thiết kế tối ưu đường hình lý thuyết một tàu câu cá ngừ đại dương, kế thừa kinh nghiệm của ngư dân khánh hòa

Sự thực đáng lo ngại gợi ra trên đây là không thể không đáng băn khoăn, vì tàu thủy nói chung, trong đó có các tàu đánh bắt hải sản đòi hỏi phải thực hiện hàng ngày, hàng loạt các thao t

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tiến Thành Lớp: 48ĐT_2

Ngành: Đóng tàu thủy

Tên đề tài : “Thiết kế tối ưu đường hình lý thuyết một tàu câu cá ngừ đại

dương, kế thừa kinh nghiệm của ngư dân Khánh Hòa”

Số trang: 102 Số chương: 03 Số tài liệu tham khảo: 05

Hiện vật : 03 thuyết minh + 03 đĩa CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:

Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 2011

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên)

PGS – TS Nguyễn Quang Minh

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐATN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tiến Thành Lớp: 48ĐT_2

Ngành: Đóng tàu thủy

Tên đề tài : “Thiết kế tối ưu đường hình lý thuyết một tàu câu cá ngừ đại

dương, kế thừa kinh nghiệm của ngư dân Khánh Hòa”

Số trang: 102 Số chương: 03 Số tài liệu tham khảo: 05 Hiện vật : 03 thuyết minh + 03 đĩa CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện:

Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 2011

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 2011

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên)

ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tiến Thành Lớp: 48ĐT_2

Tên đề tài : Thiết kế tối ưu đường hình lý thuyết một tàu câu cá ngừ đại

dương, kế thừa kinh nghiệm của ngư dân Khánh Hòa

Cán bộ hướng dẫn: PGS – TS NGUYỄN QUANG MINH

Lời nói đầu

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Nhu cầu phát triển nghề câu cá ngừ đại dương Tỉnh Khánh hòa:

1.1.1 Vài nét về tiềm năng nghề khai thác hải sản Khánh Hòa nói chung, và nghề câu cá ngừ đại dương nói riêng

1.1.2 Sơ bộ về tình hình quản lý kỹ thuật an toàn các phương tiện đánh bắt, trong đó có vấn đề thiết kế

1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp thiết kế tàu thủy truyền thống

1.2.1 Khái quát về quan niệm, phương pháp và chất lượng sản phẩm thiết kế tàu theo phương pháp truyền thống

1.2.2 Phương hướng hoàn thiện phương pháp thiết kế tàu thủy, trước hết là vấn đề tối ưu hóa thiết kế hình dáng các tàu

1.2.3 Phương pháp giải hệ phương trình thiết kế tàu

1.3 Lựa chọn tối ưu các yếu tố hình dáng tàu theo phương pháp kết hợp tính toán giải tích và đồ thị theo ý tưởng của Phó Giáo sư Nguyễn Quang Minh 1.4 Giới hạn khối lượng và phương pháp thực hiện đề tài

Chương 2: CÁC KẾT QUẢ LỰA CHỌN TỐI ƯU CÁC YẾU TỐ

VÀ VẼ ĐƯỜNG HÌNH TÀU THIẾT KẾ

2.1 Xây dựng nhiệm vụ thiết kế

2.1.1 Các nội dung chủ yếu, tính khoa học và tính pháp lý của nhiệm vụ thiết

kế

2.1.2 Các lựa chọn trong nhiệm vụ thiết kế được giao

2.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp truyền thống thiết kế hình dáng tàu thiết

2.2.2 Vai trò của tàu mẫu và phương pháp lựa chọn đúng dần

2.3 Các phương trình thiết kế bổ sung theo ý tưởng của Phó Giáo sư Nguyễn quang Minh

2.6 Kết quả lựa chọn các thông số hình học cơ bản cho tàu thiết kế

2.7 Vẽ đường hình lý thuyết của tàu thiết kế theo các thông số lựa chọn

2.7.1.Các yêu cầu đặt ra đối với đường hình

2.7.2 Những khó khăn và thuận lợi đối với việc vẽ đường hình lý thuyết tàu 2.7.3 Giải pháp ứng dụng và kết quả

Chương 3: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THIẾT KẾ ĐƯỜNG HÌNH LÝ

THUYẾT VÀ MỘT SỐ TÍNH NĂNG CÓ THỂ CỦA TÀU THIẾT KẾ

3.1 Sơ bộ bố trí chung tàu thiết kế

3.2 Đánh giá chất lượng thiết kế đường hình thông qua các đồ thị cơ bản hiện

hữu

3.2.1 Các đường cong cơ bản thiết kế tàu

3.2.1.1 Đường cong phân bố diện tích các mặt cắt ngang ω(x)

3.2.1.2 Đường cong phân bố diện tích các mặt đường nước

3.2.1.3 Đường cong phân bố momen các MĐN đối với trục Oy

3.3 Sơ bộ đánh giá tốc độ tàu thiết kế

3.3.1 Các quan điểm và nguyên tắc chỉ đạo

3.3.2 So sánh khả năng tốc độ của tàu thiết kế với tàu mẫu

3.4 Đánh giá ổn tính và chu kỳ lắc

3.4.1 Về các tiêu chuẩn ổn định

3.4.2 Về các chế độ tải trọng tính toán

3.4.2.1 Tính tay đòn ổn định tĩnh cho các chế độ tải điển hình

3.4.2.2 Tính tay đòn ổn định động cho các chế độ tải điển hình

3.4.3 Đánh giá ổn tính theo các tiêu chuẩn IMO,1974

3.5 Một số ý kiến thảo luận và kiến nghị

KẾ HOẠCH THỜI GIAN THỰC HIỆN

1 Tìm hiểu và lập đề cương đề tài: 05/10/2010  10/10/2010

2 Đi thực thực tế lấy số liệu: 11/10/2010  19/10/2010

3 Hoàn thành bản thảo: 20/10/2010  20/12/2010

4 Hoàn thành nội dung đề tài: Trước ngày 31/12/2010

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐATN ii

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iii

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ iii

VÀ VẼ ĐƯỜNG HÌNH TÀU THIẾT KẾ iii

MỤC LỤC vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1.1 Nhu cầu phát triển nghề câu cá ngừ đại dương Tỉnh Khánh hòa: 4

1.1.1 Vài nét về tiềm năng nghề khai thác hải sản Khánh Hòa nói chung, và nghề câu cá ngừ đại dương nói riêng 4

1.1.2 Sơ bộ về tình hình quản lý kỹ thuật an toàn các phương tiện đánh bắt, trong đó có vấn đề thiết kế 5

1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp thiết kế tàu thủy truyền thống 7

1.2.1 Khái quát về quan niệm, phương pháp và chất lượng sản phẩm thiết kế tàu theo phương pháp truyền thống 7

1.2.2 Phương hướng hoàn thiện phương pháp thiết kế tàu thủy, trước hết là vấn đề tối ưu hóa thiết kế hình dáng các tàu 10

1.2.3 Phương pháp giải hệ phương trình thiết kế tàu 11

1.3 Lựa chọn tối ưu các yếu tố hình dáng tàu theo phương pháp kết hợp tính toán giải tích và đồ thị theo ý tưởng của Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh 12

1.4 Giới hạn khối lượng và phương pháp thực hiện đề tài 14

Chương 2: CÁC KẾT QUẢ LỰA CHỌN TỐI ƯU CÁC YẾU TỐ HÌNH DÁNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒ GIẢI VÀ VẼ ĐƯỜNG HÌNH TÀU THIẾT KẾ 16

2.1 Xây dựng nhiệm vụ thiết kế 17

2.1.1 Các nội dung chủ yếu, tính khoa học và tính pháp lý của nhiệm vụ

thiết kế 18

2.1.2 Các lựa chọn trong nhiệm vụ thiết kế được giao 19

2.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp truyền thống thiết kế hình dáng tàu thiết kế 20

