ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 16

Nghiên cứu chong chóng bằng thí nghiệm 16.1. Các định luật đồng dạng khi thí nghiệm chong Chóng Khi nghiên cứu chong chóng người ta áp dụng rộng rãi phương pháp thí nghiệm chong chóng trong các ống thuỷ động. Quá trình nghiên cứu đó cho phép kiểm chứng lại các phương pháp tính toán bằng lý thuyết, từ đó xây dựng được các đường cong làm việc của chong chóng, cũng như xác định ảnh hưởng của các đặc điểm tiêu cực đối với các hệ số thuỷ động lực. Các đợt thử hàng loạt mô hình chong chóng trong...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 16 Ch­¬ng 16 Nghiªn cøu chong chãng b»ng thÝ nghiÖm 16.1. C¸c ®Þnh luËt ®ång d¹ng khi thÝ nghiÖm chong Chãng Khi nghiªn cøu chong chãng ng­êi ta ¸p dông réng r·i ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm chong chãng trong c¸c èng thuû ®éng. Qu¸ tr×nh nghiªn cøu ®ã cho phÐp kiÓm chøng l¹i c¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n b»ng lý thuyÕt, tõ ®ã x©y dùng ®­îc c¸c ®­êng cong lµm viÖc cña chong chãng, còng nh­ x¸c ®Þnh ¶nh h­ëng cña c¸c ®Æc ®iÓm tiªu cùc ®èi víi c¸c hÖ sè thuû ®éng lùc. C¸c ®ît thö hµng lo¹t m« h×nh chong chãng trong n­íc tù do ®Òu ®­a ra sè liÖu xuÊt ph¸t ®Ó x©y dùng c¸c ®å thÞ, mµ nhê chóng cã thÓ thiÕt kÕ ®­îc chong chãng vµ tiÕn hµnh tÝnh to¸n ®Æc tÝnh di ®éng cña tµu. C¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh chØ cã thÓ ®¶m b¶o khi tho¶ m·n ®Þnh luËt ®ång d¹ng c¬ häc toµn diÖn gi÷a chong chãng thùc vµ m« h×nh. Tõ c¸c quan ®iÓm chung cña lý thuyÕt ®ång d¹ng c¬ häc toµn diÖn gi÷a ®èi t­îng thùc vµ m« h×nh chØ cã thÓ ®¶m b¶o khi chóng ®ång d¹ng h×nh häc, ®éng häc vµ ®éng lùc häc cña c¸c dßng n­íc bao quanh chong chãng thùc vµ m« h×nh. TÝnh ®ång d¹ng h×nh häc ®­îc tho¶ m·n nÕu tÊt c¶ c¸c kÝch th­íc t­¬ng øng cña chong chãng thùc vµ m« h×nh cña nã n»m trong mét tû lÖ cè ®Þnh ®­îc gäi lµ tû lÖ. Nh­ vËy, tÊt c¶ c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc kh«ng thø nguyªn ®Òu ph¶i b»ng nhau, c¸c ®­êng bao c¸nh vµ pr«phin mÆt c¾t ®ång d¹ng nhau. Yªu cÇu t­¬ng tù còng ®­îc ¸p dông cho c¸c biªn cña dßng ch¶y, vÝ dô nh­ chiÒu s©u cña chong chãng d­íi mÆt tho¸ng. §ång d¹ng ®éng häc cña dßng ch¶y bao quanh chong chãng thùc vµ m« h×nh ph¶i ®­îc tháa m·n ë ®iÒu kiÖn mµ tèc ®é t¹i c¸c ®iÓm t­¬ng øng cña dßng ch¶y ®ã cã h­íng gièng nhau vµ tû sè cña chóng ph¶i cè ®Þnh. §Ó biÓu thÞ tèc ®é ®Æc tr­ng cña chong chãng ta dïng tèc ®é tiÕn vA vµ tèc ®é quay pnD cña mót c¸nh. Lóc bÊy giê: v AH / nH DH = v AM / nM DM = const = J (16.1.1) NghÜa lµ khi chän c¸c tèc ®é ®Æc tr­ng th× ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña c¸c dßng ch¶y lµ b­íc tiÕn t­¬ng ®èi cña chong chãng thùc vµ m« h×nh khi ®· ®ång d¹ng h×nh häc ph¶i b»ng nhau JH = JM. Trong ®ã: chØ sè H - dµnh cho ®èi t­îng thùc, M - cho m« h×nh cña nã. Tõ ®iÒu kiÖn (16.1.1) cÇn thÊy r»ng: sù c©n b»ng nhau cña c¸c b­íc tiÕn t­¬ng ®èi sÏ cho sù b»ng nhau cña c¸c gãc tiÕn trªn tÊt c¶ c¸c b¸n kÝnh tgb = J / p r , ( r = r / R), nghÜa lµ c¸c tèc ®é v E = v A + (rW )2 sÏ cïng h­íng t¹i c¸c ®iÓm t­¬ng øng cña c¸c 2 dßng ch¶y. §ång d¹ng ®éng lùc häc chØ ®¶m b¶o khi tho¶ m·n ®ång d¹ng h×nh häc vµ ®éng häc theo ®Þnh luËt ®ång d¹ng Niut¬n, nghÜa lµ tû sè cña c¸c lùc t­¬ng øng ph¶i cè ®Þnh vµ b»ng tû lÖ tam thõa. C¸c lùc xuÊt hiÖn trªn c¸c c¸nh chong chãng phô thuéc vµo c¸c chuÈn ®ång d¹ng sau: + ChuÈn ®ång d¹ng ¥le: p - p0 Eu = (16.1.2) rv 2 / 2 111 + ChuÈn ®ång d¹ng Frót: Fr = v (16.1.3) gL + ChuÈn ®ång d¹ng R©ynon: Re = v L / g (16.1.4) + ChuÈn ®ång d¹ng Stru-han: Sh = L / v T (16.1.5) Do tû sè cña c¸c lùc lµ cè ®Þnh, nªn c¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn cña c¸c lùc sÏ b»ng nhau. Ta nhËn thÊy r»ng: ®èi víi c¸c dong ch¶y kh«ng bÞ x©m thùc th× gi÷a chong chãng thùc vµ m« h×nh cña nã lu«n tho¶ m·n sù b»ng nhau cña c¸c trÞ sè ¥le. NÕu tèc ®é ®Æc tr­ng cña chong chãng lµ tèc ®é tiÕn v A, thêi gian ®Æc tr­ng lµ T - chu kú cña mét vßng quay T = 1/n vµ kÝch th­íc ®Æc tr­ng D - ®­êng kÝnh cña chong chãng th× trÞ sè Stru-han cã thÓ biÓu thÞ b»ng biÓu thøc sau ®©y: Sh = n D / v A = 1/J , hoÆc J = 1/Sh NghÜa lµ sù b»ng nhau cña c¸c b­íc tiÕn t­¬ng ®èi sÏ ®¶m b¶o tÝnh ®ång d¹ng ®éng häc cña c¸c dßng ch¶y, v× vËy khi thö chong chãng ®ång d¹ng h×nh häc vµ ®éng häc (kh«ng x©m thùc) chØ cÇn ®¶m b¶o sù b»ng nhau cña hai chuÈn Frót vµ R©ynon. Sù b»ng nhau cña c¸c sè Frót nãi lªn sù b»ng nhau cña c¸c hÖ sè ¸p suÊt t¹i c¸c ®iÓm t­¬ng øng cña c¸c dßng ch¶y vµ cã thÓ coi lµ sù tho¶ m·n ®Þnh luËt ®ång d¹ng cña Niut¬n cho c¸c lùc ¸p suÊt sinh ra trªn c¸nh chong chãng. §èi víi chong chãng lµm viÖc trong chÊt láng lý t­ëng v« h¹n (kh«ng xÐt ®Õn Fr vµ Re) th× theo ®Þnh luËt Niut¬n tû sè c¸c lùc ®Èy cña chong chãng thùc vµ m« h×nh cña nã sÏ biÓu diÔn: 4 TIM KTIM rnM DM 2 = =M3 ...