Tài liệu 89823-do an tot nghiep dvc-hoan thanh

LỜI CẢM ƠN Sau hơn bốn tháng nghiên cứu và tính toán, với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Trần Gia Thái, em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp với nội dung: “Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt”. Nhân đây em chân thành gởi lời cảm ơn đến thầy giáo TS.Trần Gia Thái đã hướng dẫn hết sức tận tình trong thời gian em thực hiện đề tài. Em xin cảm ơn Chi cục bảo vệ nguồn lợi thuỷ sản tỉnh Phú Yên, Khánh Hoà đã tạo điều kiện, giúp đỡ em thực tập số liệu tại chi cục trong thời gian thực hiện đề tài. Và em cũng xin được cảm ơn toàn thể thầy giáo trong bộ môn tàu thuyền, cán bộ thư viện trường Đại Học Nha Trang cùng các bạn và những người thân của mình đã giúp đỡ, động viên em rất nhiều trong thời gian thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, ngày 20 tháng 06 năm 2007 Sinh viên thực hiện. Đặng Văn Cường. MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................1 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................3 1.1. TỔNG QUAN. ......................................................................................................... 3 1.2. THỰC TRẠNG BÀI TOÁN SỨC CẢN HIỆN NAY............................................... 4 1.3. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀGIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. ............ 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................6 2.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ SỨC CẢN TÀU THUỶ....................................................... 7 2.1.1. CÁC THÀNH PHẦN SỨC CẢN CỦA TÀU THUỶ ...................................... 7 2.1.2. ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN TÀU THUỶ ..................................................... 10 2.1.3. SỰ THAY ĐỔI SỨC CẢN TÀU SAU MỘT THỜI GIAN SỬ DỤNG ......... 11 2.1.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÁCH TÍNH SỨC CẢN TRUYỀNG THỐNG ....... 12 2.2. NGHIÊN CỨU ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHÂN VỊT TRONG ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC THỰC TẾ ........................................................................................................... 16 2.2.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CHÂN VỊT ............................................................................................................................... 16 2.2.1.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CHÂN VỊT ............................................... 16 2.2.1.2. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CHÂN VỊT .......................... 16 2.2.2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CHI TIẾT CHÂN VỊT... 18 2.2.2.1. ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHÂN VỊT .................................................. 18 2.2.2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CHI TIẾT CHÂN VỊT..................................................................................................... 19 2.3 CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ .................................................................. 25 2.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỒ THỊ VẬN HÀNH TÀU TRONG ĐIỀU KIỆN THỰC TẾ ................................................................................................................... 29 2.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN TÀU THUỶ DỰA VÀO CẶP THÔNG SỐ VẬN TỐC TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT ......................... 