Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt, chương 1

Các thành phần sức cản. Khi tàu chạy trên mặt nước, thân tàu chịu tác dụng của các phản lực không khí và nước. Lực ngược chiều với hướng chuyển động của thân tàu gọi là sức cản tàu thuỷ. Thành phần sức cản tổng hợp tác dụng lên tàu bao gồm: sức cản môi trường nước, sức cản của môi trường không khí và thành phần sức cản phụ do các thiết bị như bánh lái, chân vịt … gây ra. Sức cản do môi trường nước tạo ra là rất lớn, lớn hơn nhiều so với sức cản...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt, chương 1 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ SỨC CẢN TÀU THUỶ. 2.1.1. Các thành phần sức cản. Khi tàu chạy trên mặt nước, thân tàu chịu tác dụng củacác phản lực không khí và nước. Lực ngược chiều với hướngchuyển động của thân tàu gọi là sức cản tàu thuỷ. Thành phần sức cản tổng hợp tác dụng lên tàu bao gồm:sức cản môi trường nước, sức cản của môi trường không khí vàthành phần sức cản phụ do các thiết bị như bánh lái, chân vịt… gây ra. Sức cản do môi trường nước tạo ra là rất lớn, lớn hơnnhiều so với sức cản không khí. Nó ảnh hưởng lớn đến tốc độtàu cũng như các tính năng khác của tàu khi chuyển động, nênluôn được các nhà thiết kế quan tâm và nghiên cứu. 2.1.1.1. Sức cản môi trường nước Khảo sát phân tố diện tích dS trên bề mặt vỏ tàu dưới nước (còn gọi là diện tích mặt ướt S). Lực thuỷ động tác dụng lên phân tố dS được phân tích thành các  thành phần pháp tuyến ( p dS) và tiếp tuyến (  dS). Hình 2.1: Lực thuỷ động tác dụng lên vỏ tàu khi chuyển động tiến theo Ox Tổng hợp các lực trên toàn bộ mặt ướt vỏ tàu, chiếu theophương Ox tương ứng sẽ được các thành phần sức cản có têngọi là sức cản áp suất (Rp) và sức cản ma sát (Rms). R p   pcos(p, (2-1) R ms   cos( (2-2) x)dS ; , x)dS S S 2.1.1.2 Sức cản ma sát (Rms ) Thực chất sức cản ma sát của tàu (Rms) xuất hiện là do độnhớt chất lỏng gây ra ma sát giữa lớp chất lỏng với vỏ tàu vàgiữa các lớp chất lỏng với nhau. Đại lượng này được xácđịnh theo sức cản của tấm phẳng có tính đến độ cong và độnhám của bề mặt vỏ tàu so với tấm phẳng theo công thức tổngquát: V 2 Rms = CmstàuS (2-3) 2Trong đó: V: Vận tốc tàu. S: Diện tích mặt ướt. Cmstàu: Hệ số sức cản ma sát của tàu. Cmstàu được tính theo công thức: Cmstàu = k. Cmstptđ + CbmVới k: Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ cong bề mặtvỏ tàu so vớitấm phẳng, có giá trị nằm trong khoảng (1.02 1.08), phụ thuộcvào tỷ số L/B. Cbm: Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ nhám bềmặt vỏ tàu, thường có giá trị nằm trong khoảng (0.0003 0.0008), phụ thuộc vào vật liệu làm vỏ tàu và điều kiện làmviệc … Cmstptđ:Hệ số sức cản ma sát của tấm phẳng tương đương với tàu, tứclà tấm phẳng có chiều dài và diện tích mặt ướt của tàu, chuyểnđộng trong cùng mộtchất lỏng với tốc độ bằng tốc độ tàu. Nó phụ thuộc vào giá trị sốReynolds.  Re = V * L (2-4)  - Khi Re  2.105: Dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy tầng. 1.32 Cmstptđ8 (2-5) = Re - Khi Re  2.105: Dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy rối. Cmstptđ = 0.45 (2-6) 5 lg 2.58 (Re) - Hoặc theo công thức của Hội nghị quốc tế các bể thử lần VIII(ITTC-1957) Cmstptđ = 0.07 (2-7) 5 (lg Re2 2) 2.1.1.3 Sức cản áp sức (Rp) Khi tàu chuyển động làm phân bố lại áp lực và tốc độ dòng chất lỏng chảyquanh bề mặt vỏ tàu (hiện tượng này gọi là hiện tượng lưutuyến). Hình 2.2: Hiện tượng lưu tuyến của dòng chất lỏng xung quanh bề mặt vỏ tàu Theo định luật Becnuly, ở khu vực mũi và đuôi do tiếtdiện dòng chảy tăng lên nên tốc độ dòng chảy giảm và áp lựcdòng chảy tăng. Trong khi đó tại phần giữa tàu, do các dòngchất lỏng bị ép lên nhau làm giảm tiết diện ngang nên tốc độdòng chảy lại tăng và áp lực trong dòng chảy lại giảm xuống. Kết quả của sự phân bố lại áp lực và tốc độ trong dòngchất lỏng quanh bề mặt vỏ tàu là nguyên nhân gây ra sức cảnáp suất gồm sức cản hình dáng và sức cản sinh sóng. 1. Sức cản hình dáng (Rhd) Sức cản hình dáng xuất hiện là do sự phân bố lại áp lực vàtốc độ trong dòng chất lỏng chảy dọc theo bề mặt vỏ tàu và gâyra khu vực xoáy nằm phía sau đuôi tàunhư sau: Khu vực xoáy Hình 2.3: Sức cản hình dáng Trong khu vực từ mũi về sườn giữa tàu, do các phầntử chất lỏng chuyển động theo chiều giảm của áp lực nêntốc độ các phần tử tăng dần và đạt giá trị lớn nhất tại sườngiữa tàu. Còn khu vực từ sườn giữa tàu về phía đuôi tàu,các phần t ...