Đồ án Nghiên cứu thiết kế kết cấu cụm bánh lái cho tàu hàng có tải trọng 20 nghìn tấn

LỜI NÓI ĐẦU Kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, đặc biệt là nền công nghiệp. Nước ta có hơn 3000 km bờ biển và có rất nhiều vịnh sâu. Đứng trước vị trí địa lý và sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp đóng tàu. Đảng và nhà nước đã định hướng phát triển ngành công nghiệp đóng tàu trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của đất nước. Tàu thủy là một công trình kỹ thuật nổi trên nước, nó có thể nổi và di chuyển được trên nước, có kết cấu phước tạp và hoạt động trong môi trường vô cùng khắc nghiệt, chịu sự tác động của rất nhiều yếu tố như sóng, gió, mưa bão … Chính vì vậy để đảm bảo tính an toàn cho con tàu trong quá trình hoạt động, thì thiết bị lái tàu thủy đóng một vai trò rất quan trọng. Nó có nhiệm vụ giúp ta điều khiển con tàu đến những nơi ta mong muốn. Độ tin cậy của thiết bị lái ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn khi vận hành và khai thác con tàu. Xuất phát từ những yêu cầu trên, được sự đồng ý của nhà trường và bộ môn đóng tàu tôi đi thực hiện đề tài với nội dung sau: “ Thiết kế kết cấu cụm bánh lái cho tàu hàng 20.000 ’’ Đồ án tốt nghiệp này sẽ chẳng được hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ tận tính của thầy giáo Th.S Nguyễn Thái Vũ cùng với sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn. Cuối cùng tôi xin được cảm ơn, cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, sự động viên của các bạn để tôi hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này. Vì thời gian và kiến thức bản thân còn hạn chế nên Đồ án Tốt nghiệp không tránh khỏi những sai sót nhất định, tôi kính mong Hội đồng bảo vệ cùng các bạn quan tâm đến Đồ án này đóng góp những ý kiến quý báu để Đồ án tốt nghiệp đạt kết quả tốt nhất. Tôi xin chân thành cảm ơn! CHỦ NHIỆM ĐỒ ÁN Trịnh Văn Bình CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI. - Hiện ngành công nghiệp đóng tàu ở nước ta đang phát triển rất nhanh, Đảng và nhà nước cũng đặt ngành công nghiệp này vào một ngành mũi nhọn của đất nước. Để đưa ngành công nghiệp đóng tàu của nước ta đứng hàng đầu thế giới, thì vấn đề áp dụng khoa học kỹ thuật và công việc thiết kế tàu và các thiết bị phụ là hết sức quan trọng. - Thiết bị lái tàu thủy là bộ phận quan trọng trong hệ thống thiết bị tàu thủy, đảm bảo tính năng hàng hải cho một con tàu. - Trong thực tế, việc giải quyết bài toán thiết kế thiết bị lái tàu thủy nói chung và tàu hàng nói riêng, qua đó tính bền cho thiết bị lái là nhu cầu cấp thiết mà ngành tàu thuyền đặt ra hiện nay. - Việc tính toán kết cấu cụm bánh lái cũng là một phần trong việc thiết kế thiết bị lái, trong tính toán kết cấu sử dụng các công thức gần đúng từ thực nghiệm theo phương pháp lý thuyết, theo quy phạm hoặc theo các mẫu các bánh lái đã được sử dụng ngoài thực tế. - Chính vì những lý do đó nên đề tài “ Thiết kế kết cấu cụm bánh lái cho tàu hàng 20.000 tần ” thì việc lựa chọn phương án thiết kế của tôi là tính theo quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép 2003 TCVN 6259-3:2003. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI. - Đề tài “Thiết kế kết cấu cụm bánh lái cho tàu hàng 20.000 tấn” là nhằm giải quyết các vấn đề chính sau: + Phân tích lựa chọn kiểu bánh lái nào để phù hợp với đường hình của tàu đã có. + Tính toán các thông số hình học của bánh lái. + Tính toán thủy động học của bánh lái, để làm cơ sở cho việc chọn máy lái. + Tính toán kết cấu của bánh lái, trục lái cũng như các ổ đỡ, chốt… sau đó kiểm tra bền cho các thiết bị đó. - Bố cục đề tài bao gồm: Chương 1 : Đặt Vấn Đề Chương 2 : Chọn Tàu Mẫu_ Xác Định Các Thông Số Hình Học Của Bánh Lái Chương 3 : Thiết Kế Kết Cấu Cụm Bánh Lái Chương 4 : Kết Luận Và Kiến Nghị CHƯƠNG 2. CHỌN TÀU MẪU –XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH LÀI. 2.1.Một số khái niệm cơ bản và thuật ngữ chính: 2.1.1.Tính ăn lái của tàu và nhiệm vụ của thiết bị lái: - Tính ăn lái của tàu thuỷ là khả năng giữ nguyên hoặc thay đổi hướng đi của tàu theo ý người lái. Tính ăn lái bao gồm hai lĩnh vực chính liên hệ mật thiết với nhau là tính ổn định hướng và tính quay trở. + Tính ổn định hướng là khả năng giữ hướng đi của tàu mà không có sự tham gia giữ hướng của người lái hoặc chỉ với góc nghiêng bánh lái rất nhỏ. + Tính quay trở là khả năng thay đổi hướng đi về một phía bất kỳ của tàu. Qua đó ta thấy, tính ổn định hướng và tính quay trở là hai khái niệm tương phản nhau, một con tàu có tính ổn định hướng tốt thì sẽ có tính quay trở kém và ngược lại. Do đó khi thiết kế nhà thiết kế phải có nhiệm vụ dung hòa hai mâu thuẫn đó, phải nhấn mạnh những đặc tính nào cần thiết đối với con tàu cần thiết kế. Tính ăn lái của tàu phụ thuộc rất nhiều vào kích thước (L, B) và hình dáng thân tàu, nhất là phần đuôi. Không những thế, tính ăn lái còn phụ thuộc rất nhiều vào những bộ phận ổn định cố định như ky hông, ky đuôi…vào độ lớn và số lượng chân vịt cũng như vị trí đặt chúng trên tàu. - Thiết bị lái có nhiệm vụ đảm bảo tính ăn lái của tàu, bằng cách tạo ra mô men quay làm quay tàu quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu. - Các đại lượng đặc trưng cho tính qua trở : + Đường kính vòng quay Dc: đây là thông số quan trọng nhất xác định tính quay vòng của tàu và có thể đo trực tiếp khi thử tàu. + Đường kính quay “chiến thuật” Dt: Dt =(0,9÷1,2).Dc. + Chiều dài quay trở A: A = (0,6÷1,3).Dc. + Chiều dài dịch chuyển ngang T:T = (0,25 ÷0,5).Dc. + Độ lệch phương lái C: C = (0 ÷ 0,1).Dc . 