34 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN DỰA VÀO CẶP THÔNG SỐ VẬN TỐC TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT CHO MỘT SỐ TÀU CỤ THỂ ...........................................................................................................36 3.1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN HÀNH TÀU PY – 93024 - TS ................................... 36 3.1.1. NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TÀU..................................................... 36 3.1.2. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TÀU PY - 93024 - TS .................................. 38 3.1.3. ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN CỦA TÀU PY - 93024 - TS THEO CÔNG THỨC LENINGRAD...................................................................................................... 47 3.1.4 ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN CỦA TÀU PY - 93024 - TS THEO PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM.................................................................................................. 47 3.2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN HÀNH TÀU KH - 90327 - TS ................................... 54 3.2.1. NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TÀU.................................................... 54 3.2.2. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TÀU KH - 90327 - TS .................................. 55 3.2.3. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC CẢN CHO TÀU KH-90327-TS ................................................................................................................... 64 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................... 66 4.1 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 66 4.1.1. XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN THÔNG QUA CẶP THÔNG SỐ TỐC ĐỘ TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT 66 4.1.2. MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CẢN THÔNG QUA CẶP THÔNG SỐ TỐC ĐỘ TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT 69 4.2 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................72 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp tàu thủy ở nước ta phát triển khá mạnh. Chúng ta đã hạ thuỷ những loạt tàu 100.000 tấn, đã gây được những tiếng vang trên trường quốc tế. Việt Nam có một vị trí rất thuận lợi để phát triển ngành công nghiệp đóng tàu cũng như phát triển ngành khai thác thuỷ - hải sản.Việt Nam có Biển Đông, cửa ngỏ của châu Á. Biển Đông có diện tích 3.447.000 km2 (648.000 hải lý vuông), một trong 6 biển lớn nhất của thế giới, nối với hai đại dương là Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, có 10 quốc gia và thực thể bao bọc: Việt Nam, Trung Quốc, Brunây, Campuchia, Thái Lan, Malaysia, Inđônêsia, Đài Loan, Philipin. Bờ biển Việt Nam dài hơn 3.260 km, đứng thứ 27 trong số 157 quốc gia ven biển, các đảo quốc và các lãnh thổ trên thế giới. Về hải sản có khoảng 2.040 loài cá, trong đó khoảng 110 loài có giá trị kinh tế [15]. Chính vì những điều kiện thuận lợi mà thiên nhiên ban tặng cho Việt Nam, chúng ta phải nổ lực phát huy. Thấy được những ưu thế đó, chính phủ ta đã có những chính sách hợp lý trong thời gian qua. Đã đầu tư mạnh cho ngành công nghiệp đóng tàu, đã có những đội tàu đánh bắt xa bờ. Nhưng chúng ta chưa có những đội ngũ quản lý về ngành công nghiệp đóng tàu hùng hậu, chưa có nhiều những công trình nghiên cứu về ngành tàu. Do đó mỗi mùa mưa bão đến, thiên tai về thì hậu quả đổ hết lên ngư dân. Bài toán về mức độ an toàn và hiệu quả khai thác của liên hợp tàu đã và đang đặt ra cho các nhà quản lý cũng như các nhà