Giáo trình Động lực tàu thuỷ

176 trang phuongnguyen 60

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Động lực tàu thuỷ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_dong_luc_tau_thuy.pdf

Nội dung text: Giáo trình Động lực tàu thuỷ

ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ
Lêinãi®Çu Víisùph¸ttriÓnkh«ngngõngcñangµnhkinhtÕvËnt¶is«ngbiÓn,th× viÖcnghiªn cøuvµc¶itiÕnc¸clo¹ithiÕtbÞ®Èytµu®ãngmétvaitrß hÕtsøcquanträng.BëilÏ chóng cã liªn quan trùc tiÕp tíi c¸c chØ tiªu kinh tÕ vµ khai th¸c cña mçi con tµu cô thÓ. Sù ph¸ttriÓncñangµnh ®ãngmíi,nhÊtlµtronglÜnhvùcthiÕtbÞ®Èytµuvµonh÷ng n¨mgÇn®©y ®·®eml¹inh÷ngthay ®æivÒchÊt.TrongthùctÕ®· cã thÓ gi¶i ® îcmét lo¹tbµito¸nmíinh m« t¶ bÒ mÆtc¸nhchongchãngb»ngto¸nhäccÇnchoviÖclËp ch ¬ngtr×nh ®iÒukhiÓnc¸cm¸yc«ngcôcãl¾pbé®iÒukhiÓnch ¬ngtr×nhvµtù®éng vÏ h×nh ®Ó chÕ t¹ochongchãng.TÝnhto¸nsøcbÒnc¸nhchongchãngcã®Óý®Õnc¸c ®ÆctÝnhvÒmái.NghiªncøuhÕtsøctØmØc¸ctÝnhchÊtdao ®éngcñachongchãngvµ sù t ¬ngt¸cthuû®énggi÷achóngvíith©ntµu.XemxÐtsùlµmviÖccñachongchãng ë c¸c chÕ ®é ®Æc biÖt. Kü thuËt ®iÖnto¸n ®· ® îc ¸pdôngréngr·ivµoc«ngviÖctÝnhto¸nküthuËtnh»m cungcÊpnh÷ngkiÕnthøcthùctÕchosinhviªntrongnh÷ngtr ênghîpnã®· cã thÓ lo¹i bá ® îc c¸c s¬ ®å tÝnh to¸n b»ng tay. ThêigiangÇn®©yng êitaquant©mnhiÒu ®ÕnviÖcnghiªncøukÕtcÊucñadßng ch¶y ë gÇnth©ntµuvµtÝnhto¸ndßngch¶y ®ã,nh»m ® arac¸cbiÖnph¸p ®Ó n©ngcao hiÖu qu¶ ®Èy vµ ®é tin cËy cña thiÕt bÞ ®Èy còng nh gi¶m tiÕng ån thuû ®éng, Sù ph¸ttriÓncñaküthuËtthùcnghiÖmchophÐptanhËn ® îcnh÷ng t liÖumíi trong lÜnh vùc nµy vµ cã gi¸ trÞ kü thuËt quan träng. TÝnhchÊtnæibËtcñatËpgi¸otr×nhnµylµtµiliÖukh¸ tængquantrongkhu«nkhæ h¹nchÕ phï hîpvíich ¬ngtr×nhkho¸ häcthuécngµnh “§ãngvµsöach÷atµu”.Nã chøa ®ùngnhiÒuch ¬ngbæxung ®Ó sö dônglµmtµiliÖugi¸okhoacholÜnhvùc“Thuû khÝ ®éng häc” nãi chung. §Ó ph¸thuykh¶ n¨ngtùnghiªncøucñasinhviªnchonªngi¸otr×nhnµy®· hÕt søcchóý®ÕnviÖcnªubËtc¸cquyluËtvËtlýc¬b¶n®Ó nãilªnsùlµmviÖccñac¸c lo¹ithiÕtbÞ®Èytµuc¸cchøngminhcñac¸c®¸psèvµmèirµngbuéclÉnnhaugi÷ac¸c phÇncñagi¸otr×nh ®Ó t¹oramétc¬së®¸ngtincËychoviÖcs¸ngt¹otronggi¶iquyÕt c«ngviÖc kü thuËtvµ nghiªn cøu khoa häc. KhiviÕtcuèns¸chnµychóngt«ixÐtr»ng,sinhviªn ®· ® îchäcc¸cm«nc¬chÊt láng,to¸nvµküthuËttÝnh.Nh vËytrongnhiÒutr ênghîptr¸nh ® îcsùtrïnglÆpvµ t¹o kh¶ n¨ng h íng cho sinh viªnvµoviÖc gi¶i bµi to¸n b»ng m¸y tÝnh ®iÖn tö. ThuËtng÷ vµ hÖ thèngkýhiÖuquy íc ®uîcdïngphï hîpvíis¸chnµy®Ó sinh viªnsödôngthamkh¶ocòngnh ®Ó®¶mb¶osùthèngnhÊtquanniÖmtrongc¸cphÇn riªng lÎ cña cuèn s¸ch. Mäi nhËnxÐtvµ ®Ò nghÞ cho lÇn xuÊt b¶n sÏ ® îc chóng t«i ch©n thµnh c¶m ¬n. 1
Ch ¬ng, môc Tªn ch ¬ng, môc Trang sè 01 Môc lôc 03 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t 07 PhÇn 1 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu 09 Ch ¬ng 1 09 1.1 §èi t îng cña m«n häc 09 1.2 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu thuû vµ c¸c thµnh phÇn cña 10 lùc c¶n 1.3 Nh÷ng c«ng thøc chung 15 ®Ó tÝnh to¸n lùc c¶n vµ c«ng suÊt kÐo cña tµu 1.4 §Æc ®iÓm thay ®æi lùc c¶n 18 1.5 X¸c ®Þnh lùc c¶n cña n íc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu 20 b»ng c¸c ®Æc tr ng cña vÕt thuû ®éng 1.6 MÆt ít cña tµu vµ c¸ch tÝnh diÖn tÝch mÆt ít 22 Ch ¬ng 2 23 2.1 Líp biªn vµ vÕt thuû ®éng häc 23 2.2 Lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng 25 2.3 Lùc c¶n nhít cña pr«fin dÔ tho¸t n íc 27 vµ c¸cvËt thÓ trßn xoay 2.4 Lùc c¶n nhít cña vËt thÓ khã tho¸t n íc 28 2.5 Lùc c¶n nhít cña tµu 28 2.6 nh h ëng cña ®é nh¸m chung tíi lùc c¶n nhít 30 2.7 nh h ëng cña ®é nh¸m côc bé tíi lùc c¶n nhít 33 2.8 nh h ëng cña líp rªu, hµ b¸mvµová bao tµu 35 ®Õn lùc c¶n cña tµu 2.9 C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n nhít 36 2.10 Lùc c¶n kh«ng khÝ ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu 39 Ch ¬ng 3 43 3.1 Sù h×nh thµnh sãng b¶n th©n khi tµu chuyÓn ®éng 43 3.2 C¸c tÝnh chÊt cña lùc c¶n sãng 46 3.3 C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n sãng 47 Ch ¬ng 4 49 4.1 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trong n íc c¹n 49 4.2 Lùc c¶n khi tµu chuyÓn ®éng trong kªnh ®µo 51 3
4.3 Nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ lùc c¶n cña tµu chuyÓn ®éng 53 trong kªnh ®µo Ch ¬ng 5 55 Ch ¬ng 6 57 6.1 BÓ thö m« h×nh tµu 57 6.2 TÝnh chuyÓn lùc c¶n tõ m« h×nh sang tµu thùc 59 Ch ¬ng 7 61 7.1 Ph©n lo¹i c¸c ph ¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó tÝnh lùc c¶n 61 7.2 Ph ¬ng ph¸p tÝnh lùc c¶n d 62 7.3 X¸c ®Þnh lùc c¶n b»ng c¸ch tÝnh chuyÓn tõ tµu mÉu 62 Ch ¬ng 8 65 8.1 C¸ch chän h×nh d¸ng th©n tµu 65 8.2 nh h ëng cña sù thay ®æi thÓ tÝch ng©m n íc 66 vµ tû sè kÝch th íc cña tµu ®èi víi lùc c¶n 8.3 nh h ëng cña c¸c hÖ sè bÐo tíi lùc c¶n 66 8.4 H×nh d¸ng th©n tµu biÓn 67 8.5 H×nh d¸ng tµu néi ®Þa vµ tµu pha s«ng biÓn 68 Ch ¬ng 9 69 9.1 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu hai vµ ba th©n 69 9.2 Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña ®oµn tµu kÐo, ®Èy 70 Ch ¬ng 10 73 10.1 Lùc c¶n cña c¸c tµu ch¹y ë chÕ ®é chuyÓn tiÕp 73 10.2 Tµu l ítvµ lùc c¶n cña tµu l ít 74 10.3 C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng cña bÒ mÆt l ít 75 Ch ¬ng 11 77 11.1 Tµu c¸nh ngÇm 77 11.2 C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng cña c¸nh ngÇm 80 11.3 Dßng bao vËt thÓ vµ lùc c¶n 80 khi cã hiÖn t îngx©m thùc 11.4 Lùc c¶n tµu ®Öm khÝ kiÓu buång 81 11.5 Lùc c¶n cña tµu ®Öm khÝ kiÓu phun 83 4
PhÇn 2 thiÕt bÞ ®Èy Tµu thuû 85 Ch ¬ng 12 85 12.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ thiÕt bÞ ®Èy tµu 85 12.2 C¸c kiÓu thiÕt bÞ ®Èy vµ tÝnh chÊt cña chóng 86 Ch ¬ng 13 91 13.1 C¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña chong chãng 91 13.2 C¸c ph ¬ng ph¸p ®Þnh h×nh chong chãng, c¸ch biÓu diÔn 93 bÒ mÆt c¸nh b»ng to¸n häc 13.3 X©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng 96 13.4 KÕt cÊu chong chãng 99 Ch ¬ng 14 101 14.1 C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc cña chong chãng 101 14.2 C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc cña chong chãng 102 Ch ¬ng 15 107 15.1 Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu 107 15.2 Chong chãng lý t ëng t¶i träng thÊp 108 Ch ¬ng 16 111 16.1 C¸c ®Þnh luËt ®ång d¹ng khi thÝ nghiÖm chong chãng 111 16.2 C¸c ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu chong chãng b»ng thùc 114 nghiÖm.C¸c ®ît thö hµng lo¹t m« h×nh cã hÖ thèng 16.3 C¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng 116 16.4 Sö dông c¸c ®å thÞ thiÕt kÕ chong chãng c¸nh hÑp 119 Ch ¬ng 17 121 17.1 Kh¸i niÖm chung vÒ sù t ¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ 121 ®Èyvµ th©n tµu 17.2 Dßng theo vµ c¸c thµnh phÇn cña nã 121 17.3 Dßng theo cã Ých vµ tèc ®é cña dßng theo 124 17.4 Lùc hót 126 17.5 C¸c sè liÖu thùc nghiÖm vÒ c¸c hÖ sè t ¬ng t¸c thuû ®éng 128 gi÷a thiÕt bÞ ®Èy víi th©n tµu 17.6 HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c thµnh phÇn cña nã 130 Ch ¬ng 18 131 18.1 Kh¸i niÖm vÒ sù x©m thùc 131 18.2 X©m thùc khi dßng n íc bao c¸c mÆt chÞu lùc vµ c¸c 133 thiÕt bÞ ®Èy tµu 18.3 TiÕng ån do x©m thùc vµ ®é ¨n mßn chong chãng 136 5
18.4 Dù ®o¸nx©m thùc chong chãng 138 18.5 ThiÕt kÕ chong chãng x©m thùc 140 Chu¬ng 19 143 Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu, hÖ thèng xo¸y cña c¸nhvµ 143 chong chãng Ch ¬ng 20 147 20.1 C¸c nguyªn t¾c chung 147 20.2 Chän s¬ bé c¸c phÇn tö chÝnh cña chong chãng vµ ®¸nh 148 gi¸ c«ng suÊt tiªu thô 20.3 Sù phï hîp gi÷a chong chãng víi hÖ thèng ®éng lùc vµ 150 lùa chän chÕ ®é tÝnh to¸n 20.4 Lùa chän chÝnh x¸c c¸c yÕu tè h×nh häc c¬ b¶n cña 152 chong chãng 20.5 ThiÕt kÕ chong chãng theo ®å thÞ 157 20.6 §å thÞ vËn hµnh cña tµu, c¸ch tÝnh to¸nvµx©y dùng 158 20.7 Søc bÒn cña chong chãng 160 Ch ¬ng 21 165 21.1 L îng tiªu thô n¨ng l îng cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c ph ¬ng 165 ph¸p gi¶m nã 21.2 ViÖc ¸p dông chong chãng cã ® êng kÝnh t¨ng thªm khi 166 vßng quay gi¶m xuèng 21.3 ViÖc gi¶m tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n 167 Ch ¬ng 22 169 22.1 C¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña hÖ chong chãng- §¹o l u 169 22.2 C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc, ®éng lùc häc, c¬ thuû häc cña hÖ 169 chong chãng- ®¹o l u 22.3 §Æc ®iÓm thiÕt kÕ hÖ chong chãng- ®¹o l u 172 6
DAnhmôcc¸ckýhiÖu,c¸cch÷ viÕtt¾t A0 - DiÖn tÝch mÆt ®Üa chong chãng AE - DiÖn tÝch mÆt n¾n ph¼ng cña c¸nh chong chãng b - ChiÒu réng ® êng bao n¾n ph¼ng, chiÒu dµi d©y cung cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh. D,R - § êng kÝnh, b¸n kÝnh cña chong chãng dH,rH - § êng kÝnh b¸n kÝnh cñ chong chãng e-ChiÒu dµy lín nhÊt cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh h0 - §é ngËp s©u cña trôc chong chãng d íi mÆt n íc tù do P - B íc cña tiÕt diÖn c¸nh Z-Sè c¸nh chong chãng ZP - Sè l îng trôc chong chãng  -ChiÒu dµy t ¬ng ®èi cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh,  = e/b  - Gãc b íc cña tiÕt diÖn c¸nh v , v S - Tèc ®é tµu, m/s, h¶i lý/h v A - Tèc ®é tiÕn cña chong chãng v R - Tæng tèc ®é dßng ( cã xÐt tíi c¸c tèc ®é c¶m øng ) trªn phÇn tö c¸nh - VÐc t¬ tèc ®é c¶m øng x,  - Thµnh phÇn däc trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng n - Vßng quay cña chong chãng -Tèc ®é gãc quay cña chong chãng J - B íc tiÕn t ¬ng ®èi cña chong chãng J = vA/(nD) iT, iQ - HÖ sè ¶nh h ëng cña tr êng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu tíi lùc ®Èy vµ m«men quay - HÖ sè dßng theo ®Þnh møc x,  - Thµnh phÇn däc trôc vµ tiÕp tuyÕn cña hÖ sè dßng theo ®Þnh møc WT - HÖ sè dßng theo tÝnh to¸n t- HÖ sè hót t 1 R TB Z P  - Gãc tíi cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh I - Gãc tíi c¶m øng (hoÆc gãc tíi thuû ®éng lùc) I = + 0 - I 0 - Gãc lùc n©ng kh«ng I - Gãc tiÕn c¶m øng I = arctg(I/ r ) I - B íc tiÕn c¶m øng cña chong chãng I = r ( v A + x)/(r ) o - Sè x©m thùc cña chong chãng 2 o = 2(P0 Pv)/( . v ) 7
Cx - HÖ sè c¶n cña phÇn tö c¸nh 2 Cx = 2X/( . v R .b.1) Cy - HÖ sè lùc n©ng cña phÇn tö c¸nh 2 Cy = 2Y/( . v R .b.1) CPA - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo c«ng suÊt 3 CPA = 2PD/( . v A .A0) CTA - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy C = 2T/( . 2.A ) TA v A 0 F - VÐc t¬ lùc thuû ®éng t¸c dông lªn c¸nh chong chãng KDE - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc kÐo K DE v.D TE KDT - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy khi ® êng kÝnh kh«ng ®æi K DT J KT Dv A / T KNT - HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy khi vßng quay kh«ng ®æi 4 4 K NT J KT vA n. T / KQ, KQB - HÖ sè m«men quay cña chong chãng trong n íc tù dovµ sau th©n tµu M - VÐc t¬ m«men cña lùc thuû ®éng t¸c dông lªn c¸nh chong chãng PD - C«ng suÊt do chong chãng tiªu thô, KW -3 PD = .Q.10 PE - C«ng suÊt kÐo cña tµu, KW -3 PE = v .R.10 PS - C«ng suÊt trªn mÆt bÝch cña ®éng c¬ hoÆc bé gi¶m tèc, KW Q, QB - M«men quay cña chong chãng trong n íc tù do vµ sau th©n tµu T, TB - Lùc ®Èy cña chong chãng trong n íc tù do vµ sau th©n tµu TE - Lùc kÐo cña chong chãng, TE R ZP  - HÖ sè chÊt l îng ng îc cña phÇn tö c¸nh  = CX/CY 0 - HiÖu suÊt cña chong chãng lµm viÖc trong n íc tù do 0 = (t / 2)(KT / KQ) D - HiÖu suÊt ®Èy cña chong chãng D = PE / PD = 0H / iQ H - HiÖu suÊt ¶nh h ëng cña th©n tµu H = (1 t) / (1 WT) S - HiÖu suÊt ® êng trôc  - HiÖu suÊt bé truyÒn ®éng (bé gi¶m tèc, bé t¶i ®iÖn . . .) I - HiÖu suÊt c¶m øng cña chong chãng 8
PhÇn1 Lùcc¶nchuyÓn ®éngcñatµu Ch ¬ng 1 Kh¸iniÖmchungvÒlùcc¶nchuyÓn ®éngcñatµu Méttrongnh÷ngtÝnhchÊthµnhh¶iquanträngnhÊtcñatµulµtÝnhdi ®éng,nghÜa lµ kh¶ n¨ngph¸thuy ® îcvËntèclínnhÊtkhisödônghiÖuqu¶ c«ngsuÊt ®· chocña thiÕtbÞn¨ng l îngchÝnh.TÝnhdi ®éngphô thuécvµokÝchth íc,kÕtcÊu,h×nhd¸ng th©ntµu,tr¹ngth¸icñavátµu,lo¹i ®éngc¬,c«ngsuÊtvµ®ÆctÝnhcña®éngc¬còng nh c¸c ®iÒukiÖnchuyÓn ®éng.TÝnhdi ®éngkh«ngthÓ ® îcxemxÐtbiÖtlËpvíitÝnh næi,tÝnh æn ®Þnh,tÝnhchßngchµnhvµtÝnh ¨nl¸i. §Ó®¸nhgi¸ tÝnhdi ®éngtrongc¸c ®iÒukiÖnkh¸cnhauph¶icãsèliÖuvÒlùcc¶nchuyÓn ®éngcñatµu,c¸c®ÆctÝnhcña thiÕtbÞ®ÈyhoÆccñatµukÐot¹olùckÐo®Ó kÐotµu.SùlµmviÖccñabÊtcølo¹ithiÕtbÞ ®Èynµotuú møc ®é cã¶nh h ëng ®ÕncÊutróccñadßngch¶ybaoquanhth©ntµuvµ lµmthay ®æilùcc¶nchuyÓn ®éngcñatµu.Tuynhiªnth êngth ênglùcc¶nth©ntµu ® îcxemxÐtbáqua ¶nh h ëngcñathiÕtbÞ®Èy,cßnlùcbæsungdo ¶nh h ëng ®ã vµ lùcc¶ncñab¶nth©nthiÕtbÞ®Èy ® îcxemxÐtriªngbiÖtkhitÝnhto¸nhiÖusuÊtcña thiÕt bÞ ®Èy. Tronggi¸otr×nhtaxemxÐtc¸cnguyªnnh©ng©yralùcc¶nchuyÓn ®éng,sùthay ®æic¸clùc®ã,c¸cph ¬ngph¸px¸c®Þnh,c¸cbiÖnph¸pthay ®æivµgi¶mlùcc¶n.Do vËytaph¶inghiªncøucÊutróccñadßngch¶y ë gÇnth©ntµu,tõ®ã phô thuécqu¸ tr×nh ph¸t sinh lùc c¶n. Nh÷ngsèliÖunhËn ® îctõkÕtqu¶ tÝnhto¸nlùcc¶n,nh÷ngkhuyÕnnghÞ vÒ c¸c ph ¬ngph¸pgi¶mlùcc¶n ® îcdïngtrongthiÕtkÕtµukhichänc¸ckÝchth ícchÝnh, h×nh d¸ng th©n tµu, tÝnh to¸n thiÕt bÞ ®Èy vµ chän thiÕt bÞ n¨ng l îng chÝnh. HiÖnnaytrongnghiªncøulùcc¶nchuyÓn ®éngcñatµung êitadïngph ¬ng ph¸pnghiªncøulýthuyÕtvµph ¬ngph¸pnghiªncøuthùcnghiÖm.TÝnhto¸nlùcc¶n chuyÓn ®éngcñatµulµméttrongc¸cvÊn®Ò cñabµito¸nngoµicñac¬chÊtláng ®Ó x¸c ®Þnh lùc thuû ®éng cña chÊt láng ch¶y bao vËt thÓ. C¸ckýhiÖuquy íc B - ChiÒu réng tµu b - ChiÒu réng kªnh, d©y cung cña profin C, Cx - HÖ sè lùc c¶n toµn phÇn CA - HÖ sè lùc c¶n do ®é nh¸m CAA - HÖ sè lùc c¶n kh«ng khÝ CAP - HÖ sè lùc c¶n phÇn nh« CE - HÖ sè h¶i qu©n CF - HÖ sè c¶n ma s¸t CFo - HÖ sè c¶n ma s¸t cña tÊm nh½n t ¬ng ® ¬ng Cf - HÖ sè c¶n ma s¸t côc bé 9