2.2.1 Các phương trình thiết kế truyền thống hiện hữu 22

2.2.1.1 Phương trình trọng lượng 22

2.2.1.2 Phương trình sức nổi 23

2.2.1.3 Phương trình sức chứa 24

2.2.1.4 Phương trình tốc độ 24

2.3 Các phương trình thiết kế bổ sung theo ý tưởng của Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh 26

2.3.1 Phương trình ổn định 26

2.3.2 Phương trình chu kỳ lắc 29

2.3.3 Áp dụng phương pháp đồ giải lựa chọn tối ưu các thông số hình học cơ bản cho tàu thiết kế 31

2.3.3.1 Đồ thị giới hạn điều kiện ổn định: 32

2.3.3.2 Áp dụng phương trình chu kỳ lắc: 32

2.3.3.3 Điều kiện tốc độ: 33

2.4 Khái niệm tối ưu áp dụng cho lựa chọn các thông số hình học thiết kế tàu thủy 36

2.5 Vấn đề xác định lượng chiếm nước thiết kế cho tàu 39

2.6 Kết quả lựa chọn các thông số hình học cơ bản cho tàu thiết kế 41

2.7 Vẽ đường hình lý thuyết của tàu thiết kế theo các thông số lựa chọn 43

2.7.1.Các yêu cầu đặt ra đối với đường hình 43

2.7.2 Những khó khăn và thuận lợi đối với việc vẽ đường hình lý thuyết tàu 45

2.7.3 Giải pháp ứng dụng và kết quả 50

Chương 3: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THIẾT KẾ ĐƯỜNG HÌNH LÝ

THUYẾT VÀ MỘT SỐ TÍNH NĂNG CÓ THỂ CỦA TÀU THIẾT KẾ 53

3.1 Sơ bộ bố trí chung tàu thiết kế 54

3.2 Đánh giá chất lượng thiết kế đường hình thông qua các đồ thị cơ bản hiện hữu 57

3.2.1 Các đường cong cơ bản thiết kế tàu 58

3.2.1.1 Đường cong phân bố diện tích các mặt cắt ngang ω(x) 58

3.2.1.2 Đường cong phân bố diện tích các mặt đường nước 61

3.2.1.3 Đường cong phân bố momen các MCN đối với trục Oy 63

3.2.1.4 Đồ thị các yếu tố tính nổi 65

3.2.2.Đồ thị Bongien kết hợp với các đường cong cơ bản theo ý tưởng của Giáo sư Vlaxov V G 67

3.2.3 Đồ thị BoongGien _ Vlaxov 67

3.2.4 Những đánh giá chủ yếu 71

3.3 Sơ bộ đánh giá tốc độ tàu thiết kế 72

3.3.1 Các quan điểm và nguyên tắc chỉ đạo 73

3.3.2 So sánh khả năng tốc độ của tàu thiết kế với tàu mẫu 76

3.4 Đánh giá ổn tính và chu kỳ lắc 77

3.4.1 Về các tiêu chuẩn ổn định 78

3.4.2 Về các chế độ tải trọng tính toán 81

3.4.2.1 Tính tay đòn ổn định tĩnh cho các chế độ tải điển hình 82

3.4.2.2 Tính tay đòn ổn định động cho các chế độ tải điển hình 93

3.4.3 Đánh giá ổn tính theo các tiêu chuẩn IMO,1974 98

3.5 Một số ý kiến thảo luận và kiến nghị 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là nước có bờ biển trải dài suốt chiều dài của đất nước, từ Móng Cái tới Mũi Cà Mau Nó mang lại cho con người nguồn tài nguyên biển dồi dào Theo đánh giá của các chuyên gia, nếu biết cách tổ chức khai thác thì đây sẽ là nguồn lợi nuôi sống hàng triệu người dân

Để tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có này đòi hỏi phải có công cụ và phương tiện khai thác tương xứng, mà trước hết không thể không kể đến những con tàu chất lượng cao, không chỉ có tính năng tốt, đáp ứng một cách hiệu quả các yêu cầu khai thác của cải vật chất mà phải đảm bảo an toàn nhất cho người và tài sản trên biển

Nghiên cứu hoàn thiện các phương pháp khoa học công nghệ đáp ứng đầy đủ và bền vững các công cụ tàu thuyền với số lượng đang có lên tới gần

10 vạn, và nhu cầu đóng mới hàng năm hàng ngàn chiếc đang là công việc hết sức cấp thiết Và trong bối cảnh như vậy, các bài toán về thiết kế tàu cần thiết được đặt ra đầu tiên, đúng với yêu cầu và tầm quan trọng của nó, đó cũng chính là lý do vì sao các vấn đề lý thuyết - thiết kế tàu luôn thu hút sự quan tâm từ phía các chuyên gia lý thuyết cũng như thực hành

Là sinh viên thuộc ngành đóng tàu, em vinh hạnh được Nhà trường, Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy tin tưởng giao cho đề tài:”THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐƯỜNG HÌNH LÝ THUYẾT MỘT TÀU CÂU CÁ NGỪ ĐẠI DƯƠNG, KẾ THỪA KINH NGHIỆM CỦA NGƯ DÂN KHÁNH HÒA” Bởi lẽ đề tài được đặt không chỉ hoàn toàn là một kiểu đề tài mẫu thông thường, mà còn là dịp nghiên cứu ứng dụng thử một ý tưởng thiết kế mới, đó là ý tưởng về phương pháp thiết kế tối ưu đường hình các tàu đánh bắt hải sản, sự kết hợp rất hài hòa giữa kế thừa và phát triển các kết quả nghiên cứu khoa học, với các kinh nghiệm thực tiễn quý báu

Và đề tài được thực hiện trên cơ sở những nội dung sau:

- Chương 1: Đặt vấn đề

- Chương 2: Các kết quả lựa chọn tối ưu các yếu tố và vẽ đường hình

tàu thiết kế

- Chương 3: Đánh giá chất lượng thiết kế đường hình lý thuyết và một

số tính năng có thể của tàu thiết kế

Mặc dầu đã cố gắng rất nhiều, nhưng vì kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tiễn rất hạn chế, trong khi nhiệm vụ được giao chứa đựng nhiều khó khăn rất riêng và chuyên sâu, chắc chắn những gì trình bày trong Luận văn tốt nghiệp không tránh được các sai sót, Em thành thật cám ơn và rất mong được sự chỉ bảo và giúp đỡ tiếp tục từ phía các Thầy và các bạn đồng nghiệp để vấn đề đặt ra được giải quyết hoàn thiện hơn

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhờ sự giúp đỡ của Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy trường Đại học Nha Trang và đặc biệt là Thầy giáo hướng dẫn Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh, đến nay em đã hoàn thành đề tài được giao Nhân đây Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất

Nha Trang, ngày 28 tháng 12 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tiến Thành

Chương 1:

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Nhu cầu phát triển nghề câu cá ngừ đại dương Tỉnh Khánh hòa: 1.1.1 Vài nét về tiềm năng nghề khai thác hải sản Khánh Hòa nói chung,

và nghề câu cá ngừ đại dương nói riêng

Như đã nói ở trên, Việt Nam là nước có vùng biển kéo dài hàng ngàn

Km từ Móng Cái đến mũi Cà Mau Rất thuận tiện cho việc giao thông đường biển và phát triển nghề cá, riêng Khánh Hòa là tỉnh có bờ biển kéo dài có tiềm năng lớn để phát triển kinh tế biển như du lịch, đánh bắt, khai thác thủy hải sản, đặc biệt là nghề câu cá ngừ đại dương Vùng biển Khánh Hòa có dòng hải lưu Bắc – Nam Thái Bình Dương chảy qua, là vùng biển giàu tiềm năng đánh bắt và nuôi trồng thủy sản Với hơn 520 Km đường bờ biển và 135 Km đường bờ ven đảo, hơn 72 hòn đảo lớn nhỏ, 1658 Km2 thềm lục địa… đó là quỹ mặt nước có tiềm năng to lớn cho sự phát triển kinh tế thủy sản nhiệt đới – một trong những nguồn lực kinh tế của Khánh Hòa

