CHƯƠNG 1 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 ph ản lực không khí và nước. Lực ngược chiều với hướng chuyển động của thân tàu gọi là sức cản tàu t huỷ. Thành phần sức cản tổng hợp tác dụng lên tàu bao gồm: sức cản môi t rường nước, sức cản của môi trường không khí và thành ph ần sức cản phụ do các thiết b ị như bánh lái, chân vịt … gây ra. Sức cản do môi trường nước tạo ra là rất lớn, lớn hơn nhi ều so với sức cản không khí. Nó ảnh hưởng lớn đến tốc độ tàu cũng như các tính năng khác của t àu 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 n ước (còn gọi là d i ện 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 ph ương Ox t ương ứng sẽ được các thành phần sức cản có tên g ọi là sức cản áp suất (R p ) và sức cản ma sát (R ms ). R p   pcos(p, x)dS S (2-1) ; R ms    cos(  , x)dS S (2-2) 2.1.1.2 Sức cản ma sát (R ms ) Thực chất sức cản ma sát của tàu (R ms ) xuất hiện là do độ nhớt chất lỏng gây ra ma sát giữa lớp chất lỏng với vỏ tàu và gi ữa các lớp chất lỏng với nhau. Đạ i 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 quá t:  V 2 S (2-3) R ms = C mstàu 2 Trong đó: V: Vận tốc t àu. S: Diện tích mặt ướ t . C mstàu : Hệ số sức cản ma sát c ủa t àu. C mstàu được tính theo công t hức : C mstàu = k. C mstpt đ +  C bm Với k: Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ cong bề mặt v ỏ tàu so vớ i tấm phẳng, có giá trị nằm trong khoảng (1.02 1.08), phụ thuộc vào t ỷ số L / B. C bm : Hệ số tính đến ảnh hưởng của độ nhám bề mặt vỏ tàu, t hường có giá trị nằm trong khoảng (0.0003  0.0008), phụ thuộc vào vật liệu làm vỏ tàu và điều kiện làm vi ệc … C mstpt đ :Hệ số sức cản ma sát của tấm phẳng tương đương với tàu, t ức là tấm phẳng có chiều dài và diện tích mặt ướt của tàu, chuyển động trong cùng mộ t chất lỏng với tốc độ bằng tốc độ tàu. Nó phụ thuộc vào giá trị số Reyno l ds. Re = V * L    (2-4) - Khi Re  2.10 5 : Dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy t ầng. 1.32 8 C mstp tđ = Re (2-5) - Khi Re  2.10 5 : Dòng chất lỏng trong khu vực lớp biên ở chế độ chảy rố i . C mstp tđ = 0.45 5 2.58 lg (Re) (2-6) - Hoặc theo công thức của Hội nghị quốc tế các bể thử lần VIII(ITTC-1957) C mstp tđ = 0.07 5 2 (lg Re  2) (2-7) 2.1.1.3 Sức cản áp sức (R p ) 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 t uyến). Hình 2.2: Hiện tượng lưu tuyến của dòng chất lỏng xung quanh b ề mặt vỏ t àu Theo định luật Becnuly, ở khu vực mũi và đuôi do tiết di ện dòng chảy t ăng lên nên tốc độ dòng chảy giảm và áp lực dòng chảy tăng. Trong khi đó tại phần g i ữa tàu, do các dòng ch ất 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 su ất gồm sức cản hình dáng và sức cản sinh sóng. 1. Sức cản hình dáng (R hd ) Sức cản hình dáng xuất hiện là do sự phân bố lại áp lực và t ốc độ trong dòng chất lỏng chảy dọc theo bề mặt vỏ tàu và gây ra khu v ực xoáy nằm phía sau đuôi t àu như sau : Khu vực xoáy Hình 2.3: Sức cản hình dáng Trong khu vực từ mũi về sườn giữa tàu, do các phần t ử chất lỏng chuyển động theo chiều giảm của áp lực nên tốc độ các phần tử tăng dần và đạt giá trị l ớn nhất tại sườn giữa tàu. Còn khu vực từ sườn giữa tàu về phía đuôi tàu, các ph ần t ử 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 sá t 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 l ỏng 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 t àu. . hướng chuyển động của thân tàu gọi là sức cản tàu t huỷ. Thành phần sức cản tổng hợp tác dụng lên tàu bao gồm: sức cản môi t rường nước, sức cản của môi trường không khí và thành ph ần sức cản phụ. phần sức cản có tên g ọi là sức cản áp suất (R p ) và sức cản ma sát (R ms ). R p   pcos(p, x)dS S (2 -1) ; R ms    cos(  , x)dS S (2-2) 2 .1. 1.2 Sức cản ma sát (R ms ) Thực chất sức cản. CHƯƠNG 1 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 ph ản lực không khí và nước.