2.1.2.Quá trình quay vòng của tàu: - Định nghĩa: Quá trình quay vòng của tàu là quỹ đạo chuyển động của trọng tâm tàu khi quay bánh lái đi một góc ( và giữ nguyên bánh lái ở vị trí đó. - Các giai đoạn của quá trình quay vòng tàu: gồm 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1: Là giai đoạn quay lái. Bánh lái từ vị trí nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu được quay đi một góc ( (gọi là góc quay lái). Áp lực thuỷ động P tác động lên bánh lái tăng dần thành phần P2 của P ngược với chiều quay lái và làm tàu dạt sang ngang. Thành phần P1 của P hướng ngược chiều tiến của tàu sẽ làm giảm vận tốc của tàu. Mômen Mt = P* l bắt đầu làm quay mũi tàu theo chiều quay lái. Lực đẩy chân vịt Pcv bị đổi hướng, đẩy tàu đi lệch khỏi hướng đi lúc quay lái. + Giai đoạn 2: Là giai đoạn chuyển động quá độ. Bánh lái được giữ cố định ở góc (. Tàu quay dần quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm tàu. Góc giữa mặt phẳng đối xứng của tàu và hướng vận tốc chuyển động của trọng tâm tàu gọi là góc lệch hướng (. Góc ( tăng đến (max còn đường kính quay vòng quá độ Dc giảm đến giá trị Dmin + Giai đoạn 3: Là giai đoạn chuyển động xác lập, bắt đầu từ lúc góc lệch hướng ( và đường kính quay vòng Dc đạt được giá trị cố định kéo dài đến khi bánh lái còn giữ được ở góc quay lái (. Trọng tâm tàu chuyển động trên một đường tròn gọi là đường kính quay vòng xác lập với đường kính Dmin = D0. Giá trị đường kính đó có thể được thống kê như sau: Với tàu cá thì D = ( 4( 6)* L Với tàu vận tải và các tàu khác thì D = ( 6( 8)* L Quá trình quay vòng tàu được thể hiện bằng hình vẽ dưới đây:
Hình 2-1. Quá trình quay vòng của tàu 2.1.3.Các loại thiết bị lái và các bộ phận chính của thiết bị lái: 2.1.3.1.Các loại thiết bị lái: - Thiết bị lái dùng bánh lái là loại thiết bị lái đơn giản và phổ biến nhất. Bánh lái có dạng tấm phẳng hoặc tấm có prôfin lưu tuyến. Khi tàu chạy thẳng bánh lái nằm trong mặt phẳng đối xứng của tàu hoặc song song với mặt phẳng đó. - Thiết bị lái dùng bánh lái chủ động để tăng tính quay trở của tàu, nhất là khi tàu chạy ở tốc độ thấp. Với loại bánh lái này người ta lắp thêm vào nó một chân vịt phụ. - Thiết bị lái dùng đạo lưu quay: Đạo lưu quay là một ống có profin lưu tuyến đặt bao quanh chân vịt. Ngoài tác dụng lái tàu, đạo lưu còn là một bộ phận của thiết bị đẩy, có tác dụng cải thiện chất lượng đẩy của chân vịt - Ngoài các thiết bị lái kể trên còn có thiết bị lái kiểu phụt nước. Trong giới hạn của đề tài, tôi không đi sâu nghiên cứu đến đặc điểm, phân loại, ưu nhược điểm của bộ phận thiết bị lái này mà chỉ đi sâu nghiên cứu về thiết bị lái dùng bánh lái. 2.1.3.2.Các bộ phận chính của thiết bị lái: - Bánh lái (hoặc đạo lưu quay): trực tiếp chịu áp lực thuỷ động để lái tàu. - Trụ lái: là phần của sống đuôi tàu, có các bản lề để lắp bánh lái. - Trục lái: truyền mômen lái từ máy lái tới làm quay bánh lái hoặc đạo lưu. - Bộ phận tạo lực lái gồm nguồn động lực, hệ truyền động, hệ điều khiển. - Các thiết bị an toàn tín hiệu: thiết bị chỉ góc quay lái, thiết bị giới hạn góc quay lái, thiết bị hãm… 