Trong hoạt động khai thác và bảo vệ nguồn lợi thủy sản, toàn ngành hiện có 4998 tàu với tổng công suất là 127260 CV, trong đó có hơn 200 chiếc

có công suất lớn để tham gia đội tàu khai thác hải sản Những loại hải có trữ lượng lớn là: Tôm hùm, tôm sú, mực, cá ngừ đại dương, cá thu, cua, ghẹ…Bên cạnh đó một số loại hải sản có giá trị suất khẩu cao được nuôi trồng

và phát triển như: ngọc trai, rong sụn, cá mú, ốc hương, vẹm xanh, hải sâm…Khánh Hòa được xem là tỉnh có ngành công nghiệp chế biến thủy sản phát triển mạnh bậc nhất của cả nước

Đặc biệt với quan điển xuất khẩu thủy sản là đòn bẩy, động lực phát triển của toàn ngành nên những năm qua tỉnh đã có những chủ trương, chính sách đúng đắn nhằm thu hút các thành phần kinh tế trong và ngoài nước đầu

tư, phát triển cả về năng lực và công nghệ khai thác, chế biến tạo công ăn việc làm cũng như tăng kim ngạch xuất khẩu Tận dụng các thế mạnh, tiềm năng thủy sản đã trở thành một ngành kinh tế mũi nhọn của tỉnh Khánh Hòa, góp

phần xóa đói, giảm nghèo, nâng cao chất lượng đời sống ngư dân ven biển, đồng thời thúc đẩy quá trình phát triển của tỉnh theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa

Nghề câu cá ngừ nói riêng, trong những năm gần đây được biết đến như một nghề đem lại nhiều lợi nhuận cho các ngư dân vùng ven biển duyên hải Nam Trung Bộ Tuy nhiên, là một loại hình nghề tương đối mới, sự chăm

lo về các mặt, từ số lượng, cơ cấu công cụ tàu, các chức năng quản lý nhà nước về khoa học, kỹ thuật và công nghệ, cũng như đặc biệt nhu cầu đầu tư, chưa được đặt ra tương xứng Kết quả rất tự nhiên, những kết quả và hiệu quả

tổ chức khai thác nguồn lợi cá ngừ đại dương ở Khánh Hòa chưa tương xứng với tiềm năng và điều kiện sẵn có

Bên cạnh đó, nghề câu cá ngừ đại dương có tầm quan trọng to lớn Nó không những góp phần tăng thu nhập cải thiện đời sống vật chất cho ngư dân, tăng giá trị sản lượng xuất khẩu hải sản của nước ta mà nghề câu cá ngừ đại dương còn góp phần bảo vệ, gìn giữ vùng lãnh hải nhạy cảm của nước ta

Do vậy, cần sớm có định hướng phát triển nghề này Ở đây, cụ thể là phát triển đội tàu, nhưng cũng phải đảm bảo an toàn trong quá trình khai thác

1.1.2 Sơ bộ về tình hình quản lý kỹ thuật an toàn các phương tiện đánh

bắt, trong đó có vấn đề thiết kế

Hiện nay những con tàu đang được ngư dân khai thác vẫn còn không ít những lỗi không đáng có, dẫn tới hoạt động kém hiệu quả Cụ thể là gặp phải những tai nạn trong quá trình làm việc, nhiều tàu thì chạy với tốc độ hạn chế dẫn tới chất lượng sản phẩm kém, chi phí cho dầu mỡ nhiều, do đó, ảnh hưởng đến tính kinh tế của chuyến đi biển Như thế, rõ ràng không ít thì nhiều tuyến hình đã ảnh hưởng đến tính hiệu quả của chuyến biển Vấn đề thực tế đặt ra: thiết kế, quản lý tuyến hình phải như thế nào để cải thiện tốc độ của tàu, cải thiện tính an toàn hàng hải, cũng như các yếu tố hình học cho con tàu

Do đó thiết kế tàu là công việc hết sức quan trọng Đòi hỏi người thiết kế phải

am hiểu và có trình độ chuyên môn cao

Những con tàu đóng mới theo kinh nghiệm dân gian ở nước ta đặc biệt

ở Khánh Hòa đã đạt được trình độ khá hoàn hảo, nhưng trước một thực tế của chương trình đánh bắt xa bờ hiện nay thì khó lòng đáp ứng nổi nhất là đối với những con tàu có kích thước lớn và hoạt động dài ngày trên biển Nói riêng công tác thiết kế, hầu hết các tàu đang được chế tạo chủ yếu theo kinh nghiệm dân gian, phụ thuộc và ỷ lại quá nhiều vào kinh nghiệm cha truyền con nối của thợ đóng tàu, vốn lớn lên từ kinh nghiệm là chính mà ít được đào tạo để được trang bị đến mức cần thiết các kiến thức lý thuyết

Mặc dầu hiện nay công tác quản lý nhà nước trong lĩnh vực thiết kế tàu đánh bắt hải sản đang có những thay đổi hợp lý hơn, nhưng những gì để lại của một thời gian dài các hoạt động kiểu thiết kế hoàn công_hoạt động chỉ nhằm hợp lý hóa các yêu cầu quản lý hành chính, pháp chế, mà không tạo được những thuận lợi thúc đẩy tiến bộ khoa học và công nghệ bao nhiêu

Sự thực đáng lo ngại gợi ra trên đây là không thể không đáng băn khoăn, vì tàu thủy nói chung, trong đó có các tàu đánh bắt hải sản đòi hỏi phải thực hiện hàng ngày, hàng loạt các thao tác nghề nghiệp phức tạp, lại rất nguy hiểm trong khi phải tương tác đối mặt với sóng gió, đang không được chế tạo

ra trên cơ sở những phương pháp thiết kế tính toán khoa học, mà chủ yếu theo kinh nghiệm của ngư dân Xét cho cùng, hiện tượng đang được nhận xét ở đây có những bản chất kinh tế, xã hội, cần được đặt và xem xét một cách cơ bản

Sự thực chỉ có thể mong muốn có được những con tàu đóng mới đảm bảo các tính năng cấu tạo hợp lý nhất, dễ dàng trong việc thực hiện, để tàu ra khơi hoạt động an toàn, và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất một khi những vấn đề cơ bản từ vật liệu, kỹ thuật và công nghệ khai thác, hình dáng và trang

bị tàu hợp lý, được đặt và giải quyết đồng bộ, mà trong bức tranh chung đó phương pháp và công nghệ thiết kế cần nhìn nhận và thúc đẩy đi trước một bước

Phù hợp với mục đích như vậy trong nội dung đề tài này, và các đề tài thiết kế tàu tương tự, cần được xây dựng bắt đầu từ những tìm kiếm ứng dụng các phương pháp lý thuyết hiệu quả đảm bảo tính kế thừa và phát triển đúng

và vững chắc về mặt khoa học, bên cạnh đó phải khai thác và phát huy được các kinh nghiệm thực tiễn quý báu của ngư dân

1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp thiết kế tàu thủy truyền thống 1.2.1 Khái quát về quan niệm, phương pháp và chất lượng sản phẩm

thiết kế tàu theo phương pháp truyền thống

Phương pháp thiết kế tàu truyền thống là thuật ngữ, có thể chưa được dùng phổ biến trên các văn bản khoa học chính thức, dùng để diễn tả tất cả những gì được đúc kết viết trong các tài liệu giảng dạy, và nghiên cứu liên quan đến việc tính toán thiết kế, và trên cơ sở đó chế tạo các con tàu bất kể loại hình và chức năng gì, nhằm mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật tương xứng với những mong muốn của con người

Ra đời đã từ rất lâu như một hệ thống ý tưởng hoàn chỉnh, tiếp thu và lý thuyết hóa các kết quả nghiên cứu lý thuyết tàu nhằm đúc kết những kinh nghiệm sáng tạo giúp cho việc thiết kế chế tạo ra những con tàu ngày một đáp ứng đầy đủ hơn các yêu cầu hoạt động thực tiễn của con người, phương pháp thiết kế tàu truyền thống đã bắt đầu từ những cố gắng thành lập các phương trình toán để hy vọng dựa vào đó tiến hành từng bước thiết kế con tàu đúng như mong muốn

Tiếc rằng, do những khó khăn xác định của các bài toán động lực học tàu – môi trường thuộc loại các bài toán đa biến, thuộc lĩnh vực thủy khí động lực học và có những khó khăn đặc thù, mặt khác đời sống hoạt động của tàu

trên biển đòi hỏi hình dáng của nó phải được chăm lo vừa rất tinh tế, cơ bản vừa hết sức đa dạng, đến nỗi mặc dầu đã từ những thế kỷ đặt ra mong muốn những giải quyết theo hướng toán học hóa đường hình tàu, thực chất cho đến hiện nay vẫn chưa có được lời giải hoàn chỉnh

Rút cuộc số phương trình thiết kế xác lập được là rất hạn chế, chỉ gồm

cả thảy 4 phương trình, thường được mô tả ngắn gọn như sau:

3 3 / 2

.

