tàu nội địa:

+ Cho tàu biển:

3 0,16 V x .C B .   x DP

  0,165.C B x .

(1.49)

3

V   DP

(1.50)

Trong đó: x: là số chân vịt D: là đường kính chân vịt. : là giá trị hiệu chỉnh khi mà Fr 

v  0,2 và được tính theo công thức g .L

 =0,3CB(Fr – 0,2)

(1.51)

2.1.2.2. Tính toán lực thủy động tác dụng lên bánh lái và mô men thuỷ động tác dụng lên trục lái của tàu tự hành, bánh lái đặt tại mặt phẳng đối xứng TT

Đại lượng tính

Đ. vị 5

o

Gía trị tính theo góc bẻ lái 10o 15o 20o 25o 30o

35o

3

1

CD (Tra bảng hoặc tính theo CT thực nghiệm)

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

CL (nt) Cd (nt) cos sin CL.cos CD. sin CN = CL.cos +CD. sin Xp = Cd. b l = Xp - a. 1 N = . .C N .VR2 . AR 2 12 M’ =N.l. 13 M = k0.M’ (k0 =1,2 ÷1,3) Ko là hệ số tính đến sự tăng thêm của giá trị mômen trên trục lái để thắng lực cản ban đầu (và chỉ được nhân thêm nếu M’ > 0 ). Khi M’< 0 sẽ xảy ra hiện tượng cướp lái 2.2. Tàu chạy lùi Qúa trình tính toán như khi tàu chạy tiến và để ý đến sự khác biệt sau - Các hệ số CL, CD, Cd được tra trong đồ thị chạy lùi - Các giá trị M = M’ không nhân thêm với k0 - Tốc độ tàu khi chạy lùi : Vslùi = (0,70,75).Vstiến, (m/s)

(1.52)

- Tốc độ dòng nước khi chảy tới bánh lái khi chạy lùi: VRlùi = 0,515.Vslùi.lùi, (m/s)

(1.53)

lùi = 1,05 1,1 3. Xác định lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái và mô men thuỷ động tác dụng lên trục lái của bánh lái đặt sau trụ lái tại mặt phẳng dọc tâm của tàu và đặt trực tiếp sau luồng nước do chân vịt đạp ra 3.1.1. Tạo dựng profile của hệ bánh lái trụ lái. Hiện nay chưa có profile chuẩn của hệ bánh lái trụ lái mà để có profile chuẩn người ta làm biến thể trên cơ sở của profile đối xứng cân bằng. Quá trình xây dựng được tiến hành như sau:

4

1. Làm dày mép sau của profile lên một khoảng ek/2 2. Gọi O là điểm có tmax, từ O vẽ đường tròn (o,r1): r1 

tm ax 2

(1.54) r2 

tmax  2

(1.55)

 : Là khe hở giữa bánh lái và trụ lái được xây dựng theo kết cấu hợp lý r3: Được lấy theo kết cấu hợp lý 3. Chiều rộng tính toán bR’: sử dụng để tính toán tung độ của bánh lái và được xác định theo công thức.

bR' 

bR  r1 bA



bR  r1

(1.56)

1  xt

Trong đó: bR': Chiều rộng tính toán của bánh lái. bR : Chiều rộng thưc của bánh lái. r1: Bán kính mũi của profile bánh lái.

xt : Hoành độ tương đối điểm có chiều dày lớn nhất. b A : Chiều rộng tương đối phần đuôi của profile:

bA 

bA b

(1.57)

bA: Chiều rộng phần đuôi của profile gốc b : Chiều rộng của profile gốc Biết bR’, chiều dày t của profile gốc, theo bảng toạ độ (1-9),(1-10) vẽ profile bánh lái. 4. Profile trụ lái cũng được tính theo bảng toạ độ khi biết chiều dày t và chiều rộng tính toán của profile trụ lái.

bRP  '

bT  bR  r1 bF

(1.58)