nghiên cứu nhiều vấn đề cần giải quyết trong thực tế . Bài toán đặt ra trước mắt là về khai thác hiệu quả đội tàu đánh cá xa bờ, như bài toán về xác định công suất động cơ cũ lắp trên tàu, tính sức cản để tính chân vịt và chọn máy phù hợp v..v… Trước những yêu cầu cấp thiết đó, các nhà quản lý và nghiên cứu trường Đại Học Nha Trang, cụ thể là bộ môn Đóng Tàu đã có nhiều công trình cống hiến cho ngành Thuỷ Sản.Qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường chúng tôi nhận thấy bài toán xây dựng đường cong sức cản tàu thuỷ trong điều kiện khai thác thực tế 2 còn bỏ ngỏ. Được sự đồng ý khoa cơ khí của trường đã giao cho tôi giải quyết bài toán này trong luận văn tốt nghiệp với nội dung “Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt”. Qua thời gian tìm hiểu, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Trần Gia Thái cùng với sự động viên giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn, em đã hoàn thành nội dung đề tài. Nội dung đề tài gồm bốn phần: Chương 1: Đặt vấn đề. Chương 2: Cơ sở lý thuyết . Chương 3: Kết quả tính toán cho một tàu cụ thể. Chương 4: Nhận xét và đề xuất ý kiến. Song với thời gian thực hiện không nhiều cùng với hiểu biết còn hạn chế nên đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô và các bạn đã động viên giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài, đặc biệt em xin cảm ơn thầy giáo TS.Trần Gia Thái đã hướng dẫn em rất tận tình trong thời gian thực hiện đề tài. Nha Trang, ngày 05 tháng 02 năm 2007 Sinh viên thực hiện Đặng Văn Cường 3 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. TỔNG QUAN. Như chúng ta biết, xác định sức cản là một trong những bài toán quan trọng trong quá trình thiết kế tàu, cơ sở để tính chọn công suất máy và chân vịt một cách hợp lý và xác định tốc độ của tàu thiết kế, nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và đảm bảo an toàn cho tàu đi biển. Do đó, vấn đề xác định chính xác sức cản, nhất là trong điều kiện khai thác thực tế có vai trò ý nghĩa quan trọng. Bài toán sức cản đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Về mặt lý thuyết, sức cản thường được tính theo nhiều phương pháp, trong đó phổ biến nhất là tính theo các công thức gần đúng, xây dựng dựa trên cơ sở thống kê các số liệu khi thử nghiệm hệ thống các mô hình tàu trong bể thử. Việc tính sức cản tàu theo các công thức gần đúng thường đơn giản nhưng có độ chính xác thấp, phụ thuộc chủ yếu vào sự sai khác giữa đường hình của mô hình tàu làm thử nghiệm với đường hình của tàu tính toán. Mặt khác, các phương pháp tính sức cản hiện nay không cho phép xác định được sức cản tàu trong điều kiện khai thác thực tế của liên hợp, khi mà công suất của động cơ đã bị yếu đi so với định mức, còn bề mặt vỏ tàu và chân vịt đã bị ăn mòn, bám bẩn sau một thời gian khai thác. Điều này đã có ảnh hưởng không tốt đến hiệu quả khai thác và mức độ an toàn của liên hợp tàu. Chính vì lý do đó, việc tìm kiếm một giải pháp hữu hiệu để xác định đường cong sức cản đảm bảo được độ chính xác cần thiết, đặc biệt là đối với tàu đánh cá vỏ gỗ, có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế cũng như trong điều kiện khai thác thực tế. Từ công trình nghiên cứu của TS Trần Gia Thái, chúng tôi đặt vấn đề xây dựng đường cong sức cản dựa vào cặp thông số vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n, những thông số này có khả năng xác định đơn giản bằng dụng cụ đo cầm tay. Kết quả nghiên cứu đề tài này hy vọng sẽ giúp ích cho quá trình tính toán thiết kế cũng như trong khai thác thực tế. Đó là nội dung sẽ trình bày trong đề tài : “Nghiên cứu 4 phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt”. 