Ci - HÖ sè c¶n c¶m øng CH - HÖ sè c¶n lç, hèc CP - HÖ sè c¶n ¸p lùc CR - HÖ sè c¶n d CS - HÖ sè c¶n toÐ n íc CV - HÖ sè c¶n nhít CVP - HÖ sè c¶n h×nh d¸ng CW - HÖ sè c¶n sãng CWB - HÖ sè c¶n ph¸ sãng mòi Cy - HÖ sè lùc n©ng D - Träng lùc (Träng l îng tµu) Fr, FrV, FrH, FrB - Sè Frót vµ c¸c biÕn thÓ cña nã H - ChiÒu s©u luång l¹ch K -TØ lÖ xÝch cña m« h×nh K - HÖ sè h×nh d¸ng cña lùc c¶n nhít KS - ChiÒu cao m« nh¸m L - ChiÒu dµi tµu PE - C«ng suÊt kÐo P - HÖ sè ¸p lùc R, Rx - Lùc c¶n toµn phÇn Ry - Lùc n©ng Re,Re*,Re - Sè R©ynolvµ c¸c biÕn thÓ cña nã S - DiÖn tÝch c¸nh T - ChiÒu ch×m tµu V - ThÓ tÝch l îng chiÕm n íc v, vx, vy, vz - Tèc ®é vµ c¸c thµnh phÇn cña nã - Gãc vµo n íc (gãc tíi) cña c¸nh  - ChiÒu dµy líp biªn * - ChiÒu dµy nÐn cña líp biªn  - ChiÒu dµy tæn thÊt xung cña líp biªn  - HÖ sè nhít ®éng häc cña chÊt láng - Khèi l îng riªng cña chÊt láng  - Sè x©m thùc , - ThÕ vËn tèc  - DiÖn tÝch mÆt ít cña tµu KhitµuchuyÓn ®éngtrongchÊtlángsÏxuÊthiÖnlùcthuû®éng,mµtrÞ sè cñanã phô thuéc vµo khèi l îng riªng vµ ®é nhít cña chÊt láng. Khèi l îngriªng-kÝhiÖu , ®¬nvÞkg/m3.Khèi l îngriªngcña n íc Ýtthay ®æi khithay ®æi ¸plùc,vËy n íccoinh kh«ngnÐn ® îcvµ®ångnhÊt,songkhèi l îng riªng cña n íc l¹i thay ®æi nhiÒu theo nhiÖt ®é. Trong ngµnh ®ãng tµu ta sö dông sè liÖu cña LiªnBang Nga. nhiÖt ®é t = 4oC: 10
- §èi víi n íc ngät = 1000 kg/m3 - §èi víi n íc mÆn = 1025 kg/m3 * nhiÖt ®é t = 15oCvµ¸p suÊt 760 mmHg 3 -Khèi l îng riªng cña kh«ng khÝ A = 1,226 kg/m Träng l îng riªng cña chÊt láng - kÝ hiÖu , ®¬n vÞ N/ m3 = .g (1.2.1) §èivíi n íc ngät  = 9810 N/ m3 g - gia tèc r¬i tù do g = 9,81 m/s2 HÖ sè nhít ®énglùc-kÝhiÖu , ®¬nvÞkg/m.s.Lµ®¹i l îng ®Æctr ngchotÝnh chÊttõnglo¹ichÊtláng  Ýtthay ®æitheo ¸psuÊt,nh ngl¹ithay ®æinhiÒutheonhiÖt ®é. HÖ sè nhít ®énghäc-kÝhiÖu , ®¬nvÞ m2/slµgiatèccñalùcnhítxuÊthiÖntrong chÊt láng   (1.2.2) Dot¸cdông t ¬nghçgi÷atµuvµchÊtláng,nªndäctheomÆtuíthÖlùcmÆt xuÊt hiÖn vµ ph©n bè liªn tôc. T¹i mçi ®iÓm trªn  vÐct¬ c êng ®é cña lùc mÆt lµ Pn H×nh 1.1. HÖ to¹ ®é kh¶o s¸t chuyÓn ®éng cña tµu. H×nhchiÕucña Pn lªnph ¬ngph¸ptuyÕn n cñaph©ntèdiÖntÝch d lµ¸plùc thuû ®éng p Cßn h×nh chiÕu cña Pn lªn ph ¬ng cña ® êng dßng ®i qua d lµ øng suÊt tiÕp o p vµ o cã thÓ ®o trùc tiÕp hoÆc tÝnh to¸n b»ng c¸c quan hÖ trong c¬ chÊt láng. N íct¸cdônglªnphÇnng©m n íccñatµulµlùcthuû®éng,cßnkh«ngkhÝ t¸c dônglªnphÇnkh« cñatµulµlùckhÝ®éng,vËytænghîpc¸clùckÓtrªn trªn bÒ mÆt cña tµu gäi lµ lùc thuû khÝ ®éng häc. Lùcthuû khÝ®énghäclµméthÖthènglùcmÆt,v×vËycãthÓ chuyÓnnãvÒmét vÐct¬ chÝnh R vµ mét m«men chÝnh M x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc (1.2.3) vµ (1.2.4) 11
R Pn d (1.2.3)   M Pn r d (1.2.4)  Trong ®ã r - vÐct¬ b¸n kÝnh cña d ®èi víi t©m quy chiÕu ®· chän. §Ó nghiªncøutÝnhdi ®éngcñatµung êitag¾nlªntµutrôcto¹®é di ®éng x1y1z1, trong ®ã: -Trôc x1 h íngvÒ phÝa mòi tµu -Trôc y1 h íngvÒ phÝa m¹n ph¶i -Trôc z1 h íng lªn trªn Cßn gèc to¹ ®é thay ®æi vÞ trÝ trong kh«ng gian. Ngoµi ra ng êi ta cßn sö dông hÖ to¹ ®é xyz, trong ®ã: -Trôcx h íng theo vËn tèc v cña tµu -Trôc y h íngvÒ phÝa m¹n ph¶i -Trôcz h íng lªn trªn HaihÖto¹®é x1y1z1 vµ xyzsÏtrïngnhaukhitµukh«ngchuyÓn ®éng.Cßnkhitµu chuyÓn ®éng hai trôc x1 vµ x t¹o víi nhau mét gãc  - gäi lµ gãc chói hµnh tr×nh. NÕu chiÕu vÐct¬ chÝnh cña lùc thuû khÝ ®éng häc R lªn c¸c trôc to¹ ®é ta ® îc: - H×nh chiÕu Rx - Gäi lµ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu - H×nh chiÕu Ry - Gäi lµ lùc d¹t ngang cña tµu - H×nh chiÕu Rz - Gäi lµ lùc n©ng VËy"Lùcc¶nchuyÓn ®éngcñatµulµh×nhchiÕucñalùcthuû khÝ®énglùclªn ph ¬ng chuyÓn ®éng cña tµu". M«n häc nµy ta chØ xÐt lùc c¶n trong chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn th¼ng cña tµu Trong hÖ to¹ ®é trªn ta cã: Rx = Rx1cos + Rz1sin (1.2.5) V× vÐct¬ Pn ® îcph©nthµnhhaithµnhphÇnph¸ptuyÕn p vµ tiÕptuyÕn o nªnlùc c¶n còng cã thÓ viÕt d íi d¹ng tæng hai thµnh phÇn (Xem 1.2.6) R =    x pcos(p,x) o cos( o ,x)d (1.2.6)  C«ng thøc (1.2.6) ph©n chia lùc c¶n thµnh hai thµnh phÇn: -Lùc c¶n ma s¸t:    R F o cos( o ,x)d (1.2.7)  Nguyªnnh©nxuÊthiÖnlùcc¶nmas¸t RF lµ do ¶nh h ëng ®é nhítcñachÊtláng g©y ma s¸tvµová tµu lµm xuÊt hiÖn øng suÊt tiÕp o -Lùc c¶n ¸p lùc:  R p pcos(p,x)d (1.2.8)  Dùavµoc¸chiÖn t îngvËtlýth× nguyªnnh©nxuÊthiÖnthµnhphÇnlùcc¶n¸plùc cã thÓ gi¶i thÝch nh sau: Theoc¬häcchÊtlángth× vËtthÓ cã kÝchth ích÷uh¹nchuyÓn ®éngtÞnhtiÕnvíi vËntèckh«ng ®æitrªnmÆttùdov«h¹ncñachÊtlángkh«ngnhítth× vËtthÓ®ã kh«ng chÞu lùc c¶n chuyÓn ®éng (Theo ®Þnh lý ¥le). VËtthÓ khichuyÓn ®éngchØ xuÊthiÖnlùcc¶nchØ khitr êngvËntècëphÝatr íc vµ phÝa sau vËt thÓ lµ kh¸c nhau. 12
*XÐtvËtthÓ chuyÓn ®éng ë gÇnhoÆc ë mÆttùdocñachÊtláng(XemH1.2.a) d íit¸cdôngcñatränglùcth× vËtthÓ sÏ t¹oratrªnmÆttùdocñachÊtlángméthÖ thèngsãngdoc¸cphÇntöchÊtlángt¸chratõvÞtrÝ c©nb»ngdÉntíisùthay ®æicña tr êngvËntècvµ¸psuÊtdäctheobÒmÆtvËtthÓ.H×nhchiÕucña¸plùcsãnglªn ph ¬ngchuyÓn ®énggäilµlùcc¶nsãnglªnph ¬ngchuyÓn ®énggäilµlùcc¶nsãng RW.C«ngcñavËtthÓ sinhra ®Ó th¾nglùcc¶nsãng ® îctiªutènchosùt¹othµnhn¨ng l îng sãng. *C¸ctµubÐohoÆctµuch¹ykh«ngt¶ing êitathÊyc¸csãng ë phÇn n ícmòitµu bÞsangÇnph¼ngkÐotheosùt¹othµnhc¸cbät.Qu¸ tr×nh ®ã®· lµmt¨ngthªmlùcc¶n sãngvµ thµnh phÇn lùc c¶n ®ã gäi lµ lùc c¶n ph¸ sãng mòi RWB. *KhivËtthÓ chuyÓn ®éngtathÊyrânhÊt ë phÇnmòitµucãc¸ctia n ích¾tratõ haibªnm¹n.C¸ctia n íc ®ã t¹othµnhph¶nlùc,mµh×nhchiÕucñaph¶nlùc®ã lªn ph ¬ngchuyÓn ®énggäilµlùcc¶ntoÐ n íc RS.Lo¹ilùcc¶nnµy®Æctr ngchoc¸ctµu ch¹y nhanh. *TheolýthuyÕtc¸nhnÕuvËtthÓ cã d¹ngh×nhc¸nhkhichuyÓn ®éngcã l usè vËntècth× sÏ ph¸tsinhlùcn©ngtrªnc¸nh.SùlµmviÖccñac¸nhcãthÓ thayb»ngmét hÖthèngxo¸y,hÖthèngnµysÏt¹orac¸cxo¸ytùdosauc¸nh(XemH1.2.b).HÖ thèngxo¸yg©yravËntècth¼ng ®ønglµmlÖch ® êngdßngnªn¸plùcthuû®éngxuÊt hiÖntrªnc¸nh,mµh×nhchiÕulªnph ¬ngchuyÓn ®énggäilµlùcc¶nc¶møng Ri. C«ng ®Ó th¾nglùcc¶møng ® îctiªutènchosùt¹othµnhn¨ng l îngxo¸y.Lùcc¶n c¶m øng xuÊt hiÖn trªn c¸c c¸nh cña tµu ngÇm vµ c¸c phÇn nh« th©n tµu. *NÕuvËtthÓ chuyÓn ®éngvíivËntèclínth× trªnbÒmÆtvËtxuÊthiÖnsùx©m thùc(Sù x©mthùclµhiÖn t îngh×nhthµnhvµph¸ttriÓntrªnbÒmÆtvËtthÓ c¸cbät chøa ®Çykh«ngkhÝ hoÆch¬i n ícb·ohoµ)(XemH1.2.c).Sùx©mthùc ®· lµmcho tr êngvËntècvµ¸psuÊtdäctheobÒmÆtvËtthÓ thay ®æilµmxuÊthiÖnlùcc¶nx©m thùc Rc.C«ng ®Ó th¾nglùcc¶nx©mthùc ® îctiªutènchosùduytr× c¸cbätkhÝ hoÆc h¬i,nghÜalµchosùthay ®æitr êngvËntècsovíitr ênghîpch¶yvßngliªntôc(Xem H 1.2.c). Qu¸ tr×nhxuÊthiÖnc¸cthµnhphÇnlùcc¶n RW, RWB, RS, Ri, Rc Ýtphô thuécvµo®é nhítcñachÊtláng,dovËyph ¬ngph¸ptÝnhto¸nlýthuyÕtcãthÓ dùavµom«h×nh chÊt láng kh«ng nhít. *Do ¶nh h ëngcña®é nhítquyluËtph©nbè¸psuÊttrªnbÒmÆtvËtthÓ thay ®æi sovíitr ênghîpch¶yvßngtrongchÊtlángkh«ngnhít. §é nhítlµmh×nhthµnhlíp biªndäctheomÆtvËtthÓ vµ t¹onªndßngtheo.Dßngtheolµnh÷ngvÕtthuû®éng ë sauvËtthÓ lµmcÊutróccñatr êngvËntècëphÝatr ícvµsauvËtthÓ trongchÊtláng nhítlµkh¸cnhau.Dßngtheo ë sauvËtthÓ lµ vïngch¶yrèit¹oxo¸y(XemH1.2.d) lµmgi¶m ¸psuÊt ë vïng ®u«ivËtthÓ sovíichÊtlángkh«ngnhítvµph¸tsinh ¸psuÊt tæng hîp gäi lµ lùc c¶n ¸p suÊt nhít hoÆc lùc c¶n h×nh d¸ng RVP. VËylùcc¶ndo øngsuÊttiÕp o g©yragäilµlùcc¶nmas¸t RF.C«ng ®Ó th¾nglùc c¶n ma s¸t ® îc tiªu tèn cho sù t¹o thµnh líp biªn vµ dßng theo. Lùcc¶nh×nhd¸ngvµmas¸txuÊthiÖndo ®é nhítcñachÊtlángvµchóngt¹o thµnh lùc c¶n nhít RV = RVP + RF. Tõ c¸c ®iÒukÓtrªnth× lùcc¶ncña n íc ®èivíichuyÓn ®éngcñatµucãthÓ viÕt d íi d¹ng tæng: Rx = RF + RP = RF + RVP + RW + RWB + RS + Ri + Rc (1.2.9) D¹ng(1.2.9)kh«ngph¶ilócnµocòngxuÊthiÖn ®ångthêi,cãthÓ cã tr ênghîp vµi thµnh phÇn kh«ng cã. C¬ së vËtlý®Ó ph©nchialùcc¶nrac¸cthµnhphÇnlµ®iÒurÊtcÇnthiÕt ®Ó x©y dùng c¸c ph ¬ng ph¸p lý thuyÕt, thùc nghiÖm vµ nh÷ng nguyªn t¾c m« h×nh ho¸. 14
Dokhèi l îngriªngcña n ícvµkh«ngkhÝ lµ kh¸cnhau,dovËytæng lùc c¶n ® îc chia thµnh lùc c¶n cña n ícvµ lùc c¶n kh«ng khÝ RAA. VËycãhainguyªnnh©nc¬b¶n®Ó t¹onªnlùcc¶n®ã lµ¶nh h ëngcña®é nhít cña chÊt láng vµ sù t¹o sãng: Rx = RV + RW + RAA (1.2.10) §Ó nghiªncøuc¸ctÝnhchÊtcñac¸cthµnhphÇnlùcc¶nng êitasödônggi¶ thiÕt vÒ sù®éclËpcñachóng.Theogi¶ thiÕt ®ã th× c¸cqu¸ tr×nhvËtlýg©yratõngthµnh phÇncñatænglùcc¶nlµ®éclËpnhau,nghÜalµqu¸ tr×nht¹osãng ®éclËpvíi®é nhít cñachÊtláng,vµlùcnhítcòngsÏkh«ng ¶nh h ëngtíiqu¸ tr×nht¹osãng,ngoµira nh÷ng hiÖn t îngx¶y ra trong n íc kh«ng ¶nh h ëng tíi lùc c¶n kh«ng khÝ. Trongqu¸ tr×nhnghiªncøuvµtÝnhto¸nlùcthuû®éng,m«mencñalùcthuû®éng cÇnph¶icãsù t ¬ngquan ®Çy ®ñ vÒ kÕtcÊudßngch¶ycñachÊtlángbaoquanhm« h×nhvµtµuthùc.Sù t ¬ngquan ®ã gäilµ®ångd¹ng ®énglùchäccñadßngch¶y.C¸c thamsèchungkh«ng ®æi ® îcgäilµc¸cchuÈn ®ångd¹ngcñadßngch¶y,c¸cchuÈn nµy ® îcx¸c ®Þnh tõ lý thuyÕt ®ång d¹ng. Dßngch¶ycñachÊtlángch¶yvßngvËtthÓ®ångd¹ngh×nhhäc, ® îcgäilµ®ång d¹ng ®énglùchäcnÕuëc¸c®iÓm t ¬ng øngcãsùb»ngnhaucñac¸clùcthuû®éng kh«ngthø nguyªn,còngnh ®¶mb¶oph ¬ngcñac¸cvÐct¬vËntècvµlùcthuû®éng (nghÜalµh×nhd¸ng ® êngdßngt¹oxo¸yvµt¹osãngtrongc¸cdßngch¶y ®ã lµ®ång d¹ng ®éng häc) TrÞ sè liªn quan tíi c¸c kÝch th íc t ¬ng øng gäi lµ tØ lÖ xÝch ®ång d¹ng h×nh häc: L K M (1.3.1) LH L - KÝch th íc ®Æc tr ng cho chiÒu dµi cña vËt thÓ M - ChØ sè øng víi m« h×nh K - ChØ sè øng víi tµu thùc. Quaph©ntÝchchuyÓn ®éngchothÊyr»ng:Sù®¶mb¶o®ångd¹ngh×nhhäcvµ ®énglùchäccñachÊtlángkh«ngnÐn ® îc d íit¸cdôngcñatränglùckhich¶yvßng m« h×nhvµtµuthùcnÕuchiÒudµiL,vËntècv,thêigianTvµhÖsènhít ®énghäc ®ång thêi tho¶ m·n ba mèi quan hÖ sau: v v M H (1.3.2) gLM gLH v L v L M M H H (1.3.3)  M  H L L M H (1.3.4) vMTM v HTH 15
v *BiÓuthøckh«ngthø nguyªn Fr gäilµsèFrót.Nã®Æc tr ng cho lùc qu¸n gL tÝnhvµtränglùccñadßngch¶ycñachÊtláng.NÕuFrM =FrH th× h×nh ¶nht¹osãngvµ lùc c¶n sãng lµ ®ång d¹ng ®èi víi hai vËt thÓ ®ång d¹ng h×nh häc víi nhau. v TrongtÝnhto¸nsèFr ®«ikhi ® îcbiÔudiÔnqua ®¹i l îng gäilµvËntèc L t¬ng ®èicãthø nguyªn.Trongnh÷ngtr ênghîp®ÆcbiÖt(ch¼ngh¹nxÐtvÒchÕ®é chuyÓn ®éngcñatµu)th× chiÒudµi®Æctr ngcãthÓ lÊyb»ng V1/3,trong ®ã V=D/ g v FrV ; g3 V L Hay FrV Fr  , trong ®ã  gäi lµ chiÒu dµi t ¬ng ®èi cña tµu. 3 V vL *BiÓuthøckh«ngthø nguyªn Re gäilµsèR©ynol.Nã®Æctr ngchoquan  hÖ gi÷alùcqu¸ntÝnhvµlùcnhíttrongdßngch¶ycñachÊtláng.NÕu®¶mb¶osùb»ng nhaucñac¸csèR©ynol(ReM =ReH)tasÏlËp ® îcsù®ångd¹ngcñalùcc¶nnhít,kÕt cÊu líp biªn, dßng theo cña tµu thùc vµ m« h×nh ®ång d¹ng h×nh häc. L *BiÓuthøckh«ngthø nguyªn Sh gäilµsèStruhan.Nã®Æctr ngvÒ®éng vT lùchäccñadßngch¶ythay ®æitheothêigian.NãchophÐptasos¸nhc¸clùcvµqu¸ tr×nhch¶yvßngcãgiatèccñachÊtláng.KhivËtthÓ chuyÓn ®éngkh«ngcãgiatècth× sè Struhan kh«ng x¸c ®Þnh vµ kh«ng cÇn xÐt tíi. * ngsuÊttiÕp o vµ¸psuÊt p cñalùcmÆt ® îc ®Æctr ngb»ngc¸chÖsèkh«ng thø nguyªn sau: -Sè ¬le ®Æc tr ng cho ¸p suÊt p trong dßng ch¶y 2p Eu (1.3.5) v 2 - HÖ sè ¸p suÊt: 2(p p ) p o (1.3.6) v2 trong ®ã p0 lµ ¸p suÊt thuû tÜnh. - Quan hÖ gi÷a hÖ sè ma s¸t côc bé vµ øng suÊt tiÕp: 2 C o (1.3.7) f v 2 Dßngch¶ycñachÊtlángnhítbaoquanhm«h×nhvµtµuthùc ®ångd¹ngh×nhhäc sÏcã®ångd¹ng ®énglùchäcnÕuc¸csèFr,Re,Shcñac¸cdßngch¶y ®ã b»ngnhau. CßnEu, p, Cf kh«ngph¶ilµc¸ctiªuchuÈn ®ångd¹ng,mµchóngchØ cã vaitrß thø yÕu vµ chØ ® îcxÐttrongnh÷ngtr ênghîpriªng(ch¼ngh¹ndßngch¶ybÞx©mthùcth×¸p suÊttrongc¸cbätkhÝ b»ng ¸psuÊth¬i n ícb·ohoµ p= pv).Khip=pv sÏ xuÊthiÖn x©m thùc, lóc ®ã Eu ® îc biÓu diÔn qua sè x©m thùc: 2(p p )  v (1.3.8) v 2 16