 (1.4)

Những ứng dụng liên quan của các phương trình viết trên đây sẽ được

đề cập và phân tích cụ thể ở các phần phía dưới Điều cần được và có thể nhận xét ở đây là với mục đích thiết kế cho tàu một hình dáng thật sự hợp lý

hệ thống 4 phương trình mà lý thuyết thiết kế tàu truyền thống có thể lợi dụng được là quá thiếu

Vì trong bốn phương trình đang xem xét, phương trình trọng lượng và phương trình nổi chỉ đơn giản giúp người thiết kế tính toán xác lập được khối lượng cần thiết của tàu thiết kế trên cơ sở thỏa mãn nguyên lý nổi Archimede Ngoại trừ một hệ số liên quan tới hình dáng tàu chỉ là hệ số thể tích chiếm nước toàn phần δ

Phương trình sức chứa hoàn toàn không khai thác được gì trong mục đích thiết kế hình dáng tàu, mà chỉ cho phép kiểm tra sức chứa của tàu đối với

các loại hàng hóa sản phẩm chở trên tàu, khi thực tế đường hình tàu đã được xác lập ổn định

Có thể nói, trong 4 phương trình thiết kế tàu truyền thống , trong một lý

do và cách đặt vấn đề cụ thể, cũng sẽ được ứng dụng và trình bày ở phần dưới, phương trình tốc độ tỏ ra khả dụng hơn cả

Có lẽ chính vì sự thiếu vắng những phương trình đủ mạnh với mục đích ứng dụng để phân tích lựa chọn các yếu tố hình dáng, và từ đó cả các kích thước chính của tàu thiết kế, phương pháp thiết kế tàu truyền thống không thể sáng tạo ra được các tàu mới một cách tự tin, nếu không tìm đến được các tàu gọi là mẫu để dựa vào, và phương pháp thiết kế tàu truyền thống, thông thường nhất, thường hiểu đồng nhất với cách gọi là phương pháp thiết kế theo tàu mẫu

Rất đáng nhận xét đó là, từ những bất cập do thiếu vắng những phương trình toán khả dụng, việc lợi dụng tàu mẫu như một nghiệm gần đúng bậc một, theo cách giải thích của các nhà khoa học đi đầu trong thiết kế tàu, trong nhiều trường hợp được lạm dụng, thực hiện hoàn toàn dựa trên những kinh nghiệm cảm tính, rút cuộc không còn cách nào khác, phải làm đi làm lại nhiều lần, một cách cảm tính, ít hiệu quả, như được mô tả trên sơ đồ hình (1.1) dưới đây

Bản vẽ ĐHLT

Bố trí chung

Kết cấu

Trang bị tàu Kiểm tra ổn định

Hoàn thành thiết kế

Chế tạo tàu

Không đạt yêu cầu

đạt yêu cầu

Hình 1.1 : Sơ đồ phương pháp thiết kế tàu truyền thống

1.2.2 Phương hướng hoàn thiện phương pháp thiết kế tàu thủy, trước

hết là vấn đề tối ưu hóa thiết kế hình dáng các tàu

Dễ có thể nhận xét thống nhất rằng, điều cản trở trực tiếp đối với lý thuyết thiết kế tàu truyền thống, buộc nó chỉ có thể thực hiện một cách”mò mẫm”theo nhận xét của không chỉ một nhà khoa học, đó là ở sự thiếu vắng với lý do rất cơ bản các phương trình thiết kế

Về mặt phương pháp, xác lập những phương trình thiết kế như vậy đồng nghĩa với việc sẽ phải xác lập cho mỗi tính năng hằng hải của tàu thiết

kế một quan hệ toán cụ thể giữ vai trò một phương trình thiết kế Tìm kiếm những quan hệ toán như vậy đòi hỏi phải giải quyết nhiều khó khăn tương ứng thuộc các lĩnh vực khác nhau, từ đặt các bài toán, xây dựng các mô hình khả thi, thiết thực, và hiệu quả, đặc biệt phải chiếu cố đến những khó khăn liên quan đến hình dáng tàu

Tình hình nói trên giải thích tại sao những bài toán có vẻ xa xôi nhưng quan hệ rất chặt chẽ đến các nhu cầu thiết kế tàu, mà trực tiếp là việc thiết lập các phương trình đáp ứng được yêu cầu thiết kế đặt ra, luôn được các thế hệ các nhà khoa học quan tâm, chẳng hạn đó là những vấn đề hàm hóa đường hình tàu thủy, là tiếp tục tìm kiếm các phương pháp tính tay đòn ổn định , tính sức cản, giải các bài toán điều khiển tàu, vv…

Nói riêng có thể lấy làm may mắn, những năm gần đây Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh, người cũng đã có nhiều thời gian làm việc trên những bài toán như vậy và có được những kết quả mới cho phép nghĩ đến những đóng góp có thể hy vọng làm cải thiện một phần phong cách thiết kế tàu nói chung, trong đó trước hết là thiết kế tối ưu các tàu đánh bắt hải sản, bắt đầu từ phương pháp lựa chọn tối ưu các yếu tố đường hình tàu thiết kế, kể cả vấn đề

tự động hoá đồ họa đường hình tàu nhờ các chương trình máy tính chuyên dùng

Những giải quyết cụ thể như vậy sẽ được trình bày chi tiết ở các phần dưới, được coi như cơ sở lý thuyết của những tìm kiếm ứng dụng về mặt phương pháp để thực hiện nhiệm vụ được giao đối với đề tài

1.2.3 Phương pháp giải hệ phương trình thiết kế tàu

Từ những thông tin sơ bộ trên đây đã rõ ràng một trong những phương hướng nghiên cứu hoàn thiện phương pháp thiết kế tàu thủy là những cố gắng

bổ sung thêm những phương trình thiết kế trong đó số những yếu tố chi phối trực tiếp hình dáng tàu có mặt càng đầy đủ càng tốt Những kết quả cho đến hiện tại có thể điểm qua, đó là có thể xác lập thêm phương trình ổn định và phương trình lắc

Cũng đã là hiển nhiên rằng, đường hình lý thuyết tàu thủy được đặc trưng bằng số lượng khá lớn và đa dạng các thông số hình học cơ bản, khiến mọi phương trình thiết kế đều là các phương trình phi tuyến đa biến Giải

những hệ phương trình như vậy gây rất nhiều trở ngại, đến nỗi hoàn toàn ít gặp được những tài liệu hướng dẫn giống như đối với các hệ phương trình tuyến tính

Để giải hệ phương trình với những đặc điểm như vậy, Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh đã lựa chọn khá hiệu quả phương pháp, được ông tạm gọi là phương pháp đồ giải, với ý nghĩa đó là sự kết hợp chặt chẽ giữa toán và tàu, giữa đồ thị và giải tích đại số Sẽ được làm rõ chi tiết ở phần dưới về cơ

sở lý thuyết và phương pháp ứng dụng, ở đây cần được nhận xét khái quát và

cơ bản nhất của phương pháp, đó là thay vì các phép gán các giá trị số đơn giản rời rạc vào các biểu thức mang tính tiêu chuẩn, để nhận được những quyết định cảm tính, ngẫu nhiên, phương pháp đồ giải cho phép xác lập cả một mặt phẳng tọa độ, trên đó có thể chứng tỏ mỗi điểm tương ứng với một con tàu, liên tục, luôn có thể nhận xét, lý giải một cách cụ thể và chặt chẽ