1.2. THỰC TRẠNG BÀI TOÁN TÍNH SỨC CẢN HIỆN NAY. Như đã phân tích ở trên, bài toán tính sức cản tàu là một bài toán khó, phức tạp, do phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: vận tốc tàu, môi trường hoạt động, đặc điểm hình học vỏ tàu… Chính vì đặc điểm này nên các nhà khoa học luôn đi tìm cách nghiên cứu và xác định nó. Hiện nay, bài toán tính sức cản thường sử dụng công thức tính sức cản gần đúng. Các công thức tính sức cản gần đúng không đánh giá được độ chính xác. Ví dụ, đối với tàu đánh cá vỏ gỗ thường sử dụng công thức của Viện Thiết kế Leningrad do việc tính toán đơn giản và công thức của Võ Văn Trác. Nhưng công thức của Võ Văn Trác được xây dựng cho mẫu tàu sông Việt Nam vào những năm 70, cho đến nay không còn phù hợp nữa. Hiện nay, bài toán tính sức cản tàu sau một thời gian khai thác còn gặp nhiều khó khăn. Chính vì thực trạng đã đặt ra bài toán xác định sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n. 1.3. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu xây dựng đường cong sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n. Đây là bài toán ngược, khi đã biết công suất động cơ N, tốc độ tàu V, số vòng quay chân vịt n trong điều kiện khai thác thực tế nhờ thiết bị đo. Từ những thông số đầu vào là tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n để xây dựng đồ thị vận hành tàu thực nghiệm từ đó xác định sức cản tàu. Bài toán xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n được xác định trên cơ sở lý thuyết và những kết luận luận án tiến sĩ “ Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đạt hiệu quả khai thác của liên hợp máy - vỏ - chân vịt tàu thuỷ” của T.S Trần Gia Thái. Trong phạm vi đề tài, chúng tôi chỉ đặt vấn đề xác định đường cong sức cản đối với loại tàu đánh cá vỏ gỗ. Với những nội dung được trình bày như sau: 5 Chương 1: Đặt vấn đề. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Xây dựng đường cong sức cản dựa vào cặp thông số vận tốc tàu và số vòng quay chân vịt cho một số tàu cụ thể. Chương 4: Phân tích kết quả, nhận xét và đề xuất ý kiến. 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. 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 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 không khí. Nó ảnh hưởng lớn đến tốc độ tàu cũng như các tính năng khác của tàu khi chuyển động, nên luôn 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 theo phương Ox tương ứng sẽ được các thành phần sức cản có tên gọi là sức cản áp suất (Rp) và sức cản ma sát (Rms). 7 R p   pcos(p, x)dS (2-1) ; S R ms   cos( , x)dS (2-2) S 2.1.1.2 Sức cản ma sát (Rms) Thực chất sức cản ma sát của tàu (Rms) xuất hiện là do độ nhớt chất lỏng gây ra ma sát giữa lớp chất lỏng với vỏ tàu và giữa các lớp chất lỏng với nhau. Đại lượng này được xác định theo sức cản của tấm phẳng có tính đến độ cong và độ nhám của bề mặt vỏ tàu so với tấm phẳng theo công thức tổng quát:  2 Rms = Cmstàu V S 2 Trong đó: V: Vận tốc tàu. S: Diện tích mặt ướt. (2-3) Cmstàu: Hệ số sức cản ma sát của tàu. Cmstàu được tính theo công thức: Cmstàu = k. Cmstptđ + Cbm Với k: Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ cong bề mặt vỏ tàu so với tấm phẳng, có giá trị nằm trong khoảng (1.02 1.08), phụ thuộc vào tỷ số L/B. Cbm: Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt vỏ tàu, thường có giá trị nằm trong khoảng (0.0003  0.0008), phụ thuộc vào vật liệu làm vỏ tàu và điều kiện làm việc … Cmstptđ: Hệ số sức cản ma sát của tấm phẳng tương đương với tàu, tức là tấm phẳng có chiều dài và diện tích mặt ướt của tàu, chuyển động trong cùng một chất lỏng với tốc độ bằng tốc độ tàu. Nó phụ thuộc vào giá trị số Reynolds. Re = V *L (2-4)  - Khi Re  2.105: Dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy tầng. Cmstptđ = 1.328 (2-5) Re - Khi Re  2.105: Dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy rối. Cmstptđ = 0.455 2.58 (2-6) lg (Re) - Hoặc theo công thức của Hội nghị quốc tế các bể thử lần VIII(ITTC-1957) 8 Cmstptđ = 0.075 (lg Re 2) 2 (2-7) 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 chảy quanh bề mặt vỏ tàu (hiện tượng này gọi là hiện tượng lưu tuyến). 