ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ

1
Lờinóiđầu
Vớisựpháttriểnkhôngngừngcủangànhkinhtếvậntảisôngbiển,thì việcnghiên
cứuvàcảitiếncácloạithiếtbịđẩytàuđóngmộtvaitrò hếtsứcquantrọng.Bởilẽ
chúng có liên quan trực tiếp tới các chỉ tiêu kinh tế và khai thác của mỗi con tàu cụ thể.
Sự pháttriểncủangành đóngmới,nhấtlàtronglĩnhvựcthiếtbịđẩytàuvàonhững
nămgầnđây đãđemlạinhữngthay đổivềchất.Trongthựctếđã có thể giải đ ợcmột

2
3
Ch ơng, mục Tên ch ơng, mục Trang số
01
Mục lục 03
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 07
Phần 1
Lực cản chuyển động của tàu
09
Ch ơng 1
09
1.1
Đối t ợng của môn học 09
1.2
Lực cản chuyển động của tàu thuỷ và các thành phần của
lực cản
10
1.3
Những công thức chung
để tính toán lực cản và công suất kéo của tàu
15
1.4
Đặc điểm thay đổi lực cản 18
1.5
Xác định lực cản của n ớc đối với chuyển động của tàu
bằng các đặc tr ng của vết thuỷ động
20
1.6
Mặt ớt của tàu và cách tính diện tích mặt ớt 22
Ch ơng 2

Sự hình thành sóng bản thân khi tàu chuyển động 43
3.2
Các tính chất của lực cản sóng 46
3.3
Các ph ơng pháp giảm lực cản sóng 47
Ch ơng 4
49
4.1
Lực cản khi tàu chuyển động trong n ớc cạn 49
4.2
Lực cản khi tàu chuyển động trong kênh đào 51
4
4.3
Nghiên cứu lý thuyết về lực cản của tàu chuyển động
trong kênh đào
53
Ch ơng 5
55
Ch ơng 6
57
6.1
Bể thử mô hình tàu 57
6.2
Tính chuyển lực cản từ mô hình sang tàu thực 59
Ch ơng 7
61
7.1
Phân loại các ph ơng pháp gần đúng để tính lực cản 61
7.2
Ph ơng pháp tính lực cản d 62

Các đặc tính thuỷ động của bề mặt l ớt 75
Ch ơng 11
77
11.1
Tàu cánh ngầm 77
11.2
Các đặc tính thuỷ động của cánh ngầm 80
11.3
Dòng bao vật thể và lực cản
khi có hiện t ợngxâm thực
80
11.4
Lực cản tàu đệm khí kiểu buồng 81
11.5
Lực cản của tàu đệm khí kiểu phun 83
5
Phần 2
thiết bị đẩy Tàu thuỷ
85
Ch ơng 12
85
12.1
Khái niệm cơ bản về thiết bị đẩy tàu 85
12.2
Các kiểu thiết bị đẩy và tính chất của chúng 86
Ch ơng 13
91
13.1
Các yếu tố hình học chính của chong chóng 91
13.2

Sử dụng các đồ thị thiết kế chong chóng cánh hẹp 119
Ch ơng 17
121
17.1
Khái niệm chung về sự t ơng tác thuỷ động giữa thiết bị
đẩyvà thân tàu
121
17.2
Dòng theo và các thành phần của nó 121
17.3
Dòng theo có ích và tốc độ của dòng theo 124
17.4
Lực hút 126
17.5
Các số liệu thực nghiệm về các hệ số t ơng tác thuỷ động
giữa thiết bị đẩy với thân tàu
128
17.6
Hiệu suất của thiết bị đẩy và các thành phần của nó 130
Ch ơng 18
131
18.1
Khái niệm về sự xâm thực 131
18.2
Xâm thực khi dòng n ớc bao các mặt chịu lực và các
thiết bị đẩy tàu
133
18.3
Tiếng ồn do xâm thực và độ ăn mòn chong chóng 136
6