2.1.4.Phân loại bánh lái và yêu cầu bố trí bánh lái trên tàu thuỷ: 2.1.4.1.Phân loại bánh lái: - Theo cách liên kết giữa bánh lái và vỏ tàu: + Bánh lái đơn giản (kiểu 1, 3): là bánh lái có ít nhất một gối đỡ ở phía trên và một gối đỡ ở phía dưới bánh lái. Ngoài ra có thể thêm các gối đỡ trung gian. + Bánh lái nửa treo(kiểu 2):là bánh lái có nửa phần dưới làm việc như một đoạn công xôn. + Bánh lái treo (kiểu 4): là bánh lái liên kết với vỏ tàu qua các gối của trục lái. - Theo vị trí bánh lái so với đường tâm quay: + Bánh lái cân bằng: là bánh lái có đường tâm quay chia bánh lái thành hai phần. Mômen do áp lực thủy động tác dụng lên phần sau sẽ được cân bằng bởi áp lực tác dụng lên phần trước. + Bánh lái không cân bằng: là bánh lái có đường tâm quay nằm sát cạnh trước của bánh lái. Mômen do áp lực thuỷ động tác dụng lên bánh lái sẽ truyền hoàn toàn lên trục lái. + Bánh lái bán cân bằng: là bánh lái có phần dưới nhô ra phía trước trục lái gây ra đối trọng. - Theo số chốt liên kết: gồm bánh lái một chốt và bánh lái nhiều chốt. Các bánh lái đơn giản và bánh lái nửa treo có thể liên kết với sống đuôi tàu bằng một hay nhiều chốt bản lề. Có thể tóm tắt việc phân loại bánh lái qua sơ đồ dưới đây: 2.1.4.2.Bố trí bánh lái và yêu cầu đối với vị trí bánh lái: Các kiểu bố trí bánh lái trên tàu: Tàu một chân vịt có các kiểu bố trí sau: + Kiểu 1: Bánh lái đặt sau chân vịt trong mặt phẳng đối xứng của tàu (được sử dụng phổ biến). + Kiểu 2: Bánh lái đặt sau đạo lưu cố định trong mặt phẳng đối xứng của tàu. Tàu hai chân vịt có các kiểu bố trí sau: + Kiểu 1: Mỗi bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng (không phổ biến). + Kiểu 2: Mỗi chân vịt một bánh lái (kiểu này được dùng cả ở tàu biển và tàu nội thuỷ). + Kiểu 3: Hai bánh lái tiến đặt sau hai bánh lái lùi đặt trước từng chân vịt (ít dùng). + Kiểu 4: Mỗi chân vịt có một đạo lưu cố định và một bánh lái đặt sau đạo lưu. + Kiểu 5: Mỗi chân vịt có một đạo lưu cố định và chung một bánh lái đặt trong mặt phẳng đối xứng. Các yêu cầu đối với vị trí bánh lái trên tàu. + Bánh lái phải nằm trong dòng đẩy của chân vịt. Khoảng cách a giữa mép trước của bánh lái và mép cánh chân vịt không nhỏ hơn 0.3 m (a( 0.3 m) khi chiều dài tàu bằng 120 m (đo cách trục chân vịt một khoảng 0.7* Rcv – Rcv là bán kính chân vịt. Nếu chiều dài tàu lớn hơn 120 m thì khoảng cách a tương ứng tăng hoặc giảm 0.025 m ứng với một đoạn 15 m thay đổi chiều dài. Trị số a càng nhỏ thì dao động của vùng đuôi tàu càng tăng. + Khi tàu toàn tải, bánh lái phải ngập hoàn toàn trong nước. Khoảng cách lớp nước phía trên bánh lái b không nhỏ hơn 0.25* hbl (tàu sông- biển) và 0.125* hbl (tàu chạy trong hồ), với hbl là chiều cao bánh lái. Tàu sông cấp “C” và “D” mặt trên bánh lái có thể cao hơn đường nước chở hàng khoảng (0.05 ( 0.1)* hbl nhưng không quá 350 mm. + Mặt dưới bánh lái cân bằng và nửa cân bằng