§Ó®¶mb¶osù®ångd¹ngcñac¸cdßngch¶yrèitadùavµo®é rèi T cñadßng ch¶y: 2 v'  (1.3.9) T v KhixÐttíi¶nh h ëngcñasøcc¨ngbÒmÆttadïnghÖsèc¨ngbÒmÆtH.XÐt¶nh h ëng cña lùc c¶n toÐ n íc ta dïng sè Webe:  We H (1.3.10) Lv2 §Ó t×mc«ngthøcchung ®Ó tÝnhlùcc¶ntabiÓudiÔntrÞ sè¸psuÊtvµøngsuÊttiÕp qua Eu vµ Cf. VËy c«ng thøc (1.2.6) ® îcviÕt l¹i: 2   R x 0,5 v Eu cos(p,x) Cf cos( o ,x)d (1.3.11)  ChuyÓntÝchph©n(1.3.11)vÒd¹ngkh«ngthø nguyªn,muènvËy ® adiÖntÝch  vµo hµm gi¶i tÝch, ta sÏ ® îc tÝch ph©n kh«ng thø nguyªn vµ kÝ hiÖu lµ Cx: d  C x Eu cos(p,x) Cf cos( o ,x) (1.3.12)   Lóc ®ã (1.3.11) sÏ cã d¹ng: 1 R C v2 (1.3.13) x 2 x Trongc«ngthøc(1.3.13)th× Cx =f(Fr,Re,Sh)gäilµhÖsèlùcc¶nënh÷ngvËtthÓ ®ångd¹ngh×nhhäccãcïngph ¬ngchiÒucñavËntècchuyÓn ®éngth× c¸chÖsèlùc c¶n cña chóng sÏ b»ng nhau CxM = CxH nÕu FrM = FrH,ReM = ReH vµ ShM = ShH (1.3.14) Tõ (1.3.13) vµ (1.3.14) ta cã: 2R 2R xM xH v2  v 2  M M M H H H (1.3.15) v2 1 H H R xH R xM 2 2 M vM K BiÓu thøc (1.3.13) còng ®óng cho c¸c thµnh phÇn cßn l¹i cña lùc thuû ®éng: 1 R C v2 (1.3.16) y 2 y 1 R C v2 (1.3.17) z 2 z Trong ®ã Cy, Cz t ¬ng ønglµhÖsèlùcd¹tvµhÖsèlùcn©ngthuû®éngtheo ph ¬ng th¼ng ®øng. M« men thuû ®éng sÏ b»ng: 1 M m v2.L (1.3.18) 2 Trong ®ã m = f(Fr, Re,Sh) lµ hÖ sè m« men thuû ®éng kh«ng thø nguyªn TrongtÝnhto¸ncãthÓ tuú tõngtr ênghîpmµthaydiÖntÝch  b»ngc¸cdiÖntÝch ®Æc tr ng kh¸c: 17
1 2 1 2 1 2 2 / 3 R C v  C v  C v V (1.3.19) x 2 x 2 x1 2 x2 C¸c thµnh phÇn lùc c¶n c¬ b¶n RV vµ RW cã thÓ x¸c ®Þnh t ¬ng tù nh (1.3.13) Rx = RV + RW 1 R C C v2 (1.3.20) x 2 V W Trong ®ã CV vµ CW t ¬ng ønglµhÖsèlùcc¶nnhítvµhÖsèlùcc¶nsãng CV = f(Re) cßn CW = f(Fr) theo gi¶ thiÕt sù ®éc lËp cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n. Lùc c¶n tØ lÖ b×nh ph ¬ngvíivËn tèc. Cïngvíilùcc¶ntrongqu¸ tr×nhnghiªncøuthiÕtbÞ®ÈyvµthiÕtbÞn¨ng l îngcña tµung êitadïngkh¸iniÖmc«ngsuÊtkÐocñatµu PE lµ c«ngsuÊtph¶is¶nra ®Ó kÐo tµuvíivËn tèc ®· cho. TrÞ sè c«ng suÊt kÐo ® îcx¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: PE = Rxv (1.3.21) -TrÞ sè c«ngsuÊtkÐocñatµu PE lµ hµmsèbËcba cña vËn tèc, cßn ®¬n vÞ cña c«ng suÊt kÐo lµ W (kW). - §èivíitµus«ngth× vËntèctÝnhb»ng km/h,cßntµubiÓnlµh¶ilý/h, 1 h¶i lý/h = 1,853 km/h. -ChuyÓnvËntèctõh¶ilý/h sang m/s tadïngquanhÖv=0,514vS.VËntècv, m/s cßn vS, h¶i lý/h. -Tõ (1.3.21) cã xÐt tíi (1.3.13), nÕu mÉu sè nh©n víi V2/3 vµ ký hiÖu: 150 0,514 3 D2 / 3 CE (1.3.22) Cx  ta sÏ ® îc biÓu thøc tÝnh c«ng suÊt kÐo cña tµu cho ®¬n vÞ m· lùc, cv 3 2/ 3 vS D PE (1.3.23) CE (1.3.23)gäilµc«ngthøch¶iqu©n, CE gäilµhÖsèh¶iqu©n.HÖsè CE tØ lÖ nghÞch víi hÖ sè Cx. - §èivíitµubiÓnvËntèckhaith¸cnhá h¬nvËntècthö®Ó®¶mb¶odùtr÷ c«ng suÊt cña tµu khi ho¹t ®éng ë nh÷ng vïng thêi tiÕt xÊu. -TrongthiÕtkÕtµuchiÒudµigi÷ahai ® êngvu«nggãcth êngnhá h¬nchiÒudµi ® êng n íckho¶ng 2  3% chotµumétchongchãng,cßnchóngsÏb»ngnhauchotµu hai chong chãng. Trªnc¬sëc¸cphÐptÝnhto¸nhoÆcc¸cphÐpthö tacãthÓ x¸c ®Þnh ® îclùcc¶n Rx hoÆcc«ngsuÊtkÐocñatµu PE.Lùcc¶n Rx hoÆc PE phô thuécvµotèc®é chuyÓn ®éng cña tµu vS hoÆc c¸c chuÈn ®ång d¹ng. HÖ sè lùc c¶n Cx, hÖ sè h¶i qu©n CE vµ tØ sè Rx/D theo c¸c sè Fr vµ Re. 18
H×nh 1.3. Quan hÖ gi÷a Rx, PE víi vS. QuanhÖgi÷ac¸cthµnhphÇnlùcc¶nphô thuécvµokÝchth ích×nhd¸ngth©ntµu vµsèFrcòngnh hÖ sè bÐothÓ tÝch .TµucãthÓ chuyÓn ®éng ë s©usovíimÆt tho¸ng, nh vËy nã kh«ng chÞu ¶nh h ëng cña mÆt tù do. TµucãthÓ võacíphÇnch×mvµphÇnnæi(tµu ë mÆttùdo).TµucãthÓ chuyÓn ®éng ë®é s©usovíimÆttho¸ng(tµungÇm).TµuchuyÓn ®éngtrªnmÆttùdo(tµuc¸nh ngÇm,tµu®ÖmkhÝ).Víimçilo¹itµukh¸cnhauquanhÖvíic¸cthµnhphÇnlùcc¶n cñatænglùcc¶nlµkh¸cnhau.QuyluËtthay ®æicñamétthµnhphÇncòngcãthÓ kh¸c nhautrongc¸ctr ênghîpkh¸cnhau.Vaitrß cñac¸cthµnhphÇnlùcc¶nphô thuéc vµo chÕ ®é chuyÓn ®éng cña tµu. Ng êi ta ph©n chia ba chÕ ®é chuyÓn ®éng c¬ b¶n cña tµu, ®ã lµ: -ChÕ ®é b¬i -ChÕ ®é chuyÓn tiÕp -ChÕ ®é l ít * chÕ ®é b¬i: D = gV (1.4.1) v Khi ®ã FrV 1,0 (1.4.2) g3 V chÕ ®é nµy ®Æc tr ng cho c¸c tµu vËn t¶i ch¹y chËmvµ trung b×nh. * chÕ ®é chuyÓn tiÕp: ChÕ ®é nµy b¾t ®Çu xuÊt hiÖn thµnh phÇn lùc n©ng thuû ®éng Rz.Khi ®ã: D = gV1 + Rz (1.4.3) ThÓ tÝch V1 3 (1.4.6) nã ®Æc tr ng cho chÕ ®é l ít cña tµu. Khi FrV > 1 chiÒu ch×m trung b×nh vµ ®é chói cña tµu thay ®æi 19
N¨ng l îngcñatµutruyÒnchochÊtlángkÐotheosùph¸tsinhcñatr êngvËntèc vµ¸psuÊt,sùbiÕnd¹ngcñamÆttùdodÉntíixuÊthiÖnsãngtµu.DovËy ë phÝa sau tµu hoÆcm«h×nhtµuxuÊthiÖnc¸cvÕtthuû®éng.TuynhiªncÊutróccñavÕt®ã phô thuéc vµoh×nhd¸ngth©ntµu,vËntèc,lùcnhítvµtränglùc.S¬®å ph©nchialùcc¶ncña níc ra c¸c thµnh phÇn nh sau: XÐtluångch¶ybaoquanhtµu®øngyªnëmÆttùdocñachÊtlángcãchiÒus©uv« h¹n (H 1.4) H×nh 1.4. S¬ ®å luång ch¶y bao quanh tµu. §Ó tÝnhto¸nlùcthuû®éngtasödông ®ÞnhluËt ®éng l îngtrongm«nc¬chÊt láng: R v.vn .dS Pn .dS (1.5.1) S S Trong ®ã: S - mÆt kiÓm so¸t kÝn vµ kh«ng di ®éng n - ph ¬ng ph¸p tuyÕn ngoµi víi mÆt ®ã v vµ Pn - t ¬ng ønglµvÐct¬vËntècvµøngsuÊtcñalùcmÆttrongchÊtláng nhít, Pn cã h íngtuúýsomÆtS, Pn baogåm¸psuÊtnhít, ¸psuÊtråi, øngsuÊtph¸p, øng suÊt tiÕp. T¹i mÆt vu«ng gãc víi trôc x ta cã: Pn Px i.Pxx j.xy k.xz trong ®ã: v 2 P P 2 x v ' xx x x v v y   x v 'v ' xy x y y x 20
-ChänmÆtScãd¹ngh×nhb×nhhµnhvíimÆttrªnlµmÆttùdoto¹®é t ¬ng øng zB = f(x,y)vµ mÆt ít  cña tµu, mµ däc theo nã vn = 0. -MÆt S1 ®Æt ë xaphÝatr íctµu,mµt¹i®ã kh«ngcãvËntècph¸tsinhvµmÆtchÊt láng n»m ngang. - MÆt S2 ®Æt tuú ý sau tµu c¾t vÕt thuû ®éng. -MÆtn»mngang S3 vµ c¸cmÆtth¼ng ®øng S4, S5 songsongvíimÆtph¼ng ®èi xøngcñatµuvµc¸chxanã®Ó vËntècph¸tsinhlµnhá nh»mbáqua ¶nh h ëngcña®é nhítvµ sù t¹o sãng. §Ó tÝnh lùc c¶n ta chiÕu R lªn trôc x, ta ® îc 2 2 R x v .dS v x .dS v.vn .dS Pxx .dS Pxx .dS (1.5.2) S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 Theo ph ¬ng tr×nh liªn tôc víi mÆt S ta cã: vn .dS v.dS v x .dS (1.5.3) S3 S4 S5 S1 S2 Dùavµo(1.5.3)chophÐpkhö tÝchph©ntheoc¸cmÆt(S3 + S4 + S5)trongbiÓuthøc (1.5.2) cßn ë mÆt S1 vµ S2 quy luËt ph©n bè ¸p suÊt theo quy luËt thuû tÜnh gz , ta cã yzB 1 y z.dS z.dS zdzdy z 2dy (1.5.4) 2 B S1 S2 y y NÕu ®Èy mÆt S4 vµ S5 ra xav« cïng ta cã lùc c¶n ® îc tÝnh theo biÓu thøc sau: 2  2 v x g 2 R x v.v x v x dS P gz 2 v'x dS z Bdy x 2 S2 S2 NÕutµuchuyÓn ®éngtrongkªnhhoÆc n ícn«ngth× vÕ ph¶icña(1.5.4)cÇnkÓ thªm øng suÊt tiÕp theo chu vi kªn hoÆc ®¸y s«ng. Trongtr ênghîpchÊtlángkh«ngnhít,dßngch¶ykh«ngxo¸y,lóc®ã dßngch¶y t¹i tiÕt diÖn tuú ý vµ t¹i S1, øng víi ®iÓm trªn mÆt tù do sÏ cã: 2 2 2 2 P gz 0,5  v v1x v1y v1z  0,5 v Trong ®ã: v1x, v1y, v1z lµ nh÷ngvËntècph¸tsinh.Khö P+ gzvµxÐtøngsuÊtnhít, øngsuÊt rèi, lóc ®ã biÓu thøc (1.5.4) sÏ ® îcviÕt thµnh: 2 2 2 2 R x 0,5 ( v1x v1y v1z )dS 0,5 g z Bdy (1.5.5) S2 *BiÓuthøc(1.5.4)x¸c®Þnhtænglùcc¶ncñatµutrongchÊtlángnhít,cßnbiÓu thøc (1.5.5) x¸c ®Þnh lùc c¶n cña tµu trong chÊt láng kh«ng nhít. *Khitµuëtrongdßngch¶yv«h¹ncñach¾tlángnhít,nÕubáqua øngsuÊtnhít vµ rèi dùa vµo biÓu thøc (1.5.4) ta cã biÓu thøc tÝnh lùc c¶n nhít: 2 R x R v  v.v x v x P Po dS (1.5.6) S2 Trong ®ã: Po - ¸p suÊt thuû tÜnh n¬i ®Æt tµu Dùavµo(1.5.5)vµ(1.5.6)ng êitatÝnhto¸nb»ngthùcnghiÖmc¸clùcc¶nsãngvµ nhít. 21
Lùcc¶n Rx tØ lÖ thuËnvíidiÖntÝchmÆt ít .NÕuph ¬ngtr×nhmÆt ítcñatµu cã d¹ng y = f(x,z) th× diÖn tÝch mÆt ít cña tµu sÏ lµ: 2 2 L / 2 0 y y  2 1.dxdz (1.6.1) L / 2 T x z V× rÊt khã x¸c ®Þnh y = f(x,z) cña mÆt thËt, nªn  ® îc tÝnh gÇn ®óng. -Theo ph ¬ng ph¸p h×nh thang: n 2L lo ln   li (1.6.2) n i 0 2 Trong ®ã: n - sè kho¶ng s ên lý thuyÕt. NÕu tµu cã 21 kho¶ng s ên th× n = 20 l-chiÒudµilýthuyÕtcñac¸c s ên.ViÖcduçith¼ngc¸c s ênlýthuyÕt ® îcx¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 2 0 y l 2 1 .dz T z gÇn ®óng th× trÞ sè l ® îcx¸c ®Þnh b»ng th íc cong. -Theo ph ¬ng ph¸pTreb sÐp: 2L m  li (1.6.3) m i 1 Trong ®ã: m - sè s ênTreb sÐp. TalÇn l îttÝnhtrÞ sè  chométvµichiÒuch×m,råix©ydùng ® êngcong  =f(T)sÏchophÐpx¸c®Þnh  ë c¸ctr¹ngth¸it¶iträngkh¸cnhau(dïngchotµu l ítvµ tµu c¸nh ngÇm). Tronggiai ®o¹nthiÕtkÕs¬béch acãtuyÕnh×nhtµutacãthÓ dïngc¸cc«ngthøc gÇn ®óng d íi ®©y ®Ó x¸c ®Þnh diÖn tÝch mÆt ít : - §èi víi tµu ch¹y nhanh: B  LT 1,36 1,13 (1.6.4) T - §èi víi tµu vËn t¶i cã hÖ sè bÐo thÓ tÝch lµ lín: B  LT 2 1,37  0,274 (1.6.5) T - §èi víi tµu ®¸nh c¸: B  L T 1 0,5 0,55 1,52 (1.6.6) PP T PP - §èi víi tµu s«ng kh«ng cã vßm ®u«i: L  V 2 / 3 5,1 0,074 0,4 (1.6.7) T DiÖntÝch  tÝnhtheoc¸cc«ngthøctrªncÇnph¶ikÓthªmdiÖntÝchphÇnnh« (gi¸ ®ì chongchãng,trôcchongchãng,b¸nhl¸i,kyl¸i,v©ygi¶ml¾c, )tuú thuécvµoc¸c phÇn nh«, trong tÝnh to¸n lÊy ph.nh« = (1,5  7)%. 22
Ch ¬ng2 Lùcc¶nnhít KhitµuchuyÓn ®éngtrongchÊtlángnhítvíisèRelín,do ¶nh h ëngcña®é nhít nªn cÊu cña dßng ch¶y ë vïng gÇn bÒ mÆt vËt thÓ gäi lµ líp biªn. ChiÒudµylípbiªn  t¨ngdÇntõ®ÇuvÒ®u«ivËtthÓ.CÊutróclípbiªnvµnh÷ng hiÖn t îngx¶y ra trong ®ã lµm thay ®æi lùc c¶n nhít mét c¸ch ®¸ng kÓ. LípbiªnkÕtthóc ®Òu ®Æn ë phÝa ®u«ihoÆcbÞt¸ch ë bÒ mÆtvËtthÓ,songc¶hai tr ênghîpkÓtrªnphÝasauvËtthÓ sÏ t¹othµnhmétvïngluångch¶y, ®uîcgäilµvïng vÕtthuû®énghäc.Trongvïngnµyng êita ®Ætchongchãng,b¸nhl¸icñatµumét chong chãng. ngoµivïnglípbiªnvµvÕtthuû®énghäclùcnhítkh«ng ®¸ngkÓcãthÓ ® îc bá qua vµ coi nã nh luång ch¶y cña chÊt láng kh«ng nhít. §Æctr ngc¬b¶ncñalípbiªnlµchiÒudµylípbiªn ,lµkho¶ngc¸ch ®otheo ph ¬ngph¸ptuyÕnvíibÒmÆtcñavËtthÓ mµ t¹i ®ã thµnhphÇndäccñavËntèc®¹ttíi 99,5% so víi trÞ sè vËn tèc cña luång ngoµi t¹i ®iÓm ®ã cña vËt thÓ. T¹iméttiÕtdiÖncñalípbiªnvËntèctrªnmÆtvËtb»ngkh«ngdo ®iÒukiÖndÝnh nhít.Trong líp biªn vËn tèc t¨ng dÇn tõ mÆt vËt ra biªn ngoµi. NÕub¸nkÝnhcongcñavËtthÓ lµ línvµchiÒudµylípbiªn t ¬ng ®èinhá th×¸p suÊt t¹i tiÕt diÖn ®ã cña líp biªn lµ kh«ng ®æi vµ t ¬ng øng víi ¸p suÊt ë biªn ngoµi. Cã sù ph©n biÖt gi÷a líp biªn ph¼ng vµ líp biªn kh«ng gian nh sau: Lípbiªnph¼ngxuÊthiÖntrongtr ênghîpch¶ybaoc¸cvËtthÓ cã kÝchth íclín vu«ng gãc víi ® êng sinh cña chóng (tÊm, c¸nh, trô) Lípbiªnkh«nggianxuÊthiÖntrongtr ênghîpch¶ybaoc¸cvËtthÓ trßnxoayvµ th©ntµu.Trongtr ênghîpch¶ybaovËtthÓ trßnxoaylípbiªn ®èixøngvíitrôccña vËt thÓ. §Ó m« t¶ lípbiªnph¼ngvµ®èixøngtrôctadïnghaito¹®é x,y, h íngcñatrôcx däctheobÒmÆtcñavËtthÓ, h íngcñatrôcytheoph ¬ngph¸ptuyÕnvíimÆtvËtthÓ, nghÜa lµ vx = f(y). Ch¶ybaovËtth©ntµuxuÊthiÖnlípbiªnbachiÒu(kh«nggian)cãcÊutrócluång ch¶y kh¸c nhiÒu so víi líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc. Tronglípbiªnph¼nghoÆcbachiÒuxuÊthiÖnluångch¶ytÇnghoÆcrèi.Luång ch¶y rèi ®Æc tr ng cho tµu thùc vµ m« h×nh cña nã. ChiÒudµylípbiªn ,c¸c®Æctr ngtÝchph©n *vµ x¸c ®Þnh tõ sù ph©n bè vËn tèc vx = f(y) ,  v x * 1 0 v  (2.1.1) , v v x x  1 dy 0 v v  23
Trong ®ã: v - vËn tèc t¹i biªn ngoµi cña líp biªn * - chiÒu dµy nÐn, ®Æc tr ng trÞ sè lÖch cña ® êng dßng ë luång ngoµi.  -ChiÒudµytænthÊtxung,tØlÖthuËnvíitænthÊt ®éng l îngcñadßngch¶y ®Ó th¾ng lùc nhít ë líp biªn vµ øng suÊt tiÕp xuÊt hiÖn trªn bÒ mÆt vËt thÓ. C¸c sè R©ynol t¹i mét tiÕt diÖn cña líp biªn cã thÓ viÕt: v v* v Re ; Re* ; Re (2.1.2)     C¸ctrÞ sè cñachóngsÏ¶nh h ëng ®ÕnsùchuyÓntiÕptõch¶ytÇngsangch¶yrèië líp biªn. ChiÒudµylípbiªn  t¨ngdÇntõ®Çutíi®u«ivËt.DïvËntècëbiªnngoµilµ kh«ng ®æith× sè RedäctheovËtthÓ vÉnt¨nglªn.DovËyë®ÇuvËtthÓ, ®ÆcbiÖtkhi vËn tèc kh«ng lín sè Re sÏ nhá ®iÒu ®ã dÉn ®Õn sÏ duy tr× mét vïng ch¶y tÇng. KhibaomÆtcongxuÊthiÖnsùgi¶m ¸psuÊtdäctheovËtthÓ nÕu ®é sôtdäccña¸p P P suÊt däctheolípbiªnlµ®¸ngkÓth×ëvïng ®u«ivËtthÓ,n¬imµ ( >0)cãthÓ x x cã hiÖn t îng ®øt dßng. P sau ®iÓmcã =0c¸cphÇntöcñachÊtláng ë tronglípbiªndot¨ng ¸psuÊt x mµ chóng chuyÓn dÞch vÒ phÝa ®u«i víi gia tèc ©m. v sau ®iÓm x =0khiy=0do ¸psuÊt ë phÝa ®u«it¨nglªnlµmxuÊthiÖndßng y ch¶yng îc. § êng1(H2.1)biÓuthÞ mÆtph©nc¸chchÌn ÐplípbiªnkháimÆtvËtthÓ v x víi ®iÒukiÖn =0vµtheoc«ngthøcNiut¬n o =0sÏx¸c®Þnh ® îc ®iÓmt¸chcña y líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc. H×nh 2.1. S¬ ®å t¸ch líp biªn ph¼ng vµ ®èi xøng trôc. LípbiªnbachiÒutrongtr ênghîpch¶ybaoth©ntµucãcÊutrócphøct¹ph¬n,cã xuÊthiÖndßngch¶yphô vu«nggãcvíi ® êngdßngcñaluångngoµibiªnkh«ngnhít. VËntèc vz do ®é congcñavátµuvµ¶nh h ëngcñasùtôt¸ptheoph ¬ngngangcña ® êng dßng. 24
H×nh 2.2. § êng dßng giíi h¹n vµ hÖ sè ma s¸t côc bé Cf t¹i ®u«i m« h×nh tµu. I- ® êng dßng; II- ® êng dßng døt ngsuÊttiÕp o t¹imÆtvátµu h íngdäctheo ® êngdßngvµluångngoµith©ntµu t¹ovíi biªn ngoµi cña líp biªn gãc o. H×nh 2.3. S¬ ®å ph¸t sinh vËn tèc vz. C¸ctÊmph¼ng ® îcbaob»ngdßngchÊtlángtheo h íngdäc, ®ÆcbiÖttÊmkh«ng cã l îngtôt¸pdäctheobÒmÆt, ®iÒu ®ã gi¶n ®¬n ® îcphÐptÝnhlípbiªnvµlùcc¶n nhít, mµ trong tr êng hîp nµy chØ gåm cã lùc c¶n ma s¸t, nghÜa lµ RV = RFo. Khi tÝnh lùc c¶n nhít cña tµu ng êi ta dïng kh¸i niÖm tÊm ph¼ng t ¬ng ® ¬ng. TacãthÓ nhËn ® îcmétc¸chkh¸®¬ngi¶nc«ngthøcchung ®Ó tÝnhto¸nlùcc¶n ma s¸t cña tÊm nhê c¸c ®Æc tÝnh cña líp biªn ë mÐp sau cña tÊm ph¼ng ®ã. L  R Fo odx (2.2.1) 0 Trong ®ã: o - øng suÊt tiÕp trªn bÒ mÆt cña tÊm L - chiÒu dµi cña tÊm d  2 o v (2.2.2) dx VËy: L 2  2 R Fo v d .dx v K (2.2.3) 0 dvS d o §èivíi tÊm ph¼ng rÊt máng 0 , voy = 0 vµ vS = v lóc ®ã dx dx v 2 25