Sức bền của chong chóng 160
Ch ơng 21
165
21.1
L ợng tiêu thụ năng l ợng của thiết bị đẩy và các ph ơng
pháp giảm nó
165
21.2
Việc áp dụng chong chóng có đ ờng kính tăng thêm khi
vòng quay giảm xuống
166
21.3
Việc giảm tổn thất do dòng chảy bị xoắn 167
Ch ơng 22
169
22.1
Các đặc tính hình học của hệ chong chóng- Đạo l u 169
22.2
Các đặc tính động lực, động lực học, cơ thuỷ học của hệ
chong chóng- đạo l u
169
22.3
Đặc điểm thiết kế hệ chong chóng- đạo l u 172
7
DAnhmụccáckýhiệu,cácchữ viếttắt
A
0
- Diện tích mặt đĩa chong chóng
A
E


- Véc tơ tốc độ cảm ứng

x
,

- Thành phần dọc trục và tiếp tuyến của tốc độ cảm
ứng
n - Vòng quay của chong chóng
-Tốc độ góc quay của chong chóng
J - B ớc tiến t ơng đối của chong chóng
J = v
A
/(nD)
i
T
, i
Q
- Hệ số ảnh h ởng của tr ờng tốc độ không
đồng đều tới lực đẩy và mômen quay
- Hệ số dòng theo định mức

x
,

- Thành phần dọc trục và tiếp tuyến của hệ số dòng
theo định mức
W
T
- Hệ số dòng theo tính toán

- B ớc tiến cảm ứng của chong chóng

I
= r ( v
A
+
x
)/(r

)

o
- Số xâm thực của chong chóng

o
= 2(P
0
P
v
)/(. v
2
)
8
C
x
- Hệ số cản của phần tử cánh
C
x
= 2X/(. v
R

A
2
.A
0
)
F

- Véc tơ lực thuỷ động tác dụng lên cánh chong chóng
K
DE
- Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực kéo
EDE
TDvK .
K
DT
- Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực đẩy khi đ ờng
kính không đổi
TDvKJK
ATDT
/
K
NT
- Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực đẩy khi vòng
quay không đổi

4
4
/. TnvKJK
ATNT


- Mômen quay của chong chóng trong n ớc tự do và
sau thân tàu
T, T
B
- Lực đẩy của chong chóng trong n ớc tự do và sau
thân tàu
T
E
- Lực kéo của chong chóng, RT
P
Z
E


- Hệ số chất l ợng ng ợc của phần tử cánh
= C
X
/C
Y

0
- Hiệu suất của chong chóng làm việc trong n ớc tự do

0
= (
t
/ 2)(K
T
/ K
Q


I
- Hiệu suất cảm ứng của chong chóng
9
Phần1
Lựccảnchuyển độngcủatàu
Ch ơng 1
Kháiniệmchungvềlựccảnchuyển độngcủatàu
Mộttrongnhữngtínhchấthànhhảiquantrọngnhấtcủatàulàtínhdi động,nghĩa
là khả năngpháthuy đ ợcvậntốclớnnhấtkhisửdụnghiệuquả côngsuất đã chocủa
thiếtbịnăng l ợngchính.Tínhdi độngphụ thuộcvàokíchth ớc,kếtcấu,hìnhdáng
thântàu,trạngtháicủavỏtàu,loại độngcơ,côngsuấtvàđặctínhcủađộngcơcũng
nh các điềukiệnchuyển động.Tínhdi độngkhôngthể đ ợcxemxétbiệtlậpvớitính
nổi,tính ổn định,tínhchòngchànhvàtính ănlái. Đểđánhgiá tínhdi độngtrongcác
điềukiệnkhácnhauphảicósốliệuvềlựccảnchuyển độngcủatàu,cácđặctínhcủa
thiếtbịđẩyhoặccủatàukéotạolựckéođể kéotàu.Sựlàmviệccủabấtcứloạithiếtbị
đẩynàotuỳ mức độ cóảnh h ởng đếncấutrúccủadòngchảybaoquanhthântàuvà
làmthay đổilựccảnchuyển độngcủatàu.Tuynhiênth ờngth ờnglựccảnthântàu
đ ợcxemxétbỏqua ảnh h ởngcủathiếtbịđẩy,cònlựcbổsungdo ảnh h ởng đó và
lựccảncủabảnthânthiếtbịđẩy đ ợcxemxétriêngbiệtkhitínhtoánhiệusuấtcủa
thiết bị đẩy.
Tronggiáotrìnhtaxemxétcácnguyênnhângâyralựccảnchuyển động,sựthay
đổicáclựcđó,cácph ơngphápxácđịnh,cácbiệnphápthay đổivàgiảmlựccản.Do
vậytaphảinghiêncứucấutrúccủadòngchảy ở gầnthântàu,từđó phụ thuộcquá
trình phát sinh lực cản.
Nhữngsốliệunhận đ ợctừkếtquả tínhtoánlựccản,nhữngkhuyếnnghị về các
ph ơngphápgiảmlựccản đ ợcdùngtrongthiếtkếtàukhichọncáckíchth ớcchính,
hình dáng thân tàu, tính toán thiết bị đẩy và chọn thiết bị năng l ợng chính.
Hiệnnaytrongnghiêncứulựccảnchuyển độngcủatàung ờitadùngph ơng
phápnghiêncứulýthuyếtvàph ơngphápnghiêncứuthựcnghiệm.Tínhtoánlựccản