Với tính hiệu quả cao như đã giới thiệu một cách cơ bản ở trên, phương pháp đồ họa lựa chọn tối ưu các yếu tố hình học cho các tàu ở giai đoạn thiết

kế ban đầu, có thể sẽ không chỉ dừng lại đối với các đối tượng tàu đánh bắt hải sản, rất xứng đáng được lựa chọn áp dụng có tính thử nghiệm, thăm dò

1.3 Lựa chọn tối ưu các yếu tố hình dáng tàu theo phương pháp kết hợp tính toán giải tích và đồ thị theo ý tưởng của Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh

Kiên định với phương hướng nghiên cứu hoàn thiện phương pháp thiết

kế tàu bằng cách trước hết bổ sung trong hệ các phương trình thiết kế truyền thống các phương trình có tính khả dụng thiết kế nhiều hơn, Phó giáo sư Nguyễn quang Minh đã từ nhiều năm trước đây đặt vấn đề tìm kiếm phương trình ổn định, bắt đầu từ những cố gắng tìm kiếm dạng giải tích của mối quan

hệ giữa các yếu tố hình học tàu với tay đòn ổn định, nhìn nhận như năng lực chống nghiêng, chống lật thực tế mà tàu có

Để có thể xác lập phương trình ổn định, một mặt cần cố gắng hoàn thiện các ý tưởng tìm kiếm dạng giải tích về mối quan hệ giữa tay đòn ổn định tàu thủy với các yếu tố đường hình, mặt khác cần nghiên cứu xác lập các tiêu chuẩn ổn định như các đại lượng, có thể căn cứ vào đó để đánh giá được trạng thái ổn định của con tàu, khẳng định với độ tin cậy cần thiết về việc tàu có thể

bị lật hay không trong điều kiện đang xét Kết quả đã cho phép tác giả đi đến dạng ứng dụng của phương trình ổn định

Từ những kiến thức lý thuyết tàu còn hiển nhiên rằng tàu càng ổn định

sẽ càng lắc với chu kỳ ngắn, điều sớm muộn cũng dẫn tới những hậu quả không đáng có Một khi phương trình ổn định đã hiện hữu cơ sở tư duy để có phương trình lắc cần thiết là hiện thực, và rất may mắn quan hệ thực nghiệm giữa chu kỳ lắc và độ cao tâm ổn định ban đầu đã tồn tại Nhận ra tính khả dụng của mối quan hệ như vậy với vai trò phương trình lắc chắc chắn không làm nảy sinh những hoài nghi đáng kể nào

Có thể nhận xét sự có mặt thêm hai phương trình, phương trình ổn định

và phương trình chu kỳ lắc theo ý tưởng của Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh đã thực hiện một động tác bổ sung rất tích cực và hiệu quả làm hoàn thiện một bước đáng kể các công cụ thiết kế tàu thủy Bởi lẽ, tính năng ổn định có quan hệ rất mật thiết với nhiều tính năng hằng hải còn lại của tàu như tính lắc, tình điều khiển, tính chống chìm, và cả tính tốc độ Hơn nữa về mặt toán học, phương trình ổn định có quan hệ trực tiếp với số lượng lớn các yếu

tố hình đáng tàu, cho phép người thiết kế có thêm cơ sở tin cậy để giải quyết cân nhắc các lựa chọn hợp lý, căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế tàu cụ thể

Như sẽ được trình bày chi tiết hơn ở các phần dưới, bên cạnh ưu thế nổi bật về những phương trình thiết kế đảm bảo hiệu quả cao, theo ý tưởng của Phó giáo sư Nguyễn Quang minh, một ý tưởng khá thích hợp do vậy phát huy nhiều tác dụng trong bài toán lựa chọn tối ưu nói chung, cũng như nói cụ thể

cho việc lựa chọn các yếu tố hình học của tàu thiết kế, đó là sự lựa chọn giải pháp gọi là đồ họa, kết hợp một cách chặt chẽ các thủ đoạn đồ thị và phân tích giải tích toán học Nói riêng sự kết hợp rất linh hoạt và đúng đắn giữa các quan hệ toán với các quan hệ tàu, giữa tính năng hằng hải đang xét với những tính năng liên quan đã cho phép khai thác một lúc cả các kết quả mang bản chất thống kê, với các quan hệ toán học tiên định, nhờ đó người thiết kế có thể thực hiện các lựa chọn cuối cùng một cách tự tin qua một lần

phân tích thực hiện

1.4 Giới hạn khối lượng và phương pháp thực hiện đề tài

Tất cả những gì được phân tích trình bày ở trên không nằm ngoài mục đích chủ yếu, đó là cố gắng từ một phương pháp tiếp cận trực tiếp và thiết thực với nhiệm vụ thiết kế tối ưu đường hình lý thuyết một tàu câu cá ngừ đại dương, kế thừa các kinh nghiệm của ngư dân Khánh Hòa, các nội dung giải quyết và trình bày trong Luận văn phải đảm bảo:

- Làm rõ ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài thông qua những thông tin và đánh giá khái quát nhất về tiềm năng khai thác hải sản, vai trò của khai thác hải sản nói chung và của nghề khai thác cá ngừ đại đương trong phát triển kinh tế và giải quyết các vấn đề an sinh xã hội của tỉnh Từ đó đặt

và gải quyết những vấn đề cụ thể liên quan đến đề tài được giao

- Trình bày làm rõ những lý do cơ bản để áp dụng phương pháp đồ giải

để gải quyết các khối lượng thiết kế tàu như một công nghệ hoàn chỉnh, kết hợp chặt chẽ lý thuyết thiết kế tàu truyền thống với những phát triển mới về phương pháp khoa học, giải quyết cơ bản nhiệm vụ lựa chọn tối ưu các yếu tố đường hình lý thuyết tàu thiết kế, đồng thời thực hiện các nội dung về đánh giá sơ bộ các tính năng cơ bản liên quan đó là tính ổn định, tính lắc, và tính tốc độ cho con tàu trong tương lại, nếu được chế tạo hoàn hảo trên cơ sở đường hình được thiết kế đang xét

- Vẽ đường hình lý thuyết tàu thiết kế với ý thức càng ít phụ thuộc đường hình tàu mẫu càng tốt, thông qua lợi dụng các công nghệ được cung cấp từ phần mềm tiện ích AutoCAD kết hợp với những kết quả mới toán học hóa đường hình lý thuyết tàu

- Thực hiện những phân tích, đánh giá định tính, định lượng cần thiết làm rõ những kết quả mới đạt được và triển vọng ứng dụng của phương pháp

đồ giải trong thiết kế tàu ở giai đoạn thiết kế ban đầu

Chương 2:

CÁC KẾT QUẢ LỰA CHỌN TỐI ƯU CÁC YẾU TỐ HÌNH DÁNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒ GIẢI VÀ VẼ ĐƯỜNG HÌNH TÀU THIẾT KẾ

2.1 Xây dựng nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ thiết kế, hay còn gọi nhiệm vụ thư là văn bản mang tính pháp

lý cao nhất đảm bảo cho mọi hợp đồng kinh tế kỹ thuật về việc cho ra đời những con tàu mong muốn cụ thể, được tiến triển với hiệu quả mong muốn Nói riêng đối với các yêu cầu chuyên môn thuộc con tàu sản phẩm thiết kế, nhiệm vụ thiết kế là văn bản ghi nhận một cách đầy đủ và cụ thể nhất các yêu cầu chất lượng sản phẩm, bao gồm cả chất lượng bền vững và tuổi thọ tàu, cả các tính năng đi biển, thông qua đó các yêu cầu khai thác sử dụng nhằm đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, đồng thời tính an toàn được đảm bảo cụ thể đến mức cho phép Tóm gọn lại, đó là văn bản của các điều kiện đầu vào đối với nhiệm vụ thiết kế xét như một bài toán hoàn chỉnh

Ở các nước phát triển, nơi chất lượng các sản phẩm nói chung được quản lý và đảm bảo ở trình độ pháp luật cao, các văn bản nhiệm vụ thiết kế phải do các tổ chức có tư cách pháp nhân tương ứng đảm nhận và được cấp quản lý có thẩm quyền tương ứng phê chuẩn cho phép và chịu những trách nhiệm pháp luật tương ứng

Ở nước ta, trong suốt nhiều năm vừa qua và cả hiện tại thường chấp

nhận theo thói quen thông thường rằng, hầu như nhiệm vụ và trách nhiệm pháp luật thiết kế một tàu đánh bắt hải sản mau hơn cả là thuộc cả về phía chủ tàu, thậm chí chủ tàu có quyền quyết định các kích thước chính, vì những lý

do rất đa dạng, người thiết kế hầu như chỉ có nhiệm vụ thực hiện đúng và đủ các yêu cầu của người đặt hàng (!)