HÖ sè lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng ® îcx¸c ®Þnh: 2R 2 C Fo K (2.2.4) Fo v2L L BiÓuthøc(2.2.3)vÉn®óngchomäichÕ®é dßngch¶ytronglípbiªnvµm«t¶lùc c¶nmas¸tcñamétphÝatÊmth«ngquachiÒudµytænthÊtxung  t¹imÐpsaucña tÊm. *Khi ch¶y tÇng c¸c ®Æc tÝnh trong líp biªn ® îcx¸c ®Þnh b»ng c¸c c«ng thøc sau: 3 x *  v  5,2 ;  = 0,332;  = 0,128; o = 0,332 v x Khisödông(2.2.2)tacãthÓ nhËn ® îcc«ngthøccñaBLASINSx¸c®ÞnhhÖsè lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng 1,328 CFo (2.2.5) Re Trong ®ã: vL Re =  Tõ kÕtqu¶ thÝ nghiÖmchoc¸ctrÞ sè Re<2,5.105 th× (2.2.5)lµc«ng thøc chinh x¸c ®Ó tÝnh hÖ sè lùc c¶n ma s¸t cña tÊm ph¼ng ch¶y tÇng. *TÝnhto¸nlùcc¶nmas¸tcñatÊmph¼ngtronglípbiªnch¶yrèitrªnsuètchiÒu dµitÊmliªnquan ®ÕnviÖcchängÇn®óngquyluËtph©nbèvËntèctrungb×nhtheo thêi giantronglípbiªn,ng êitanhËn ® îchÖthøc ®¬ngi¶nnhÊt,songcòngphæ biÕnnhÊt khi sö dông d¹ng luü thõa: n v x y ;n 0,5 H 1 vS  Trong ®ã: H(f)-phô thuécvµoph ¬ngph¸pxÊpxØquyluËtph©nbèvËntèctronglípbiªn * theo sè Re, n gi¶m tõ 1  1 th× H = 7 11  f-th«ngsèh×nhd¹ngcñalípbiªnnã®Æctr ngchosù¶nh h ëngcñagradien ¸p suÊt däc: 2 dv f =    dx NÕu lÊy n = 1 th× : 11 1  7 1  0,217x ; 0,0705;C 0,00655Re 6 xv f vµ kÕt hîp víi (2.2.4) ta cã: -1/7 CFo = 0,0307Re (2.2.6) Tængqu¸tnhÊtlµdßngch¶yrèitronglípbiªncãquyluËtph©nbèvËntècd¹ng loga -2,3 C«ng thøc tho¶ m·n kÕt qu¶ Cf = (2lgRex - 0,65) ® îcviÕt d íi d¹ng: 0,455 CFo (2.2.7) lgRe 2,58 26
(2.2.7) ® îc gäi lµ c«ng thøc PRANTO - SLICHTING C¸ckÕtqu¶ tÝnhto¸ncñaCACMANthùchiÖnvµx©ydùngtheom«h×nhtr êng vËn tèc t ¬ng tù ®· ® îcSENHE ® a ra c«ng thøc: 0,242 lg ReCFo (2.2.8) CFo N¨m 1957 kho¸ häp vÒ c¸c bÓ thö VIII ng êi ta ®· x©y dùng ® îc c«ng thøc 0,075 CFo (2.2.9) lg Re 2 2 TheokhuyÕnnghÞ cñaHéinghÞ QuèctÕvÒc¸cbÓthö nªn ¸pdôngc«ngthøc (2.2.9) C¸cvËt thÓ ® îc ph©n thµnh hai d¹ng: -VËt thÓ dÔ tho¸t n íc -VËt thÓ khã tho¸t n íc. VíimétvËtthÓ x¸c ®Þnhth× tuú thuécvµoviÖc ®Þnh h íngnãtheoph ¬ngcña dßng ch¶y mµ cã thÓ trë thµnh d¹ng dÔ tho¸t n íc hoÆc khã tho¸t n íc. nh÷ngvËtthÓ dÔ tho¸t n ícth× dßngbaoquanhsÏtr«ich¶ymétc¸ch ªm ®Òm kháimÐpsaucñaphÇn ®u«ivµt¹oravÕtthuû®énghäc.TrongvÕtthuû®énghäcnµy tuyrèinh ngkh«ngchøac¸cxo¸ylínrêir¹c.VËtthÓ lo¹inµylµc¸cc¸nh,vËtthÓ trßnxoay. §Æc ®iÓmchÝnhcñavËtthÓ dÔ tho¸t n íclµthµnhphÇnlùcc¶nh×nhd¸ng trong lùc c¶n nhít th êng kh«ng lín. R TaxÐt lùc c¶n nhít cña vËt thÓ h×nh c¸nh cã diÖn tÝch S: C 2 V V v2S R vµ cña tÊm ph¼ng t ¬ng ® ¬ngvíi nã: C C 2 Fo V Fo v2S Trong ®ã: mÆt ít cña tÊm:  = 2S NÕu lµ tÊm th×: vK = v,  K , do ®ã: 2,5 0,5H C  v K V 2 K SK (2.3.1) CFo KT v 2,5 0,5HK K vSK §¹i l îng  1 k  KT v VËy R V C 2 C  C 1 k  (2.3.2) V v 2 Fo Fo Cßn ®èi víi c¸nh th× R V C 2 2C 1 k  V v2S Fo 27
Trong ®ã: k = -1 ® îcgäilµhÖsèh×nhd¸ng,nãxÐt®Õnlùcc¶nh×nhd¸ngcñavËtthÓ còngnh ¶nh h ëngcña®é congbÒmÆt®èivíilùcc¶nmas¸t,v×thÕ k cã thÓ biÓu diÔn d íi d¹ng: k = kVP + kF (2.3.3) C«ngthøc(2.3.2)biÓudiÔnmèiquanhÖafinvÒlùcc¶nnhítcñavËtdÔtho¸t n íc vµ lùc c¶n ma s¸t cña tÊm nh¾n t ¬ng ® ¬ng. HÖ sè c¶n h×nh d¸ngvµ ma s¸t ® îcx¸c ®Þnh: CVP = CFokVP; CF = CFo(1 + kF) (2.3.4) HÖ sè h×nh d¸ng k hoµn toµn phô thuéc vµo h×nh d¹ng cña vËt thÓ TrongdßngbaovËtthÓ khã tho¸t n ícx¶yrahiÖn t îngt¸chlípbiªnvµh×nh thµnhvïng cã chøa c¸cxo¸y lín rêi r¹c lµm biÕn d¹ng ®ét ngét dßng thÕ bªn ngoµi. VËt thÓ khã tho¸t n íc cã thÓ ph©n thµnh: -VËt cã ®iÓm t¸ch biªn cè ®Þnh -VËt cã ®iÓm t¸ch biªn di ®éng. §iÓmt¸chbiªncè®Þnhx¶yrat¹ic¸cmÐpnhänhoÆcgãcnhänvµkh«ngphô thuécvµotrÞ sè Recñadßngch¶y(ch¼ngh¹nc¸c®Üatrßn,tÊmch÷ nhËtn»mngang dßng n íc hoÆc gãc tÊm lín. HÖ sè c¶n lóc ®ã Cx = CV. §iÓm t¸ch líp biªn di ®éng: Tronglùcc¶nnhítcñavËtthÓ khã tho¸t n ícth× thµnhphÇnlùcc¶nh×nhd¸ng ®ãngvaitrß chñ yÕu.ViÖctÝnhto¸nlùcc¶nnhítcñavËtthÓ khã tho¸t n ícb»nglý thuyÕtlµmétbµito¸nphøct¹p,vËyviÖc ¸pdôngph ¬ngtr×nhNaviª-StècchØ cã thÓ thùchiÖn ® îctrongtr ênghîpchodßngch¶ytÇngvµsèRebÐRe<103,songnãvÉn bÞh¹nchÕ bëikhèi l îngbénhí cñac¸cm¸ytÝnh ®iÖntö(bëiv×bµito¸ncãliªnquan ®ÕnviÖc thùc hiÖn c¸c s¬ ®å sai ph©n khi gi¶i ph ¬ng tr×nh). Nhê m¸ytÝnh ®iÖntötat×m ® îch×nh ¶nhxuÊthiÖnkh«ng æn ®ÞnhcñakÕtcÊu dßng ch¶y o = tv/b trong ®ã b - chiÒu réng cña vËt thÓ. Lùcc¶nnhítcñatµu RV baogåmlùcc¶nmas¸t RF,lùcc¶nh×nhd¸ng RVP vµ lùc c¶nc¶møng Ri.Tuynhiªn Ri ® îcghÐpvµo RVP v× Ri xuÊthiÖnlµdoc¸cxo¶ydäc mòi tµu vµ ®u«i bëi hiÖn t îng t¸ch líp biªn. Lùcc¶nmas¸t RF phô thuécvµosùph©nbècñaøngsuÊttiÕp o trªnth©ntµu.Lùc c¶nnµychÞu ¶nh h ëngcña®é congdäcvµcongngangth©ntµu.TÊtc¶c¸chiÖn t îng ®ã lµmbiÕn ®æicôcbéøngsuÊttiÕpsovíiquyluËt t ¬ng øngcñatÊmph¼ngkhisè Re b»ng nhau. Lùc c¶n nµy ® îc m« t¶ ë h×nh vÏ (Xem H 2.4) 28
H×nh 2.4. Sù ph©n bè hÖ sè ma s¸t côc bé Cf däc ® êng n íc (® êng 1) vµ ë sèng ®¸y (® êng 2) cña m« h×nh lÇn ®Çu cã Re = 3.106, Fr = 0,209 TheokÕtqu¶ tÝnhto¸ncñaSIREvµSTINth× hÖ sè mas¸tcôcbé Cf chotÊmph¼ng Ivµth©ntµuëtÊtc¶c¸ctrÞ sè FrvµRe ÝtlÖchsovíitÊmph¼ng t ¬ng ® ¬ng.KÕtqu¶ tÝnhlípbiªnbachiÒuchoth©ntµucòngvËy. §iÒunµyt¹oc¬sëchoviÖctÝnhto¸nlùc c¶n ma s¸t cña tµu vµ m« h×nh tµu b»ng c¸ch dïng kh¸i niÖm tÊm ph¼ng t ¬ng ® ¬ng. HÖ sè lùc c¶n ma s¸t cña th©n tµu ® îc tÝnh theo c«ng thøc: CF = CFo(1 + kF) Trong ®ã: kF -hÖsèkÓ®Õn ¶nh h ëngcña®é congbÒmÆtvátµub»ngkho¶ng0,02  0,06vµ kh«ng phô thuéc vµo sè Re. Lùcc¶nh×nhd¸ng RVP sinhrabëi¶nh h ëngcñalípbiªn ®èivíi quy luËt ph©n bè ¸psuÊttrªnth©ntµu,nãphô thuécvµoc¸cd¹ngt¸chlípbiªn,mµhiÖn t îngnµyl¹i ¶nh h ëng bëi h×nh d¸ng th©n tµu. HiÖn nay ng êi ta ¸p dông réng r·i c«ng thøc Afin CVP = CFokVP. HÖ sè kVP phô thuécvµoh×nhd¸ngth©ntµuvµkh«ngphô thuécvµosèRekhi chuyÓn kÕt qu¶ tõ m« h×nh sang tµu thùc. Ta dïng kh¸i niÖm hÖ sè h×nh d¸ng k = kF + kVP. VËy CV = CFo(1 + k ) B TheoPRAVIN: khi <3 th× T 2 B k = 18,7 (2.5.1) L §èivíi c¸c tµu bÐo theo VATANABA th× khi tÝnh CFo nªn sö dông c«ng thøc 0,075 CFo vµ lóc ®ã: lg Re 2 2  k  0,017 20 2 L B (2.5.2) B T HiÖn t îngt¸chlípbiªn ®· lµmt¨ng ®¸ngkÓlùcc¶nnhít,sùxuÊthiÖnc¸cxo¸y däcphÇnmòi®i®«ivíiviÖct¨ngthµnhphÇnlùcc¶nc¶møng Ri cñalùcc¶nnhítlªn kho¶ng Ri (0,02  0,03)RV vµ cã thÓ kÕthîpvíi c¸cxo¶y däc ë ®u«i tµu lµm lùc c¶n nhít cã thÓ t¨ng lªn tíi (0,03  0,08)RV. 29
TrªnbÒmÆtvátµulu«nlu«ncãchichÝtc¸c®iÓmgåghÒ kh«ngb»ngph¼ngvµ®«i khi cã ¶nh h ëng ®¸ng kÓ tíi lùc c¶n. NÕuchiÒucaoc¸c®iÓmgåghÒ rÊtnhá sovíichiÒudµylípbiªnt¹i®iÓm®ã th× ng êita ® arakh¸iniÖmvÒ®é nh¸mcñabÒmÆtvµ ®é nh¸m chØ ¶nh h ëng tíi lùc c¶n nhít. §é nh¸m bÒ mÆt cã thÓ ph©n ra thµnh: - §é nh¸m chung - §é nh¸m côc bé. §é nh¸mchung ® îcph©nbèhÇunh ®ång ®ÒutrªnsuètbÒmÆtvátµu,cßn®é nh¸mcôcbélµnh÷ngchç nh« ra,thôtvµolÎtÎn»m®¬n ®échoÆcthµnhnhãmtrªnbÒ mÆtvá tµu. Trªnc¸ctµuthùc, ®é nh¸mchunglµ®é nh¸mcñavábao ® îcsinhrabëic¸ctÝnh chÊtcñavËtliÖuvµ®Æc ®iÓmxölývËtliÖu,còngnh tÝnhchÊtvµph ¬ngph¸pt¹ora c¸clípphñ b¶ovÖ,®ÆcbiÖtlµs¬n.Ngoµira,cßndomøc®é gînsãngvµlåilâmnh¨n nheo cña t«n vá sinh ra trong qu¸ tr×nh ®ãng míi th©n tµu. Cßn ®é nh¸mcôcbésinhrabëic¸cmèihµn,c¸ctÊmc¸c®o¹ngåghÒ,nh÷ngchç lâm s©u, c¸c lç khoÐt cè ®Þnh. M« h×nhtµucòngnh c¸ctÊmph¼ngdïng ®Ó thÝ nghiÖmtrongbÓthö hoÆctrong èngkhÝ®éngth× bÒ mÆt ® îcxölýnh½n ®Õnmøc®é nh¸mhÇunh kh«ng ¶nh h ëng tíi lùc c¶n, nghÜa lµ m« h×nh ® îcxem nh bÒ nh½n thuû ®éng. §é nh¸mchungcñabÒmÆtkh«ngquÐts¬nphô thuécvµovËtliÖuvµmøc®é xö lý vËt liÖu ®ã. §é nh¸mcñabÒmÆtmµtrªn ®ã cã lípphñ còngphô thuécvµokÕtcÊucñabÒmÆt tr íc khi phñ, d¹ng líp phñ (s¬n) vµ ph ¬ng ph¸p phñ. Trongqu¸ tr×nhkhaith¸ctµuhoÆcthÝ nghiÖmm«h×nh ®é nh¸mcãthÓ thay ®æido lípphñ bÞ ph¸ huû,bÞ¨nmßn,rçbÒmÆt,xuÊthiÖn ë®ã nh÷ngvÕtnhµyvµhµb¸m còng nh nh÷ng h háng c¬ häc kh¸c. H×nh 2.5. BiÓu ®å pr«fin cña vá bao th©n tµu. a. §µ s¬n kh« b. Lóc b¾t ®Çu khai th¸c c.Sau thêi gian dµi khai th¸c. 30
C¸cth«ngsèh×nhhäccña®é nh¸mchung ® îcnghiªncøub»ngc¸cm¸yghi pr«fin(m¸yghibiªnd¹ng).Ng êita ®opr«fintrªnmét®o¹nbÊtkúcãchiÒudµic¬së lth«ngth êngb»ng50 mm.Ng êitachänchiÒucao ®Ønhnh¸m k lµmth«ngsèchÝnh ®Æc tr ngvÒ h×nh häc cña ®é nh¸m chung. Trong ngµnh ®ãng tµu ®èi víi ®é nh¸m kh«ng ®ång ®Òu (Xem H 2.5) Ng êi ta dïng kh¸i niÖm chiÒu cao b×nh ph ¬ng trung b×nh cña m« nh¸m ktb. l y 2dx (2.6.1) 0 k  tb l -3 TrÞ sè ktb thay ®æi trong giíi h¹n (40  230).10 , mm n 2 k i i 1 (2.6.2) k  tb n -3 Trªn nh÷ng m« h×nh quÐt parafin ktb = (3  8).10 , mm -3 Trªn nh÷ng tµu vá gç quÐt s¬n ktb = (10  15).10 , mm chÕ®é ch¶ytÇngtronglípbiªn ®é nh¸mchungkh«ngt¸c®énglªnquyluËt ph©n bè vËn tèc vµ trÞ sè lùc c¶n. DäctheothµnhbªntronglípbiªnrèivÉntånt¹imétlípnÒnnhítvµvïngchuyÓn tiÕp, chiÒu dµy B t¨ng däc theo bÒ mÆt vËt thÓ. nh h ëngcña®é nh¸m ®èivíiquyluËtph©nbèvËntèctronglípbiªnch¶yrèi ® îc biÓu diÔn theo c¸c d¹ng sau: v 1 yv * v x ln c x (2.6.3) v*  v* Trong ®ã: -h»ng sè rèi, = 0,4 c - h»ng sè, c =5,2 v x = 0,5 lµ gia sè vËn tèc cña biÓu ®å trong vÕt rèi thuû ®éng.  v* = o v TrongbiÓuthøc(2.6.3)hiÖusèB=c x gäilµhµmcña®é nh¸mphô thuéc v* v* k vµ kiÓu nh¸m.   §èivíi líp biªn ch¶y rèi däc trªn bÒ mÆt cã ®é nh¸m chung th×: v 1 yv * x ln B  (2.6.4) v*  Theo kÕt qu¶ thÝ nghiÖm: 1 kv* kv* kv* B = C - ln 1 C1 C2 exp C3 (2.6.5)    Trong ®ã: 31
C1, C2, C3 -C¸ch»ngsèphô thuécvµod¹ngnh¸m ® îcx¸c®Þnhtheo ®å thÞ (x) lµ hµmkh«ngthø nguyªnxÐt®Õn ¶nh h ëngcña l îngtôt¸ptrongtr êngvËntècë vïng ngoµi líp biªn. (y/)-hµmkh«ngthø nguyªnbiÓuthÞ chotr êngvËntèccñavÕtthuû®énghäc, gÇn ®óng:  = 1- cos( y - ) (2.6.6) hoÆc  = 6(y/)2 - 4(y/)3 (2.6.7) §é nh¨nnheovµlåilâmbÒmÆtvátµuph¸tsinhtrong ®ãngmíicãd¹ngh×nhsin víi chiÒu cao trung b×nh 2a = 1,5  5 mm vµ chiÒu dµi sãng  = 500  1000 mm. Lùcc¶ncñabÒmÆtnh¨nnheolµtænghîplùccñac¸cøngsuÊttiÕp,lùc¸psuÊt, hay nãi c¸ch kh¸c gåm lùc c¶n ma s¸tvµ h×nh d¸ng. nh h ëngcña®é tôt ¸pdäccôcbécãthÓ lµmgi¶m(10  15)%lùcc¶nmas¸t, nh ng lîi thÕ nµy l¹i v« hiÖu ho¸ bëi lùc c¶n h×nh d¸ng t¨ng. Gäi CWW lµ hÖ sè lùc c¶n do nh¨n nheo vá bao vµ theo kÕt qu¶ thö m« h×nh th×: 2 CWW = 0,2(2a/) (2.6.8) KhixÐt®Õn ¶nh h ëngcña®é nh¸mchungth× hÖ sè lùcc¶nnhítcñath©ntµu ®îcx¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: CV = CF(1 + k) Trong ®ã: CF - ® îcx¸c ®Þnh theo c¸c ®å thÞ (Xem H2.6) H×nh 2.6. Sù phô thuéc hÖ sè c¶n ma s¸t cña tÊm vµo ®é nh¸m t ¬ng ®èi. a. §é nh¸m h¹t ®Òu b.BÒ mÆt míi s¬n c.BÒ mÆt ® îc s¬n sau 12 th¸ng ng©m n íc I - tÊm nh½n 32
§é nh¸mcôcbéëd¹ngc¸c®iÓmnh« lÎ tÎ,mµchiÒucaocñachóngvuîtqu¸ líp nÒnnhíttrongdßngch¶yrèi.Khichänc«ngthøc ®Ó tÝnhlùcc¶nnhíttõng ®iÓmgå ghÒ R ta ph¶i xÐt tíi tÝnh kh«ng ®ång nhÊt cña dßng theo. Theo ®Ò nghÞ cña FE §£ EP th×: 1 2 R  C v  (2.7.1) 2 Trong ®ã: C - HÖ sè c¶n cña ®iÓm gå ghÒ.  - DiÖn tÝch mÆt c¾t gi÷a cña ®iÓm gå ghÒ. 2 v - ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: k 2 1 2 v v xdy (2.7.2) k  0 H×nh 2.7. S¬ ®å ph©n bè vËn tèc dßng ch¶y bao ®iÓm gå ghÒ. k  v HÖ sè c¶n C lµ hµm cña R ek  §èivíi tÊm ®Æt ngang hÖ sè C ® îc tr×nh bµy theo h×nh vÏ(Xem H2.8) H×nh 2.8. HÖ sè c¶n cña ®iÓm gå ghÒ. * §èi víi c¸c mèi hµn: k = 1,5  5,0 mm, chiÒu réng b = 10  25 mm, hÖ sè c¶n cña chóng C = 1,3k/b. Sù thay ®æi øngsuÊttiÕptrongvïnggåghÒ vµ sau ®ã ® îcbµitrõ lÉnnhauvµlùc c¶n bæ sung vÒ c¬ b¶n chØ lµ lùc c¶n h×nh d¸ng cña ®iÓm gå ghÒ. NÕuchiÒudµicñamèihµnt¹ovíi h íngvËntèccñadßngt¹ibiªnngoµicñalíp biªn gãc th× vËn tèc bao ngang mèi hµn lµ vsin , lóc ®ã: 33
2 3 R  0,5C v k L sin (2.7.3) Trong ®ã: L - chiÒu dµi cña mèi hµn. Th«ng th êng ng êi ta dïng quan hÖ: 1 2 R  C v  2 o 2n k   (2.7.4) Trong ®ã: C C o 2n 1 §èivíi tµu thuû cã thÓ lÊy n =1/11 -3 HÖ sè Co n»m trong kho¶ng Co = (0,1  0,15)10 Trong ®ã®ãnggãpcñac¸cmèihµnngangchiÕm70  80%cßnc¸cmèihµndäc 30  20 %. * §èi víi c¸c lç khoÐt vµ chç tròng Th©ntµulu«ncãlçkhoÐtvµchç tròng ®Ó lÊy n ícvµochoc¸chÖthèngtrªntµu, c¸c cöa ¨n th«ng víi n íc ngoµi tµu. Khi n ícliªntôcvµoth©ntµuquac¸clçph¶itÝnhlùcthuû®éngbæxungdot¸c dông cña dßng n íc lªn chóng. Lùc c¶n RH bæ xung do c¸c chç tròng ® îc tÝnh theo c«ng thøc: 2 RH = CH v F/2 (2.7.5) Trong ®ã: F - diÖn tÝch chç tròng theo h×nh chiÕu n»m. v-vËntècdßngch¶yt¹ibiªnngoµicñalípbiªnt¹ichç tròng,gÇn®ónglÊyb»ng vËn tèc tµu hoÆc m« h×nh tµu. HÖ sè c¶n CH phô thuéch×nhd¸ngchç tròngvµvÞtrÝ cñanãtheochiÒudµitµu. NÕu cµng t¨ng h/l th× CH cµng dÇn dÇn æn ®Þnh H×nh 2.9. S¬ ®å dßng bao chç tròng h×nh ch÷ nhËt. h a. 0,15 l h b. 0,5 1,0 l h c. 1,75 2,5 l Lùc c¶n chç tròng cã thÓ gi¶m xuèng b»ng hai c¸ch: - L întrßnc¸cmÐptrongvµmÐpngoµivµchothµnhsaunghiªngvÒphÝadßng ch¶y ®Ó chÊtlángtronglçdÔ l uth«ngtuÇnhoµnvµhítbítc¸c®Ønh ¸psuÊt ë c¸c vïng cã gãc vµ mÐp. 34