C
i
- Hệ số cản cảm ứng
C
H
- Hệ số cản lỗ, hốc
C
P
- Hệ số cản áp lực
C
R
- Hệ số cản d
C
S
- Hệ số cản toé n ớc
C
V
- Hệ số cản nhớt
C
VP
- Hệ số cản hình dáng
C
W
- Hệ số cản sóng
C
WB
- Hệ số cản phá sóng mũi
C
y
- Hệ số lực nâng

V - Thể tích l ợng chiếm n ớc
v, v
x
, v
y
, v
z
- Tốc độ và các thành phần của nó
- Góc vào n ớc (góc tới) của cánh
- Chiều dày lớp biên
* - Chiều dày nén của lớp biên
** - Chiều dày tổn thất xung của lớp biên
- Hệ số nhớt động học của chất lỏng
- Khối l ợng riêng của chất lỏng
- Số xâm thực
, - Thế vận tốc
- Diện tích mặt ớt của tàu
Khitàuchuyển độngtrongchấtlỏngsẽxuấthiệnlựcthuỷđộng,màtrị số củanó
phụ thuộc vào khối l ợng riêng và độ nhớt của chất lỏng.
Khối l ợngriêng-kíhiệu , đơnvịkg/m
3
.Khối l ợngriêngcủa n ớc ítthay đổi
khithay đổi áplực,vậy n ớccoinh khôngnén đ ợcvàđồngnhất,songkhối l ợng
riêng của n ớc lại thay đổi nhiều theo nhiệt độ.
Trong ngành đóng tàu ta sử dụng số liệu của LiênBang Nga.
nhiệt độ t = 4
o
C:
11
- Đối với n ớc ngọt = 1000 kg/m

xuất hiện và phân bố liên tục. Tại mỗi điểm trên véctơ c ờng độ của lực mặt là
n
P
Hình 1.1. Hệ toạ độ khảo sát chuyển động của tàu.
Hìnhchiếucủa
n
P
lênph ơngpháptuyến
n
củaphântốdiệntích d làáplực
thuỷ động p
Còn hình chiếu của
n
P lên ph ơng của đ ờng dòng đi qua d là ứng suất tiếp
o
p và
o
có thể đo trực tiếp hoặc tính toán bằng các quan hệ trong cơ chất lỏng.
N ớctácdụnglênphầnngâm n ớccủatàulàlựcthuỷđộng,cònkhôngkhí tác
dụnglênphầnkhô củatàulàlựckhíđộng,vậytổnghợpcáclựckểtrên trên bề mặt của
tàu gọi là lực thuỷ khí động học.
Lựcthuỷ khíđộnghọclàmộthệthốnglựcmặt,vìvậycóthể chuyểnnóvềmột
véctơ chính
R
và một mômen chính
M
xác định theo các công thức (1.2.3) và (1.2.4)
12



