giao trinh dieu dong tau thay nguyen viet thanh 8599

Tiến sĩ, T Tr 1 Nguyễn Viết Thành Hiệu đính Thạc sĩ, T tr1 Đinh Xuân Mạnh T tr1 Lê Thanh Sơn Tiến sĩ Mai Bá L ĩnh Điều động tàu Hải Phòng 8 2005 A C B E D Vertex Dangerous quadrant VORTEX Right hand s.

Tiến sĩ, T.Tr1 Nguyễn Viết Thành Hiệu đính: Thạc sĩ, T.tr1 Đinh Xuân Mạnh T.tr1 Lê Thanh Sơn Tiến sĩ Mai Bá Lĩnh Điều động tàu Vertex A Trough Dangerous quadrant Path C Right hand semicircle E VORTEX D B Left hand or “navigable” semicircle Track Trough Hải Phòng 8-2005 Lời giới thiệu An toàn cho người, tàu, hàng hố mơi trường biển mục đích cao người sĩ quan Hàng hải Lịch sử ngành Hàng hải giới cho thấy nhiều vụ tai nạn thảm khốc xảy biển mà nguyên nhân chủ yếu thiếu sót người điều khiển tàu Trong thiếu sót sai lầm điều động tầu chiếm phần lớn Để nâng cao khả điều khiển tàu cho người sĩ quan Hàng hải, trước hết phải trang bị đầy đủ kiến thức điều động tàu cho sinh viên ngành điều khiển tàu học trường Bằng kinh nghiệm thực tế trình giảng dạy lý thuyết điều động, Tiến sĩ, thuyền trưởng Nguyễn Viết Thành giảng viên môn điều động tàu, khoa điều khiển tàu biển, trường Đại học Hàng hải Việt Nam cố gắng hoàn thành sách làm tài liệu giảng dạy chủ yếu môn học điều động tàu cho sinh viên khoa điều khiển tàu biển trường Cuốn sách góp ý nhiều thuyền trưởng lâu năm nghề có tham khảo tài liệu nước Cuốn sách cập nhập kiến thức bổ sung hàng năm tiến khoa học kỹ thuật ngành Hàng hải Mặc dù cố gắng trình biên soạn sách chắn cịn nhiều thiếu sót Chúng tơi mong có đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp để sách ngày hoàn thiện Mọi ý kiến xin gửi địa chỉ: Bộ môn Điều động tàu, khoa Điều khiển tàu biển, trường Đại học Hàng hải Việt Nam E-mail: Vimarudeck@vnn.vn Xin chân thành cảm ơn Bộ môn Điều động tàu MỤC LỤC Chương 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3 Tính điều động tàu Khái niệm Về điều động tàu Các YếU Tố TRONG điều động tàu Tốc độ tàu Các khái niệm tốc độ Các phương pháp xác định tốc độ tàu Chuyển động tàu mặt nước Tính bánh lái Lực bánh lái Tác dụng bánh lái tàu chạy tới Tác dụng bánh lái chạy lùi ảnh hưởng hình dạng bánh lái đến lực bánh lái Xác định góc bẻ lái chuyển động quay trở tàu Định nghĩa trình quay trở tàu Các yếu tố vòng quay trở Tâm quay vị trí Các yếu tố ảnh hưởng đến quay trở đánh giá tính điều động từ độ lớn vòng quay trở Xác định vòng quay trở tàu Trang 7 7 10 11 15 15 16 17 17 18 19 19 21 25 25 Chân vịt tác dụng điều động tàu 26 28 Lực đẩy phát sinh chân vịt quay Các dòng nước sinh chân vịt qua Hiệu ứng chân vịt tới đặc tính điều động tàu Mối tương quan chân vịt thay đổi chế độ hoạt động máy tàu 28 30 31 33 ảnh hưởng phối hợp bánh lái chân vịt tới điều khiển tàu 36 Tính dừng tàu Quán tính tàu 36 Các đặc tính dừng tàu Quán tính tàu Những biện pháp nâng cao hiệu hãm tàu 36 37 39 Điều động tàu nhiều chân vịt 1.7 1.7.1 1.7.2 1.8 Điều động tàu nhiều chân vịt Điều động tàu có chân vịt mạn 40 40 42 43 43 45 1.8.3 Chân vịt biến bước Điều động tàu có chân vịt biến bước Những ý sử dụng chân vịt biến bước, phân loại chân vịt biến bước Ưu nhược điểm chân vịt biến bước 1.9.1 1.9.2 Tự động hóa q trình điều khiển máy chân vịt 45 46 46 46 Một số hệ thống tự động hóa q trình lái tàu 47 yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính điều động tàu 48 ảnh hưởng ngoại lực ảnh hưởng điều kiện khí tượng thuỷ văn 48 48 1.8.1 1.8.2 1.9 1.9.3 Chương 2.1 2.1.1 Tự động hóa trình điều động tàu Xu phát triển mục đích tự động hóa 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 ảnh hưởng khu vực nước hạn chế luồng lạch ảnh hưởng nơng cạn biện pháp phịng tránh Tính quay trở vùng nước nông Hiện tượng hút hai tàu ảnh hưởng hình dáng thiết kế tư tàu 51 52 55 55 59 2.2.1 2.2.2 2.2.3 Cấu trúc hình dáng Thiết kế ảnh hưởng nghiêng, chúi 59 60 61 Chọn phương pháp neo tàu lực giữ neo 62 62 