Trong đó: bRP' : Chiều rộng tính toán của trụ lái. bT : Chiều rộng của hệ bánh lái trụ lái đã được chọn theo hệ số kéo dài . bF 

bF : Chiều rộng tương đối phần mũi của profile. b

bR :Chiều rộng của prôfile bánh lái sau trụ lái: bR = bA + r1

(1.59)

 Xây dựng được profile của hệ bánh lái trụ lái 5

3.1.2. Các số liệu sử dụng để tính toán. -

.Đường kính của chân vịt: Dp (m)

-

Diện tích của bánh lái: AM. (m2)

-

Diện tích của hệ bánh lái trụ lái: AT. (m2)

-

Chiều cao của bánh lái: h (m)

-

Chiều rộng của bánh lái: b (m)

-

Chiều rộng của trụ lái: bRP (m).

-

Độ dang của bánh lái: .

-

Độ dang của trụ lái: RP

-

Độ dang của hệ bánh lái trụ lái: T.

Trong đó diện tích của hệ bánh lái trụ lái được xác định dựa vào kinh nghiệm khai thác của tàu mẫu hoặc có thể xác định theo công thức:

AT   AT  .Ld 

1 Ld A

(1.60)

Trong đó: Hệ số A, được lấy theo bảng phụ thuộc vào loại tàu như bánh lái thường. Tỉ số diện tích A F

AT

nên lấy bằng (0,160,20).

3.1.3. Tính toán lực và mô men thuỷ động. 3.1.3.1. Tàu chạy tiến 3.1.3.1.1. Xác định vận tốc của dòng nước chảy tới bánh lái: -Tốc độ dòng nước chảy tới bánh lái: VR = 0,515. Vs.(1-r)., (m/s)

( 1.61)

 và r : được xác định tương tự như phần trước.

b : Chiều rộng tương đối của bánh lái: bp 

bTB bTBK

(1.62)

bTB: Chiều rộng trung bình của bánh lái. BTBk: Chiều rộng trung bình của hệ bánh lái trụ lái. Hệ số tải của chân vịt CR 

P

 .DP2 1  .Ve2 . 2 4

(1.63)

.Độ dang tương đối của hệ bánh lái trụ lái

T  6

h bKTB



h2 AT

(1.64)

3.1.3.1.2. Hệ số lực dạt tác dụng lên bánh lái. Hệ số lực dạt của bánh lái ở góc bẻ lái p CLR =. (: rad)

(1.65)

: Hệ số của hệ số lực dạt tác dụng lên bánh lái ở góc bẻ lái .

  T .(1,69  0,89.bR ) T 

(1.66)

2 2 . bR  1,4. 2 T CR 2   0,47 T 1

(1.67)

T

Việc tính toán CLR được xác định theo bảng 1. Bảng 1: TT

Đại lượng tính

Đ. vị 5o

1 2

 CLR = .  Hệ số tâm áp lực:

Gía trị tính theo góc bẻ lái p (độ) 10o 15o 20o 25o 30o

35o

rad

CdR = 0,18 + 0,23. p -0,012B

(1.68)

Qúa trình tính CdR được thực hiện theo bảng Nếu coi CLR = CNR (Hệ số lực pháp tuyến tác dụng lên bánh lái). Khi đó ta có hệ số mô men: CmR = CLR. CdR

(1.69)

Bảng 2: TT 1 2 3 4 5 6 7 8

Đại lượng tính

Đ. vị

Gía trị tính theo góc bẻ lái p (độ) 5o 10o 15o 20o 25o 30o

35o

 rad 0,23.  0,012CR CdR = 0,18 +0,23.  -0,012CR CLR CNR CmR = CLR. CdR. - Lực dạt và mô men thuỷ động tác dụng lên bánh lái được xác định theo công thức YR 

1 .CLR .VR2 . AR , (kG) 2

MR 

1 .CmR .VR2 . AR .b , (kG.m) 2

(1.70) (1.71)

Quá trình tính toán được xác định theo bảng 3

7

Bảng 3 TT

Đại lượng tính

Đ. vị

Gía trị tính theo góc bẻ lái p (độ) 5o 10o 15o 20o 25o

30o

35o

CLR (Bảng 1) CmR (Bảng 2) LR (kG) MR (kG.m) - Hệ số lực cản: CDR được xác định phụ thuộc vào đồ thị CDR =f(CR ) ứng với độ dang  và chiều rộng b của bánh lái. 1 2 3 4