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 tiết diện dòng chảy tăng lên nên tốc độ dòng chảy giảm và áp lực dòng chảy tăng. Trong khi đó tại phần giữa tàu, do các dòng chất lỏng bị ép lên nhau làm giảm tiết diện ngang nên tốc độ dòng 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 dòng chất lỏng quanh bề mặt vỏ tàu là nguyên nhân gây ra sức cản áp 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 và tốc độ trong dòng chất lỏng chảy dọc theo bề mặt vỏ tàu và gây ra khu vực xoáy nằm phía sau đuôi tàu như sau: Khu vực xoáy Hình 2.3: Sức cản hình dáng 9 Trong khu vực từ mũi về sườn giữa tàu, do các phần tử chất lỏng chuyển động theo chiều giảm của áp lực nên tốc độ các phần tử tăng dần và đạt giá trị lớn nhất tại sườn giữa tàu. Còn khu vực từ sườn giữa tàu về phía đuôi tàu, các phần tử chất lỏng lại chuyển động theo chiều tăng áp lực nên tốc độ các phần tử giảm dần, do đó động năng cũng giảm dần. Riêng lớp chất lỏng chạy sát vỏ tàu, do sự ma sát với bề mặt vỏ tàu nên năng lượng của nó ngoài khắc phục sự tăng của áp lực còn phải thắng được sự ma sát nên bị giảm rất nhanh và đến một lúc nào đó, dưới sự tăng của áp lực trong dòng chảy chất lỏng sẽ làm xuất hiện một dòng chất lỏng chảy ngược sát bề mặt vỏ tàu, hướng cùng chiều chuyển động của tàu. Dòng chất lỏng ngược ép và tách lớp biên khỏi bề mặt vỏ tàu, tạo ra vùng xoáy sau đuôi tàu, làm áp lực phía sau đuôi tàu giảm tạo ra một lực cản, được gọi là sức cản hình dáng của tàu. 2. Sức cản sinh sóng (Rss) Sức cản sinh sóng xuất hiện cũng do sự phân bố lại áp lực và tốc độ dòng chất lỏng chảy dọc bề mặt vỏ tàu, gây ra các hệ thống sóng xung quanh tàu khi chuyển động.  Sóng ngang  Sóng lan toả Hình 2.4: Sức cản sinh sóng Ở khu vực mũi và đuôi tàu, do áp lực trong dòng chất lỏng lớn hơn áp lực khí quyển nên mặt nước bị đẩy nhô lên, ngược lại ở giữa tàu mặt nước hạ xuống hình thành lên các sóng tàu. Do khu vực mũi và đuôi tàu là nơi có độ cong lớn nên là các tâm hình thành sóng đầu tiên vì vậy sóng tàu gồm sóng mũi, sóng đuôi và trong mỗi hệ thống sóng lại chia thành hai nhóm là sóng lan toả và sóng ngang. Năng lượng tổn thất do tạo sóng là công của sức cản sinh sóng. 10 2.1.2 Đường cong sức cản tàu thuỷ Quá trình làm việc của bộ phận vỏ tàu trong liên hiệp tàu thường được đặc trưng bởi đường đặc tính vỏ tàu hay còn gọi là đường cong sức cản vỏ tàu, là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa sức cản vỏ tàu R hoặc công suất kéo có ích N với vận tốc chuyển động của tàu V.(hình 2-5). R (kG) 7500 7000 R=f(V) 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1 2 3 3,5 4 5 6 7 8 9 10 11 12 V(Hl/h) Hình 2.5: Đồ thị đường cong sức cản tàu thuỷ Đường cong sức cản tàu thường được xây dựng ở chế độ làm việc định mức, tương ứng trường hợp bề mặt vỏ tàu hoàn toàn sạch. Tuy nhiên trong điều kiện khai thác thực tế, ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng như sự thay đổi tình trạng kỹ thuật của bề mặt vỏ tàu do quá trình ăn mòn và bám bẩn, sự thay đổi của chế độ tải trọng của tàu và các điều kiện hàng hải vùng tàu chạy nên đường cong sức cản tàu thuỷ sẽ thay đổi so với chế độ định mức. Về bản chất, đường cong sức cản chính là