Không có điều kiện để phân tích lý giải những gì chưa thể được coi là

ổn thỏa, chặt chẽ và đúng cả về pháp luật và về chất lượng khoa học công nghệ trong sản phẩm, đặc biệt lại là một sản phẩm phức hợp như tàu thủy, liên quan đến cơ chế, phương pháp xác lập các văn bản nhiệm vụ thiết kế tàu Điều cần khẳng định một cách chắc chắn ở đây nhằm đảm bảo để những hậu

quả có thể rất lớn, hoặc chỉ là đáng tiếc cả về người và tài sản có thể hạn chế đến mức cho phép, những quyết định về chuyên môn và chất lượng tàu phải trả lại cho phía thiết kế chế tạo tàu chịu trách nhiệm

Mềm dẻo và linh hoạt hơn có thể hiểu nhiệm vụ thư thiết kế là tài liệu đầu tiên do người thiết kế xây dựng dựa trên những yêu cầu chủ yếu của khách hàng và đảm bảo các tính năng của tàu thiết kế Các nội dung chính của nhiệm vụ thư thường được quy định cụ thể trong quy phạm bao gồm : loại tàu, công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng, tải trọng, tốc độ, …

2.1.1 Các nội dung chủ yếu, tính khoa học và tính pháp lý của nhiệm vụ

thiết kế

Khi xây dựng nhiệm vụ thư cần phải dựa trên cơ sở mục đích của công tác thiết kế, căn cứ vào :

 Yêu cầu của khách hàng

 Công dụng và kích thước mỗi loại tàu

 Đặc điểm các ngư trường nguồn lợi và đối tượng đánh bắt

 Yêu cầu của quy phạm hiện hành

- Máy chính: kiểu máy, hạn chế về công suất, vòng quay…

- Vận tốc tàu cần thiết

- Khả năng chuyến đi biển

- Tính ổn định, tính chịu sóng gió, tính chống chìm

- Vật liệu làm vỏ tàu

- Thiết bị sinh hoạt

- Thiết bị trên tàu (thiết bị boong): thiết bị lái, neo buộc, phương tiện cứu sinh, phương tiện an toàn, cần cẩu

- Thiết bị buồng máy

- Hệ thống ống

- Hệ thống thông tin

- Hệ thống điện

- Các thiết bị chuyên ngành và thiết bị đặc biệt

2.1.2 Các lựa chọn trong nhiệm vụ thiết kế được giao

 Công dụng và loại hình tàu : Tàu được thiết kế là tàu câu cá ngừ đại dương, vỏ gỗ, hoạt động xa bờ

 Vùng hoạt động : Tỉnh Khánh Hòa kéo dài từ vùng biển phía Nam quần đảo Hoàng Sa đến vùng biển Trường Sa, thuộc vùng hạn chế II

 Điều kiện hoạt động : Trong sóng có chiều cao cho phép không quá 6m, trong điều kiện sóng gió cấp 6-7

 Quy phạm áp dụng : Theo quy phạm đóng tàu vỏ gỗ TCVN 3003-1984 của đăng kiểm Việt Nam xuất bản năm 1996

 Bố trí buồng máy : Phần đuôi tàu

 Tốc độ hàng hải tự do : 11 hl/h

 Biên chế thuyền viên : 5 người

 Thời gian hoạt động trên biển : 30 ngày ( cả đi và về )

 Sức chở : 30 tấn (kể đá và muối )

 Trang thiết bị khai thác : phù hợp với nghề câu hiện nay tại tỉnh Khánh Hòa

Bảng 2.1 : Bảng thống kê một số tàu câu cá ngừ đại dương được

quản lý tại chi cục bảo vệ nguồn lợi thủy sản tỉnh Khánh hòa

Như đã đề cập ở trên, phương pháp thiết kế tàu truyền thống, mặc dầu

có những khó khăn, hạn chế có thể giải thích được, vốn được lựa chọn và xây dựng như một công nghệ khá hoàn chỉnh và trên một cơ sở khoa học đúng đắn đó là:

- Phương pháp thiết kế tàu truyền thống đã coi trọng, và rất cố gắng để xây dựng được các công cụ toán học, cho phép người thiết kế dựa vào đó để

từng bước quyết định về những lựa chọn về con tàu thiết kế từ đơn giản đến phức tạp

- Trong khi số lượng các phương trình thiết kế như vậy chưa được xác lập và đảm bảo đầy đủ, chủ yếu vì tính phức tạp, một mặt của những bài toán tĩnh học và động lực học tàu thủy, và măt khác do tính phức tạp của bản thân các yếu tố hình dáng tàu phải thiết kế

- Trong điều kiện như vậy thì những cố gắng của lý thuyết thiết kế tàu truyền thống trong việc tìm dựa vào khai thác từ tàu mẫu tất cả những gì có thể là dễ hiểu và có thể chấp nhận Bởi lẽ các tàu mẫu lúc này, về ý nghĩa toán học, được xem như các nghiệm gần đúng từ hệ phương trình thiết kế đã có áp dụng cho tàu thiết kế Nhờ những gợi ý mách bảo từ phía tàu mẫu mà người thiết kế có thể nhận ra và áp dụng thăm dò từng bước, chắc chắn có thể hy vọng ngày một đến gần được hơn với các tàu đáp ứng tốt hơn các nhiệm vụ thiết kế

Như vậy nếu phân loại phương pháp thiết kế tàu truyền thống là phương pháp thiết kế dựa vào tàu mẫu là hoàn toàn đúng với bản chất của phương pháp thiết kế đang xét Và sự có mặt tàu mẫu, về nguyên tắc là hoàn toàn, và phải hoàn toàn không làm tổn hại đến cơ sở khoa học của phương pháp thiết kế đang xét, và chất lượng sáng tạo đối với tàu được thiết kế

Đáng buồn là ở chỗ nếu những người chủ trương ra phương pháp thiết

kế tàu hoàn toàn không cố ý xem nhẹ việc đảm bảo các cơ sở lý thuyết cho những quyết định thiết kế tàu, thì do những hoàn cảnh cụ thể như thế nào đó, người ứng dụng phương pháp phân tích thiết kế tàu truyền thống đã biến các tàu được chọn làm mẫu thành mẫu sao chép thụ động, làm lu mờ hoặc bỏ qua đòi hỏi về tính sáng tạo bắt buộc phải có trong mỗi con tàu được thiết kế mới

- Tính chất”mò mẫm” của phương pháp thiết kế tàu truyền thống, có lẽ chủ yếu là cách tự phê bình của các nhà khoa học Nga khi nhìn lại hệ thống

những tư duy lý thuyết ứng dụng và mức độ hiệu quả thấp mà phương pháp thiết kế tàu truyền thống đảm bảo Tính mò mẫm thể hiện ở chỗ trên cơ sở phương pháp thiết kế, hầu hết các quyết định thay đổi các giá trị của các đại lượng gần đúng bước thấp hơn chuyển sang bước gần đúng cao hơn đều được thực hiện bằng ước lượng một cách kinh nghiệm, mà không có được các quan

Đối với việc chế tạo ra một con tàu hoàn chính như một cộng cụ hoạt động thực tiễn được gán cho các mục tiêu kinh tế kỹ thuật cụ thể, hiển nhiên xác định đúng đắn trọng lượng toàn bộ của tàu phải được coi là bước quyết định có tính nền tảng đầu tiên Mặc dầu vậy, có thể nói với mục đích lựa chọn tối ưu các yếu tố đường hình lý thuyết cho tàu thiết kế thì phương trình đang xét lại hầu như không có vai trò đáng kể