62 63 64 2.2 Chương 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.2 3.3 3.3.1 Sử dụng neo điều động Lựa chọn khu vực neo đậu Những điều kiện tổng quát lựa chọn điểm neo Tính giữ neo Lực giữ neo chất đáy Giới hạn giữ tàu theo lỉn neo ý sử dụng neo 64 64 65 Điều động neo tàu neo 66 Điều động neo tàu neo 66 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.2 Chương 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 Sử dụng neo điều động Sử dụng neo vào cầu, phao Sử dụng neo trường hợp khác Điều động tàu vào cầu, phao Điều động tàu tiếp cận điểm buộc hành trình cảng Các yêu cầu chung nguyên tắc cặp cầu Cặp cầu mũi vào trước Cặp cầu đuôi vào cầu trước Cặp cầu ngược dòng 4.1.5 Cập cầu xi dịng Minh họa trường hợp cặp cầu 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7 4.2.8 4.2.9 4.2.10 Vào cầu nước ngược Vào cầu mạn trái thời tiết êm Vào cầu mạn phải thời tiết êm Cặp cầu mạn trái thời tiết tốt có thả neo ngồi Cặp cầu mạn phải thời tiết tốt neo ngồi Cặp cầu gió thổi từ bờ 4.2 4.2.11 4.2.12 4.2.13 4.2.14 4.2.15 4.3 Cặp cầu gió thổi từ ngồi vào Cặp cầu ngược gió Cặp cầu gió thổi từ ngồi vào (chếch mũi) ngồi vào Cặp cầu gió thổi từ ngồi vào (chếch mũi) ngồi thả neo mạn ngồi Cặp cầu có kết hợp thả neo Cặp cầu mạn trái gió xi Cặp cầu mạn phải gió xi Cặp cầu mạn trái gió thổi chếch lái từ cầu Cặp cầu mạn phải gió chếch phải cầu Cặp cầu sử dụng tàu lai 4.3.1 Cập cầu nhờ hỗ trợ tàu lai 4.3.2 Liên lạc với tàu lai Sử dụng tàu lai Tàu lai làm việc cách đưa dây lai qua lỗ xơ ma mũi / lái Cách buộc dây tàu lai Điều động tàu biển Điều động tàu ĐIềU KIệN thời tiết xấu 4.3.3 4.3.4 4.3.5 Chương 5.1 điều động neo tàu hai neo Tư tàu neo hai neo Các phương pháp điều động neo tàu hai neo 66 66 67 70 70 72 77 77 77 82 83 83 84 85 85 85 85 85 86 86 87 87 87 87 88 88 89 89 89 89 89 90 91 94 95 97 97 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6 5.2.7 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 Chương 6.1 6.1.1 6.1.2 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5 6.3.6 6.3.7 6.3.8 6.4 6.4.1 6.4.2 Chương 7.1 Khái niệm Quan hệ hướng với hướng sóng gió ảnh hưởng chúng Điều động Các biện pháp làm giảm ảnh hưởng sóng gió Điều động tàu bão Nguyên nhân phát sinh bão Những triệu chứng bão Phương pháp xác định tâm bão đườmg di chuyển bão Công tác chuẩn bị cho tàu chống bão 97 97 99 100 101 101 102 103 Điều động tàu tránh gặp bão nhiệt đới 106 107 điều động tàu tầm nhìn xa bị hạn chế Khái niệm định nghĩa Biện pháp điều động Các lưu ý Đồ giải tránh va Radar Điều động tàu tình đặc biệt điều động tàu cứu ngươì rơi xuống nước Những yêu cầu chung Các phương pháp điều động cứu người rơi xuống nước điều động tàu cứu thủng Nguyên nhân cách xác định lỗ thủng 109 110 112 112 112 113 113 116 116 116 116 118 118 119 Các phương pháp tự cạn 123 123 123 124 126 126 127 129 130 133 133 133 133 134 134 Điều khiển tàu khỏi khu vực bão Điều động tàu băng Các dụng cụ xác định chống thủng, cách sử dụng chúng cứu thủng Điều động tàu bị thủng Điều động tàu thoát cạn Nguyên nhân tàu bị cạn Lựa chọn vào cạn tính tốn chung vào cạn Các lực tác dụng lên tàu bị cạn Những tính tốn cần thiết tàu bị cạn Các tính tốn cần thiết cứu tàu cạn Ra cạn nhờ trợ giúp ngoại lực Kết hợp phương pháp để đưa tàu cạn Điều động tàu gặp số cố Điều động tàu bị hoả hoạn Điều động tàu bị nghiêng lai dắt biển Giới thiệu công tác lai dắt 7.1.1 7.1.2 7.2 7.2.1 7.2.2 7.3 7.3.1 7.4 7.4.1 7.4.2 7.5 7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.5.4 Giới thiệu phương pháp lai dắt ưu nhược điểm lai dắt Cơ sở lý thuyết lai kéo Các yêu cầu chung 134 136 136 136 Tính tốn tốc độ lai kéo độ bền dây lai Tính tốn lực cản Chuẩn bị đưa dây lai Điều động ý lai kéo Hiện tượng dao động lai dắt 136 137 137 139 139 140 140 140 141 141 141 Phần phụ lục I Phần phụ lục II 143 146 Dao động tàu lai bị lai dây lai, cách