không được thấp hơn mép dưới cánh chân vịt (c>0). + Ở tàu có tốc độ trung bình, trục quay của bánh lái phải vuông góc với mặt phẳng cơ bản của tàu và nằm trong mặt chứa đường tâm quay của chân vịt. + Ở tàu cao tốc hai chân vịt, bánh lái nên đặt dịch sang phía mạn nếu chân vịt có hướng quay ra ngoài và đặt dịch vào giữa nếu chân vịt có hướng quay vào trong. Khi đó bánh lái sẽ không rơi vào vùng xoáy. + Khi quay hết lái sang một bên mạn, mép sau bánh lái không được vượt ra ngoài giới hạn chiều rộng tàu. + Nếu bánh lái treo cân bằng được hàn với trục lái thì chiều cao bánh lái phải chọn sao cho có thể tháo được bánh lái khi sửa chữa. 2.2. Chọn tàu mẫu: * Các thông số chính của tàu thiết kế bánh lái: Ở đầy, ta chọn tàu mẫu 20.000 tấn để thiết kế kết cấu cụm bánh lái có các thông số sau: - Chiều dài lớn nhất : Lmax = 165,45 m. - Chiều dài hai trụ : Lpp = 156,00 m. - Chiều rộng lớn nhất : Bmax = 25,00 m. - Chiều cao mạn : T = 12,00 m. - Chiều chìm : d = 7,60 m. - Hệ số béo : δ = 0,8 m. - Lượng chiếm nước : D = 25048 (Tấn) *Phân tích lựa chọn kiểu bánh lái: Dựa vào đặc hình dáng của vùng đuôi tàu cũng như tuyến hình, điều kiện làm việc, vùng hoạt động… của con tàu để ta đi tiến hành chọn kiểu bánh lái cho tàu. Kiểu bánh lái ta chọn cho tàu mẫu ở đây là kiểu bánh lái cân bằng nửa treo vì nó có những yêu điểm sau: + Công suất máy lái nhỏ. + Ít bị hư hỏng hơn khi tàu đi qua các luồn lạch cạn hoặc va đập với các vật khác. + Tạo được khoảng trống xung quanh chân vịt, đưa chân vịt ra xa vỏ tàu để tránh dao động vùng đuôi tàu. Ngoài ra dùng bánh lái nửa treo ổ dưới của trục lái nhỏ, do đó ở những tàu lớn công nghệ chế tạo sẽ đơn giản hơn. 2.3. Xác định các thông số hình học của bánh lái: 2.3.1. Chiều cao bánh lái: Chọn loại bánh lái cho tàu thiết kế là bánh lái nửa treo cân bằng. Dựa vào hình dáng vòm đuôi tàu mẫu ta thiết kế tàu gồm có hai bánh lái và hai chân vịt. Chiều cao bánh lái nằm trong khoảng 0,6.T ≤ h ≤ 0,9.T, chọn h = 0,613.T Trong đó: T = 7,6 (m). Suy ra h = 0,613.7,6 = 4,598(m) chọn h = 4,6(m). 2.3.2. Tổng diện tích bánh lái: Ta có: ∑ S = a.L.T [2- tr.3] Trong đó: L = 150 (m) – chiều dài hai trụ của tàu. T = 7,6 (m) – chiều chìm của tàu. a – hệ số, theo bảng 1-5 [2-tr 15] ta có: a = 2,0% ÷ 2,8% Chọn a = 2,056% . Suy ra : ∑ S = a.L.T = 2,056%.150.7,6 = 24,37594(m2) Vậy diện tích của một bánh lái là : S =
. Tổng diện tích bánh lái phải không được nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau: ∑Smin = p. q.
) , (m2 ) [2- tr 15] Trong đó: L = 150 chiều dài tàu, m T = 7,6 chiều chìm tàu, m p : hệ số (bằng 1,2 nếu bánh lái không đặt trực tiếp sau chân vịt; bằng 1,0 nếu bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt); trong tính toán tôi chọn hệ số p = 1,0 q: hệ số (bằng 1,25 đối với tàu kéo; bằng 1 đối với các loại tàu khác), trong tính toán tôi chọn hệ số q = 1,0 ∑Smin = p. q.
) = 1. 1.