-Trục y h ớngvề phía mạn phải
-Trụcz h ớng lên trên
Haihệtoạđộ x
1
y
1
z
1
và xyzsẽtrùngnhaukhitàukhôngchuyển động.Cònkhitàu
chuyển động hai trục x
1
và x tạo với nhau một góc - gọi là góc chúi hành trình.
Nếu chiếu véctơ chính của lực thuỷ khí động học R lên các trục toạ độ ta đ ợc:
- Hình chiếu R
x
- Gọi là lực cản chuyển động của tàu
- Hình chiếu R
y
- Gọi là lực dạt ngang của tàu
- Hình chiếu R
z
- Gọi là lực nâng
Vậy"Lựccảnchuyển độngcủatàulàhìnhchiếucủalựcthuỷ khíđộnglựclên
ph ơng chuyển động của tàu".
Môn học này ta chỉ xét lực cản trong chuyển động tịnh tiến thẳng của tàu
Trong hệ toạ độ trên ta có:
R
x
= R
x1

o
-Lực cản áp lực:


d)x,pcos(pR
p
(1.2.8)
Dựavàocáchiện t ợngvậtlýthì nguyênnhânxuấthiệnthànhphầnlựccảnáplực
có thể giải thích nh sau:
Theocơhọcchấtlỏngthì vậtthể có kíchth ớchữuhạnchuyển độngtịnhtiếnvới
vậntốckhông đổitrênmặttựdovôhạncủachấtlỏngkhôngnhớtthì vậtthểđó không
chịu lực cản chuyển động (Theo định lý Ơle).
Vậtthể khichuyển độngchỉ xuấthiệnlựccảnchỉ khitr ờngvậntốcởphíatr ớc
và phía sau vật thể là khác nhau.
13
a.
b.
c.
d.
Hình 1.2. Sơ đồ mô tả nguyên nhân xuất hiện các thành phần của lực cản.
14
*Xétvậtthể chuyển động ở gầnhoặc ở mặttựdocủachấtlỏng(XemH1.2.a)
d ớitácdụngcủatrọnglựcthì vậtthể sẽ tạoratrênmặttựdocủachấtlỏngmộthệ
thốngsóngdocácphầntửchấtlỏngtáchratừvịtrí cânbằngdẫntớisựthay đổicủa
tr ờngvậntốcvàápsuấtdọctheobềmặtvậtthể.Hìnhchiếucủaáplựcsónglên
ph ơngchuyển độnggọilàlựccảnsónglênph ơngchuyển độnggọilàlựccảnsóng
R
W
.Côngcủavậtthể sinhra để thắnglựccảnsóng đ ợctiêutốnchosựtạothànhnăng
l ợng sóng.

W
, R
WB
, R
S
, R
i
, R
c
ítphụ thuộcvàođộ
nhớtcủachấtlỏng,dovậyph ơngpháptínhtoánlýthuyếtcóthể dựavàomôhình
chất lỏng không nhớt.
*Do ảnh h ởngcủađộ nhớtquyluậtphânbốápsuấttrênbềmặtvậtthể thay đổi
sovớitr ờnghợpchảyvòngtrongchấtlỏngkhôngnhớt. Độ nhớtlàmhìnhthànhlớp
biêndọctheomặtvậtthể và tạonêndòngtheo.Dòngtheolànhữngvếtthuỷđộng ở
sauvậtthể làmcấutrúccủatr ờngvậntốcởphíatr ớcvàsauvậtthể trongchấtlỏng
nhớtlàkhácnhau.Dòngtheo ở sauvậtthể là vùngchảyrốitạoxoáy(XemH1.2.d)
làmgiảm ápsuất ở vùng đuôivậtthể sovớichấtlỏngkhôngnhớtvàphátsinh ápsuất
tổng hợp gọi là lực cản áp suất nhớt hoặc lực cản hình dáng R
VP
.
Vậylựccảndo ứngsuấttiếp
o
gâyragọilàlựccảnmasát R
F
.Công để thắnglực
cản ma sát đ ợc tiêu tốn cho sự tạo thành lớp biên và dòng theo.
Lựccảnhìnhdángvàmasátxuấthiệndo độ nhớtcủachấtlỏngvàchúngtạo
thành lực cản nhớt R
V