-Dïng l íi óplªnc¸clç®Ó c¶ntrë sù t¸cdônglÉnnhaugi÷ac¸ckhèi n ícbªn trongvµbªnngoµilç,c¸clç«vannªn®Ættrôclínn»mngang h íngdßngch¶ycã kh¶ n¨ng gi¶m 30  40 % lùc c¶n nhít. Lç khoÐt vµ chç tròng cßn cã kh¶ n¨ng sinh thªm lùc c¶n xung: RI = Qv = v1vF (2.7.6) Trong ®ã: v1 - vËn tèc dßng ch¶y cña chÊt láng qua chç tròng Q = v1F - l u l îng chÊt láng. HÖ sè c¶n xung: 2 CI = 2RI/ v F = 2 v1/v (2.7.7) ViÖcng©mtµutrong n ícsÏlµmthay ®æikÕtcÊuvµ®é nh¸mcñavábao,do ®ã lùcc¶nnhítsÏt¨nglªn.ViÖct¨nglùcc¶ncãthÓ g©ynªn l îngtænthÊt ®¸ngkÓcho vËn tèc. Khing©m d íi n ícphÇnch×mcñatµumíis¬nbÞphñ nhanhchãngmétmµng gåmc¸cvikhuÈn,bïnvµc¸cthµnhphÇnkh¸c.KhitµuchuyÓn ®éngmµng ®ã bÞ dßng n íc cuèn ®i mét phÇn, phÇn cßn l¹i sÏ t¨ng thªm lùc c¶n. §ÆcbiÖtlµ n ícmÆnsinhramétlíprªu,hµb¸mvµovátµu, c êng ®é b¸mphô thuécvµothêigiantµu®ç,vïngho¹t ®éng, ®é mÆncña n íc,thêitiÕtvµthêigian trong n¨m. Trong n ícngätkh¶ n¨ngb¸mkh«nglín,chñ yÕulµrongrªuvµchØ tr«ngthÈy ë vïng ® êng n íc. Ph ¬ngph¸pphßngchèngcãhiÖuqu¶ líphµb¸mlµ¸pdôngc¸clo¹is¬n®Æc biÖt, cã chøa c¸c chÊt ®éc theo d¹ng hîp chÊt ®ång asen T«nbaobÞ¨nmßnt¹onªnmøcgåghÒ víichiÒucao ®Ønhnh¸m13mm. nh h ëng nµy gÇn gièng víi ¶nh h ëng cña mÆt nh¸m r¶i h¹t. Líphµb¸mvµsù¨nmßnphÇnmòi,n¬imµlípnÒnnhítvµvïngchuyÓntiÕpdµy h¬ncã¶nh h ënglínnhÊttíilùcc¶n,v×vËytrongvïngnµykhitµulªn®µ ph¶ilµm s¹ch rØ vµ hµ b¸m. BiÕn l îng t ¬ng ®èilíncñachiÒucao ®Ønhnh¸mtrongthêigiansaukhis¬ncã thÓ ®¸nh gi¸ theo h×nh vÏ (Xem H2.10) H×nh 2.10. L îng thay ®æi t ¬ng ®èi cña chiÒu cao ®Ønh nh¸m. vµ sù thay ®æi lùc c¶n ma s¸t theo thêi gian (Xem H2.11) 35
H×nh 2.11. L îng t¨ng hÖ sè c¶n ma s¸t CF øng víi sè Re = 8.106 2.107 cña tÊm ®· s¬n phô thuéc vµo thêi gian ng©m n íc. Hµ b¸m ®· lµm tæn thÊt tèc ®é tµu mét c¸ch ®¸ng kÓ (Xem H2.12) H×nh 2.12. L îng tæn thÊt tèc ®é cña tµu dÇu do hµ b¸m. 1. Träng t¶i 33.000T 2. Träng t¶i 130.000T 3. Träng t¶i 75.000T T¶iträngcñatµucµnglínth× tænthÊttèc®é cµnglính¬n.TµuchuyªntuyÕn ® îc quÐts¬nchènghµ, l îngbæxunghÖsèlùcc¶nnhít CV sinhrado ¶nh h ëngcñalíp hµ b¸m do LUIT ® a ra c«ng thøc sau: 2 -3 CV = (0,076n + 0,006n ).10 Trong ®ã: n - sè th¸ng sau khi tµu lªn ®µ. Sauc¸ckúlªn®µ lùcc¶ncñatµumíi ® îcs¬ntõtõt¨nglªndothay ®æikÕtcÊu mÆt nh¸m cña chóng. TheoLAKENB¥®èivíic¸ctµuvËnt¶icìlínsaubalÇnlªn®µ víikho¶ngthêi gian11,5n¨m l îngt¨ngc«ngsuÊtcÇnthiÕt PD ®Ó gi÷ nguyªntèc®é ban ®Çucña tµucãthÓ®¹ttíi830%.VËyviÖcdïngs¬n£p«xyvµb¶ovÖb»ng ®iÖncùcngoµit¹o kh¶ n¨ng b¶o toµn ® îcvá tµu. ThÝ nghiÖmchothÊyng©mm«h×nhtrong n íccñabÓthö sauthêigian1,5  2 -3 th¸ng th× l îng t¨ng hÖ sè lùc c¶n nhít CV lªn tíi (0,15  0,2).10 . Lùcc¶nnhít ®ãngvaitrß chÝnhtrongtænlùcc¶ncñatµu,cßnënh÷ngvËtch×m hoµntoµnhÇunh chØ cã lùcc¶nnhít.VËyviÖct×mc¸cbiÖnph¸p gi¶m lùc c¶n nhít lµ ®iÒu quan träng. §èivíic¸cvËtthÓ dÔ tho¸t n ícchóý®ÕnviÖcgi¶mlùcc¶nmas¸tv×thµnhphÇn lùc c¶n h×nh d¸ng kh«ng lín. Cßn ®èi víi c¸cvËt thÓ khã tho¸t n íc ph¶i gi¶m lùc c¶n h×nh d¸ng. §Ó gi¶mlùcc¶nnhítph¶igi¶m ®é nh¸mchungvµ®é nh¸mcôcbé,®ÆcbiÖtlµ®é nh¸mdoviÖcquÐts¬n,phßngchèngrªuhµb¸mvµ®é¨nmßn, ¸pdôngc¸cd¹ngtµu tr¸nh hiÖn t îng t¸ch líp biªn. 36
§asèc¸cph ¬ngph¸p ®Ó gi¶mlùcc¶nnhítlµ ® avµoviÖclµmthay ®æic¸c®Æc tÝnh dßng ch¶y trong líp biªn theo h íng quy ®Þnh, nghÜa lµ theo h íng nhê líp biªn. Méttrongnh÷ngph ¬ngph¸pgi¶mlùcc¶nchovËtdµilµthay ®æidßngrèib»ng dßng ch¶y tÇng c¶ khi trÞ sè Re lín. C¸c ph ¬ng ph¸p gi¶m lùc c¶n nhít ® îc cô thÓ ho¸ nh sau: *ViÖcch¶ytÇngho¸ lípbiªncãthÓ thùchiÖn ® îcb»ngc¸cht¹oranh÷ngh×nh P d¹ng ®ÆcbiÖtchovËtthÓ mµë®ã trªnphÇnlínchiÒudµicã <0vµ®iÓmcùctiÓu x cñabiÓu ®å¸psuÊtdÞchvÒphÝa ®u«i.Nh÷ngvËtthÓ vµ pr«finmµh×nhd¸ngvµ®é nh½nbÒmÆtcñachóngcãkh¶ n¨ngduytr× ® îclípbiªnch¶ytÇngtrªnmétm¶ngbÒ mÆt lín ® îc gäi lµ c¸c ®èi t îng ch¶y tÇng ho¸. T¸c ®éngcÇnthiÕtkhiph©nbè¸psuÊtcãthÓ®¹t ® îcb»ngc¸chdÞchmÆtc¾tlín nhÊt cña pr«fin hoÆc vËt trßn xoayvÒ t©m hoÆc vÒ ®u«i. H×nh2.13tr×nhbµyméttrongc¸cpr«finBvµc¸chÖsèc¶ncñanãsovíipr«fin b×nhth êngAcãcïngchiÒudµy.ChÕ®é ch¶ytÇngho¸ chØ hiÖuqu¶ tíisè Re (3  5).107,sau ®ã lípbiªnsÏchuyÓnsangrèivµ u®iÓmcñapr«finch¶ytÇng ho¸ sÏ biÕn mÊt. H×nh 2.13. ¶nh h ëng cña l îng tôt ¸p H×nh 2.14. ¶nh h ëng cña ch¶y tÇng däc vµ hót chÊt láng. ho¸ vµ hót. *Ph ¬ngph¸pch¶ytÇngho¸ nh©nt¹olµlîidôngviÖchótchÊtlángtõlípbiªn quabÒmÆtcñavËtthÓ, ®iÒunµychophÐpgi¶mbítchiÒudµycñalípbiªn,nghÜalµ gi¶mRe*, ®ångthêithay ®æid¹ngbiÓu ®å ph©nbèvËntèc(XemH2.14).Khihótliªn tôcvíivËn tèc voy kh«ng ®æi däc theo chiÒu dµi. H×nh 2.15. Sù ph©n bè vËn tèc trong líp biªn ch¶y tÇng cña tÊm. § êng1h×nh2.13tr×nhbµyvïngtÇnsèkÝchthÝchph¸ ho¹i æn ®ÞnhcñabiÓu ®å khi hót trong ®ã Re1* 80.000. 37
v Trªn h×nh 2.15 trÞ sè x khi y = 0 cña biÓu ®å 1 lín h¬n biÓu ®å 2. v y HÖ sè hót Q CQ = (2.9.1) v Trong ®ã: Q - l u l îng hót trong mét gi©y. KhihótxuÊthiÖnlùcc¶nxungbæxungcñadßnglµm®éng l îngmÊt®imét lîng lµ: Rl = vQ (2.9.2) Khi hót ph¶i hót qua nhãm lç hoÆc khe n»m trªn mÆt vËt thÓ. Trªnh×nh2.14hótlípbiªnqualçtrªnprofin Co cßn ® êngcongCøngvíipr«fin kh«ng hót. L u l îngQcñachÊtláng ® îchóttrªnmét®¬nvÞchiÒuréngkhehótvµchiÒu s©u hót ko = 2 /1 lµ: 0,228 Q = 6(1 - ko )Ren  (2.9.3) Trong ®ã: 1 - tr íc khe 2 - sau khe Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c khe ®èi víi tÊm ph¼ng lµ: 2 li = Ren (1 - koi )/(0,44v) (2.9.4) §Ó tr¸nh ¶nh h ëng cña ®é nh¸m ph¶i sao cho  > 1,5k. *ViÖcch¶ytÇngho¸ lípbiªn ®¹t ® îcngayc¶khithay ®æic¸ctÝnhchÊtcñachÊt láng,vÝdô®ètnãnghoÆclµml¹nhbÒmÆtvËtthÓ sÏ lµmthay ®æi ®é nhíttronglíp biªn,dÉn®Õnthay ®æicÊutróccñatr êngvËntèccòngnh Re*vµ®éæn®Þnhcñalíp biªn.V× nhiÖt ®é t¨ng th× ®é nhít gi¶m ch¶y tÇng ho¸ thuËn lîi h¬n. *ViÖcnghiªncøuqu¸ tr×nhb¬icñac¸®enphinng êita ®· h íngvµoviÖcsö dôngnh÷nglípdÔ®µnhåiphñ lªnbÒmÆtvËtthÓ®Ó gi¶mlùcc¶nmas¸t,kÐodµi®o¹n chuyÓn tiÕp tõ ch¶y tÇng sang ch¶y rèi trong líp biªn do t¨ng trÞ sè Re1* (Xem H2.16) * §Ó gi¶mbítlùcc¶nmas¸tcãthÓ¸pdôngbÒmÆtcãg©nvíic¸c b ícdäc.VÝ dôd¹ngr·nh c amÆtc¾tngang ®Ætdäctheodßng,nªnc¸cr·nh c agi¶m l îngchiÕm n íc toÐ ngang (Xem H2.17). H×nh 2.16. HÖ sè c¶n nhít. H×nh 2.17. ¶nh h ëng cña c¸c g©n däc 1- VËt thÓ cã líp ®µn håi tíi lùc c¶n ma s¸t cña tÊm 2- TÊm cøng ma s¸t 38
* §Ó gi¶mlùcc¶nmas¸tng êitat¹oramét®Ömmángcè®Þnh ®Ó ng¨nc¸ch dßngch¶yvíibiªncøng.B»ngc¸chcÊpkh«ngkhÝ liªntôcquabét¹okhÝ chohang nµy. * nh÷ngtµubÐolùcc¶nh×nhd¸ngsinhradohiÖn t îngt¸chlípbiªn ë phÇn ®u«itµuvµthµnhphÇnlùcc¶nnµy®ãngvaitrß chÝnhtronglùcc¶nnhít. §Ó gi¶mbít chiÒudµiphÇnt¸chbiªnng êitacãthÓ dïngc¸nhcãdédangbÐvµ®Ætnãvu«nggãc víivá bao phÝa tr ícvïng dù kiÕn cã t¸ch líp biªn. *Dïng líp phô da p«lime phñ lªn bÒ mÆt vá tµu. KhibaoquanhphÇnnh« cñatµub»ngluångkh«ngkhÝ th× trªnbÒmÆtcñanãsÏ xuÊthiÖn ¸plùcvµøngsuÊttiÕp.Tænghîpc¸clùcnµyta ® îclùckhÝ®éng R A , ®iÓm ®Ætt¹igiaogi÷a ® êng n íct¸cdôngvµmÆtph¼ng ®èixøngcñatµu(t©m ¸psuÊt)phô thuéc h×nh d¸ng phÇn nh« cña tµu. Theo h íngbÊtkúcñavËntèckh«ngkhÝ vA sovíimÆtph¼ng ®èixøngcñatµu ® îcx¸c ®Þnh b»ng gãc 1 (Xem H2.18) H×nh 2.18. S¬ ®å luång bao khi tµu chuyÓn ®éng trong ®iÒu kiÖn cã giã. LùckhÝ®éng R A sÏ t¹ovíimÆtph¼ng ®èixønggãc1.ChiÕu R A lªn h íng chuyÓn ®éngvcñatµuta ® îc RAA,lùcnµygäilµlùcc¶nkh«ngkhÝ®èivíichyÓn ®éng cña tµu. o KhitµuchuyÓn ®éngxu«igiã 1 =180 .VËntècluångkh«ngkhÝ vA baolÊyphÇn kh« cña tµu phô thuéc vµovËn tèc tµu vvµvËn tèc tuyÖt ®èi cña giã vB. -Khikh«ngcãgiã th× vËntèc t ¬ng ®èicñakh«ngkhÝ vA =-v,trÞ sè cñanãcã thÓ kh«ng ®æitheochiÒucaotÝnhtõmÆtbiÓn,nh vËylùcc¶nkh«ngkhÝ t¹onªnbëi chuyÓn ®éng cña b¶n th©n tµu. Cßn trÞ sè RAA = RA. -Khicãgiã vËntèc t ¬ng ®èicñakh«ngkhÝ vA b»ngtængh×nhhäccñavvµ vB t¹o víi nhau gãc 2.TrÞ sè cña nã ® îcx¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 2 2 (2.10.1) vA v v B 2vvB cos 2 gãc 1 ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: sin( 1 + ) = vBsin 2/vA (2.10.2) Cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc vA b»ng m¸y ®o giã. CÊpgiã ® îcph©nthµnh12cÊpgiã BophodùatheokÕtqu¶ cñacôckhÝ t îng thuû v¨nLiªn X«. 39
CÊp giã Bopho (T¹i ®é cao h = 6,0 m so víi mÆt n íc biÓn) CÊp giã VËn tèc giã (m/s) CÊp giã VËn tèc giã (m/s) 0 0 - 0,5 7 12,5 - 15,2 1 0,6 - 1,7 8 15,3 - 18,2 2 1,8 - 3,3 9 18,3 - 21,5 3 3,4 - 5,2 10 21,6 - 25,1 4 5,3 - 7,4 11 25,2 - 29,0 5 7,5 - 9,8 12 trªn 29,0 6 9,9 - 12,4 QuyluËtbiÕnthiªnvËntècgiã theochiÒucaolµquyluËtl«ga.TÝnhchuyÓn vB ghi trong b¶ng sang chiÒu cao kh¸c 6m theo c«ng thøc sau: vBh = vB6ln(500h)/ln3000 (2.10.3) o Tr ênghîp 1 0(hoÆc 1 180 )th× ngoµi RAA vµ lùckhÝ®éngngang RAN cßn cã m«men Mz ®èi víi trôc ®øng n»m ë s ên gi÷a. Lùc c¶n kh«ng khÝ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: 2 RAA = CAA AvA FT/2 (2.10.4) M«men: 2 Mz = mz AvA FTL/2 (2.10.3) Trong ®ã: A - khèi l îng riªng cña kh«ng khÝ FT - diÖn tÝch h×nh chiÕu phÇn kh« cña tµu lªn mÆt ph¼ng s ên gi÷a. CAA, CAN, mz -hÖsèlùcc¶nkh«ngkhÝ,hÖsèlùcc¶nkhÝ®éngngangvµhÖsè m«men (Xem H2.19) H×nh 2.19. HÖ sè CAA, CAN vµ mz phô thuéc 1. VÒ c¬ b¶nlùcc¶nkh«ngkhÝ chñ yÕulµlùcc¶nh×nhd¸ngkhi 1 0hoÆc 1 o o o 180 c¸cth îngtÇngchekhuÊtlÉnnhau.Khi 1 20  40 t¸cdôngchekhuÊtlÉn nhaubiÕnmÊtnªnlùcc¶nkh«ngkhÝ sÏ t¨nglªn.Khikh«ngcãgiã th× RAA th êng kh«ng lín. §èivíitµuvËnt¶ituú thuécvµoh×nhd¸ngphÇnkh« vµ vËntèc RAA =1,5  3%. Khicãgiã vµ ng îcgiã cÊp45trªnc¸ctµuvËnt¶icãthÓ chiÕmtíi10  15%lùc c¶n toµn bé. ë nh÷ng tµu cao tèc RAA cã trÞ sè ®¸ng kÓ ngay c¶ khi kh«ng cã giã. HÖ sè CAA khi 1 = 0 cho c¸c kiÓu tµu mµ khi tÝnh to¸n s¬ bé ph¶i dïng ®Õn 40
KiÓu tµu CAA Tµu dÇu, container, tµu hµnh kh¸ch 0,5 - 1,0 C¸c tµu cao tèc 0,4 - 0,6 Tµu hµnh kh¸ch ch¹y s«ng -Víi th îng tÇng th«ng th êng 0,8 - 0,9 -Víi th îng tÇng tho¸t khÝ 0,4 - 0,5 Dot¸cdông ®ångthêicñalùcthuû®éngvµkhÝ®énglªnth©ntµuvµb¸nhl¸inªn tµu ch¹y lÖch h íng mét gãc  víi gãc bÎ l¸i lµ P. 41
Ch ¬ng3 Lùcc¶nsãng KhitµuchuyÓn ®éngtrªnmÆttho¸ngcñachÊtlángtränglùcsÏsinhrasãng(sãng b¶n th©n), sãng ®ã sinh ra lùc c¶n sãng. SãngsinhrakhitµuchuyÓn ®énglµdot¸cdôngcñatränglùcvµsøcc¨ngbÒmÆt cñachÊtláng.Tränglùc®ãngvaitrß chÝnhtrongviÖch×nhthµnhsãngvµt¹onªnlùc c¶n sãng. H×nh 3.1. Sù t¹o thµnh sãng b¶n th©n. MÆttho¸ngkh«ngng¨nc¶n ® îch¹tlángdichuyÓntheo h íngth¼ng ®øng,nªn theoph ¬ngtr×nhBecnulikhitµuchuyÓn ®éngtrong n íc ë vïngmòivµ®u«i¸plùc t¨nglªnlµmmÆt n ícd©nglªn,cßnëphÇngi÷atµu¸plùcgi¶mxuènglµmmÆt n íc tôtxuèng(XemH3.1) øngvíi ® êng1. D íit¸cdôngcñatränglùcvµsøcc¨ngbÒ mÆtc¸ch¹tlángn»mxungquanhtµumÊtthÕ c©nb»ngb¾t®ÇuthùchiÖnc¸cdao ®éng.Dot¸cdôngcñalùcqu¸ntÝnhc¸cphacñachóngbÞtôtl¹isovíic¸ckÝchthÝch c¬ b¶n,c¸cdao ®éng ®ã t ¬ng ønglµ ®êng2vµ ®êng3cãnguånlïi,lµmmÆt tho¸ngbiÕnd¹nglÆp®ilÆpl¹i.DokÕthîpc¸clo¹ibiÕnd¹ngmÆttho¸ng,mµëphÇn mòi n íc d©ng lªn gäi lµ ®Ønh sãng vµ phÇn gi÷a tµu n íc tôt xuèng gäi lµ ®¸y sãng. Sãng lan truyÒn vÒ phÝa sau ®u«i tµu vµ cã d¹ng h×nh d¶i qu¹t. Trªn h×nh 3.2 m« t¶ d¹ng sãng ë m¹n vµ sau ®u«i tµu H×nh 3.2. Sãng ë m¹n vµ sau ®u«i tµu. VËykhivËntèckh¸cnhauth× kÕtcÊucña ® êngdßng,tr êngvËntècvµ¸psuÊt sÏ kh¸c nhau. KÕt luËn nµy ® îc kh¼ng ®Þnh qua h×nh vÏ d íi ®©y: 43
H×nh 3.3. Pr«fin sãng vµ sù ph©n bè ¸p suÊt däc th©n tµu. § êngI-¸plùckhithö m« h×nhtrong èngkhÝ®éngkh«ngchÞu ¶nh h ëngcña sãng b¶n th©n. Sù thay ®æitr êng ¸psuÊtdosãngb¶nth©ndÉn®ÕnviÖcxuÊthiÖnlùcc¶nsãng còngnh lùcn©ng,m«mendäclµmchiÒuch×mvµgãcchóicñatµuthay ®æikhitµu chuyÓn ®éng. Sãngb¶nth©nbaogåmhaihÖsãngchÐovµngang. §èivíitµubÐosãngmòibiÕn mÊt.Trªnnh÷ngtµucã®o¹nth©n èngdµinh×nthÊyrânhãmsãngchÐovµngang ë phÝamòivµ®u«itµu.C¸c®Ønhsãngnµykh«ngn»mngoµigiíih¹ncñah×nhqu¹t, ® íngsinhcñah×nhqu¹tt¹ovíimÆtph¼ng ®èixønggãc B,ëtrong n ícs©ugãcnµy kh«ngphô thuéctèc®é,h×nhd¸ngtµuvµb»ngkho¶ng28  20o.Trongqu¹tnµysù kÝch ®éngcñamÆttho¸ngkh«ng ®¸ngkÓvµcµngxabiªncñanãcµngdËpt¾tnhanh. C¸c ®Ønhcñac¸csãngchÐoh¬ibÞuèncongnh ngtrÞ sè cñagãcgi÷a ®o¹n ®Ønhsãng n»m gÇn biªn ngoµi cïng cña h×nh qu¹t vµ mÆt ph¼ng ®èi xøng lµ 2 B. C¸csãngngang ®Òun»mbªntrongqu¹t,c¸c®Ønhcñachóngcãd¹ngh×nhcung nghiªngvíimÆtph¼ng ®èixønggãc90o.Toµnbéh×nh ¶nhcñasãngngangsau ®u«i tµu ® îct¹othµnhbëisùgiaothoavµt¸cdông t ¬nghçcñac¸csãngngangnhãm mòivµ nhãm ®u«i. ChiÒu dµi c¸c sãng ngang t¨ng dÇn vÒ phÝa ®u«i. NÕugi¶ thiÕtr»ngnguåndùtr÷ n¨ng l îngcñachónglµthay ®æivµn¨ng l îng sãngtØlÖvíib×nhph ¬ngcñabiªn ®é th× cã thÓ kÕtluËnr»ng:ChiÒucaoc¸csãng ®ã gi¶mtØlÖnghÞchvíic¨nbËchaicñakho¶ngc¸chtÝnhtõmòi(XemH3.2).Khitµu chuyÓn ®éngth× hÖ thèngsãngvÉncè®Þnh ®èivíing êiquans¸t®øngtrªntµu,nghÜa lµ nã di chuyÓn cïng víivËn tèc v. Tõ lý thuyÕtsãngtathÈyvËntèctruyÒnsãngCvíibiªn ®é rÊtbÐtrªn n ícs©ucã liªn quan víi chiÒu dµi sãng  theo hÖ thøc:  = 2 C2/g (3.1.1) KhilÊyC=vtatÝnh ® îcsè l îngsãngchångxÕplªnnhaudäctheo ® êng n íc cña tµu: L/ = gL/(2 v2) = 1/(2 Fr2) (3.1.2) KÕt qu¶ ®óng víi sãng b¶n th©n cña m« h×nh tµu cã Fr < 0,5. D¹ng cña gå sãng phÝa sau ®u«i tµu lµ kÕt qu¶ giao thoa nhãm sãng mòi vµ ®u«i. 44