lựa chọn, buộc dây lai Các loại dây lai kiểu nối dây lai Lựa chọn dây lai Điều động tàu lai kéo ý Buộc dây lai Chương Tính điều động tàu 1.1 Khái niệm Về điều động tàu Điều động tàu việc thay đổi hướng hay tốc độ tác dụng bánh lái, chân vịt thiết bị khác nhằm tránh va an toàn, tiếp cận mục tiêu, thả neo, buộc tàu, nhiều hoàn cảnh tình khác nhau, đặc biệt khu vực chật hẹp, nơng cạn, tầm nhìn xa bị hạn chế Năng lực để điều khiển tàu, đặc biệt vùng nước bị hạn chế yêu cầu cao đòi hỏi kỹ thành thục người biển Không thuyền trưởng hay sĩ quan hàng hải tàu xem có đầy đủ lực hàng hải trừ ơng ta điều khiển tàu đảm bảo an tồn Kinh nghiệm lâu năm cần thiết với lực thân để người điều khiển tàu tính tốn thực việc điều động tàu phù hợp với thực tế Có thể nói điều khiển tàu nghệ thuật phải trải qua học tập thực hành mà có Nguyên lý kỹ thuật điều động tàu nhau, tàu khác có đặc điểm riêng Khơng thể áp dụng cách máy móc kỹ thuật điều động tàu nhỏ với tàu lớn tàu khách với tàu hàng Ngoài tàu với điều kiện thời tiết, khí tượng thuỷ văn khác việc điều khiển khác Khơng sách đơn lẻ có khả bao trùm tất vấn đề mà người biển bắt gặp điều động tàu, có thiết bị kỹ thuật đơn lẻ phù hợp với điều kiện thực tế xẩy Điều động tàu công việc uyên bác, nhờ vào để người điều động đưa chuỗi kinh nghiệm, xây dựng nên kỹ xảo cần thiết khác Các tàu thay đổi theo thời gian, kích thước trung bình tàu tăng lên Những tàu chở xe ô tô tàu dầu khổng lồ đối xử tàu nhỏ chở hàng thông thường Trong lĩnh vực điều động tàu, tàu địi hỏi có quan tâm riêng Với người điều khiển tàu, tình điều động lại thử thách Các YếU Tố TRONG điều động tàu 1.2.1 Tốc độ tàu Tốc độ tàu đại lượng đặc trưng cho chuyển động tàu Về mặt toán học thì: ∆S dS V = lim = , (1.1) ∆t → ∆t dt Trong đó: V :Tốc độ tàu (m/giây) S : Quãng đường tàu di chuyển (m) t : Thời gian (giây) Tốc độ tàu đặc trưng b ản quan trọng yếu tố điều động Kết qu ả hoàn thành điều động phụ thuộc nhiều vào độ chuẩn xác tính tốn tốc độ (tức việc ước lượng tốc độ) Tốc độ tàu hình chiếu véc-tơ tốc độ chuyển động tàu hướng song song vớ i mặt phẳng trục dọc tàu Con tàu chuyển động phải nhờ lực đẩy cần thiết hệ động lực sinh trì để thắng sức cản chuyển động với vận tốc V Công su ất máy gọi công suất hiệu dụng (Nhd) tính biểu thức: Nhd = V Rth , (1.2) Trong đó: V :Tốc độ tàu Rth : Lực cản chuyển động tổng hợp Do có tổn hao qua khâu truyền động tới chân vịt nên công suất thực tế máy phải lớn công suất hiệu dụng Tỉ số công su ất hiệu dụng công su ất thực tế (N), gọi hệ số hữu ích η , ta có : N hd V R ⇒N= , η N Hệ số hữu ích phụ thuộc vào kiểu động chân vịt, trạng thái kỹ thuật chế độ làm việc chúng Các tàu có η = 0,65 ÷ 0,80 (loại chân vịt); η = 0,6 ÷ 0,7 (loại chân vịt) Lực cản chuyển động tổng hợp (Rth ) phụ thuộc kích thước, hình dáng, mớn nước, diện tích thượng tầng kiến trúc, tỉ lệ giữ a kích thước, vận tốc tàu sức cản mơi trường bên ngồi sóng, gió, ma sát nước Lực cản chuyển động toàn phần tàu chuyển động ổn định xác định biểu thức sau: Rth = Rmasat + Rsong + Rhinhdang + Rnhora + R gio , (1.3) η= ρV Ω (1.4) Thực tế, lực cản tổng hợp b ằng ứng lực cáp kéo lai kéo tàu vớ i vận tốc V Trong biểu thức (1.4) thì: ξ - Hệ số thu ỷ động lực cản toàn phần hàm hệ số Frut - Fr , Renon - Re Với Trong Rn = Rmasát + Rsóng + Rhình dáng + Rnhôra = ξ Fr = V gL3 V ×L , γ : Hệ số nhớt động nước Re = ⇒ Re = Fr γ γ ; gL (m2/giây) ρ - tỉ trọng nước (t/m3) , v - vận tốc tàu (m/s) Ω - Diện tích bề mặt ngâm nước tàu (m2) L - Chiều dài tàu (m) Chỉ số Frut coi đặc trưng tốc độ tương đối để xác định mức độ cao tốc tàu Chỉ số xác định sau: Fr ≤ 0,25 : Cho tàu chạy chậm Fr = 0,25 ÷ 0,40: Cho tàu chạ y trung bình Fr > 0,40 : Cho tàu có tốc độ cao Ví dụ: Một tàu có chiều dài 200m tốc độ 20 hải lý/giờ số Frut là: 20 × 1852,25 Fr = = 0,23 3600 × 9,81 × 200 Như vậ y tàu coi tàu chạ y chậm (Fr 0,35V (áp dụng cho tàu cỡ vừa nhỏ) đây: H: Độ sâu khu vực thử (m) B : Chiều rộng tàu (m) d : Mớn nước tàu (m) V: Tốc độ tàu (hải lý/giờ - knot) Tốc độ tàu xác định theo mức công suất động máy sau: 50% cơng suất máy 74% cơng suất máy 85% cơng suất máy 100% cơng su ất máy Tốc độ tàu xác định b ằng nhiều phương pháp khác như: Sử dụng chiều dài thân tàu (ném phao xuống biển để đo) Các mục tiêu nhìn thấy theo phương pháp ngắm (ngắm theo chập tự nhiên ho ặc thiên nhiên) Bằng Radar Bằng hệ thống định vị vô tuyến : GPS; LORAN – C; Các lần thử xác định tốc độ xác định lần (chạy hướng thu ận tiện đó, sau lại chạ y theo hướng ngược lại) Ngồi cịn phải xác định tốc độ tàu điều kiện tàu đầy hàng tàu không hàng (laden or ballast) Khi thử tàu đóng mới, người ta xác định tốc độ số nấc cơng suất máy (ví dụ tốc độ 40%, 50%, 70%, 85% cơng suất máy chính) 1.2.4 Chuyển động tàu mặt nước 2.4.1.Tính chuyển động: Khả tàu thắng sức cản nước, gió chuyển động mặt nước với tốc độ định hệ thống động lực tạo gọi tính chuyển động tàu Để đơn giản, xét tàu chuyển động tịnh tiến m ặt nước tác dụng lực phát động máy – chân vịt tạo , thể qua biểu thức: dv (1.5) + Rth dt Trong M khối lượng tàu tính theo công thức: M = (1 + K ) ⋅ D Trong đó: Pe - Lực phát động máy (N); M - Khối lượng tàu (Kg); Rth - Lực cản chuyển động tổng hợp lên tàu (N); D - Lượng rẽ nước tàu (Kg); K - Hệ số lượng dãn nước tàu, K =0 tầu đứng yên mặt nước, K có giá trị tàu chuyển động giá trị xác định bàng thực nghiệm dv - Gia tốc dài theo hướng trục tàu (m/s2) dt Do phương trình chuyển động tàu biểu thị d ạng sau: dv Pd − Rth = M , (1.7) dt Khi tàu chuyển động ổn định thẳng thành phần qn tính lực cản bị triệt tiêu dv M = Khi lực phát động máy (Pe) cân b ằng với lực cản tổng hợp dt Pe = M ⋅ 1.2.4.2 Tính điều khiển (cịn gọi tính nghe lái): Là tính hàng hải tàu, cho phép chuyển động vớ i qu ỹ đạo định Những tính tính điều khiển là: Tính ổn định hướng Tính quay trở 10 Hai tính có xu hướng đối lập nhau, tàu có tính ổn định hướng tốt khó khăn đổi hướng ho ặc quay trở, nghĩa làm giảm tính quay trở Ngược lại, tàu có tính quay trở q mức làm khó khăn cho việc giữ tàu ổn định hướng cố định, trường hợp bánh lái phải ho ạt động liên tục đảm bảo giữ hướng Tu ỳ theo yêu cầu lo ại tàu mà nhữ ng nhà thiết kế cho đời tàu có tính ổn định hướng tốt (các tàu chạ y biển) ho ặc tính quay trở tốt tàu chạ y sơng, tàu lai 1.2.4.3.Tính ổn định hướng đi: Tính ổn định hướng khả tàu giữ nguyên hướng chuyển động thẳng cho khơng có tham gia người lái thơng qua góc lái nhỏ Nguyên lý bắt buộc tàu chuyển động m ọi điều kiện thời tiết biển động biển êm, vùng nước nơng sâu Tính ổn định hướng ảnh hưởng đến đặc tính lái tàu, tùy theo mức độ mà tàu chặn mũi lại quay thay đổi tốc độ quay chạy tớ i để bánh lái số không Quan sát thủy động học tính ổn định hướng tàu theo cách khác, thử mức độ tính ổn định hướng mà tàu đạt cách tàu trải qua loạt điều động dích dắc (kiểu chữ Z) Một tàu có tính ổn định hướng dương âm ho ặc trung tính Khi bánh lái để số khơng mà tàu trì thẳng tàu có tính ổn định hướng dương Nếu bánh lái để số không mà tàu quay với tốc độ quay trở tăng lên có tính ổn định hướng âm Một tàu có tính ổn định hướng trung tính tiếp tục quay vớ i tốc độ quay tiếp tục nằm hướng thờ i có ngoại lực tác động vào Nó khơng có khuynh hướng tăng ho ặc giảm tốc độ quay bánh lái vị trí số khơng Tính ổn định hướ ng tàu quan trọng ta hành trình lu ồng ho ặc ta cố gắng lái tàu với mức độ thay đổi nhỏ bánh lái biển Phải để bánh lái góc lớn thờ i gian dài để chặn việc quay tàu không ổn định hướng đi, cịn để quay đè lái Có thể khơng thể chặn việc quay tàu khơng ổn định hướng trước rời khỏi trục luồng, cho dù tốc độ quay hồn tồn bình thường tàu trung bình Để góc lái lớn thường xun ý yêu cầu để lái loại tàu này, đặc biệt vùng nướ c b ị hạn chế có thay đổi hướng M ột số tàu thiết kế