Cơ sở vậtlýđể phânchialựccảnracácthànhphầnlàđiềurấtcầnthiết để xây
dựng các ph ơng pháp lý thuyết, thực nghiệm và những nguyên tắc mô hình hoá.
15
Dokhối l ợngriêngcủa n ớcvàkhôngkhí là khácnhau,dovậytổng lực cản đ ợc
chia thành lực cản của n ớcvà lực cản không khí R
AA
.
Vậycóhainguyênnhâncơbảnđể tạonênlựccảnđó làảnh h ởngcủađộ nhớt
của chất lỏng và sự tạo sóng:
R
x
= R
V
+ R
W
+ R
AA
(1.2.10)
Để nghiêncứucáctínhchấtcủacácthànhphầnlựccảnng ờitasửdụnggiả thiết
về sựđộclậpcủachúng.Theogiả thiết đó thì cácquá trìnhvậtlýgâyratừngthành
phầncủatổnglựccảnlàđộclậpnhau,nghĩalàquá trìnhtạosóng độclậpvớiđộ nhớt
củachấtlỏng,vàlựcnhớtcũngsẽkhông ảnh h ởngtớiquá trìnhtạosóng,ngoàira
những hiện t ợngxảy ra trong n ớc không ảnh h ởng tới lực cản không khí.
Trongquá trìnhnghiêncứuvàtínhtoánlựcthuỷđộng,mômencủalựcthuỷđộng
cầnphảicósự t ơngquan đầy đủ về kếtcấudòngchảycủachấtlỏngbaoquanhmô
hìnhvàtàuthực.Sự t ơngquan đó gọilàđồngdạng độnglựchọccủadòngchảy.Các
thamsốchungkhông đổi đ ợcgọilàcácchuẩn đồngdạngcủadòngchảy,cácchuẩn
này đ ợcxác định từ lý thuyết đồng dạng.
Dòngchảycủachấtlỏngchảyvòngvậtthểđồngdạnghìnhhọc, đ ợcgọilàđồng
dạng độnglựchọcnếuởcácđiểm t ơng ứngcósựbằngnhaucủacáclựcthuỷđộng

MM
LvLv



(1.3.3)
HH
H
MM
M
Tv
L
Tv
L

(1.3.4)
16
*Biểuthứckhôngthứ nguyên
gL
v
Fr gọilàsốFrút.Nóđặc tr ng cho lực quán
tínhvàtrọnglựccủadòngchảycủachấtlỏng.NếuFr
M
=Fr
H
thì hình ảnhtạosóngvà
lực cản sóng là đồng dạng đối với hai vật thể đồng dạng hình học với nhau.
TrongtínhtoánsốFr đôikhi đ ợcbiễudiễnqua đại l ợng
L
v

vT
L
Sh gọilàsốStruhan.Nóđặctr ngvềđộng
lựchọccủadòngchảythay đổitheothờigian.Nóchophéptasosánhcáclựcvàquá
trìnhchảyvòngcógiatốccủachấtlỏng.Khivậtthể chuyển độngkhôngcógiatốcthì
số Struhan không xác định và không cần xét tới.
* ngsuấttiếp
o
vàápsuất p củalựcmặt đ ợc đặctr ngbằngcáchệsốkhông
thứ nguyên sau:
-Số ơle đặc tr ng cho áp suất p trong dòng chảy
2
v
p2
Eu


(1.3.5)
- Hệ số áp suất:
2
o
v
)pp(2
p



(1.3.6)
trong đó p
0


(1.3.8)
17
Đểđảmbảosựđồngdạngcủacácdòngchảyrốitadựavàođộ rối
T
củadòng
chảy:

v
'v
2
T

(1.3.9)
Khixéttớiảnh h ởngcủasứccăngbềmặttadùnghệsốcăngbềmặt
H
.Xétảnh
h ởng của lực cản toé n ớc ta dùng số Webe:
2
H
Lv
We



(1.3.10)
Để tìmcôngthứcchung để tínhlựccảntabiểudiễntrị sốápsuấtvàứngsuấttiếp
qua Eu và C
f
.