- Sau khi có CDR ta xác định hệ số lực đấy toàn phần 2 2 C  CDR  CLR

(1.72)

Lực đẩy toàn phần: P

1 .C .VR2 . AR , (KG) 2

(1.73)

Qúa trình tính lực thuỷ động tiến hành dưới dạng bảng Bảng 4 TT 1 2 3 4 5 6

Đại lượng tính

Đ. vị

Gía trị tính theo góc bẻ lái p (độ) 5o 10o 15o 20o 25o

30o

35o

CLR (Bảng 1) CDR ( Tra đồ thị B) CLR2 CDR2 2 2 C  CDR  CLR 1 Z  .C .VR2 . AR 2 - Lực dạt tác dụng lên hệ bánh lái trụ lái:

kG

1 LLT  . T  .VR2 . AT .p, (kG) 2

(1.74)

-Lực dạt tác dụng lên trụ lái: LRP = LT - LR

(1.75)

Qúa trình tính toán được tiến hành dưới dạng bảng Bảng 5 TT 1 2 3 4

8

Đại lượng tính

Đ. vị

Gía trị tính theo góc bẻ lái 5o 10o 15o 20o

rad  LR (Bảng 3) kG kG 1 LT  .T  .C LT .VR2 . AT 2 LRP = LT - LR kG Lưu ý: Với trụ lái cố định, bánh lái đặt sau trụ lái.

25o

30o

35o

3.1.3.2.Tàu chạy lùi -Bằng việc thử mô hình bánh lái có trụ lái người ta thấy rằng: Khi bánh lái làm việc, trong trường hợp tàu chạy lùi, trụ lái ảnh hưởng rất không đáng kể đến giá trị của mô men trên trục lái.Vì vậy, đối với tàu có đặt bánh lái trụ lái, khi tính giá trị mô men trên trục lái người ta giả thiết rằng coi trụ lái là không có - Tốc độ tàu khi chạy lùi: Vslùi = (0,70,75).Vstiến ,(m/s)

(1.76)

- Tốc độ dòng nước khi chạy lùi: VRlùi = 0,515.Vslùi.lùi ,(m/s)

(1.77)

lùi = 1,05 1,1 - Lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái và mô men thuỷ động tác dụng lên trụ lái. LRlui 

1 2 .C LRlui .Vepui . AR , (kG) 2

DRlui 

M Rlui 

(1.78)

1 2  .C Dplui .Vepui . AR , (kG) 2

1 2 .C mplui .Veplui . AR .bR , (kG.m) 2

(1.79) (1.80)

4. Xác định lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái và mô men thuỷ động tác dụng lên trục lái của tàu hai chân vịt, bánh lái đặt tại mặt phẳng dọc tâm

4.1. Các số liệu tính toán 4.1.1. Xác định vận tốc của dòng nước chảy tới bánh lái: VR = 0,515. Vs.(1-r) (m/s)

(1.81)

9

4.1.2. Áp lực phụ thêm của dòng nước do chân vịt ở mạn gây nên đối với bánh lái đặt tại mặt phẳng đối xứng khi bẻ lái một góc  đựoc tính theo công thức.

N B  K..S (VC'  Va ) 2 .sin( p   )

(1.82)

k : Là hệ số biểu thị phần trăm diện tích tiết diện ngang của luồng nước đập vào bánh lái so với toàn bộ diện tích ngang của luồng nước k = 0.6  0,7 Vc’: Tốc độ của dòng nước ở bánh lái 1 Vc'  .(Vep  VP ) , (m/s) 2

(1.83)

Vp: Tốc độ trung bình của dòng nước chảy tới chân vịt. Vp = 0,515. Vs.(1-), (m/s)

(1.84)

Va: Tốc độ kích thích chiều trục.