Qu¸ tr×nh t ¬ngt¸cgi÷ahainhãmsãngcãthÓ xÐt ® îcnÕuthaythÕ métc¸chcã hÖthèngt¸cdôngcña®iÓmmòivµ®iÓm®u«itµub»ng ®iÓm ¸psuÊt d ¬ng(+)vµ©m (-) di chuyÓn, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÓm nµy cã thÓ lÊy b»ng boL, trong ®ã bo < 1. H×nh 3.4. S¬ ®å sãng b¶n th©n khi chÞu ¸p suÊt di ®éng. Sãngb¶nth©nsinhrabëic¸c®iÓm¸psuÊtdi ®éngvíivËntècvtrªnmÆt n íc,nã n»mgäntrongqu¹t,cã®Ønhlµt©m¸psuÊtvµc¸c ® êngsinht¹ovíinhaugãc 2 B = 38o56'.C¸c s ênsãngngang ®Çutiªnn»mc¸chsaut©m¸psuÊt(+)vµ(-)métkho¶ng xt = 5/6 vµ x = 9/8. TaxÐtqu¸ tr×nhkÕthîpc¸cdao ®éngsinhbëic¸c¸psuÊt(+)vµ(-).Tængbiªn ®é cña c¸c sãng ngang lµ: 2 2 a a H a K 2a Ha K coso (3.1.3) Trong ®ã: aH -biªn ®é hÖ sãngngang ë mòicãxÐt®Õn l înggi¶mnãkhichuyÓnvÒphÝa ®u«i. aK - biªn ®é cña hÖ sãng ngang ë ®u«i. o - gãc lÖch pha cña c¸c sãng thuéc hai hÖ. Gãc o cã thÓ tÝnh dùa vµo h×nh 3.4 o = 2 (boL + 0,5)/ V× cos[2 ( boL+0,5)/]=-cos(2 boL/)nªndùavµoc«ngthøc(3.1.2)tacãthÓ viÕt: 2 2 2 a a H a K 2a Ha K cos bo / Fr (3.1.3) 2 -NÕuphacñac¸csãngnganghÖmòivµ®u«itrïngnhauvµcos(bo/Fr )=-1,nghÜa 2 lµ Fr = bo/n ,trong ®ã n=1,3,5, th× sau ®u«itµuxuÊthiÖnc¸csãngnganggiaothoa víibiªn ®é a= aH + aK.C¸csèFrvµvËntèc t ¬ng øngvíichóngtrongtr ênghîp nµy lµ bÊt lîi. 2 -Cßnkhicos(bo/Fr )=1sÏx¶yrahiÖn t îng ®¸yvµ®ØnhcñahainhãmsãngkÕt hîpvíinhau,lóc®ã a= aH - aK vµ®Ønhsãngnganggiaothoasau ®u«itµusÏbÞsan b»ng ®¸ng kÓ, c¸c sè Fr t¹o nªn hiÖn t îng nµy gäi lµ c¸c sè Fr cã lîi. HÖ sè bo phô thuéc vËn tèc vµ h×nh d¸ng th©n tµu: 2 bo = + Fr /2 khi Fr < / 2 NÕu Fr 0,5 qu¸ tr×nh giao thoa nãi trªn mÊt hÕt ý nghÜa. 45
Lùc c¶n sãng cña tµu thùc hoÆc m« h×nh ® îcx¸c ®Þnh b»ng biÒu thøc sau:  R W Pcos(n,x)d  C«ngthøcnµychophÐptÝnhlùcc¶nsãngcñachÊtlángkh«ngnhítcßnnÕuchÊt láng nhít th× tÝch ph©n bªn vÕ ph¶i lµ tæng cña lùc c¶n sãng vµ h×nh d¸ng. Khi thö m« h×nh tµu ta nhËn ® îc: CW C CFo 1 k  (3.2.1) §Ó x¸c ®Þnhlùcc¶nsãngtheovÕtthuû®énghäctacãthÓ sö dôngc«ngthøc (1.5.5) Lùcc¶nsãngcòngcãthÓ x¸c ®Þnh ® îcngaykhi ®· x¸clËp ® îc mèi quan hÖ cña nã víi n¨ng l îng sãng. N¨ng l îng ®ã tØ lÖ thuËnvíi b×nh ph ¬ng biªn ®é cña sãng. Trongvïngcñac¸csèFrbÊtlîing êitaquans¸t ® îchiÖn t îngt¨ng t ¬ng ®èi cña biªn ®é c¸c sãng ngang. HÖ sè lùcc¶nsãngcãmétd·ycùc®¹ivµcùctiÓu.NgoµirakhiFr 0vµFr th× RW 0. Trªnh×nh3.5m«t¶ CW =f(Fr)cñac¸cSªrim«h×nhtµuvËnt¶icãhÖsèbÐothÓ tÝch  kh¸c nhau, ta nhËn thÊy c¸c cùc ®¹i vµ cùc tiÓu theo d¹ng gå vµ tròng. H×nh 3.5. HÖ sè lùc c¶n sãng theo c«ng thøc (3.2.1). a. cho c¸c m« h×nh Sªri"60" b. cho tµu cao tèc Trªnnh÷ngtµucãh×nhd¸ngb×nhth êngth× c¸cgåtrªn ® êngcong(c¸ccùc®¹i) øngvíi Fr b»ng 0,22; 0,25; 0,30 vµ 0,50. C¸c tµu vËn t¶i kh«ng ®¹t tíi trÞ sè Fr 0,5. Trªnnh÷ngtµubÐomòitµuth× trongvïngFr=0,16  0,18lùcc¶nsãnggÇnb»ng kh«ng nªn lùc c¶n ph¸ sãng mòi sÏ ®ãng vai trß ®¸ng kÓ. Lùcc¶nsãngphô thuécvµosèFr,nªnënh÷ngsèFrkh¸cnhauth× CW, CWB cña m« h×nhvµtµuthùc ®ångd¹ngh×nhhäcvµsÏb»ngnhau.Nh vËyh×nh ¶nhcñac¸c sãng ph¸t sinh ®ång d¹ng h×nh häc. Do ®ã: CW CWB CW CWB  M H  (3.2.2) Khi FrM FrH  46
Lóc ®ã: LM vM vH vH k (3.2.3) LH 2 NÕusödôngc«ngthøc Rx =(CV + CW) v /2vµkÕthîpvíi(3.2.2) ®Ó tÝnhlùc c¶nsãngth× tØ sè cñalùcc¶nsãngcñac¸cvËt®ångd¹ngh×nhhäckhic¸csèFrb»ng nhau cã thÓ viÕt: R C v 2  WM WM M M M M 3 2 k (3.2.4) R WH C WH H v H H H 3 V× k = VM/VH;D = gV nªn: RWM/DM = RWH/DH (3.2.5) NghÜa lµ lùc c¶n sãng ®¬n vÞ cña m« h×nh vµ tµu thùc b»ng nhau khi FrM = FrH. Lùcc¶nsãngcñatµuchñ yÕuphô thuécvµosèFrvµh×nhd¸ngth©ntµu, RW 0 khiFrbÐhoÆclín.ViÖcgi¶msèFrkh«ngph¶ilµgi¶mlùcc¶nsãngtheo h íngtÝch cùc,tuynhiªnnhiÒutr ênghîpkhigi¶msèFrcãthÓ®¹t u thÕ vÒ lùc c¶n sãng vµ ® a chuyÓn ®éng vµovïng tèc ®é cã lîi (H3.5). -ViÖcthay ®æisèFrtheo h íngcãlîikhigi÷ nguyªntèc®é chuyÓn ®éngb»ng c¸ch thay ®æi chiÒu dµi tµu. -ViÖcgi¶m ®étngéthoÆctriÖttiªuhoµntoµnlùcc¶nsãngkhi ® achuyÓn ®éng vµosèFr>1,0,c¸cchÕ®é nµylµchÕ®é næitÜnhb»ngchÕ®é l ít(næi ®éng),haynãi c¸ch kh¸c lµ vïng tµu c¸nh ngÇm hoÆc tµu ®Öm khÝ. -Dïng tµu ngÇm: VíisèFr ®· cho ®Ó gi¶mlùcc¶nsãngb»ngc¸chchänhîplýc¸ckÝchth ícvµhÖ sè bÐo th©n tµu. T¨ngL/Bvµ = 3 V . §Ó gi¶m lùc c¶n sãng ta dïng thiÕt bÞ giao thoa nh mòi qu¶ lª, c¸nh, NÕuchänkÝchth ícvµvÞtrÝ hîplýcñamòiqu¶ lª th× hÖ sãngdob¶nth©nmòi qu¶ lª sinh ra sÏ giao thoa cã lîi víi th©n chÝnh cña tµu lµm gi¶m lùc c¶n sãng. H×nh 3.6. S¬ ®å cña c¸c thiÕt bÞ giao thoa. a. mòi qu¶ lª b. c¸nh mòi c.gãt m¹n H×nh 3.7 giíi thiÖu lùc c¶n d ®¬n vÞ cña tµu cã hoÆc kh«ng cã thiÕt bÞ giao thoa. 47
H×nh 3.7. Lùc c¶n d ®¬n vÞ cña tµu. 1. kh«ng cã mòi qu¶ lª 2. cã mòi qu¶ lª 3. cã c¸nh mòi 48
Ch ¬ng4 Lùcc¶nkhitµuchuyÓn ®éngtrong n ícc¹n vµkªnh ®µo Sù thay ®æilùcc¶ncñatµunéi®Þakhich¹ytrong n ícc¹nsÏ®¸nhgi¸ ® îc ¶nh h ëng cña chiÒu s©u luång l¹ch tíi lùc c¶n. nh h ëngdosùh¹nchÕ cñachiÒus©uluångl¹ch ® îc ®Æctr ngb»ngtØsèH/T hoÆcH/L(trong ®ã HlµchiÒus©uluångl¹ch).C¸cchuÈn ®ångd¹ngcãliªnquan ®Õn chiÒus©uh¹nchÕ lµ sè FrH =v/ gH lµ th«ngsèmµkhitµuchuyÓn ®éngtrong n íc c¹n phô thuéc vµo nã. ChiÒus©uluångl¹chcã¶nh h ëngtíilùcc¶nnhítvµlùcc¶nsãngh×nhthµnhlíp biªndäc®¸ys«nglµmt¨nglùcc¶nmas¸t, ®ångthêilùcc¶nh×nhd¸ngcòngt¨ng thªm. §ÆcbiÖtkhiH/T=2,0  1,5lùcc¶nnhítt¨nglªnrârÖt,kÕtqu¶ nµyrótratõviÖc thö m« h×nh tµu cì lín trong bÓ thö (Xem H4.1) H×nh 4.1. Lùc c¶n nhít phô thuéc vµo chiÒu s©u luång l¹ch. DochiÒus©uh¹nchÕ nªnlùcc¶nsãngcòngthay ®æi ®¸ngkÓ.VíivËntèctruyÒn sãngtiÕnnh nhau,th× chiÒudµicñac¸csãngtiÕntrªn n íc c¹n lín h¬n trªn n íc s©u, nªn lùc c¶n sãng n íc c¹n lín h¬n n íc s©u. Khi tØ sè H/ bÐ th× vËn tèc truyÒn sãng tíi h¹n ® îc kÝ hiÖu lµ vth. v th gH ; øng víi FrH = 1 NÕu v th gH gäi lµ vËn tèc tr íc tíi h¹n NÕu v th gH gäi lµ vËn tèc sau tíi h¹n. *Khi v th gH FrH <1,0th× chiÒudµisãng  chç n ícn«nglính¬nchç n íc s©u, lµm qu¹t sãng më réng (Xem H4.2.a) Bªntr¸imÆtph¼ng ®èixønglµs¬®å sãngb¶nth©n ë chç n íc s©u H = , cßn bªn ph¶ilµëchç n ícc¹nkhicïngvËntècv,lµmt¨ngdiÖntÝchmÆttho¸ngmµsãngbao phñ, dÉn tíi lµm t¨ng vËn tèc c¶m øng t¨ng chiÒu cao sãng nªn lùc c¶n sãng t¨ng thªm. 49
H×nh 4.2. S¬ ®å sãng b¶n th©n khi tµu chuyÓn ®éng trong vïng n íc c¹n. *Khi v th gH FrH 1. Gãcgi÷a s ênsãngngangchÐothuécnhãmmòivµnhãm ®u«it¹ovíimÆtph¼ng ®èixøngcñatµumétgãcgÇn90o vµ c¶ haihÖsãngvÒc¬b¶ndånthµnhhaisãng ngang (Xem H4.2.b). KhiH/TbÐsãngmòicãbiªn ®é®¸ngkÓlµmt¨ng ®étngétlùcc¶nsãng,c¸csãng ngangnµy ® îcxÕpvµolo¹i ®¬n,c¸csãng ®¬nchØ sinhramétlÇnkh«ngph¶itiªutèn n¨ng l îng ®Ó duytr× nã vµ sãngnµycãthÓ lantruyÒnvÒphÝatr íctµu.KhiH L/2 nhÊt lµ trong khu vùc 0,4 1,0 VËntèctµucaoh¬nvËntèctíih¹n,lócnµyc¸csãngngangbiÕnmÊt,mµchØ cßn l¹ic¸csãngchÐo.VËntèctruyÒnsãngchÐovu«nggãcvíi s êncñanã(s êncñasãng chÐo t¹o víi mÆt ph¼ng ®èi xøng gãc B). (Xem H4.2.c) o vcos(90 - B) gH (4.1.1) nghÜa lµ sin B 1/FrH (4.1.2) KhichuyÓn ®éngsaugiíih¹nqu¹tsãngchØ chøac¸csãngchÐovµchiÒuréng qu¹tgi¶mdÇnkhivËntèct¨nglªnvíiFrH >3nãrÊthÑpsovíid¶i n ícs©u.ViÖcbiªn mÊtc¸csãngngangvµvïngsãngbaophñ thuhÑpvµos¸tthµnhtµudÉn®ÕnviÖcgi¶m lùc c¶n sãng, lùc c¶n ®ã nhá h¬n so víi chç n íc s©u. nh h ëng cña chiÒu s©u h¹n chÕ ®Õn lùc c¶n (Xem H4.3) H×nh 4.3. Lùc c¶n d phô thuéc chiÒu s©u luång l¹ch. 50
NÕuH/T=31hÖsèlùcc¶n d cñatµu CR trongvïng n ícc¹n t ¬ngtùnh vïng n íc s©u v« h¹n. Songsongvíilùcc¶n, t thÕ cñatµukhichuyÓn ®éngtrong n ícc¹ncòngbÞthay ®æi ®¸ngkÓ.Trªnh×nh4.4m«t¶c¸c ® êngcongnãilªnsùthay ®æigãcchói o vµ chiÒu ch×m t ¬ng ®èi Ttb/T H×nh 4.4. Sù thay ®æi gãc chói vµ chiÒu ch×m t ¬ng ®èi cho tµu s«ng cao tèc ch¹y trong n íc c¹n. Sù thay ®æi ®ã sÏ®¸ngkÓkhitµuch¹ygÇnvïngvËn tèc giíi h¹n, nghÜa lµ khi h×nh thµnh sãng ®¬n cã Fr 1. HiÖn t îngnµynguyhiÓmdotµuvavµo®¸ys«ngquac¸cb·ibåi.SauvËntèctíi h¹n th× gãc chói gi¶m dÇn. Kªnh ®µo cã thÓ chia thµnh: -Kªnh n íc s©u -Kªnh n íc c¹n. Khitµuch¹ytrongkªnh ®µocãchiÒus©uv«h¹n,nã t ¬ngtùnh ch¹ytrongvÞnh hÑpnh ngs©u(fiord).Trongtr ênghîpnµychØ xÐt ¶nh h ëngcñasùh¹nchÕ cña chiÒuréngcñavïng n ícs©utíilùcc¶n.C¸cthµnhkªnhhÑplµmph¶nx¹c¸csãng chÐovµh¾tc¸csãng ®ã lªnth©ntµu,do ®ã lµmxuÊthiÖnsùgiaothoacñac¸chÖsãng, g©y ¶nh h ëng tíi lùc c¶n sãng. Trongc¸ckªnhréngc¸csãngph¶nx¹kh«ngtruyÒntíith©ntµunh ngdïsaoc¸c vËntècc¶m nøgbæsungbëic¸cthµnhkªnhvÉnlµm*ph©nbèl¹i¸psuÊtsãngnªn vÉn lµm thay ®æi lùc c¶n sãng. Trªnh×nh4.5tr×nhbµyc¸chÖsèlùcc¶nsãngcñac¸cm«h×nhchuyÓn ®éngtrong kªnh n íc s©u høng hÑp ë 0, 35 < Fr < 0,55 H×nh 4.5. HÖ sè CW phô thuéc Fr vµ b/B. 51
NgoµitØsèb/B,H/Tcßncãth«ngsèbæxungkhich¹ytrongkªnhc¹nlµ FK, trong ®ã  , FK t ¬ng øng lµ diÖn tÝch s ên gi÷a vµ diÖn tÝch mÆt c¾t kªnh. C¸chiÖn t îngx¶yratrongkªnhc¹n t ¬ngtùnh trong n ícc¹n nh ng cßn thªm métlo¹tc¸ctÝnhchÊtbæxung ®ã lµ xuÊthiÖntrongvïngtµun»mvµmétkho¶ngtr íc tµu dßng chÊt láng cã vËn tèc v. KhivËntèctµulính¬n v1 (v1 lµ vËntèctíih¹nthø nhÊt)th× vËntèc v h íngvÒ phÝang îcchiÒuvíichiÒuchuyÓn ®éngcñatµu,nghÜalµxuÊthiÖndßng n ícng îc lµm t¨ng thªm vËn tèc trung b×nh cña dßng bao. KhivËntèctµulính¬n v2 (v2 lµ vËntèctíih¹nthø hai)xuÊthiÖndßng n ícbæ xungvíivËntèc(- v) h íngtheochiÒuchuyÓndéngcñatµut¹onªndßngtheonhá h¬nvËntèc t ¬ng ®èicñadßngbaotµu.VïngvËntèc v1 0,5 do lùc c¶n sãng t¨ng. KhivËntècgÇn v1 ph¶ih¹nchÕ vËntèctµuch¹ytrongkªnhvµth ênglÊyv v2 chiÒucaosãngkh«nglín, ®é chóitõtõgi¶m,gi¶ithÝchhiÖn t îngnµylµdoc¸csãng ngang biÕn mÊt. TrÞ sè v1, v2 vµ v3 phô thuéc vµo  FK, H/T, h×nh d¸ng mÆt c¾t kªnh. 52
DïngkªnhthÝ nghiÖmcãmÆtc¾tngangh×nhthang,lßngv¸th×nhch¶ovíi  FKkh¸cnhau,vËntèctµugÇntíih¹nth× kÕtqu¶ chor»ngkªnhh×nhch÷ nhËtcho lùc c¶n nhá h¬n kªnh h×nh thang kho¶ng 20  40%. TrongvïnggÇnvËntèctíih¹ntµusÏchói ®u«i,lùc¸psuÊtt¸cdônglªn®¸ytµu theo h íng chuyÓn ®éng lùc nµy lµ RP, gÇn ®óng ® îc tÝnh RP = D. Khitµukh«ngn»mtrongmÆtph¼ng ®èixøngcñakªnhmµgÇnmétthµnhkªnhth× h×nh ¶nhdßngbaotµuvµsãngb¶nth©nkh«ng ®èixøng,hiÖn t îng ®ã sÏ lµmt¨nglùc c¶ntrongvïnggÇntíih¹n, ®ångthêiph¸tsinhlùcngang,lùc®ã sÏ¸ptµuvµothµnh kªnh gÇn nhÊt, vµ trong vïng sau tíi h¹n sÏ ®Èy tµu xa thµnh kªnh ®ã. Tagi¶ thiÕtr»ng ®angxÐtdßngbaotµu®øngyªntrongkªnhvíimÆtc¾tngangcè ®Þnh, chÊt láng ® îc coi lµ kh«ng nhít, dßng ch¶y trong mÆt c¾t lµ kh«ng ®æi. SaukhiviÕtph ¬ngtr×nhBÐcnulichoc¸c®iÓmn»mtrªnmÆttho¸ngxatr ícth©n tµuvµ trong mÆt c¾t s ên gi÷a c¸c tµu (Xem H4.7) H×nh 4.7. S¬ ®å dßng bao tµu trong kªnh. 2 2 gH + v /2 = gH1 + vc /2 (4.3.1) Trong ®ã: H1 = H H cã xÐt ®Õn l îng biÕn thiªn mÆt n íc. vc - vËn tèc t¹i s ên gi÷a. Ph ¬ngtr×nh l u l îngchÊtlángquamÆtc¾tkªnhn»mxatr ícth©ntµuvµmÆt c¾t t¹i s ên gi÷a víi chiÒu réng kªnh kh«ng ®æi: vFK = vc( FK -  -b H) (4.3.2) Dùavµo (4.3.1) ta t×m ® îc l îng biÕn thiªn mÆt n íc trong vïng tµu n»m: 2 2 H = (vc - v )/2g (4.3.3) Thayvµo(4.3.2)tacãph ¬ngtr×nhbËcba ®Ó tÝnhvËntècdßngch¶ytrongmÆtc¾t bÞ bã hÑp vc: 3 2 vc - vc[v + 2g(FK - )/b] + 2gvFK/b = 0 (4.3.4) Ph©ntÝchph ¬ngtr×nhnµychothÊytuú theotrÞ sè cñaFrH =v/ gFK /btrong ®ã FK/b = Htb khi /FK cè ®Þnh. 53
C¸cvËntèc vc cã thÓ nhá h¬nhoÆclính¬nvËntècvnÕunh trongvïngvËntèc v1<v< v2 n¬imµph ¬ngtr×nhkh«ngchoc¸cnghiÖmcãýnghÜavËtlý, ®iÒu ®ã chøng tá trongvïngtíih¹n®· choc¸ctiªn ®Ò vËtlýdïng ®Ó chøngminhkh«ng ®óngvíi /FK ®· cho. A.M.Basin ®· tÝnhc¸cvËntèc v1, v2 theo /FK c¸ckÕtqu¶ tÝnhto¸n ® îcnªu trªn h×nh 4.8, khi b nghÜa lµ chuyÓn ®éng trong kªnh c¹n v1 v2 gH H×nh 4.8. C¸c trÞ sè FrH1 = v1 gH tb vµ FrH2 = v2 gH tb phô thuéc vµo /FK. 54
Ch ¬ng5 Lùcc¶nkhitµuchuyÓn ®éngtrªnsãngbiÓn nh h ëng cña sãng biÓn tíi lùc c¶n vµ vËn tèc cña tµu VËntèckhichuyÓn ®éngtrªnsãngphô thuécvµosùthay ®æilùcc¶nchuyÓn ®éng vµ lµm gi¶m hiÖu suÊt cña chong chãng còng nh kh¶ n¨ng ®iÒu ®éng tµu. Lùcc¶nchuyÓn ®éngcñatµuphô thuéc ®ångthêivµosãngbiÓnvµchßngchµnh cñatµu.Sùthay ®æimÆt ítdotµuchßngchµnhvµsãngbiÓnlµmxuÊthiÖnhiÖn t îng S¬leming. Sù thay ®æilùcc¶nchñ yÕusinhrabëi¶nh h ëng ®ångthêicñasãngbiÓnvµ chßng chµnh tíi dßng bao th©n tµu. ViÖcnghiªncøukh¶os¸tc¸ctÝnhchÊtcñalùcc¶nbæsungkhitµuch¹ytrªnsãng biÓnph¶idùavµosèliÖutrongc¸c®iÒukiÖnchuyÓn ®éngcñam«h×nhtµutrongbÓ thö trªn sãng tuyÕn tÝnh. Lùc c¶n bæ xung khi tµu ch¹y trªn sãng: RAW = R - RTB Trong ®ã: RTB -lùcc¶ncñatµukhichuyÓn ®éngtrªn n ícyªnlÆngvµ ® îcsinhrabëic¸c nguyªn nh©n c¬ b¶n. Khi bá qua sù thay ®æi cña lùc c¶n nhít RAW cã thÓ ® îcviÕt d íi d¹ng: RAW = RAW1 + RAW2 + RAW3 Trong ®ã: RAW1 - gäi lµ lùc c¶n chßng chµnh. KhitµuchßngchµnhdÉn®ÕnviÖcph©nbèl¹i¸psuÊtdäcth©ntµulµmxuÊthiÖn thµnhphÇnlùcc¶nbæxungdotµuchßngchµnh RAW1 sovíilùcc¶ncñatµukh«ng chßng chµnh vµ chuyÓn ®éng trªn n íc yªn lÆng. RAW2 - gäi lµ lùc c¶n nhiÔu x¹. NÕuchotµukh«ngchßngchµnhtrªnsãngth× khi ®ã tµu ® îccoilµméttr íng ng¹ivËt,khic¸csãngbiÓnt¸cdônglªnth©ntµu,th× chóngbÞph¶nx¹l¹imétphÇn, qu¸ tr×nh ®ã gäilµsùnhiÔux¹cñac¸csãngvµsinhramétthµnhphÇnlùcc¶nbæxung RAW2. RAW3 - gäi lµ lùc c¶n t ¬ng t¸c. HÖ thèngsãngsinhrabëitµudao ®éng t ¬ngt¸cvíisãngtiÕn ®· bÞ qu¸ tr×nh nhiÔux¹ biÕn thÓ, sinh ra thµnh phÇn lùc c¶n bæ sung RAW3. C«ngthøc RAW ®óngngayc¶khitµuch¹ytrªnsãngphituyÕn,tuynhiªnvaitrß cña tõng sè h¹ng trªn sãng tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn lµ kh¸c nhau. C¸cth«ngsè¶nh h ëng ®ÕnthµnhphÇnlùcc¶nbæxungkhitµuch¹ytrªnsãng biÓnlµ:tØsè/L;2zB/ (trong ®ã zB lµ biªn ®é cñasãng),gãcch¹ytµuB(gãct¹obëi o h íngvËntèctµuvµ h íngtruyÒnsãng).KhitµuchuyÓn ®éngtrªnsãngtiÕn B = 180 o vµ ch¹y trªn sãng theo th× B = 0 . §Ó sos¸nhkh¶ n¨ngdi ®éngcñatµutrªnsãngcÇnph¶isödônglùcc¶nbæxung ®¬nvÞ RAW/D=f(Fr, /L,2zB/, B)hoÆchÖsèlùcc¶nbæxungkh«ngthø nguyªn AW 2 2 -1 = RAW/ gzB B L . 55