R
(1.3.13)
Trongcôngthức(1.3.13)thì C
x
=f(Fr,Re,Sh)gọilàhệsốlựccảnởnhữngvậtthể
đồngdạnghìnhhọccócùngph ơngchiềucủavậntốcchuyển độngthì cáchệsốlực
cản của chúng sẽ bằng nhau C
xM
= C
xH
nếu
Fr
M
= Fr
H
,Re
M
= Re
H
và Sh
M
= Sh
H
(1.3.14)
Từ (1.3.13) và (1.3.14) ta có:
H
2
HH
xH
M

HH
xMxH
K
1
v
v
RR
(1.3.15)
Biểu thức (1.3.13) cũng đúng cho các thành phần còn lại của lực thuỷ động:

2
yy
vC
2
1
R
(1.3.16)

2
zz
vC
2
1
R
(1.3.17)
Trong đó C
y
, C
z
t ơng ứnglàhệsốlựcdạtvàhệsốlựcnângthuỷđộngtheo

(1.3.19)
Các thành phần lực cản cơ bản R
V
và R
W
có thể xác định t ơng tự nh (1.3.13)
R
x
= R
V
+ R
W


2
WVx
vCC
2
1
R
(1.3.20)
Trong đó C
V
và C
W
t ơng ứnglàhệsốlựccảnnhớtvàhệsốlựccảnsóng
C
V
= f(Re) còn C
W

x
3/2
3
E
C
D514,0150
C
(1.3.22)
ta sẽ đ ợc biểu thức tính công suất kéo của tàu cho đơn vị mã lực, cv

E
3/2
3
S
E
C
Dv
P
(1.3.23)
(1.3.23)gọilàcôngthứchảiquân, C
E
gọilàhệsốhảiquân.Hệsố C
E
tỉ lệ nghịch
với hệ số C
x
.
- Đốivớitàubiểnvậntốckhaithácnhỏ hơnvậntốcthửđểđảmbảodựtrữ công
suất của tàu khi hoạt động ở những vùng thời tiết xấu.
-Trongthiếtkếtàuchiềudàigiữahai đ ờngvuônggócth ờngnhỏ hơnchiềudài

và số Frcũngnh hệ số béothể tích .Tàucóthể chuyển động ở sâusovớimặt
thoáng, nh vậy nó không chịu ảnh h ởng của mặt tự do.
Tàucóthể vừacớphầnchìmvàphầnnổi(tàu ở mặttựdo).Tàucóthể chuyển
động ởđộ sâusovớimặtthoáng(tàungầm).Tàuchuyển độngtrênmặttựdo(tàucánh
ngầm,tàuđệmkhí).Vớimỗiloạitàukhácnhauquanhệvớicácthànhphầnlựccản
củatổnglựccảnlàkhácnhau.Quyluậtthay đổicủamộtthànhphầncũngcóthể khác
nhautrongcáctr ờnghợpkhácnhau.Vaitrò củacácthànhphầnlựccảnphụ thuộc
vào chế độ chuyển động của tàu.
Ng ời ta phân chia ba chế độ chuyển động cơ bản của tàu, đó là:
-Chế độ bơi
-Chế độ chuyển tiếp
-Chế độ l ớt
* chế độ bơi:
D = gV
(1.4.1)
Khi đó 0,1
Vg
v
Fr
3
V

(1.4.2)
chế độ này đặc tr ng cho các tàu vận tải chạy chậmvà trung bình.
* chế độ chuyển tiếp:
Chế độ này bắt đầu xuất hiện thành phần lực nâng thuỷ động R
z
.Khi đó:
D = gV
1

hạn (H 1.4)
Hình 1.4. Sơ đồ luồng chảy bao quanh tàu.
Để tínhtoánlựcthuỷđộngtasửdụng địnhluật động l ợngtrongmôncơchất
lỏng:


S
n
S
n
dS.PdS.v.vR
(1.5.1)
Trong đó:
S - mặt kiểm soát kín và không di động
n - ph ơng pháp tuyến ngoài với mặt đó
v và
n
P - t ơng ứnglàvéctơvậntốcvàứngsuấtcủalựcmặttrongchấtlỏng
nhớt,
n
P có h ớngtuỳýsomặtS,
n
P baogồmápsuấtnhớt, ápsuấtrồi, ứngsuấtpháp,
ứng suất tiếp.
Tại mặt vuông góc với trục x ta có:
xzxyxxxn
.k.jP.iPP
trong đó:
2
x




21
-ChọnmặtScódạnghìnhbìnhhànhvớimặttrênlàmặttựdotoạđộ t ơng ứng
z
B
= f(x,y)và mặt ớt của tàu, mà dọc theo nó v
n
= 0.
-Mặt S
1
đặt ở xaphíatr ớctàu,màtạiđó khôngcóvậntốcphátsinhvàmặtchất
lỏng nằm ngang.
- Mặt S
2
đặt tuỳ ý sau tàu cắt vết thuỷ động.
-Mặtnằmngang S
3
và cácmặtthẳng đứng S
4
, S
5
songsongvớimặtphẳng đối
xứngcủatàuvàcáchxanóđể vậntốcphátsinhlànhỏ nhằmbỏqua ảnh h ởngcủađộ
nhớtvà sự tạo sóng.
Để tính lực cản ta chiếu R lên trục x, ta đ ợc
dS.PdS.PdS.v.vdS.vdS.vR
2154321
S

+ S
5
)trongbiểuthức
(1.5.2) còn ở mặt S
1
và S
2
quy luật phân bố áp suất theo quy luật thuỷ tĩnh gz , ta có



y
y
2
B
y
y
z
SS
dyz
2
1
zdzdydS.zdS.z
B
21
(1.5.4)
Nếu đẩy mặt S
4
và S
5

x
x
S
2
xx
x
22
Nếutàuchuyển độngtrongkênhhoặc n ớcnôngthì vế phảicủa(1.5.4)cầnkể
thêm ứng suất tiếp theo chu vi kên hoặc đáy sông.
Trongtr ờnghợpchấtlỏngkhôngnhớt,dòngchảykhôngxoáy,lúcđó dòngchảy
tại tiết diện tuỳ ý và tại S
1
, ứng với điểm trên mặt tự do sẽ có: 22
z1
2
y1
2
x1
v5,0vvvv5,0gzP
Trong đó:
v
1x
, v
1y
, v
1z
là nhữngvậntốcphátsinh.Khử P+gzvàxétứngsuấtnhớt, ứngsuất

xx
vx
dSPPvv.vRR
(1.5.6)
Trong đó:
P
o
- áp suất thuỷ tĩnh nơi đặt tàu
Dựavào(1.5.5)và(1.5.6)ng ờitatínhtoánbằngthựcnghiệmcáclựccảnsóngvà
nhớt.
22
Lựccản R
x
tỉ lệ thuậnvớidiệntíchmặt ớt .Nếuph ơngtrìnhmặt ớtcủatàu
có dạng y = f(x,z) thì diện tích mặt ớt của tàu sẽ là:
dxdz.1
z
y
x
y
2
2/L
2/L
0
T
22






n
0i
no
i
2
ll
l
n
L2
(1.6.2)
Trong đó:
n - số khoảng s ờn lý thuyết. Nếu tàu có 21 khoảng s ờn thì n = 20
l-chiềudàilýthuyếtcủacác s ờn.Việcduỗithẳngcác s ờnlýthuyết đ ợcxác
định theo công thức sau:
dz.
z
y
12l
0
T
2









T
B
13,136,1LT
(1.6.4)
- Đối với tàu vận tải có hệ số béo thể tích là lớn:








T
B
274,037,12LT
(1.6.5)
- Đối với tàu đánh cá:

PPPP
52,155,0
T
B
5,01TL







chong chóng.
ngoàivùnglớpbiênvàvếtthuỷđộnghọclựcnhớtkhông đángkểcóthể đ ợc
bỏ qua và coi nó nh luồng chảy của chất lỏng không nhớt.
Đặctr ngcơbảncủalớpbiênlàchiềudàylớpbiên ,làkhoảngcách đotheo
ph ơngpháptuyếnvớibềmặtcủavậtthể mà tại đó thànhphầndọccủavậntốcđạttới
99,5% so với trị số vận tốc của luồng ngoài tại điểm đó của vật thể.
Tạimộttiếtdiệncủalớpbiênvậntốctrênmặtvậtbằngkhôngdo điềukiệndính
nhớt.Trong lớp biên vận tốc tăng dần từ mặt vật ra biên ngoài.
Nếubánkínhcongcủavậtthể là lớnvàchiềudàylớpbiên t ơng đốinhỏ thìáp
suất tại tiết diện đó của lớp biên là không đổi và t ơng ứng với áp suất ở biên ngoài.
Có sự phân biệt giữa lớp biên phẳng và lớp biên không gian nh sau:
Lớpbiênphẳngxuấthiệntrongtr ờnghợpchảybaocácvậtthể có kíchth ớclớn
vuông góc với đ ờng sinh của chúng (tấm, cánh, trụ)
Lớpbiênkhônggianxuấthiệntrongtr ờnghợpchảybaocácvậtthể trònxoayvà
thântàu.Trongtr ờnghợpchảybaovậtthể trònxoaylớpbiên đốixứngvớitrụccủa
vật thể.
Để mô tả lớpbiênphẳngvàđốixứngtrụctadùnghaitoạđộ x,y, h ớngcủatrụcx
dọctheobềmặtcủavậtthể, h ớngcủatrụcytheoph ơngpháptuyếnvớimặtvậtthể,
nghĩa là v
x
= f(y).
Chảybaovậtthântàuxuấthiệnlớpbiênbachiều(khônggian)cócấutrúcluồng
chảy khác nhiều so với lớp biên phẳng và đối xứng trục.
Tronglớpbiênphẳnghoặcbachiềuxuấthiệnluồngchảytầnghoặcrối.Luồng
chảy rối đặc tr ng cho tàu thực và mô hình của nó.
Chiềudàylớpbiên ,cácđặctr ngtíchphân *và**xác định từ sự phân bố vận
tốc v
x
= f(y)


,
0
xx
,
0
x
dy
v
v
v
v
1**
v
v
1*
(2.1.1)
24
Trong đó:
v

- vận tốc tại biên ngoài của lớp biên
* - chiều dày nén, đặc tr ng trị số lệch của đ ờng dòng ở luồng ngoài.
**-Chiềudàytổnthấtxung,tỉlệthuậnvớitổnthất động l ợngcủadòngchảy
để thắng lực nhớt ở lớp biên và ứng suất tiếp xuất hiện trên bề mặt vật thể.
Các số Râynol tại một tiết diện của lớp biên có thể viết:




v

sau điểmcó
x
P


=0cácphầntửcủachấtlỏng ở tronglớpbiêndotăng ápsuất
mà chúng chuyển dịch về phía đuôi với gia tốc âm.
sau điểm
y
v
x


=0khiy=0do ápsuất ở phía đuôitănglênlàmxuấthiệndòng
chảyng ợc. Đ ờng1(H2.1)biểuthị mặtphâncáchchèn éplớpbiênkhỏimặtvậtthể
với điềukiện
y
v
x


=0vàtheocôngthứcNiutơn
o
=0sẽxácđịnh đ ợc điểmtáchcủa
lớp biên phẳng và đối xứng trục.
Hình 2.1. Sơ đồ tách lớp biên phẳng và đối xứng trục.
Lớpbiênbachiềutrongtr ờnghợpchảybaothântàucócấutrúcphứctạphơn,có
xuấthiệndòngchảyphụ vuônggócvới đ ờngdòngcủaluồngngoàibiênkhôngnhớt.
Vậntốc v
z