Va  k1 .V p .( (1  CR )  1) , (m/s)

(1.85)

k 1  2: là hệ số tính đến dòng chảy ở khoảng cách tương đối giữa chân vịt và bánh lái.  : là góc bẻ lái.  (độ) : Góc nghiêng của dòng nước chảy ra từ chân vịt và được tính theo công thức:

Vc'   ' .1 Vc  Va

(1.86)

1 : Là góc nghiêng của dòng nước chảy ra sau chân vịt bao quanh phần đuôi tàu. (độ) S: Diện tích tiết diện ngang của luồng nước chảy ra từ chân vịt bị chặn bởi bánh lái khi bánh lái quay một góc p.









S  R 2 .[arcsin (1  h).h .  (1  h). (2  h).h ] Bán kính của dòng nước chảy ra từ chân vịt; Độ lớn tương đối:

h

R

(1.87) DP 2

(1.88)

bkR  A . sin(   ) R

(1.89)

BkR : Chiều rộng phần sau của profile bánh lái : Là khoảng cách từ mép sau của bánh lái đến trục lái. A : là khoảng cách tính toán

A

b1  l1 .tg cos .tg  sin 

(1.90)

b1: là khoảng cách lớn hơn từ mép đuôi của cánh chân vịt đến mặt phẳng dọc tâm của thân tàu l1(m): la khoảng cách từ đĩa thiết bị đẩy tới trục quay của bánh lái l : cánh tay đòn của thuỷ lực động gây ra bởi mô men, được xác định theo công thức l = A + 0,58.(bkR – A).(m) 10

(1.91)

4.2. Tính toán lực và mô men thuỷ động phụ thêm Bảng1 TT

Đại lượng tính

Đ. vị

Gía trị tính theo góc bẻ lái 10o 15o 20o 25o 30o

5o 1 2 3 4 5 6 7 8 9

cos sin. Sin( + ) b1  l1 .tg A cos .tg  sin  (bkp –A) b A h  kR . sin(   ) R

35o

m m

(1  h).h arcsin (1  h).h (1  h). (2  h).h 

S = R2 [(6)+(7)] m2 kG N B  K..S (VC'  Va ) 2 .sin(   ) 12 l = A + 0,58.(bkR – A) m 13 MB = NB .l kG.m Sau khi tính toán xong bảng 1, người ta tiến hành tính lực thuỷ động trên bánh lái và mô men thuỷ động trên trục lái của bánh lái đặt ngoài dòng nước do chân vịt đạp ra. 10 11

4.3. Tính toán lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái và mô men xoắn thuỷ động tác dụng lên trục lái của bánh lái nằm ngoài luồng nước do chân vịt đạp ra. Bảng 2: Trường hợp tàu chạy tiến TT

Đại lượng tính

Đ. vị o

5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

CD (Tra đồ thị or tính theo công thưc thực nghiệm) CL (nt) cos sin. CN = CL.cos +CD. sin. 1 N’ = . .C N .VR2 . AR 2 Cd (Tra đồ thị or tính theo công thưc thực nghiệm) b2 = Cd. b l2 = b2 –a M’ = N’. l2 NB (báng1) MB (báng1) N = N’ + NB M” = M + MB

Gía trị tính theo góc bẻ lái 10 15o 20o 25o 30o o

35o

kG

m m kG.m kG kG.m kG kG.m 11

15

M = K0 M”

kG.m

Bảng 3. Trường hợp tàu chạy lùi TT

Đại lượng tính

Đ. vị 5o

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

12

Gía trị tính theo góc bẻ lái 10o 15o 20o 25o 30o

cos sin CDlùi (Tra đồ thị or tính theo công thưc thực nghiệm) CLlùi (nt) CN = CLlùi.cos +CDlùi. sin kG 1 N '  . .C n .Vr2 . AR 2 Cdlùi (Tra đồ thị or tính theo công thưc thực nghiệm) b2 = Cdlùi. bcp m l2 = b2 –a. m M’ = N’. l2 kG.m *Lưu ý : Vslùi = (0,70,75).Vstiến.; lùi = 1,05 1,1.

35o