) = 16,59(m2) Vậy diện tích bánh lái thỏa mãn. 2.3.3.Hệ số kéo dài (: ( được xác định theo công thức sau: ( =
[2-tr.12] Thông thường ( = 0.5 ( 3 tuỳ theo kết cấu vùng đuôi tàu. Ta có : λ =
= 1,74 Suy ra : b =
= 2,648 (m), chọn b = 2,65 (m) Vì kiểu bánh lái ta chọn ở đây là bánh lái hình thang, nên chiều rộng ở đây là chiều rộng trung bình. 2.3.4.Chiều dày prôfin t của bánh lái tại vị trí chiều rộng trung bình b là: Chiều dày tối ưu nằm trong khoảng: t = (0,12 ÷ 0,25 )b. [2 – tr 16] Ta chọn t = 0,145.b = 0,145.2650 = 385 (mm). 2.3.5.Vẽ prôfin bánh lái: Tọa độ thực prôfin bánh lái được tính theo công thức sau: x =
[2 – tr 24] y = (
[2 – tr 24] Trong đó : x , y - tọa độ các điểm trên prôfin bánh lái.
- tọa độ tương đối ( bảng 1-9 , 2 – tr 24 ). b - chiều rộng prôfin bánh lái tại các mặt cắt thiết kế.
- chiều dày tương đối prôfin. Đối với bánh lái nửa treo thì chiều rộng b và chiều dày t thay đổi theo chiều cao bánh lái (phía trên rộng phía dưới hẹp, trên dày , dưới mỏng). Tại phần có trụ lái thì prôfin của trụ lái cũng có biên dạng giống prôfin bánh lái, vì vậy để đơn giản trong việc vẽ ta xem trụ lái và phần bánh lái tại những khu vực có trụ lái là một bánh lái liên tục. Khi bố trí đường tâm quy của bánh lái nằm trong mặt phẳng chứa các chiều dày lớn nhất t. Khi đó bán kính lượn phần mũi bánh lái bằng t/2. Ta chọn prôfin của bánh lái thiết kế là kiểu prôfin NACA0015 khi đó :
Ta chọn 6 mặt cắt để vẽ prôfin bánh lái: * Mặt cắt I - I: Ta có: b = 3200 (mm).
Ta có bảng tọa độ thực prôfin bánh lái sau: Bảng Tọa Độ Thực Prôfin.

 x  y 

 x  y   0,00  0,00  0,0  0,00  15,0  44,55  480  213,84   0,25  7,20  8,0  34,6  17,5  46,3  560  222,24   0,50  10,28  16,0  49,3  20,0  47,78  640  229,34   0,75  12,45  24,0  59,8  25,0  49,50  800  237,60   1,00  14,10  32,0  67,7  30,0  50,00  960  240,00   1,25  15,80  40,0  75,8  40,0  48,35  1280  232,08   1,75  21,8  80,0  104,6  50,0  44,0  1600  211,2   2,5  24,55  104  117,8  60,0  38,03  1920  182,54   3,25  29,60  160  142,0  70,0  30,50  2240  146,4   5,00  34,99  240  168,0  80,0  21,85  2560  104,88   7,50  39,00  320  187,2  90,0  12,06  2880  57,89   10,0  21,80  80  104,6  100  1,05  3200  5,04   Từ bảng số liệu trên ta vẽ được prôfin bánh lái và trục lái tại mặt cắt I – I : * Mặt cắt II - II: Ta có: b = 2761 (mm).
Ta có bảng tọa độ thực prôfin bánh lái sau: Bảng Tọa Độ Thực Prôfin.

 x  y 

 x  y   0,00  0,00  0,00  0,00  15,0  44,55  414,2  184,5   0,25  7,20  6,90  29,82  17,5  46,3  483,2  191,8   0,50  10,28  13,80  42,57  20,0  47,78  552,2  197,9   0,75  12,45  20,71  51,56  25,0  49,50  690,3  205,0   1,00  14,10  27,61  58,40  30,0  50,00  828,5  207,0   1,25  15,80  34,51  65,44  40,0  48,35  1104,4  200,2   1,75  21,8  48,32  76,82  50,0  44,0  1380,5  182,2   2,5  24,55  69,03  90,28  60,0  38,03  1656,6  157,5   3,25  29,60  89,73  101,67  70,0  30,50  1932,7  126,3   5,00  34,99  138,05  122,5  80,0  21,85  2208,8  90,5   7,50  39,00  207,08  144,9  90,0  12,06  2484,9  50,0   10,0  21,80  276,10  161,5  100  1,05  2761  4,35   Từ bảng số liệu trên ta vẽ được prôfin bánh lái và trục lái tại mặt cắt II – II : * Mặt cắt III - III: Ta có: b = 2756 (mm).