có hình dáng béo hơn, đặc biệt tàu mở rộng phần sau lái cịn mặt cắt ngang phía trước đầy đặn tính định hướ ng âm trở nên phổ biến Khi tàu b ị chúi làm thay đổi tồn đặc tính riêng tàu tạo cho tính ổn định hướng d ương Độ chúi thay đổi làm thay đổi hình dáng đường nước vỏ tàu, thay đổi diện tích mặt cắt ngang lớn chìm d ưới nước Vì lý này, bất k ỳ tàu mà chúi mũi có tính ổn định hướng âm người biển nhận thấ y đặc điểm tàu có tính ổn định âm giống tàu chúi mũi Để b đầu quay tàu vậ y cần nhiều thời gian thường lệ, cần phải để góc lái lớn lâu để chặn lại việc quay Khi tàu khơng tn theo người lái, ý! Tính ổn định hướng dương rõ ràng tình trạng mà người biển quen thuộc từ lâu Nhiều tàu có kết cấu vỏ vốn khơng có tính ổn đị nh hướng, phải tỉnh táo với tình trạng Tốt nên d ự đốn đặc tính tàu tự điều động có hoa tiêu, mà tính ăn lái xem chức tính ổn định hướng Sự thay đổi tính ổn định hướng đáng ý mớn nước độ chúi thay đổi, tàu béo, có hệ số béo thể tích thường b ị dìm mũi nên có thay đổi lớn, điều đặc biệt quan trọng khả thay đổi nên phải xem xét cẩn thận thay đổi độ chúi cho tàu lúc đến cảng Tính ổn định hướng thể hiện: Tăng lên mớn nước ki tàu tăng Trở nên dương nhiều chiều dài tàu tăng Trở nên dương nhiều lực cản tăng Giảm xuống hệ số béo thể tích tăng Giảm xuống chiều rộng tàu tăng lên so với chiều dài (tỉ số L/B dài/rộng giảm) Giảm xuống diện tích m ặt cắt phía trước tăng lên tươ ng đối so với diện tích 11 mặt cắt phía sau (khi tâm quay tàu chuyển phía trước) Tính ổn định hướng thể qua tính chất tính ổn định phương hướ ng đánh giá qua số ổn định phươ ng hướng tàu Đây mối quan hệ độ dài đường hình sin chiều dài tàu S E= m (1.8) L Trong đó: E: Chỉ số ổn định hướng Sm: Độ dài đường hình sin (m) L: Chiều dài tàu (m) Để xác định số ổn định hướng người ta chọn trường thử, khơng có trường thử nơi thử nghiệm chọn nơi xác định tốc độ ho ặc quán tính tàu Cho tàu chạ y theo đường hình sin, chạy đồng thời b ẻ lái hai bên với góc tu ỳ ý ta thu độ dài Sm đường hình sin tương ứ ng Khi xác định cần chuẩn b ị trước đồng hồ b ấm giây tốc độ tàu xác định xác trước Cách tiến hành xác định thực sau: Cho tàu chạ y theo hướng đó, tốt chạy theo chập tiêu Tại thời điểm xác định, bẻ lái sang bên với góc lái ọo tu ỳ ý (thường ọ0≥ 100) Sau bẻ lái, mũi tàu từ từ quay theo hướng b ẻ lái, thời điểm mũi tàu quay góc ỏ0= ọo ( giá trị góc ọo lấy b ằng 100, 20 ho ặc 300) ta chuyển bánh lái phía ngược lại góc - ọo Sau thời gian, mũi tàu nghe lái ngả mũi phía b ẻ lái, tàu vừa quay vừa tiến cắt đường chập tiêu lần thứ ta b ấm đồng hồ cho chạy, tàu quay sang góc -ỏ0= -ọo ta lại bẻ lái theo hướng ngược lại Cứ làm vậ y thời điểm thứ ba tàu cắt đường chập tiêu ta STOP đồng hồ b ấm giây Giá trị thờ i gian đọc đồng hồ bấm giây cho ta thời gian chu kỳ tàu chạ y theo đường hình sin, đường gọi đường zích zắc Động tác lặp lặp lại từ đến lần để lo ại trừ sai số ngẫu nhiên để tìm thời gian dao động hình sin hồn nh trung bình, sau nhân với tốc độ tàu cho ta độ dài đường hình sin hoàn nh Gọi S m độ dài đường hình sin hồn chỉnh, ta có: Sm = Tm Vt , (1.9) Qua lần thử nghiệm thu sư phụ thu ộc hướng di chuyển tầu vào góc b ẻ lái thời gian hình 1.1 ỏ(độ) ọ(độ) 15 -150 10 -10 -550 t (giây) 50-5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 Ä Ä 10 -10 15 -15 Chu kỳ dao động (giây) Hình 1.1 Đánh giá tính ổn định hướng qua đường cong hình sin Qua thử nghiệm thấ y rằng, đặt bánh lái m ạn mạn góc đường zích zắc chạy tàu đối xứng qua trục trung gian, gọi zích zắc đối xứng Ngồi ra, giá trị góc b ẻ lái mạn mạn không ta thu đường zích zắc không đối xứng, trường hợp sử dụng cho tàu có tính điều động cao T thực 12 nghiệm ta rút số ổn định hướng, số ổn định hướng E = tàu có tính ổn định hướng tốt Nếu E < ổn định hướng tính quay trở tốt Trong thực tế, coi tàu có tính ổn định hướng tốt điều kiện gió tác động khơng q cấp 