đường đặc trưng cho quá trình làm việc của vỏ tàu trong liên hợp tàu. 11 2.1.3. Sự thay đổi sức cản tàu sau thời gian khai thác. Ảnh hưởng của sự bám bẩn đến quá trình làm việc vỏ tàu được xác định theo phương pháp thực nghiệm bằng cách tổ chức kéo tàu thật với bề mặt vỏ tàu đã bị bám bẩn nhằm xác định đường đặc tính vỏ tàu ngay trong điều kiện thực tế. Tuy nhiên, do quá trình bám bẩn thường mang tính chất ngẫu nhiên nên hiện nay các kết quả thực nghiệm thường chỉ được công bố dưới dạng các số liệu thống kê cho một số tàu được nghiên cứu mà chưa xác định được phương pháp tính cụ thể. Ví dụ, theo các nhà nghiên cứu Anh, sức cản vỏ tàu tăng trung bình 0,25% trong một ngày đêm ở vùng nước nhiệt độ trung bình và 0,5% ở vùng xích đạo. Trong khi đó, các nhà khoa học Ý thì cho rằng 6 tháng hoạt động, vận tốc tàu sẽ bị giảm khoảng (1,5 – 2) hl/h, còn các nhà khoa học Mỹ cứ một năm khai thác vận tốc giảm khoảng (1,5 – 2) hl/h, riêng nhà khoa học Đức M.Ragg cho rằng sau một ngày đêm hoạt động thì sức cản vỏ tàu tăng 0,5% và khi độ nhám bề mặt vỏ tàu tăng 2mm thì vận tốc giảm 3%. Hình (2-6) là kết quả thực nghiệm xác định sự thay đổi của đường đặc tính vỏ tàu theo thời gian khai thác đối với một số tàu cụ thể (trích từ tài liệu tham khảo [5] của TS Trần Gia Thái). R  R0 R0 Hình 2.6: Ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đến sự thay đổi sức cản vỏ tàu. Trong đó: R : Sức cản tàu ở chế độ thực tế. R0 : Sức cản tàu ở chế độ định mức. 12 2.1.4.Giới thiệu một số công thức tính gần đúng tính sức cản tàu. Đường cong sức cản vỏ tàu là hàm của vận tốc R = f(V), theo cách tính truyền thống thì đường cong sức cản vỏ tàu được thể hiện trong đồ thị (R,V). Hiện nay, có nhiều phương pháp tính sức cản vỏ tàu như: công thức hải quân, phương pháp Papmen, phương pháp Ayre, Zvonkov, Leningrad… Mỗi phương pháp tính sức cản đều là công thức gần đúng, và có một phạm vi ứng dụng riêng. Sau đây là một số công thức gần đúng để tính sức cản tàu: Công thức của Viện Thiết kế Leningrad: R  0,17V 1, 825  1,45(24    1,1L.T (1,16  1,25 L 5/ 2 w 4 ) B  L2 V (2-8) B ) T (2-9) Trong đó: R - sức cản vỏ tàu (KG). V - vận tốc tàu (m/s)  - hệ số thể tích chiếm nước.  - diện tích mặt ướt của tàu (m2). W - lượng chiếm nước tàu (tấn). L,B,T - chiều dài, rộng, mớn nước thiết kế tàu (m). Ngoài công thức của Viện thiết kế Leningrad tính sức cản cho tàu cá còn công thức của Võ Văn Trác, công thức Kao-Mu-Ko (Nhật Bản) Công thức Võ Văn Trác Công thức này được xây dựng dựa trên cơ sở thử mô hình 32 tàu mẫu cá của Việt Nam. Theo công thức này, sức cản cũng được chia thành: R = Rms + Rd. (2-10) Rms - Sức cản ma sát được xác định theo sức cản của tấm phẳng B L Rd - Sức cản dư xác định theo đồ thị thực nghiệm R d  f ( , Fr , ,  ) . D T B 13 Đồ thị xác định sức cản dư chỉ được tính cho hai trường hợp B/T = 2,5 và B/T = 4. Trong trường hợp có tỷ số B/T khác có thể sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính. Phạm vi sử dụng công thức này là: 0,16  Fr  0,38; LWL  25 (m); 0,56  CP  0,68; 3  L/B  4,6; Cm = 0,87; 2,5  B/T  4,0; XC = 0%. Công thức Kao-Mu-Ko Công thức này được áp dụng để tính công suất hữu ích cho tàu cá làm bằng gỗ. Công thức căn cứ vào kết quả thí nghiệm loại tàu cá làm bằng vỏ gỗ có lượng nước đầy khoảng 95 tấn theo tiêu chuẩn đã quy định của Hiệp hội tàu cá Nhật bản. Phạm vi sử dụng của công thức: 0,16  Fr  0,38; 0,55  CP  0,75; 2,2  L/B  3; Cm = 0,903; XC = 0%; 7,5  /(0,1L)3  15. 