Ta có bảng tọa độ thực prôfin bánh lái sau: Bảng Tọa Độ Thực Prôfin.

 x  y 

 x  y   0,00  0,00  0  0  15,0  44,55  414,15  184,50   0,25  7,20  6,90  29,82  17,5  46,3  483,18  191,75   0,50  10,28  13,81  42,57  20,0  47,78  552,20  197,88   0,75  12,45  20,71  51,56  25,0  49,50  690,25  205,00   1,00  14,10  27,61  58,40  30,0  50,00  828,30  207,08   1,25  15,80  34,51  65,44  40,0  48,35  1104,40  200,24   1,75  21,8  48,32  76,82  50,0  44,0  1380,50  182,23   2,5  24,55  69,03  90,28  60,0  38,03  1656,60  157,50   3,25  29,60  89,73  101,67  70,0  30,50  1932,70  126,32   5,00  34,99  138,05  122,59  80,0  21,85  2208,80  90,49   7,50  39,00  207,08  144,91  90,0  12,06  2484,90  49,95   10,0  21,80  276,10  161,52  100  1,05  2761,00  4,35   Từ bảng số liệu trên ta vẽ được prôfin bánh lái và trục lái tại mặt cắt III – III : * Mặt cắt IV - IV : Ta có: b = 2690 (mm).
Ta có bảng tọa độ thực prôfin bánh lái sau: Bảng Tọa Độ Thực Prôfin.

 x  y 

 x  y   0,00  0,00  0  0  15,0  44,55  403,50  179,76   0,25  7,20  6,73  29,05  17,5  46,3  470,75  186,82   0,50  10,28  13,45  41,48  20,0  47,78  538,00  192,79   0,75  12,45  20,18  50,24  25,0  49,50  672,50  199,73   1,00  14,10  26,90  56,89  30,0  50,00  807,00  201,75   1,25  15,80  33,63  63,75  40,0  48,35  1076,00  195,09   1,75  21,8  47,08  74,85  50,0  44,0  1345,00  177,54   2,5  24,55  67,25  87,96  60,0  38,03  1614,00  153,45   3,25  29,60  87,43  99,06  70,0  30,50  1883,00  123,07   5,00  34,99  134,50  119,44  80,0  21,85  2152,00  88,16   7,50  39,00  201,75  141,18  90,0  12,06  2421,00  48,66   10,0  21,80  269,00  157,37  100  1,05  2690,00  4,24   Từ bảng số liệu trên ta vẽ được prôfin bánh lái và trục lái tại mặt cắt IV – IV : * Mặt cắt V - V: Ta có: b = 2685 (mm).
Ta có bảng tọa độ thực prôfin bánh lái sau: Bảng Tọa Độ Thực Prôfin.

 x  y 

 x  y   0,00  0,00  0  0  15,0  44,55  402,75  179,43   0,25  7,20  6,71  29,00  17,5  46,3  469,88  186,47   0,50  10,28  13,43  41,40  20,0  47,78  537,00  192,43   0,75  12,45  20,14  50,14  25,0  49,50  671,25  199,36   1,00  14,10  26,85  56,79  30,0  50,00  805,50  201,38   1,25  15,80  33,56  63,63  40,0  48,35  1074,00  194,73   1,75  21,8  46,99  74,71  50,0  44,0  1342,50  177,21   2,5  24,55  67,13  87,80  60,0  38,03  1611,00  153,17   3,25  29,60  87,26  98,88  70,0  30,50  1879,50  122,84   5,00  34,99  134,25  119,21  80,0  21,85  2148,00  88,00   7,50  39,00  201,38  140,92  90,0  12,06  2416,50  48,57   10,0  21,80  268,50  157,07  100  1,05  2685,00  4,23   Từ bảng số liệu trên ta vẽ được prôfin bánh lái tại mặt cắt V – V : * Mặt cắt VI - VI: Ta có: b = 2100 (mm).