3(B) số lần bẻ lái không lớn lần phút, với góc bẻ lái khỏ i mặt phẳng trục dọc không độ đến độ mạn Ví d ụ: Tàu X có chiều dài 136,4m, thử nghiệm đặt giá trị góc lái α = ± 200 tốc độ tàu Vt = 14 hải lý/giờ = 7,2 m/giây, xác định Tm = 149,7 giây Vậ y: Độ dài dao động hoàn chỉnh Sm = 149,7 x 7,2 = 1.077,8m S 1077,8 Chỉ số ổn định hướng E = m = =7,9 ≈ Tức tàu có tính ổn định L 136,4 hướng tốt 1.2.4.4 Tính quay trở: Tính quay trở phản ứng nhanh chóng tàu với góc bẻ lái hay khả thay đổi hướng chuyển động di chuyển theo quỹ đạo cong bánh lái lệch khỏi vị trí số khơng Các thơng số chuyển động quỹ đạo phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh ban đầu gió, nước, tốc độ trạng thái tàu Các tàu ngày có thiết bị điều khiển bánh lái, ngồi tàu đại trang bị thêm chân vịt mạn (Thrusters) Một số tàu chuyên dụng lấy bánh lái làm quan điều khiển mà cịn có khả thay đổi hướng lực đẩy theo yêu cầu Khi chạy hướng định, thường tàu tự động giữ hướng mà mũi ln bị đảo quanh hướng đi, tượng đảo lái (theo chu kỳ đó) Cường độ đảo lái phụ thuộc vào tác động ngoại lực sóng, gió HL Do ngẫu lực Py, Ry α (a) HL (b) α P Py G RPx Rx Px O Ry P Py R βa Rx RP RPy βb βa > βb RPx Điểm đặt G sau R O Ry RPy RP Hình 1.2 Hiện tượng đảo lái (a): Điểm đặt trọng tâm sau lực cản (b) : Điểm đặt trọng tâm trước lực cản R Px G Do ngẫu lực Py, Ry Điểm đặt G trước R Trên hình 1.2 giả thiết tác dụng lực làm tàu lệch khỏi hướng định góc (α) Gọi tổng lực cản tác dụng lên chuyển động tàu R (được đặt vào điểm O) tổng ngoại lực tác dụng lên tàu P đặt vào tâm trọng lực G Cả hai trường hợp R P phân tích hai thành phần theo trục dọc (x) trục ngang (y) tàu, kí hiệu Px, Py Rx, Ry Rõ ràng, trường hợp, thành phần Rx Px khơng ảnh hưởng đến tính quay trở tàu Còn thành phần Ry Py tạo thành mơ men lực có cánh tay địn OG Tuỳ thuộc 13 điểm đặt O G mà mơ men làm tăng đảo lái (a) giảm đảo lái (b) Trường hợp 1.2a, mô men cặp ngẫu lực (Py, Ry) gây chiều với chiều lệch hướng tàu Như tăng thêm tượng đảo lái Trường hợp 1.2b, mô men cặp ngẫu lực (Py, Ry) gây ngược chiều với chiều lệch hướng tàu Như làm giảm tượng đảo lái, tàu ổn định hướng tính quay trở Bằng thực nghiệm người ta thấy tàu đạt tính điều động tốt tâm điểm lực cản tâm điểm ngoại lực trùng gần trùng (O ≡ G O nằm sau G chút) Do tính tốn xếp hàng, không nên để tàu chúi mũi (làm cho điểm O nằm phía trước so với điểm G) mà nên để chúi lái Để đưa tàu hướng ban đầu phải bẻ lái góc lái β , rõ ràng ta phải bẻ lái trường hợp a lớn trường hợp b (hình 1.2 β a > β b ) Ngày hầu hết tàu trang bị hệ thống lái tự động với hai chức giữ tàu ổn định hướng hay thay đổi hướng chuyển động theo quy luật yêu cầu người điều khiển 1.3 Tính bánh lái 1.3.1 Lực bánh lái Bánh lái thiết bị thiếu điều động tàu Bánh lái giữ cho tàu chuyển động hướng định thay đổi hướng tàu theo ý muốn người điều khiển Bánh lái đặt phía sau chân vịt nằm mặt phẳng trục dọc tàu Bánh lái quay góc định sang phải sang trái (khoảng từ -45o đến +45o) Bánh lái chế tạo nguyên liệu khác nhau, bánh lái có hai phận trục lái mặt bánh lái Khi tàu chạy tới chạy lùi dịng nước chảy từ mũi lái dòng nước chảy từ lái mũi tác dụng vào mặt trước mặt sau bánh lái áp lực P Bằng thực nghiệm, người ta xây dựng cơng thức để tính áp lực sau: K1 × sin α P= × S ×V (1.10) 0,195 + 0,305 sin α Trong đó: α : Góc b ẻ lái (độ) V: Vận tốc tàu (m/s) S : Diện tích mặt bánh lái (m2) K1 : Hệ số bánh lái phụ thuộc vào số chân vịt lấy sau: K1 = 38 ÷ 42 (Kg/m2) với tàu chân vịt K1 = 20 ÷ 22,5 (Kg/m2) với tàu chân vịt Lực cản phụ thuộc vào phần chìm tàu, muốn có tác dụng tốt bánh lái phải có diện tích tỉ lệ thích đáng với phần chìm tàu, diện tích mặt bánh lái phải chọn theo tỉ lệ phù hợp với tàu Người ta tính diện tích mặt bánh lái dựa cơng thức: L ×T (1.11) S= K2 Trong : L: Chiều dài tàu (m) T : mớn nước tàu (m) K2: Phụ thuộc lo ại tàu, thường K2 = 