C¸ckÕtqu¶ thÝ nghiÖmchothÊyr»ng:KhiFr=const,chiÒucao t ¬ng ®èicña sãng2zB/ =constth× lùcc¶nbæxungkhitµuch¹ytrªnsãngtiÕncã®iÓmcùc®¹in»m trongvïng chiÒu dµi sãng gÇn b»ng chiÒu dµi tµu ( L) Cµng t¨ng sè Fr th× RAW cµng t¨ng. Khitµuch¹yxu«isãng(ch¹ytrªnsãngtheo)nÕuv/c 1sãngdichuyÓnchËmh¬ntµuvµchuyÓn ®énggièngnh tr ênghîp ng îc sãng. Sù thay ®æilùcc¶nkhitµuch¹ychÐosãngrÊtphøct¹p,tuynhiªn RAW línnhÊt kh«ngph¶ilócnµocòng øngvíitr ênghîpch¹yng îcsãngvµ®«ikhi /L<1vÉn o cã thÓ ph¸t hiÖn ë gãc B 120  130 . L îngtænthÊttèc®é khitµuch¹yng îcsãngkh«ngnh÷ngphô thuécvµo RAW mµ cßn thµnh phÇn lùc c¶n cña kh«ng khÝ, vËy buéc tµu ph¶i h¹ thÊp tèc ®é. §èivíitµuchuyÓn ®éngng îcsãngvµng îcgiã lµ bÊtlîinhÊt.Khix¶yranguy hiÓm do n íc h¾t lªn boong hoÆc S¬leming th× b¾t buéc ph¶i h¹ thÊp tèc ®é cña tµu. 56
Ch ¬ng6 X¸c®Þnhlùcc¶nchuyÓn ®éngcñatµu b»ngph ¬ngph¸pthùcnghiÖm C¸c ph ¬ng ph¸px¸c ®Þnh lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu cã thÓ lµ: - b»ng ph ¬ng ph¸p lý thuyÕt. - b»ng ph ¬ng ph¸p thùc nghiÖm. Ph ¬ngph¸pthùcnghiÖmlµdùatrªnviÖcthö m« h×nhtµuvµtµuthùc, ® îc ¸p dôngréngr·itrongc¸cc«ngtr×nhnghiªncøukhoahäc,trongqu¸ tr×nhx©ydùngh×nh d¸ngchonh÷ngcontµu ® îcthiÕtkÕmíi,còngnh ®¸nhgi¸ tÝnhdi ®éngcñanh÷ng con tµu ®· ® îc ®ãng míi. Cã haiph ¬ngph¸pnghiªncøulùcc¶nb»ngthùcnghiÖm ®ã lµ thö m« h×nh tµu vµ tµu thùc. Thö m« h×nhtµuchophÐpsos¸nhmétc¸ch ®¸ngtincËyhiÖuqu¶ cñac¸cph ¬ng ¸n kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ tµu. §èivíic¸c n íccãngµnh ®ãngtµuph¸ttriÓnth× tµu ® îcthiÕtkÕvµ®ãngmíi ph¶i qua giai ®o¹n thö m« h×nh ®Ó lËp dù ¸n thiÕt kÕ tèi u. ViÖclËpm«h×nhvÒtÝnhdi ®éngvµc¸ctÝnhn¨ng ®ibiÓnkh¸cph¶iphï hîpvíi c¸cyªucÇucñalýthuyÕt ®ångd¹ng ®énglùchäc.LýthuyÕt ®ångd¹nglµc¬së®Ó x©y dùng c¸c ph ¬ng ph¸p tÝnh chuyÓn kÕt qu¶ thö m« h×nh sang tµu thùc. Khinghiªncøulùcc¶nb»ngthÝ nghiÖmta ¸pdônghainguyªnt¾cc¬b¶n®Ó lËp m« h×nh, ®ã lµ: Nguyªnt¾cthø nhÊt:LËpc¸cm«h×nhchuyÓn ®éngph¼ngtrong n ícyªnlÆng ® îc thùc hiÖn trong c¸c bÓ thö hoÆc trong c¸cvïng n íc hë cã trang bÞ ®Æc biÖt. Nguyªnt¾cthø hai:LËpc¸cm«h×nhchuyÓn ®éngnghÞch ®¶o,nghÜalµchodßng baolÊym«h×nh ®øngyªn.Nguyªnt¾cnµy ® îc ¸pdôngtrongc¸cèngkhÝ®éngvµ èngx©m thùc. KhivËtthÓ chuyÓn ®éng ®Òu(kh«ngcãgiatèc)th× c¸c ®Æctr ngcñadßngbaotµu kh«ngphô thuécthêigian,nghÜalµsèShkh«ng ¶nh h ëngtíic¸chÖsècñalùcc¶n thuû®éng,trongtr ênghîpnµy®Ó®¶mb¶otÝnh ®ångd¹ng ®énghäccñam«h×nhvµ tµu thùc chØ cÇn c¸c trÞ sè Fr vµ Re. v v M H gLM gLH v L v L M M H H  M  H L k M LH §Ó tho¶ m·n ®iÒukiÖntrªnth× ph¶ithö m« h×nhtrongchÊtlángcãhÖsènhít kh¸cvíi ®é nhít cña chÊt láng H n¬i mµ tµu thùc chuyÓn ®éng: 1,5 M = Hk (6.1.1) 57
KhihÖsèkkh«nglín,kh«ngthÓ chän ® îcchÊtlángthÝchhîp®Ó thö m« h×nh. V× vËykhithö m« h×nhtµutÝnh ®ångd¹ng ®énghäccñac¸cdßngch¶ykh«ng ® îc ®¶mb¶o®Çy ®ñ nªnkhitÝnhchuyÓnkÕtqu¶ tõ thö m« h×nhsangtµuthùcsÏgÆpkhã kh¨n. §Ó tr¸nhnh÷ngkhã kh¨n ®ã cÇnph¶isödôngc¸chlËpm«h×nhtõngphÇn,b»ng c¸ch tho¶ m·n mét trong c¸c ®iÒu kiÖn ®ång d¹ng. *LËp m« h×nh tõng phÇn theo sè Re: Tõ ®iÒu kiÖn cÇn tho¶ m·n ReM = ReH th× vËn tèc chuyÓn ®éng cña m« h×nh sÏ lµ: vM = vH(LH/LM)(M/H) (6.1.2) Theo(6.1.2)vËntècm«h×nh vM trongchÊtlángcãcïng ®é nhítmµtµuthùc chuyÓn ®éng ë ®ã sÏ lín h¬n 1/k lÇn so víivËn tèc cña tµu thùc. 2 2 2 Dùavµo RxH = RxM( HvH / MvM )(1/k )th× lùcc¶nnhítcñam«h×nhvµtµuthùcsÏ b»ng nhau. DovËykhithö m« h×nhtµuth êngkh«ng ®¶mb¶o ® îcsùb»ngnhaucñac¸csè Re,nghÜalµkh«ng ®¶mb¶o ® îcsù®ångd¹ngcñac¸cxo¸y,c¸clùcthuû®éngt¹o nªn bëi ®é nhít cña chÊt láng. *LËp m« h×nh tõng phÇn theo sè Fr. Tõ ®iÒu kiÖn cÇn tho¶ m·n FrM = FrH th× vËn tèc chuyÓn ®éng cña m« h×nh sÏ lµ: (6.1.3) vM = vH k 2 2 2 Nh vËydùavµo RxH = RxM( HvH / MvM )(1/k )th× khim«h×nhchuyÓn ®éngtrong chÊt láng cã cïng khèi l îng riªng víi tµu thùc: 3 RxM = RxHk Môc ®ÝchcñaviÖcthö m« h×nhlµnh»m ®¸nhgi¸ tÝnhhµnhh¶ivµchännh÷ng ® êng h×nh d¸ng (tuyÕn h×nh) tèt nhÊt cho tµu. Ph ¬ngph¸pphæ biÕnnhÊtlµph ¬ngph¸pthö kÐom«h×nhtrongbÓthö.Trong qu¸ tr×nhthö cã thÓ®o ® îclùckÐoR t ¬ng øngvíivËntècchuyÓn ®éngcñam«h×nh vM. BÓ thö ® îclµmb»ngvËtliÖubªt«nghoÆckimlo¹ichøa n ícngätvµcãmÆt tho¸ng hë. C¸c bÓ thö th êng ® îc chia thµnh hai d¹ng chÝnh. -Lo¹ibÓcãxetùhµnhch¹ytrªn ® êngray ®ÆtdäctheobÓdïng ®Ó kÐom«h×nh chuyÓn ®éng.BÓcãtrangbÞc¸cthiÕtbÞ®o®ÆcbiÖt.HiÖnnayviÖc ®o ®¹csèliÖukhi thö còngnh l utr÷,xölýc¸csèliÖuvµvÏ®å thÞ, cãthÓ tù®éngho¸ hoµntoµnnhê m¸y tÝnh ®iÖn tö. -Lo¹ibÓkiÓutränglùc-BÓthö kiÓunµyth× m« h×nh ® îckÐob»ngd©ynhê vËt r¬itùdo. métsèbÓkiÓutränglùccòngcãtrangbÞxekÐoch¹ytrªn ® êngray, nh ngkh«ngph¶ikÐom«h×nhmµkÐoc¸cthiÕtbÞ®o®Ættrªn ®ã.Ngoµiracòngcã c¸c bÓ thö mµ m« h×nh ® îc kÐo b»ng têi quÊn d©y. 58
H×nh 6.1. MÆt c¾t ngang bÓ thö Car®erok (Mü). 1.MÆt c¾t ngang bÓ thö n íc s©u 2.MÆt c¾t ngang bÓ thö tèc ®é 3. HÖ thèng cÊp n¨ng l îng cho xe thö. Dokh«ngtho¶ m·n ® îc ®Çy ®ñ c¸cchuÈn ®ångd¹ngc¬b¶nv×vËycÇnph¶isö dông c¸ch lËp m« h×nh tõng phÇn. KhilËps¬®å tÝnhchuyÓnph¶ixemcÇnph¶ilËpm«h×nhtheotiªuchuÈn ®ång d¹ngnµovµthµnhphÇnlùcthuû®éngnµophô thuécvµotiªuchuÈn ®ã.C¸chÖsè kh«ngthø nguyªncñac¸cthµnhphÇnlùcc¶n®ã cñam«h×nhvµtµuthùcph¶ib»ng nhau.cßnc¸cthµnhphÇnlùcc¶nkh«ng ® îclËpm«h×nhcÇnph¶ilîidôngmétsègi¶ thiÕtcãc¬sëvËtlýnµo®ã hoÆcph ¬ngph¸plýluËn ®Ó cã thÓ tÝnhriªngchóng ë trªn m« h×nh hoÆc ®Ó tÝnh cho tµu thùc. B×nhth êngtrongqu¸ tr×nhthö kÐom«h×nhtrongbÓthö c¸csèFrcñam«h×nh vµ tµuthùcph¶ib»ngnhauFrM =FrH.Lùcc¶nnhítkh«ng ® îclËpm«h×nhvµ®Ó t¸ch ® îc nã ph¶i lîi dông gi¶ thiÕt vÒ sù ®éc lËp cña c¸c thµnh phÇn lùc c¶n. §Ó tÝnh lùc c¶n nhít ta cã thÓ sö dông hai ph ¬ng ph¸p c¬ b¶n sau ®©y: -Ph ¬ngph¸pthø nhÊt:DùavµoviÖcph©nchialùcc¶nnhítrac¸cthµnhphÇn, mµ mçithµnhphÇnph¶ix¸c®Þnhb»ngnguyªnt¾ctÝnhchuyÓnriªng.Ph ¬ngph¸pnµy do Froude ®Ò x íng. -Ph ¬ng ph¸p thø hai: TÝnh chuyÓn tæng hîp lùc c¶n nhít. B©ygiê taxÐts¬®å vµ tÝnhchuyÓntheoph ¬ngph¸pthø nhÊt.PhÇnchÝnhcñalùc c¶nnhít ® îcxemnh lµ lùcc¶nmas¸tcñatÊm t ¬ng ® ¬ng. §èivíim«h×nhlµmÆt tr¬nnh½nthuû®éng,cßn®èivíitµuthùclµmÆtnh¸mvíigi¶ thiÕtdßngbaotµuthùc vµ m« h×nhlµdßngch¶yrèi. §Ó tÝnhlùcc¶nmas¸ttadïngtÊmrèi t ¬ng ® ¬ng.TiÕp theogi¶ thiÕtr»nghiÖu CV - CFo lµ kh«ng ®æi,kh«ngphô thuécvµoRevµFrcñatµu thùcvµ m« h×nh. Tagép RV - RFo cñatÊm t ¬ng ® ¬ngvíilùcc¶nsãng RW thµnhméttªnchunglµ lùc c¶n d RR RR = R- RFo = RV - RFo + RW VËy hÖ sè lùc c¶n d lµ: 59
2 CR = 2( R - RFo)/ v  (6.2.1) Khi FrM = FrH th× CRM = CRH (6.2.2) Dùavµo c«ng thøc (6.2.2) ta thùc hiÖn ® îc phÐp chuyÓn. Tõ RWM/DM = RWH/DH do sù b»ng nhau cña FrM = FrH nªn ta cã RRM/DM = RRH/DH (6.2.3) NÕukh«ng ®Óý®Õnsùthay ®æichiÒuch×mtµukhichuyÓn ®éngtõ n ícngätsang n íc mÆn th× ®iÒu kiÖn (6.2.3) cã thÓ viÕt d íi d¹ng sau: 3 RRH = RRM( H/ M)(1/k ) (6.2.4) 3 KhiFrM =FrH vµ vM = vHk th× lùcc¶ncña n íc ®èivíichuyÓn ®éngcñatµu ® îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: 3 RH = (RM - RFoM)( H/ M)(1/K ) + RFoH (6.2.5) Theo hÖ sè lùc c¶n cña m« h×nh vµ tµu thùc ta cã: 2 2 CM = 2RM/ MvM M vµ CH = 2RH/ HvH H (6.2.6) §Ó x¸c ®ÞnhhÖsèc¶ntoµnbécña n íc ®èivíichuyÓn ®éngcñatµutacénghÖsè lùcc¶n d CRH víic¸chÖsèc¶nsau:hÖsèc¶nmas¸tcñatÊm t ¬ng ® ¬ng CFoH t ¬ng øngvíitµu,hÖsègiat¨ngdo ®é nh¸mvábaotµu CA vµ nÕum«h×nh ® îcthö kh«ng cã phÇn nh« th× céng c¶ hÖ sè c¶n xÐt tíi phÇn nh« CAP. Do ®ã, hÖ sè lùc c¶n cña tµu thùc khi vH = vM 1/ k ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: CH = CM - CFoM + CFoH + CA + CAP (6.2.7) vµ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu lµ: 2 RH = CH HvH H/2 + RAA (6.2.8) 2 Lùcc¶nkh«ngkhÝ RAA tÝnhtheoc«ngthøc RAA = CAA AvA F/2. §èivíi n ícNga ng êi ta lÊy nhiÖt ®é cña n íc 4oCvµ = 1,57.10-6 m2/s. HÖ sè giat¨ngdo ®é nh¸mvábao ® îcx¸c®ÞnhtheokÕtqu¶ thö m« h×nh,nh sau: ChiÒu dµi tµu L, m HÖ sè CA 50  150 (0,4  0,3).10-3 150  210 0,2.10-3 210  250 0,1.10-3 250  300 0 300  350 -0,1.10-3 350  400 -0,2.10-3 HÖ sè c¶n cña phÇn nh« ® îcx¸c ®Þnh nh sau: -3 §èivíi tµu vËn t¶i mét chong chãng CAP = (0,05  0,15).10 -3 §èivíi tµu vËn t¶i hai chong chãng CAP = (0,4  0,6).10 . 60
Ch ¬ng7 C¸cph ¬ngph¸pgÇn®óng ®Ó tÝnhlùcc¶ncña n íc ®èivíichuyÓn ®éngcñatµu ViÖcx¸c®Þnhlùcc¶nb»ngc¸chtÝnhchuyÓntõc¸csèliÖuthö m« h×nhchØ cã thÓ thùchiÖn ® îcnÕunh cã b¶nvÏtuyÕnh×nh.Tõtr íctíinayng êita ®·¸pdông réngr·ic¸cph ¬ngph¸ptÝnhgÇn®ónglùcc¶nphï hîpchotõngkiÓutµuvµ®¹t ® îc ®é chÝnh x¸c t ¬ng ®èi cao. TÊtc¶c¸cph ¬ngph¸pgÇn®óng ®Òu ® îcdùavµoc¸csèliÖuthÝ nghiÖmm« h×nhtrongc¸cbÓthö.Khih×nhd¸ngcñacontµucÇntÝnhlùcc¶ntrïngvíih×nhd¸ng cñam«h×nhth× c¸cph ¬ngph¸ptÝnhgÇn®óngcoilµ®ñ chÝnhx¸c. §Ó x©ydùngc¸c ®å thÞ phôcvôchoviÖctÝnhto¸nlùcc¶nÝtkhing êitasödôngc¸csèliÖuthö tµu thùc v× c¸csèliÖu ®ã th êngkh«ngcãhÖthèngvµtrongnhiÒutr êng hîp còng kh«ng ® îc chÝnhx¸c. Nh÷ngph ¬ngph¸p ®¹tkÕtqu¶ caonhÊtlµnh÷ngph ¬ngph¸p ® îcx©ydùng theoc¸c®îtthö hµnglo¹tcãhÖthèngphï hîpvíic¸cchÕ®é cñadßngbaoth©ntµu thùcvµ m« h×nh. §Ó chÕ t¹ométlo¹tm«h×nhmµc¸cth«ngsèkÝchth ích×nhd¸ngcñanã ® îc thay ®æi cã hÖ thèng, ® îc ph©n thµnh hai bµi to¸n sau: -Bµito¸nthø nhÊt:ChÕ t¹ométlo¹tm«h×nh,mµc¸cyÕutèchÝnhcñatuyÕnh×nh thay ®æitrongmétgiíih¹nréng. §«ikhing êitadïngkÕtqu¶ cuèicïngtrongqu¸ tr×nhthö métvµilo¹tkh«ngcãhÖthèng ®Ó lËp ®å thÞ hoÆcc¸cc«ngthøctÝnhto¸n. §«ikhic¸c®å thÞ nµychophÐp ®¸nhgi¸ ® îckh¸chquanlùcc¶ncñatµu,nh ngl¹i kh«ngtiÖnlîi®Ó ® arac¸ckhuyÕnnghÞ®Ó thay ®æih×nhd¸ngcñatµu.C¸cph ¬ng ph¸p nµy lµ c¸c ®å thÞ hoÆc c«ng thøc tÝnh cña , -Bµito¸nthø hai:KhichÕ t¹om«h×nhthö ng êita ®Ò cËptíic¸csèliÖu,mµ ng êichÕ t¹okh«ngnh÷ngdùavµo®ã®Ó tÝnhlùcc¶n,mµcßn®¸nhgi¸ ® îc ¶nh h ëngcñasùthay ®æicñatuyÕnh×nhtíilùcc¶n®ã,còngnh ®Ó sö dôngc¸ctuyÕn h×nhtèi ucãh×nhd¸ngth©ntµutètnhÊt.ViÖcthiÕtkÕvµchÕ t¹olo¹tm«h×nh ®ã lµ nh÷ngc«ngviÖchÕtsøcquanträng.Khi ®ãngmíimétlo¹tm«h×nhng êitachØ quan t©mtíimétvµic¸cth«ngsèdÔthay ®æicãhÖthèng,mµc¸c¶nh h ëngcñachóngcÇn ® îcnghiªncøu,vµc¸c®ÆctÝnhcßnl¹isÏkh«ngcÇn®Õnv×coichóng ¶nh h ëng kh«ng ®¸ng kÓ tíi lùc c¶n. C¸cph ¬ngph¸pgÇn®óngdïng ®Ó tÝnhlùcc¶ncãthÓ ph©nthµnhbanhãmsau ®©y: -TÝnh lùc c¶n toµn bé -TÝnh lùc c¶n d -TÝnh chuyÓn lùc c¶n tõ tµu mÉu. *C¸cph ¬ngph¸ptÝnhlùcc¶ncñanhãmthø nhÊtc¬b¶nÝtchÝnhx¸c,v×khix©y dùngm«h×nhthö khã®Óý®Õn ¶nh h ëng ®ångthêicñac¸csèRevµFr ®èivíilùc 61
c¶nkhic¸csè®ã thay ®æitronggiíih¹nréng. §asèc¸cph ¬ngph¸pcñanhãmnµy ®Òux©ydùngtheod¹ngtÝnhc«ngsuÊtkÐocñatµu,mµnãliªnquantíilùcc¶nb»ng c«ngthøc: PE = Rx.v.Nguêitachor»ng CR =f(Fr) ®iÒunµymangl¹isaisãttrongtÝnh to¸n. *C¸cph ¬ngph¸pcñanhãmthø haicã®é chÝnhx¸ctÝnhto¸ncaoh¬n.ViÖctÝnh lùc c¶n ma s¸t, ¶nh h ëng cña ®é nh¸m, phÇn nh« ® îc coi lµ chÝnh x¸c. *C¸cph ¬ngph¸pcñanhãmthø balµtÝnhchuyÓnlùcc¶nvµc«ngsuÊtkÐocña tµu theo sè liÖu cña tµu mÉu, tiÖn sö dông trong thiÕt kÕ ban ®Çu. Khix©ydùngc¸cph ¬ngph¸pgÇn®óngtÝnhlùcc¶n d ,còngnh khitÝnh chuyÓnkÕtqu¶ thö m« h×nh,ng êitagi¶ thiÕtr»ng:hÖsèlùcc¶n d cñac¸ctµu®ång d¹ng h×nh häc ®Òu b»ng nhau. Khi c¸c trÞ sè Fr b»ng nhau: CRH = CRM khi FrH = FrM. C¸cph ¬ngph¸p ® îccoilµgÇn®óng,bëiv×tµukh«nghoµntoµn ®ångd¹ng h×nh häcvíim«h×nh,mµc¸csèliÖucñanãl¹i ® îcl©ylµmc¬sëcñaph ¬ngph¸p.Nh vËy chØ x¸c ®Þnh ® îc sù phï hîp chØ theo vµi th«ng sè chÝnh. CR = f(Fr) hoÆc RR/D = f(Fr) 2 Trong ®ã CR = (RR/D)(2/Fr )(V/L) (7.2.1) C¸chÖsèlùcc¶n d cñatµut×mtrùctiÕptheoc¸c®å thÞ tÝnhto¸nhoÆcc«ngthøc tÝnh (6.2.1) NÕuchän ®óngph ¬ngph¸ptÝnhto¸ntacãthÓ®¹t ® îc ®é chÝnhx¸ccaonhÊtkhi x¸c ®Þnh lùc c¶n d . Ng êitakh«ngcÇn®Õnc¸c®å thÞ hoÆcc¸cc«ngthøchåiquy ®Ó x¸c ®Þnhlùcc¶n toµnbéhoÆclùcc¶n d nÕucãc¸csèliÖu ®¶mb¶ovÒlùcc¶ngÇnvíih×nhd¹ngcña tµumÉu.Tuynhiªnkh«ngph¶ilócnµocòngchän ® îch×nhd¹ngvµkÝchth íctµu mÉu s¸tvíi tµu thiÕt kÕ. *Ph ¬ng ph¸p h¶i qu©n. ViÖctÝnhchuyÓnc«ngsuÊtkÐotheoph ¬ngph¸phÖsèh¶iqu©nlµ®¬ngi¶nnhÊt. B¶nchÊtcñaph ¬ngph¸pnµylµdùavµosùb»ngnhaucñahaihÖsè CE cñatµu ® îc thiÕt kÕ vµ tµu mÉu. Khi c¸c sè Fr cña chóng b»ng nhau, nghÜa lµ: CE = CEmÉu khi Fr = Fr mÉu (7.3.1) Gi¶ thiÕtnµycµng ®óngkhic¸cyÕutècñatuyÕnh×nhcñahaitµu,còngnh c¸c kÝch th íc cña chóng cµng gÇn nhau. 3 2/3 XÐt ®Õnc«ngthøc PE = vs D /CE vµ gi¶ thiÕttrªntacãc«ngthøctÝnhc«ngsuÊt kÐo cña tµu: 3 2/3 PE = PEmÉu(vs/vsmÉu) (D/DmÉu) (7.3.2) Víi ®iÒu kiÖn v = v s smÉu L/LmÉu 2/3 1/2 (L/LmÉu) = (D/DmÉu) Th× c«ng suÊt kÐo sÏ cã d¹ng: 7/6 PE = PEmÉu(D/DmÉu) (7.3.3) 62