Trọng lượng tàu quy ước gồm các nhóm sau:

Tổng cộng toàn bộ trọng lượng các nhóm kể trên cùng đoàn thủy thủ và hành khách trên tàu sẽ là trọng lượng toàn bộ của tàu D Trọng lượng tàu sẽ cân bằng với lực nổi khi tàu nổi trên nước

Phương trình trọng lượng được viết dưới dạng:

P = ∑ Pi = Pv + Pm + Pc + Pnl + Plttp + Ptt + Pbt + Pnc (2.1) Trong đó :

+ Pv : Trọng lượng vỏ tàu

+ Pm : Trọng lượng máy chính, máy phụ, hệ trục chân vịt

+ Pc : Trọng lượng cá ( kể cả đá và muối)

+ Pnl : Trọng lượng nhiên liệu

+ P lttp : Trọng lượng lương thực, thực phẩm ( kể cả nước ngọt )

+ Ptt: Trọng lượng thủy thủ đoàn

+ Pbt : Trọng lượng dầu bôi trơn

+ Pnc : Trọng lượng của ngư cụ ( lưỡi câu, dây câu …)

Tất cả các trọng lượng thành phần đều được tính bằng tấn (T)

2.2.1.2 Phương trình sức nổi

Phương trình nổi được viết dưới dạng đơn giản và nguyên vẹn chỉ dựa trên các định nghĩa khởi đầu các yếu tố hình học, hình dáng và kích thước tàu:

P = D = γ.V =γ.δ.L.B.T (2.2) Trong đó :

+ D : Là trọng lượng tổng cộng của tàu (T), lực này có phương thẳng đứng từ trên xuống dưới, đặt tại trọng tâm G của tàu

+ V : Thể tích khối nước mà tàu chiếm chỗ ( 3

m )

+ γ : Trọng lượng riêng của nước biển (T/ 3

m ) + δ : Hệ số béo của tàu

+ γV : Được gọi là lực nổi của tàu, lực này được cân bằng với trọng lượng của con tàu D Điểm đặt của lực này nằm tại trọng tâm của khối nước

bị chiếm chỗ (tâm nổi Co) hướng từ dưới lên

2.2.1.3 Phương trình sức chứa

Phương trình sức chứa của con tàu, về hình thức được biểu thị bằng biểu thức không khác nhiều so với phương trình trọng lượng, khẳng định rằng thể tích chiếm nước của con tàu phải bằng tổng thể tích của các khoang trên tàu được phân ra:

V =∑ Vi= Vm + Vc + Vp +… (2.3) Trong đó:

+ Vm : Thể tích khoang máy

+ Vc : Thể tích khoang cá

+ Vp : Thể tích của các khoang còn lại

Thực ra giá trị ứng dụng của biểu thức (2.3) như một phương trình dùng trong quá trình thiết kế, chế tạo một con tàu không chỉ dừng ở đó, mà còn ở trên các khía cạnh khác, chẳng hạn khi nhiệm vụ thiết kế đòi hỏi người thiết kế phải đảm bảo trước các nhu cầu chuyên trở căn cứ trên khối lượng cần thiết các hàng hóa với những đặc điểm và quy cách riêng

Tương tự như đã nhận xét về phương trình trọng lượng, phương trình (2.3) không thể là không cần thiết trong các quá trình thiết kế, chế tạo tàu Nhưng có lẽ nó cần thiết chủ yếu để kiểm tra, khẳng định về khả năng chứa đựng với những yêu cầu riêng Trong quan hệ với nhiệm vụ lựa chọn tối uu các thông số hình học chủ yếu của tàu ở giai đoạn thiết kế ban đầu, một phương trình như biểu thức (2.3) là ít thiết thực và khả dụng

3 3 / 2



Trong đó:

+ D : Lượng chiếm nước (T)

+ Ce : Hằng số Hải Quân

+ υ : Tốc độ tàu (hl/h)

+ EPS : Công suất của động cơ (ml)

2.2.2 Vai trò của tàu mẫu và phương pháp lựa chọn đúng dần

Tàu mẫu và phương pháp lựa chọn đúng dần hay còn gọi là phương pháp thiết kế theo thống kê

Có hai phương pháp xây dựng tuyến hình tàu đó là xây dựng tuyến hình theo tàu mẫu và tự xây dựng Thông thường khi xây dựng tuyến hình tàu người ta thường dựa vào những tuyến hình đã có sẵn và sửa chữa cho hợp lý với những thông số của tàu thiết kế

Trong quá trình thiết kế, người thiết kế thường chọn các tuyến hình tàu đã được kiểm nghiệm trong thực tế ( thống kê ) nhưng thường tàu mẫu rất ít phù hợp với tàu mà ta thiết kế do đó cần có sự hiệu chỉnh

Theo đó, có thể sử dụng một hay nhiều tàu mẫu có thông số kĩ thuật

gần giống với các yêu cầu của con tàu được thiết kế Theo phương pháp thiết kế này thì sau khi nhận được nhiệm vụ thư thiết kế, tiến hành lựa chọn nhiều tàu mẫu có tính năng và yêu cầu kĩ thuật tương tự các yêu cầu đặt ra trong nhiệm vụ thư thiết kế kết hợp lý thuyết và kinh nghiệm của người thiết kế để phân tích lựa chọn các kích thước cơ bản phù hợp với tàu thiết kế

- Áp dụng rất phổ biến, giá thành sản phẩm hạ và phù hợp với các cơ

sở đóng tàu nhỏ, lẻ, vốn đầu tư vừa phải

*Nhược điểm :

- Theo phương pháp này, việc tiếp cận tàu mẫu một cách máy móc, thiếu phân tích, thiếu phê phán, không có cơ sở khoa học chặt chẽ, đưa đến kết luận thiếu chính xác và có thể đưa đến phương án lựa chọn không tối ưu trong điều kiện thiết kế tàu cho phép

Đây rõ ràng là phương pháp thiết kế thiếu tính khoa học, độ tin cậy của con tàu mới phụ thuộc hoàn toàn vào độ tin cậy của tàu mẫu

2.3 Các phương trình thiết kế bổ sung theo ý tưởng của Phó giáo sư

Nguyễn Quang Minh

Phương pháp thiết kế tàu tối ưu được ra đời trên cơ sở của phương pháp thiết kế tàu truyền thống bằng cách bổ sung thêm vào hệ phương trình thiết kế tàu truyền thống 2 phương trình mới do Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh đề nghị, đó là phương trình ổn định và phương trình lắc

2.3.1 Phương trình ổn định

Ổn định là một trong những tính năng hàng hải quan trọng bậc nhất của tàu Để đảm bảo ổn định cho tàu nhất là tàu cá là một trong những vấn đề bức thiết nhằm đảm bảo an toàn cho tàu thuyền, an toàn cho thủy thủ đoàn khi tàu hoạt động trên biển Chính vì vậy đảm bảo ổn định tàu trong mọi điều kiện hoạt động là một trong những yêu cầu cơ bản của thiết kế tàu

Đảm bảo ổn định tàu trong thiết kế là vấn đề khoa học có những phức tạp riêng, được các nhà khoa học phân biệt bằng cách gọi là bài toán nghịch, nghĩa là bài toán mà nghiệm của nó chỉ có thể tồn tại và tìm kiếm bằng các phương pháp khoa học chính xác, không mò mẫm, nhờ các kết quả nghiên cứu từ bài toán thuận tương ứng

Muốn đánh giá một con tàu về mặt ổn định, thông thường dựa vào các tiêu chuẩn ổn định Và về mặt toán học, phương trình ổn định hoàn toàn

không phải cái gì khác là chính sự phát biểu của tiêu chuẩn ổn định bằng công

cụ toán Như vậy để xác lập được phương trình ổn định tàu thủy trước tiên cần phải có được những tiêu chuẩn ổn định đảm bảo tính khoa học và giá trị ứng dụng, đồng thời lại phải cho phép phát biểu được bằng các quan hệ toán học chính xác Đòi hỏi thứ nhất vốn là bài toán nan giải, trong khi đòi hỏi thứ hai lại tỏ ra khó khăn hơn,vì không phải tiêu chuẩn ổn định có giá trị nào cũng cho phép viết thành các phương trình ổn định