50 ÷ 70 1.3.2 Tác dụng bánh lái tàu chạy tới Khi tàu chuyển động thẳng chịu tác dụng lực đẩy lực cản Khi bẻ bánh lái góc ọ đó, giả sử hình 1.3 (b ẻ lái sang phải) Lúc tác dụng dòng chả y bao dòng chân vịt tạo mặt bánh lái nảy sinh phân bố lại áp lực, mặt bánh lái hướng tới 14 dịng chả y bao áp lực tăng, mặt giảm Điểm đặt tổng lực P gần phía sống lái vng góc với mặt bánh lái: P = Px + Py (1.12) Để hiểu rõ ảnh hưởng lực sinh bẻ lái góc, giả sử trọng tâm tàu G đặt cặp lực P1 ' & P2 ' , độ lớn P1 ' = P2 ' = Py ; cịn chiều tác dụng P1 ' ↑↓ P2 ' Rõ ràng, cặp ngẫu lực Py ,P2' làm cho mũi tàu quay phía bẻ lái, lực P1’ làm tàu dạt ngồi vịng quay trở Px làm giảm chuyển động tới tàu Thường điểm đặt áp lực P lự c thu ỷ động không nằm mặt phẳng nằm ngang, nên quay trở, tàu ngồi việc chuyển d ịch ngang cịn b ị nghiêng chúi Tóm lại, qu ỹ đạo chuyển động tàu b ẻ lái đường cong trọng tâm tàu vạch Dòng nước chảy từ mũi lái P'1 P v Py α Px P'2 Dòng nước chảy từ mũi lái ωqt O1 Lựlái c xu ất hi ện 1.3.3 Tác dụngHình 1.3 bánh chạy lùibẻ lái tác d ụng tàu chạ y tới Giả sử cho tàu chạy lùi, tàu có trớn lùi, ta b ẻ lái góc ọ (hình 1.4 bẻ lái sang phải) Lúc tác dụng dòng chả y bao dòng chân vịt tạo mặt bánh lái nả y sinh phân b ố lại áp lực, mặt bánh lái hướng tới dịng chả y bao áp lực tăng, mặt giảm Điểm đặt tổng lực P gần phía sống lái vng góc với mặt bánh lái: P = Px + Py (1.13) Để hiểu rõ ảnh hưởng lực sinh b ẻ lái góc, tương tự chạy tới, trọng tâm tàu G đặt cặp lực P1 ' & P2 ' Về độ lớn P1 ' = P2 ' = Py Còn chiều tác dụng P1 ' ↑↓ P2 ' Rõ ràng, cặp ngẫu lực Py ,P1' làm cho mũi tàu quay ngược phía bẻ lái, lực P2’ làm tàu dạt ngồi vịng quay trở cịn Px làm giảm chuyển động lùi tàu Do điểm đặt áp lực P lự c thu ỷ động không nằm mặt phẳng nằm ngang, nên quay trở, tàu ngồi việc chuyển d ịch ngang cịn b ị nghiêng chúi Qu ỹ đạo chuyển động tàu chạ y lùi bẻ lái đường cong trọng tâm tàu vạch Dòng nước chả y từ lái mũi v P'1 Px α 15 1.3.4 ảnh hưởng hình dạng bánh lái đến lực bánh lái 1.3.4.1 Bánh lái thường: Là loại bánh lái mà tồn b ộ diện tích mặt bánh lái đặt sau trục cuống lái (hình 1.5) Khi cho mặt bánh lái lệch khỏi mặt phẳng trục dọc tàu góc ọ , phát sinh mơ-men quay tác dụng lên trục bánh lái là: Mq = Pxb (1.14) Trong đó: P : Lực tác dụng lên mặt bánh lái b : Kho ảng cách từ điểm đặt lực tác dụng P tới trục cuống lái (m) Giá trị b tính sau: b = (0,2 + 0,3sinα)x l (1.15) l : Chiều rộng bánh lái (m) ọ : Góc bẻ lái (độ) Bánh lái thường phải chịu mô men xoắn lớn làm việc Trên tàu lớ n nay, bánh lái nặng hàng chục tấn, tốc độ tàu lại lớ n, phải tạo lực bẻ lái lớn Để bẻ lái phải thông qua hệ thống điện ho ặc điện thu ỷ lực P b ọ Bánh lái loại có tính ăn Bánh lái tốt,láinhthưườ ngng cồng kềnh, trục lái chịu mô men xoắn lớn nên Hình 1.5 trang b ị tàu biển có tốc độ cao mà chủ yếu trang bị loại tàu biển nhỏ, tốc độ chậm xà lan, xu ồng 1.3.4.2 Bánh lái bù trừ: Bánh lái bù trừ loại bánh lái mà mặt lái nằm hai phía trục bánh lái Diện tích phía trước trục lái khoảng 15 ÷ 30% diện tích tồn mặt lái (hình 16) Mơ men quay (Mq) sinh bánh lái lệch khỏi mặt phẳng trục dọc góc ọ tính theo cơng thức: Mq = P1b1 - P2b2 (1.16) Trong đó: P1 P2 : Lực tác dụng lên mặt phía trước mặt phía sau bánh lái (Kg) b1 b2 : Kho ảng cách tương ứng từ điểm đặt lực P1 P2 (m) đến trụ lái b1 b2 P2 P1 16 ọ Với kết cấu vậy, bánh lái bù trừ khắc phục nhược điểm bánh lái thường, mô men xo ắn gây nên trục lái giảm so với bánh lái thường Vì bánh lái làm việc m ặt trước mặt sau trục lái chịu áp lực nước Bánh lái bù trừ có tính ăn lái tốt, b ẻ lái nhẹ, dễ điều khiển Thường dùng cho tàu biển 1.3.4.3 Bánh lái nửa bù trừ: Bánh lái nửa bù trừ lo ại bánh lái bù trừ ng bù trừ nửa phía (hình 1.7) Do đó, ngồi ưu điểm bánh lái bù trừ bánh lái nửa bù trừ bẻ lái nhẹ Tăng lực tác dụng dòng nước chân vịt tác dụng vào mặt bánh lái Bánh lái