*TÝnh chuyÓn lùc c¶n d tõ c¸c sè liÖu cña tµu mÉu. TÝnhchuyÓn RR tõ c¸csèliÖucñatµumÉutrongnhiÒutr ênghîpchokÕtqu¶ cao h¬n c¸c ph ¬ng ph¸p dïng ®å thÞ. C«ngthøc(7.2.1)vÉncãthÓ ® îc ¸pdông ®Ó tÝnhchuyÓnlùcc¶n d ®¬nvÞcho ph ¬ng ph¸p nµy nÕu Fr = Fr mÉu. Gi¶ thiÕtr»ng:VíiFr ®· choth× CR lµ hµmcñac¸cth«ngsèi®Æctr ngchoh×nh d¸ng cña th©n tµu: CR(1, 2, , i) (7.3.4) KhixÐt¶nh h ëngcñasùbiÕnthiªn i cñac¸cth«ngsè®ã cã thÓ sö dôngc«ng thøcTaylor cho hµm nhiÒu biÕn. VÝ dô: NÕu biÓu thøc gåm hai th«ng sè th×: CR CR CR CRmÉu 1  2 1  2 2 2 2 (7.3.5) 1  C 2  C  C 2 R  2 R   R  2 1   1 2 2 2 2 1 1 2  2 Choc¸c l îngbiÕnthiªncñatuyÕnh×nhlµbÐvµbáquac¸csèh¹ngchøa i cã bËc cao h¬n mét vµ c¸c tÝch cña chóng ta cã c«ng thøc chung: CR CR = CRmÉu +   i (7.3.6)  i Trong ®ã: CRmÉu - hÖ sè lùc c¶n d cña tµu mÉu CR  i - l înghiÖuchØnhxÐt®Õn l îngbiÕnthiªncña CR theoth«ngsèthø i  i ®Æc tr ng cho tuyÕn h×nh khi Fr = const. C¸c th«ng sè i cã thÓ lµ L/B,B/T, , h×nh d¸ng s ên (U,V), Ph ¬ng ph¸p thø hai cña ® a ra c«ng thøc x¸c ®Þnh: CR = CRmÉu k1 k2 k3 (7.3.7) Trong ®ã: ki - c¸c hÖ sè ¶nh h ëng. 63
Ch ¬ng8 MèiquanhÖgi÷alùcc¶ncñatµu vµh×nhd¸ngth©ntµu ViÖcchänc¸ckÝchth ícchÝnh,x©ydùngb¶nvÏtuyÕnh×nhtµu,vµc¸cphÇnnh« ®Òuph¶ithùchiÖntrongqu¸ tr×nhthiÕtkÕtheoc¸cyªucÇuküthuËt ®Ætra.C¸cyªu cÇu®ã lµ: §¶mb¶odungtÝchchë hµng,t×nhh×nhthÞ tr êng(gi¸ chÊt ®èt)nh÷ngh¹n chÕ vÒ®Æt ®iÓmkhaith¸c(chiÒuch×m,chiÒuréng).C¸cyªucÇutrªnchónglu«nm©u thuÉn nhau, cho nªn tÊt c¶ c¸c yªu cÇu kh«ng thÓ ®ång thêi cïng tèi u. KhithiÕtkÕmétvµikiÓutµu,nhÊtlµtµuvËnt¶i,tµu®¸nhc¸,tµukÐolµph¶ichän nh÷ngh×nhd¸ngsaochochóng ®¶mb¶o ® îcvËntèccÇnthiÕtcñatµu, ®ångthêi c«ngsuÊt ®éngc¬ph¶inhá nhÊt.C«ngsuÊtcÇnthiÕtchotµukh«ngnh÷ngphô thuéc vµolùcc¶n,mµcßnphô thuéckiÓuthiÕtbÞ®Èy.Chänh×nhd¸ngth©ntµucòngph¶ixÐt tíi®iÒukiÖnchuyÓn ®éngcñatµutrªnsãng,chßngchµnh,hiÖn t îngh¾t n íclªn boong,c¸cyªucÇuvÒæn®Þnh, ¨nl¸i,c¸c®iÒukiÖnvÒluångl¹chh¹nchÕ vµ c¸cyªu cÇulµmviÖc ®ÆtbiÖtcñathiÕtbÞ®Èy ®ÒuliªnquanchÆtchÏ®ÕnkÝchth ícvµh×nh d¸ng th©n tµu. ChÝnhv×lÏ®ã mµ c¸csèliÖuthèngkªkh«ngph¶ilócnµocòngchophÐprótra nh÷ngkÕtluËn ®óngvÒkÝchth ícvµh×nhd¸ngcñanãtèi unhÊtvÒph ¬ngdiÖn gi¶m lùc c¶n. C¸ckÝchth ícvµh×nhd¸ngcñatµu®Òu ® îcx¸c®Þnhb»ngph ¬ngph¸pph©n tÝchc¸ckÕtqu¶ thö kÐom«h×nh.Taph¶ixemxÐtcôthÓ¶nh h ëngcña kÝch th íc nµo tíithµnhphÇnlùcc¶nnµolµchñ yÕu.Ch¼ngh¹nlùcc¶nmas¸thÇunh kh«ngphô thuécvµoh×nhd¸ngth©ntµu,ng îcl¹ilùcc¶nsãngvµtrªnc¸ctµubÐochÝnhlµlùc c¶nh×nhd¸ngphô thuécrÊtnhiÒuvµoh×nhd¸ngth©ntµu.Lùcc¶nsãngphô thuécvµo c¸ctØsèkÝchth ícvµc¸chÖsèbÐoth©ntµutrong ®ã cã hÖ sè bÐodäc .§èivíi nh÷ngtµucãtrÞ sè FrthÊph¬n ® êngcong(XemH8.1)cÇnph¶igi¶mlùcc¶nnhít, c¸c tµu ®ã gäi lµ c¸c tµu ch¹y chËm. H×nh 8.1. C¸c sè Fr mµ t¹i ®ã lùc c¶n sãng t¨ng lªn. 65
Giíi h¹n thay ®æi trung b×nh cña c¸c sè Fr KiÓu tµu Sè Fr KiÓu tµu Sè Fr Tµu hµng láng 0,15  0,22 Tµu nhanh chuyªn tuyÕn 0,28  0,34 Tµu hµng kh« 0,19  0,27 Tµu ®¸nh c¸ 0,25  0,37 Tµu chë kh¸ch 0,22  0,27 Tµu kÐo (kh«ng hµng) 0,30  0,40 Sù thay ®æicñathÓ tÝchng©m n ícvµc¸ckÝchth ícchÝnhcñatµucã¶nh h ëng tíi lùc c¶n nhít vµ lùc c¶n sãng. TaxÐtsùthay ®æilùcc¶ndothÓ tÝchng©m n ícvµc¸ckÝchth ícchÝnhthay ®æi khi gi÷ nguyªn tÝnh ®ång d¹ng h×nh häc. TachoFr=constth× lùcc¶n d ®¬nvÞ RR/DcòngsÏkh«ngthay ®æi,nh nglùc c¶n ma s¸t ®¬n vÞ RF/D thay ®æi do thay ®æi tèc ®é tµu øng víi tØ sè v1/v2 = L1 / L2 . Lùc c¶n ma s¸t ®¬n vÞ tr ícvµ sau: (RF/D)1(RF/D)2 = (CFo1 - CA1)/ (CFo2 - CA2) (8.2.1) Trong ®ã: 3/2 Re1/Re2 = (L1/L2) . chØ sè "1" c¸c th«ng sè cña tµu tr íc khi thay ®æi l îng chiÕm n íc. chØ sè "2" c¸c th«ng sè cña tµu sau khi thay ®æi l îng chiÕm n íc. NÕu CA =constth× (8.2.1)chØ rar»ng:khigi¶mkÝchth íctµulùcc¶nnhít ®¬nvÞ cña tµu sÏ t¨ng lªn, vµ khi t¨ng th× nã gi¶m xuèng. Sù thay ®æichiÒudµitµulµmL/BhoÆc  =L/ 3 V thay ®æi,mèiquanhÖgi÷a nh÷ng thay ®æi cña c¸c ®¹i l îng ®ã cã thÓ viÕt: L/V = 1/BT, nghÜa lµ  = (B/T)1/3(L/B)2/31/3 (8.2.2) C¨ncøvµo(8.2.2)khiB/T=constth× sù thay ®æicñaL/B t ¬ng ® ¬ngvíisùthay ®æi cña 3/2. VËyviÖct¨ngchiÒudµitµukhigi÷ nguyªntèc®é, l îngchiÕm n íc,hÖsèbÐo vµtØsèB/Tth× sÏ lµmt¨ngL/B,  vµ ,cßnsèFrgi¶mchonªnhÖsèlùcc¶n d gi¶m xuèng trong giíi h¹n Fr > 0,25. 2 2/3 RR/D = CR(Fr /2)(/V ) (8.2.3) VËyviÖct¨ngtØsèB/Tkhigi÷ nguyªnLvµD,lóc®ã chiÒuréngtµut¨ngvµthÓ tÝch tËp trung gÇn mÆt n íc, dÉn tíi lùc c¶n sãng t¨ng. Trongc¸chÖsèbÐo, ,, vµth× hÖ sè bÐo  vµ cã¶nh h ëngnhiÒunhÊt tíi lùc c¶n. 66
Cµngt¨ngsèFrth× viÖct¨ng métc¸chtõtõtrë nªnhîp lý tõ = 0,56  0,58 khi Fr 0,3 t¨ng tíi = 0,63  0,65 khi Fr 0,45. Quan hÖ gi÷a  vµ Fr x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc sau: PP = a - bFr (8.3.1) Trong ®ã: TrÞ sè a vµ b phô thuéc kiÓu tµu vµ sè Fr. a = 0,80  1,21 vµ b = 1,44  2,3 TheoSTUMPH:  = 0,967 - 0,495Fr - 3,915Fr2 (8.3.1) §èivíitµuvËnt¶ing êita ®Òusödông ®o¹nth©n èng.Nãlµmt¨ngdungtÝchvµ ®¬ngi¶nc«ngnghÖ®ãngmíi,viÖcchänhîplýchiÒudµi®o¹nth©n èngvµvÞtrÝ cña nã sÏ kh«ng g©y ¶nh h ëngxÊu tíi lùc c¶n sãng vµ lùc c¶n h×nh d¸ng. ChiÒudµihîplýphÇnthon ®u«i LK >3,3  khiFr=0,24  0,25.VÒmÆtthuû ®éng th× th©n èng kh«ng cã lîi. Hoµnh ®é t©mnæi xc,th êng ® îcm«t¶b»ngtØsè xc/Lph¶i ® îcx¸c®Þnhtheo yªucÇugi¶mlùcc¶nvµ®é chóicñatµu.NÐudÞcht©mnæivÒmòitÝnhtõmÆtph¼ng s êngi÷achophÐpt¹o®é nhänphÇn ®u«itµu,th êng ¸pdôngchoc¸ctµucãsèFr 0,70vµ Fr > 0,22. §èivíic¸ctµuch¹ynhanhFr>0,4nh»mmôc®Ýchvãtnhän ® êng n ícmòi khoongnh÷nglµmt©mnæidÞchchuyÓnvÒ®u«imµcïngmétlóccßndÞch s êncã diÖn tÝch lín nhÊt vÒ ®u«i n»m ë 55  60% chiÒu dµi tÝnh tõ mòi tµu. D¹ngphÇnmòitµu ® îcthiÕtkÕënh÷ngFrlính¬ntrÞ sè Frtrªnh×nh8.1xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn gi¶m lùc c¶n sãng còng nh ®¶m b¶o c¸c tÝnh n¨ng ®i biÓn trªn sãng. Khic¸csèFrthÊph¬ntrÞ sè Frtrªnh×nh8.1cÇnsödôngd¹ng ® êng n ícmòilµ o th¼ng hoÆc låi víi gãc nhän H 30  45 øng víi ® êng 1,2 (Xem H8.2) H×nh 8.2. D¹ng ® êng n íc mòi. KhisèFrcµnglínth× sãngb¶nth©ncµnglínnªnsödông ® êng n ích×nhch÷ S, ® êng 3 ®iÓm uèn O. KhiFr 0,32nªnsödông ® êng n ícd¹ngh×nhnªm, ® êng4víigãcnhän H = 8  14o. 67
§èivíinh÷ngtµucãtrungb×nhvµbÐphÇnmòisödông s ênd¹ngch÷ U,ch÷ Vvµ gi÷a UvíiV. C¸cnghiªncøucñaVOSSERSvµSVENchothÊyr»ng:trongc¸®iÒukiÖnsãng c¸ctµuvËnt¶icã s ênch÷ Vlùcc¶nlính¬n s ênch÷ U ®ÆcbiÖtkhi /L 1 chän d¹ng s ên ch÷ V. §Ó gi¶mlùcc¶nsãngcñac¸ctµucã=0,5  0,7khiFr 0,25  0,35ng êita dïngmòiqu¶ lª.Mòiqu¶ lª cã thÓ gi¶mtrªn10  15%tænglùcc¶n®¬nvÞtronggiíi h¹n c¸c sè Fr > 0,22 (Xem H8.3). H×nhd¸ngsèngmòi ® îcx¸c®ÞnhdùatrªntÝnhchÊt ®ibiÓnvµkhaith¸ccñatµu. Khic¸c s ênh×nhch÷ Vth× b×nhth êngsèngmòicãvÕtlÑmphÇn d íi n íc,khi s ên ch÷ U th× kh«ng cã nã. D¹ngphÇn ®u«ichñ yÕu ® îcchäntheo ®iÒukiÖnlµmviÖccñachongchãng,sù t ¬ngt¸ccãlîigi÷anãvµth©ntµu,tr¸nhchÊn ®éng,d¹ng ® êng n íc ®u«ichänsao chotr¸nh ® îchiÖn t îngt¸chlípbiªn,vËy ® êng n íckh«ngnªnuèn®étngétvµ gãcnãt¹ovíimÆtph¼ng ®èixøngkh«nglính¬n33o.Trongnh÷ngn¨mgÇn®©yphÇn ®u«icñac¸ctµuvËnt¶ith êngcãd¹ng ®u«icôtvµtrªnc¸ctµunhanhkhiFr>0,4nÕu ®u«i côt nhóng n íc sÏ cã hiÖn t îng t¸ch biªn vµ lùc c¶n nhít t¨ng lªn 5  20%. H×nh 8.3. H×nh d¸ng phÇn mòi vµ ®u«i tµu. C¸ctµunéi®Þach¹ytrongs«ng,hå,kªnh,vïng ®ËutµuvµchóngcãthÓ ch¹yra biÓn ( tµu pha s«ng biÓn). H×nhd¸ngcñac¸ctµunµyx¸c®Þnhb»ngnh÷ngh¹nchÕ chiÒuch×m,chiÒuréng. TÊt c¶ c¸c tµu kiÓu nµy chia thµnh tµu tù hµnh vµ kh«ng tù hµnh. §èivíitµunéi®Þavµphas«ngbiÓntùhµnhsøcchë línvíiFr=0,16  0,20,B/T >3vµ6<L/B<9.PhÇnth©n èngkÐodµitíi60%chiÒudµitµuvµhÖsèbÐothÓ tÝch lín0,78<<0,87.PhÇnmòivµ®u«icãd¹ng ®ÆcbiÖt.C¸cphÇn ®u«icñac¸ctµutù hµnh ®Ó gi¶mlùcc¶nh×nhd¸ng, ®¶mb¶ochochongchãnglµmviÖckhich¹ytiÕnvµ lïi, còng nh tÝnh ®iÒu khiÓn tµu. §èivíic¸ctµukh«ngtùhµnhth× lùcc¶nnhítlµchñ yÕu. §èivíic¸csµlannµy B/T = 3.5  11, vµ  = 0,8  0,9 68
Ch ¬ng9 Lùcc¶nchuyÓn ®éngcñatµunhiÒuth©n Khic¸cth©ntµuchuyÓn ®énggÇnnhausÏxuÊthiÖnc¸cqu¸ tr×nh t ¬ngt¸cthuû ®éng phøc t¹p dÉn ®Õn thay ®æi trÞ sè lùc c¶n chuyÓn ®éng. HiÖnnayng êita ®· cã métsèkiÓutµumµtheoyªucÇukhaith¸cthÓ tÝchng©m n íc ® îcph©nravµith©nnèivíinhaub»ngmétsµncøng,c¸ctµu®ã gäilµtµunhiÒu th©n.Trong sè c¸c tµu ®ã ta ph©n ra tµu hai th©n (Catamaran)vµ ba th©n (Trimaran). H×nhd¸ngvµtûsèkÝchth íccñac¸ctµunãitrªnhoµntoµnkh¸cvíitµumétth©n cã tængthÓ tÝchng©m n íc t ¬ng øng,chÝnhv×vËy®· lµmthay ®æi ®¸ngkÓtrÞ sè vµ vaitrß cñac¸cthµnhphÇnlùcc¶n.C¸cbiÕn l înglùcc¶n®Òusinhrabëic¸cqu¸ tr×nh t ¬ng t¸c thuû ®éng cña c¸c th©n. Sovíitµumétth©ncãcïngthÓ tÝchng©m n ícVth× diÖntÝchmÆt ít®¬nvÞ /V2/3 cñatµuhaivµbath©nlính¬nnªnnãlµmlùcc¶nmas¸t®¬nvÞcñac¸ctµu®ã t¨ng h¬n. Trongqu¸ tr×nh t ¬ngt¸cthuû®énggi÷ac¸cth©nvËntècc¶møngcñadßngbao chóng sÏ t¨ng lªn, lµm ¶nh h ëng ®Õn kÕt cÊu cña líp biªn vµ t¨ng thªm lùc c¶n nhít. Tr êngvËntècc¶mønglµmthay ®æikÕtcÊucñasãngb¶nth©ncñatµunhiÒu th©n.Qu¸ tr×nh t ¬ngt¸csãngphô thuécvµoFrvµvÞtrÝ t ¬ngquancñac¸cth©nvµ lµm gi¶m lùc c¶n sãng. Nh vËycãthÓ®¸nhgi¸ ® îc l îngt¨nglùcc¶nnhítcòngnh l înggi¶mlùc c¶n sãng so víi tæng lùc c¶n cña nh÷ng tµu mét th©n. H×nh 9.1. S¬ ®å tµu nhiÒu th©n. a. - tµu hai th©n b. - tµu ba th©n 69
Tæng ¶nh h ëngcñasù t ¬ngt¸cthuû®énggi÷ac¸cth©n ®èivíitænglùcc¶n kh«ngchØ phô thuécvµoc¸chbètrÝ t ¬ngquancñac¸cth©nvµsèFr,mµcßnphô thuécvµo h×nh d¸ng cña c¸c th©n, còng nh c¸c th«ng sè L/B,  vµ  = L/ 3 V . H×nh9.2tr×nhbµybiÕn l îng t ¬ng ®èicñatænglùcc¶ncñatµuhaith©ntheoc¸c kho¶ng c¸ch kh¸c nhau gi÷a c¸c th©n. H×nh 9.2. ¶nh h ëng cña Fr vµ 2b/L ®Õn lùc c¶n toµn bé cña tµu hai th©n víi L/B1 = 8. §Ó®¸nhgi¸¶nh h ëngcñasù t ¬ngt¸cthuû®éng ®èivíilùcc¶n d tacãc«ng thøc sau: o o CR = (CV - CFo)kv + CVkW Trong ®ã: o o kW vµ kv t ¬ng ønglµc¸chÖsè¶nh h ëngt¸cdôngcñac¸cth©ntµukÒnhautíi lùc c¶n sãng vµ nhít x¸c ®Þnh theo h×nh 9.3 vµ 9.4.cho tµu hai vµ ba th©n khi Fr 0,15 TrÞ sè (CV - CFo) lÊy b»ng tµu mét th©n. o o H×nh 9.3. Sù phô thuéc kW vµo 2b vµ Fr. H×nh 9.4. Sù phô thuéc kV vµo 2b vµ . o ViÖc ¸pdôngc¸cth©nkh«ng ®èixøngchotµuhaith©nsÏcã¶nh h ëngtíi kV vµ o kW . Trªnnh÷ngtuyÕns«ngng êita ¸pdôngréngr·ic¸csµlankh«ngtùhµnhvµghÐp chóngl¹ithµnh ®oµntµuvµ ® îctruyÒn ®éngb»ngc¸chkÐohoÆc ®Èy.(§oµntµucòng cã thÓ b»ngnh÷ngph©n ®o¹n ®ÆcbiÖt).Sù t ¬ngt¸cthuû®énggi÷ac¸csµlang©y¶nh h ëng lín tíi lùc c¶n vµ sù lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy. Sè Frcña®oµntµulµbÐFr=0,06  0,12,v×vËyvaitrß chÝnhlµlùcc¶nnhít,vµ sù thay ®æi lùc c¶n ®ã sinh ra bëi sù t ¬ng t¸c cña c¸c sµ lan víi tµu kÐo. §oµntµu(b»ngph ¬ngph¸pkÐo)gåmnh÷ngsµlan ® îcnèighÐpvíinhautheo c¸c s¬ ®å kh¸c nhau, vÝ dô gåm ba sµ lan ghÐp hµng mét, kÝ hiÖu (1+1+1) 70
gåm hai sµ lan ghÐp hµng hai, kÝ hiÖu 2 gåmmétsµlan ®itr íc,tiÕptheohaisµlanvµcuèicïnglµmétsµlan,kÝhiÖu (1+2+1). Lùcc¶nchuyÓn ®éngcña®oµntµulµRkh«ngb»ngtænglùcc¶ncñac¸csµlan trong ®oµn Ro khi chóng ch¹y mét m×nh. Lùc c¶n chuyÓn ®éng cña ®oµn tµu ® îc ®¸nh gi¸ b»ng hÖ sè ghÐp kghÐp. TheoD«v«ncèp: n kghÐp = R/ R oi (9.2.1) i 1 §Ó so s¸nh hiÖu qu¶ cña c¸c ®oµn tµu, ta dïng: n n n R/Doi = kghÐp R oi /  Doi (9.2.2) i 1 i 1 i 1 Giíi h¹n thay ®æi cña kghÐp §oµn kÐo §oµn ®Èy §oµn kghÐp §oµn kghÐp 1+1 0,78  0,90 1+T 0,75  0,95 1+1+1 0,75  0,85 1+1+T 0,75  0,85 2 0,95  1,10 1+1+1+T 0,67  0,82 2+2 0,80  0,96 2+2+T 0,74  0,85 2+2+2 0,70  0,87 2+2+2+T 0,64  0,80 Qua kÕt qu¶ trªn tµu thùc vµ m« h×nh cho thÊy: Ch¼ngh¹ns¬®å ghÐp(1+1+1)lùcc¶ncñachónggåmlùcc¶ncñatõngchiÕc 49%,100%vµ125% t ¬ng øng.Nh vËysµlan ®i ®Çucãlùcc¶nnhá nhÊtvµlínnhÊt lµ sµ lan cuèi ®oµn. HÖ sè ghÐp ® îcghÐp ® îcx¸c®Þnhquac¸c®îtthö®oµntµutrongbÓthö,v×Re rÊtbÐnªnchiÒudµim«h×nhsµlankh«ngnhá h¬n5m.HÖsè kghÐp kh«ngphô thuéc vµotèc®é chuyÓn ®éng,sùh¹nchÕ cñachiÒus©uluångl¹chcã¶nh h ëngtíi kghÐp kh«ng ®¸ng kÓ. Khi H/T > 2 th× ¶nh h ëng ®ã cã thÓ bá qua. Trongqu¸ tr×nhkÐo,th× chiÒudµid©yc¸pkÐocã¶nh h ëngtíilùcc¶ndodßng n ícmµchongchãngcñatµukÐo®¹pvµo®oµnsµlan.ChiÒudµid©ykÐotèi u®Ó ®¶m b¶o c¶ hai yÕu tè lµ lùc c¶n vµ tÝnh quay vßng n»m trong kho¶ng lc = (2  2,5)L1. Trong ®ã: L1 lµ chiÒu dµi sµ lan ®i ®Çu ®oµn. ViÖcdïngph ¬ng ¸n ®Èy ®· lµmchotèc®é chyÓn ®éngt¨ngthªm(5  20)%so víi ®oµnkÐo.Lùcc¶n®oµn®Èynhá h¬nlµdotr¸nh ® îcdßng n íccñachongchãng tµu ®Èy. Lùc c¶n ®oµn tµu ®Èy còng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (9.2.1). HÖ sè ghÐp kghÐp phô thuéch×nhd¹ngcñasµlan,khehëgi÷achóng, ®iÒukiÖnthÝ nghiÖm (m« h×nh hay tµu thùc). Ch÷ TkÝhiÖuchotµu®Èyn»mcuèi ®oµntµukhithö m« h×nh ®oµntµunÕuFrM = FrH th× CRM = CRH. §Ó xÐt ¶nh h ëng t ¬ngt¸cthuû®éngcñac¸csµlan ®èivíilùcc¶nmas¸tcña tÊm t ¬ng ® ¬ng, hÖ sè ma s¸t trung b×nh cña tÊm ® îc tÝnh theo c«ng thøc: n o k i CFoi i i 1 CFo n (9.2.3) i i 1 71