Ta có bảng tọa độ thực prôfin bánh lái sau: Bảng Tọa Độ Thực Prôfin.

 x  y 

 x  y   0,00  0,00  0  0  15,0  44,55  315,00  140,33   0,25  7,20  5,25  22,68  17,5  46,3  367,50  145,85   0,50  10,28  10,50  32,38  20,0  47,78  420,00  150,51   0,75  12,45  15,75  39,22  25,0  49,50  525,00  155,93   1,00  14,10  21,00  44,42  30,0  50,00  630,00  157,50   1,25  15,80  26,25  49,77  40,0  48,35  840,00  152,30   1,75  21,8  36,75  58,43  50,0  44,0  1050,00  138,60   2,5  24,55  52,50  68,67  60,0  38,03  1260,00  119,79   3,25  29,60  68,25  77,33  70,0  30,50  1470,00  96,08   5,00  34,99  105,00  93,24  80,0  21,85  1680,00  68,83   7,50  39,00  157,50  110,22  90,0  12,06  1890,00  37,99   10,0  21,80  210,00  122,85  100  1,05  2100,00  3,31   Từ bảng số liệu trên ta vẽ được prôfin bánh lái tại mặt cắt VI – VI : 2.4.Tính toán đặc tính thuỷ động của bánh lái: Mục đích của việc tính toán thuỷ động học bánh lái là đi xác định các trị số của lực thuỷ động để làm cơ sở cho việc chọn máy lái, tính toán bền cho thiết bị lái. Khi bánh lái được đặt trong dòng chảy vận tốc vs, dưới góc tấn α, dưới tác dụng của dòng chảy chất lỏng phân bố áp lực ở mặt trên và mặt dưới của profin mặt cắt bánh lái khác nhau, làm xuất hiện lực tác động ngang. Các lực thuỷ động tác động lên bánh lái gồm có: Lực nâng L và lực cản D. Tổng hợp của L và D sẽ được lực R - lực chính tác động lên bánh lái: (hình 2-8).
- Lực R có thể phân thành hai thành phần gồm: + Lực pháp tuyến:
+Lực tiếp tuyến:
. Các lực này đặt tại tâm áp lực k. - Mômen thuỷ động ở cạnh trước của bánh lái: Mtđ = N.e Trong đó: e - khoảng cách từ cạnh trước của bánh lái đến điểm đặt lực N. - Mômen tải trên trục lái được tính theo công thức: M0 = N.x = N.(e – a). Trong đó: e - khoảng cách từ trục lái đến cạnh trước của bánh lái. a - khoảng cách từ điểm đặt lực đến tâm trục lái. Trong bảng 11-3, sổ tay kỷ thuật tàu thủy tập I đã cho biết đặc tính của bánh lái có
Trong thực tế thiết kế tàu thủy, bánh lái thường có hệ số λ nhỏ hơn 6. Vì các hệ số CL, CD và CM phụ thuộc rất nhiều vào λ nên ta tính các hệ số ấy cho mọi bánh lái như sau: CD2 = CD1 + C1CL2. [3- tr 709]
. [3- tr 709] Trong đó:
[3- tr 709]
[3- tr 709] Tra trong bảng 11-3 (3- tr 705) người ta cho biết đặc tính của loại có λ = λ1 = 6, λ2 = λef = 1,74. Suy ra :
=
= 0,1304

= 7,4704 Lập bảng tính các hệ số CL, CD và CM cột 1 ÷ cột 4 được cho giống như trong bảng 11-3 sổ tay kỷ thuật đóng tàu thủy với prôfin NACA0015 Các cột khác được tính toán dựa theo các cột 1 ÷ cột 4 1  2  3  4  5  6