thường dùng cho tàu có tốc độ lớn 1.3.5 Xác định góc bẻ lái Trong cơng thức tính áp lực nước tác dụng vào mặt bánh lái, ta thấ y góc b ẻ lái áp lực nước khơng hồn tồn tỉ lệ thuận với nhau, khơng phải góc b ẻ lái tăng áp lực P nước tác dụng vào bánh lái tăng Việc phân tích áp lự c P hai thành phần phân lực theo chiều dọc chiều ngang tàu cho thấy thành phần lực theo chiều dọc (Px) có xu hướng làm giảm chuyển động tớ i ho ặc lùi tàu Thành phần lực theo chiều ngang (Py) có tác dụng tích cực cho việc quay trở Trong kỹ thuật điều động tàu, yêu cầu yếu tố tác động phải làm cho tàu điều khiển d ễ dàng, tốc độ đảm bảo Do đó, cần phải sử d ụng góc lái hợp lý để tăng giá trị lực ngang Py, đồng thời phải giảm giá trị lực theo chiều dọc tới mức thấp Hình 1.7 Bánh lái nửa bù trừ Để xác định giá trị góc bẻ lái thích hợp ta phân tích ba trường hợp góc b ẻ lái, góc b ẻ lái 15 ; 45 75 Trong ba trường hợp giả sử điều kiện tác động bên tốc độ tàu khơng thay đổi (hình 1.8) 0 Py ọ = 150 P Px ọ= 450 Py Py ọ=750 P P Px Px (a) (b) (c) Hình 1.8 Giá trị góc lái ba trường hợp: (a) ọ =150; (b) ọ = 450 (c) ọ = 75 Phân tích lực tác dụng lên bánh lái ba trường hợp ta thấ y rằng: góc b ẻ lái ọ =15 : lực cản chuyển động tới Px nhỏ, mức độ ảnh hưởng tới tốc độ tàu không đáng kể Thành phần lực Py không lớ n nên tàu quay trở chậm 17 góc b ẻ lái ọ =450 : lực cản chuyển động tới Px lớn, nên ảnh hưởng tới tốc độ tàu Nhưng thành phần lực Py lớn nên tàu quay trở nhanh góc bẻ lái ọ =750 : lực cản chuyển động tới Px lớn nhiều, ảnh hưởng tới tốc độ tàu lớn Nhưng thành phần lực Py không lớn nên tàu quay trở khơng nhanh Qua phân tích ba góc lái trên, nhận thấ y góc bẻ lái ọ =450 làm tàu quay trở nhanh nhất, chưa tốt tốc độ tàu bị tác động nhiều (giảm đáng kể) Kết hợp lý thuyết thực tế, người ta thấ y góc bẻ lái tốt cho tàu nên từ 30 ÷ 400 Các tàu ngày thường thiết kế góc bẻ lái sang hai bên từ 0÷ 450 Như ng góc bẻ lái tốt nên sử dụng từ ÷ 350 1.4.chuyển động quay trở tàu 1.4.1 Định nghĩa trình quay trở tàu Khi tàu chuyển động, ta bẻ lái bên mạn với góc độ so với vị trí số khơng, tàu vẽ lên quĩ đạo cong, vịng quay trở với bán kính xác định Giá trị bán kính phụ thuộc vào tốc độ tàu góc bẻ lái Định nghĩa: Vịng quay trở tàu qu ỹ đạo chuyển động trọng tâm (G) tàu ta bẻ lái sang bên mạn với góc lái ọ định Sx ọ=10o ọ=17o5 ọ=35o 35o ọ= 17o5   o 10 Sy Hình 1.9 Các góc lái khác quĩ đạo quay trở tương ứng Khi chân vịt quay nước sinh lực đẩy làm tàu chuyển động Nếu bẻ lái cho tàu quay trở lực tồn giá trị xác định theo công thức: N (1.17) U dcv = 9V Trong đó: Udcv : Lực đẩy chân vịt N : Công suất hiệu dụng máy V : Tốc độ tàu Khi b ẻ lái sang bên dịng nước chảy bao xung quanh vỏ tàu dòng nước chân vịt đẩy tác dụng vào mặt bánh lái, gây nên áp lực P làm tàu quay trở giảm chuyển động thẳng tàu Mỗi góc lái khác trọng tâm tàu vạch nên qu ỹ đạo khác Góc lái ọ lớ n qu ỹ đạo vạch hẹp Vận tốc nhỏ đường kính vịng quay trở nhỏ thời gian quay trở tăng (xem hình 1.9) Quá trình quay trở tàu: Giai đoạn 1: Còn gọi giai đo ạn , thời gian cần thiết bẻ bánh lái từ số khơng (0 0) đến góc lái ọ0 Tức từ b đầu bẻ lái b ẻ lái xong Trung bình, giai đoạn kéo dài từ 10 ÷ 15 giây giai đo ạn bắt đầu xu ất phát triển thành phần thu ỷ động học tác dụng lên 18 ... định hướng Sự thay đổi tính ổn định hướng đáng ý mớn nước độ chúi thay đổi, tàu béo, có hệ số béo thể tích thường b ị dìm mũi nên có thay đổi lớn, điều đặc biệt quan trọng khả thay đổi nên phải... thay đổi tồn đặc tính riêng tàu tạo cho tính ổn định hướng d ương Độ chúi thay đổi làm thay đổi hình dáng đường nước vỏ tàu, thay đổi diện tích mặt cắt ngang lớn chìm d ưới nước Vì lý này, bất k... có thay đổi hướng M ột số tàu thiết kế có hình dáng béo hơn, đặc biệt tàu mở rộng phần sau lái cịn mặt cắt ngang phía trước đầy đặn tính định hướ ng âm trở nên phổ biến Khi tàu b ị chúi làm thay