Tiêu chuẩn ổn định là thước đo cần thiết về ổn định, mà ổn định cần thiết với tàu đang xét Có nhiều tiêu chuẩn ổn định khác nhau như: Tiêu chuẩn vật lý (điển hình là tiêu chuẩn thời tiết của Liên Ban Nga ), Tiêu chuẩn thống kê (Điển hình là tiêu chuẩn của tổ chức liên biển quốc tế IMO-1974)

Trong số các tiêu chuẩn vật lý tiêu biểu nhất phải giới thiệu đó là tiêu chuẩn thời tiết của Đăng kiểm Liên bang Nga, phát biểu rằng để tàu được coi

là ổn định thì điều kiện cần là sao cho tỷ số K giữa momen giới hạn lật tàu Mgh so với momen nghiêng phải không nhỏ hơn 1:

  1

Mng

Mgh

K (2.5) Trong số các tiêu chuẩn trên thì tiêu chuẩn của tổ chức liên biển quốc tế IMO-1974 được áp dụng phổ biến nhất Trên cơ sở kết quả thống kê của gần 100 tàu bị lật vào những năm 60, đem so sánh các đồ thị ổn định của các tàu bị lật với đồ thị của các tàu tốt cùng rút ra được đồ thị tối thiểu với 6 điều kiện:

1 Chiều cao tâm ổn định ban đầu : h0 ≥ 0,35 m

Không có điều kiện giới thiệu sâu hơn về các tiêu chuẩn có tính đại diện cho hai loại tiêu chuẩn ổn định, tiêu chuẩn vật lý và tiêu chuẩn thống kê, chỉ cần thiết nhận xét ở đây rằng cả tiêu chuẩn thời tiết của Đăng kiểm Nga và tiêu chuẩn thống kê 1974 của IMO, phát biểu dưới dạng một tập hợp 6 điều kiện trình bày trên đây, đều được đánh giá rất cao và áp dụng rộng rãi ở nhiều nước Trở ngại chính gặp phải trong ý muốn tìm kiếm phương trình ổn định cần dùng trong lý thuyết thiết kế tàu, phải nói rất đáng tiếc là cho đến những năm 80 của tkế kỷ trước, mong muốn đặt ra vẫn chưa được đáp ứng Lý do là

ở chỗ, tiêu chuẩn thời tiết có định lượng mômen giới hạn xác định bằng đồ thị

ổn định tĩnh và động tính toán trong khi bản thân biểu thức tay đòn ổn định lại được xác lập dưới dạng theo đó chỉ có thể tính và dựng đồ thị ổn định nhờ các thủ đoạn đồ họa Còn đối với tiêu chuẩn IMO, 1974, mặc dầu vào thời kỳ nói trên đây đã xuất hiện biểu thức dạng giải tích về tay đòn ổn định theo ý tưởng của Giáo sư Vlaxôv, nhưng trong đó những đại lượng liên quan đến hình dáng tàu Y c90, Z c90 vẫn chưa được xác lập với độ tin cậy thỏa đáng, có thể vì thế chưa được nghiên cứu đề nghị áp dụng chính thức

Việc tìm ra các biểu thức tính gần đúng với độ chính xác cao xác định các tọa độ tâm nổi của tàu trên góc nghiêng θ = 90º do Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh nghiên cứu thực hiện vào giai đoạn đó đã được ghi nhận, ngoài các tính khả dụng trong bài toán thuận về ổn định tàu thủy, như sự xuất hiện điều kiện cần trên con đường đi đến cái gọi là phương trình ổn định

Các biểu thức tính toán gần đúng tọa độ tâm nổi Y c90, Z c90 được viết như dưới đây:

4 ) (

) 2 ).(

1 (

1 2 2

2 90

B T

H kc

Trên con đường đi đến biểu thức chính thức cho phương trình ổn định, rất đáng vui điểm lại rằng, ít lâu sau thời gian nói trên, trong một dịp thực hiện đề tài tốt nghiệp bậc học đại học, PGS - TS Trần Gia Thái, đang là Trưởng Khoa Kỹ Thuật đóng tàu của Đại học Nha Trang hiện nay, dưới sự hướng dẫn của PSG - TS Nguyễn Quang Minh đã chứng minh rằng, đối với tàu nghề cá Việt Nam, điều kiện về tay đòn ổn định tĩnh viết trong các biểu thức (2.6) luôn là điều kiện gay gắt nhất, do vậy có thể ứng dụng duy nhất tương đương với cả hệ tiêu chuẩn IMO, 1974

Như vậy, trên cơ sở biểu thức tay đòn ổn định theo Giáo sư Vlaxôv, có thể viết phương trình ổn định tàu thỷ dưới dạng:

2

) 0 (

) 30 ( ) 30 ( ) 30 ( ).

( ) 30 (

90

zc zg f

r f

r f

z z f

Các tác hại do lắc gây ra:

+ Nếu biên độ của lắc ngang quá lớn thì có thể gây lật tàu

+ Vỏ tàu phải luôn luôn chịu tải trọng động, nên giảm độ bền thân tàu + Tạo cảm giác khó chịu cho thủy thủ khi làm việc trên tàu

+ Giảm tốc độ tàu

+ Phủ nước lên mặt boong làm ướt hàng hóa (nếu có )

+ Ảnh hưởng tới sự làm việc cũng như tuổi thọ của máy móc, trang thiết bị trên tàu …

Yêu cầu đặt ra về tính lắc cho các tàu :

+ Lắc êm

+ Gia tốc chuyển động không lớn

+ Không bị lật khi tàu chạy trên sóng đuổi hoặc cắt chéo hướng sóng + Nước do lắc không phủ lên boong đến mức làm tổn hại quá mức cho phép khả năng ổn tính của tàu

Biện pháp khắc phục:

Lắc là một thuộc tính của tàu nên không đặt vấn đề là xóa bỏ hoàn toàn

Để hạn chế hậu quả của dao động lắc thì chúng ta có thể tìm cách dung hòa hợp lý các mâu thuẫn, bằng cách tạo ra các mômen ngược với chiều lắc như: Dùng các thiết bị thụ động sẵn có trên tàu (vây giảm lắc, két nước giảm lắc ) dùng các thiết bị tích cực hoạt động nhờ bộ phận dẫn động riêng chuyên dùng

Ta có thể làm cho tàu lắc êm hơn bằng cách tăng chu kỳ lắc của tàu lớn lên nhưng khi tăng chu kỳ lắc thì tính ổn định của tàu lại bị ảnh hưởng Vì vậy nhiệm vụ của người thiết kế là làm sao dung hòa được mâu thuẫn này Theo

lý tuyết của tàu thì chu kỳ lắc của tàu được xác định theo công thức:

+ ho : Độ cao tâm ổn định ban đầu

Biểu thức (2.11) được Phó giáo sư Nguyễn Quang Minh đề nghị ứng dụng như phương trình điều hòa chu kỳ lắc

2.3.3 Áp dụng phương pháp đồ giải lựa chọn tối ưu các thông số hình

học cơ bản cho tàu thiết kế

Phương pháp đồ giải, như đã được đề cập từ các phần trên, là thuật ngữ được chính tác giả tạm gọi để nhấn mạnh đây là ý tưởng về một phương pháp giải hệ các phương trình thiết kế, cho đến hiện nay đã gồm tới 6 phương trình, trong đó cơ bản nhất là các phương trình ổn định, lắc và tốc độ, bằng cách kết

hợp ứng dụng các thủ đoạn đồ thị cùng với giải tích đại số

Có thể nhận xét đúng lúc ở đây rằng, phương pháp đồ thị vốn có những

ưu việt trong việc giải các phương trình nói chung, có thể có những thuận lợi

cơ bản trong mục đích các bài toán lựa chọn tối ưu nói chung, cũng như trong mục đích thiết kế tàu đang xem xét

Áp dụng phương pháp này trong mục đích thiết kế được giao, đầu tiên phải tính toán và xây dựng được các đồ thị, tương ứng với các phương trình thiết kế có được