14 Bảng 2.1: Bảng tính sức cản theo công thức Võ Văn Trác TT CÔNG THỨC TÍNH V gL Fr= 1 Đơn vị Fr1 2 v = (1)* gL m/s 3 v2 = (2)2 (m/s)2 4 V V 0.515  1 * (2) 0.515 hl/h 5 R 0  ( B  4)  T - 6 R0  ( B  2.5)  T - 7 (5) – (6) - 8 (7)* B / T  2.5 1.5 - 9 (8)+(6) = R 0 - 10 R0 = (9)* KG 11 Độ nhớt động học  m2/s 12 13 14  Re = f = VL  - 0.075 - 2 lg Re 2 nh - B ) T 15 =L*T*(1.07+1.7*CP* 16 ( f   nh) *  *  * V Rf = 2 17 18 19 R = R0 + Rf EHP1 = Tốc độ tàu (trị số Froude) R *V 75 EHP = 1.13* EHP1 m2 2 KG KG HP HP Fr2 Fr3 Fr4 Fr5 15 Bảng 2.2: Bảng tính sức cản theo công thức Kao-Mu-Ko TT CÔNG THỨC TÍNH V gL - B  3) T - B  2.2 ) T - 1 Fr= 2 0 *100( 3 0 *100( 4 5 6 Đơn vị (2) – (3) (4)* - B / T  2.2 0.8 - 0 *100 = (3) + (5) - 3 7 8  V  3   =(1)  gL  EHP0 100 *  0 ( Fr ) 3 -   f ( L, 3 - ( L / 10) 9 EHP0 = (8)*(7)*(6) HP 10 EHP f  f(Fr,L)  HP/m2 11 EHPf = (10)* HP 12 EHP1 = (9)+(11) HP 13 EHP = 1.13*(12) HP 14 V = (1)*6.085* L hl/h 15 =ks*kCM*ka*(L)0.5 m2 16 R= 75 * EHP1 V KG Tốc độ tàu (trị số Froude) Fr2 Fr3 Fr4 Fr5 16 2.2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHÂN VỊT TRONG ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC THỰC TẾ. 2.2.1. Đặc điểm cấu tạo và các thông số kỹ thuật của chân vịt. 2.2.1.1 Đặc điểm cấu tạo chân vịt: Qua khảo sát thực tế thì hầu hết tàu cá Việt Nam đang sử dụng kiểu chân vịt seri B-Wagenigen. Hiện tại hai tỉnh Khánh Hoà và Phú Yên tàu đánh cá vỏ gỗ lắp chân vịt có các đặc điểm sau: Đường kính chân vịt D: 1m – 1,6m. Số cánh Z 3 (cánh) : Góc nghiêng của cánh: 150. Chiều dày lớn nhất của Profin cánh e: 0.05 – 0.08 Đường kính may ơ dp : 0.180 – 0.288 Tỷ số mặt đĩa  0.50 và 0.65 Tỷ số bước xoắn: H/D = 0.6 2.2.1.2. Các thông số kỹ thuật của chân vịt Những thông số hình học ảnh hưởng đến đặc tính chân vịt: - Tỷ số bước xoắn H/D. - Tỷ số mặt đĩa . - Số lượng cánh chân vịt Z. - Dạng cánh, dạng profin, chiều dày cánh không ảnh hưởng đáng kể và được coi là thứ yếu. Tỷ số H/D thường từ 0.5 – 2. Tỷ số này càng cao thì hiệu suất chân vịt càng giảm. Tỷ số  thông thường từ 0.3 – 1.2. Tỷ số này càng lớn thì hiệu suất chân vịt càng giảm cho nên không suất hiện sủi bọt thì nên lấy  nhỏ, nhưng không dưới 0.35. Khi có hiện tượng sủi bọt thì lấy tăng lên. Số cánh chân vịt Z không ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính chân vịt. Nói chung chân vịt không bị hạn chế bởi vỏ tàu thì số lượng chân vịt càng nhiều thì hiệu suất chân vịt càng giảm. Nhưng nếu bị khống chế đường kính chân vịt thì hiện 17 tượng có khi ngược lại, nghĩa là phải tăng số cánh để tăng hiệu suất chân vịt. Số cánh chân vịt Z = 2 ÷ 5. Thông thường Z = 3 ÷ 4. Chế độ làm việc của chân vịt bước xoắn cố định trong liên hợp sẽ được đặc trưng bởi hai thông số kỹ thuật chủ yếu là lực đẩy P và mômen cản M. Tuy nhiên, do các nghiên cứu về chân vịt đều được thực hiện bằng phương pháp thử nghiệm mô hình trong bể thử nên trong thực tế thường được xác định gián tiếp thông qua hệ số lực đẩy KT và hệ số mômen KQ (KT, KQ xác định theo công thức 2-11,2-12). KT  KQ  P 2 n D M 2 (2-11) 4 n D 5  716,2 N p 3 n D 5 Vp J  nD p  KT J K Q 2 (2-12) (2-13) (2-14) Trong đó: P - lực đẩy chân vịt M - momen quay chân vịt. n - tốc độ quay của chân vịt (KG) (KG.m) (s-1) Vp - tốc độ tịnh tiến của chân vịt (m/s) D - đường kính chân vịt (m)  - khối lượng riêng của nước (KG.s2/m4) Khi thử nghiệm các mô hình chân vịt trong bể thử thường tiến hành xác định các hệ số KT, KQ bằng cách chân vịt mô hình hoạt động ở các chế độ làm việc ứng với sự phối hợp các giá trị số vòng quay chân vịt n và vận tốc tàu V khác nhau, đặc trưng bởi hệ số bước thực J xác định theo công thức (2-13). Tại mỗi chế độ làm việc của chân vịt tương ứng với các giá trị hệ số J = const, sử dụng thiết bị đo để xác định lực đẩy P và mômen cản M của chân vịt mô hình và sau đó thể hiện mối quan hệ giữa các hệ số KT, KQ theo các giá trị J khác