Tính tay đòn ổn định bằng phương pháp trực tiếp

Trước tình hình đó, tôi được nhà trường, khoa cơ khí và bộ môn tàu thuyền tin tưởng giao cho đề tài: ”Tính tay đòn ổn định bằng phương pháp trực tiếp” đây là phương pháp do thầy Pgs-Ts

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là nước có sông dài biển rộng, với nguồn tài nguyên sinh vật thủy-hải sản vô cùng phong phú và đa dạng Để tận dụng và khai thác nguồn tài nguyên quý giá này, chúng ta cần phải có những phương tiện và công cụ đánh bắt Tàu thuyền là một trong những công cụ đánh bắt vô cùng quan trọng

Hàng năm nước ta thu về hàng trăm tỷ đồng, giải quyết hàng ngàn lao động từ khai thác hải sản, ngoài ra nước ta còn có hàng ngàn đội tàu đang ngày đêm vươn xa biển đông để thu về cho đất nước nguồn tài nguyên phong phú của biển cả Làm thế nào để hoàn thiện công cụ và phương tiện đánh bắt, để con người có thể đi xa hơn đánh bắt được nhiều hơn nữa Điều đó chỉ có thể thực hiện khi con tàu được đóng mới phải đảm bảo các tính năng hợp lý nhất để con tàu ra khơi được an toàn nhất và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

Nghành đóng tàu nước ta đang phát triển rất mạnh cả về chiều sâu và chiều rộng Đến nay chúng ta có thể thiết kế và đóng thành công nhiều con tàu có tải trọng lớn hàng chục nghìn tấn Có công nghệ hiện đại, trình độ kỹ thuật cao ngành đóng tàu Việt Nam đã và đang có những bước đột phá lớn lao trong khu vực cũng như trên thế giới

Bên cạnh thế mạnh kể trên chúng ta không thể không nhắc đến đội ngũ đánh bắt cá của nước ta vì đây là nhân tố quyết định cho kinh tế biển phát triển một thế mạnh của kinh tế Việt Nam Vì vậy chúng ta cần quan tâm đến vấn đề này nhiều hơn Đội ngũ tàu đánh bắt cá nước ta đang cần những bàn tay góp sức xây dựng để hoàn thiện và hoạt động hiệu quả hơn

Xu hướng của ngành đánh bắt hải sản ở nước ta hiện nay là vươn khơi, mở rộng ngư trường để đánh bắt nhiều hơn và tạo điều kiên cho tài nguyên biển gần bờ tái tạo Tuy nhiên việc triển khai vấn đề nay đang gặp không ít những khó

khăn thậm chí là rào cản Yếu tố quyết định để vươn khơi đó chính là cần có một công cụ hiệu quả để hoạt động và đánh bắt ở khơi xa nơi có điều kiện tự nhiên vô cùng phức tạp Trong khi đó tàu thuyền chúng ta mới chỉ đáp ứng một phần nhỏ Nổi lo an toàn khi làm việc trên biển là lớn nhất đối với mỗi ngư dân Thế nhưng yếu tố quyết định nhiều nhất đến sự an toàn của tàu thuyền chính là tính ổn định của tàu một vấn đề vô cùng khó khăn mà từ trước đến nay nhiều nhà khoa học trên thế giới chú tâm giải quyết nhưng vẫn chưa đạt được kết quả như mong muốn Đã có rất nhiều phương pháp tính ổn định nhưng tất cả đều không thể đánh giá chính xác mức độ ổn định cho một con tàu do các phương pháp đều tính trên cơ sở những phép toán gần đúng

Trước tình hình đó, tôi được nhà trường, khoa cơ khí và bộ môn tàu thuyền

tin tưởng giao cho đề tài: ”Tính tay đòn ổn định bằng phương pháp trực tiếp”

đây là phương pháp do thầy Pgs-Ts Nguyễn Quang Minh sau một thời gian nghiên cứu đã đề nghị, phương pháp cho phép đánh giá tay đòn ổn định không chỉ trên nước tĩnh mà còn trên sóng rất chính xác

Đề tài này gồm có 3 chương, trong đó sẽ phân tích cụ thể đặc điểm, phương pháp tính ổn định và những kết quả thu được

Đến nay đề tài đã hoàn thành, tôi xin chân thành cảm ơn thầy Pgs-Ts Nguyễn Quang Minh đã giúp đỡ rất tận tình Ngoài ra tôi xin cảm ơn trường Đại Học Thủy Sản, khoa Cơ Khí, Bộ Môn Tàu Thuyền, các thầy cô và các bạn sinh viên đã giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này

Mặc dù được sự giúp đỡ tận tình của thầy và các bạn, song do trình độ chuyên môn còn hạn chế, thời gian có hạn, nên thiếu sót là điều không thể tránh khỏi Rất mong quý thầy cô đánh giá phê bình và sự góp ý của các bạn

Nha Trang, ngày Tháng 11 năm 2005

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ 5

I.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH KINH TẾ THUỶ SẢN Ở TỈNH ĐÀ NẴNG 8

I.2 THỰC TRẠNG CÔNG TÁC THIẾT KẾ VÀ ĐẢM BẢO AN TOÀN TÀU THUYỀN CỦA TỈNH 10

I.3 PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT 12

I.4 ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 14

CHƯƠNG II : LÝ THUYẾT ĐẢM BẢO AN TOÀN CHỐNG LẬT TÀU 14

II.1 BẢN CHẤT ỔN ĐỊNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH 17

II.1.1 Bản chất ổn định 17

II.1.2 Tiêu chuẩn ổn định 21

II.1.3 Các phương pháp tính tay đòn ổn định điển hình 24

· Phương pháp tính tay đòn ổn định của Viện sỹ A.N.Crưlôp 25

· Phương pháp tính tay đòn ổn định của Giáo sư V.N.Vlaxôp 27

· Phương pháp mới tính tay đòn ổn định của thầy Pgs_Ts Nguyễn Quang Minh 28

II.1.4 Phương pháp tính tay đòn ổn định bằng phương pháp trực tiếp của Pgs_Ts Nguyễn Quang Minh 30

CHƯƠNG III 35

TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU LÀM VIỆC TRÊN SÓNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP 35

III.1.THÔNG TIN TÀU CHỌN ĐỂ TÍNH TOÁN 38

III.1.1 Cơ sở chọn tàu MDG 301-ĐNA 38

III.1.2 Thông tin về tàu MDG 301-ĐNA 39

III.2 TÍNH TOÁN TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TÀU LÀM VIỆC TRÊN SÓNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP 41

III.2.1 Các trường hợp tính toán tay đòn ổn định tàu làm việc trên sóng 41

III.2.2 Các bước tính toán tay đòn ổn định tàu làm việc trên sóng bằng phương pháp trực tiếp 41

III.2.2.1 Tính toán và vẽ profin cho sóng 41

III.2.2.2 Tính toán và vẽ đường cong boong 43

III.2.2.3 Tính và xây dựng các đường cong theo đề nghị của giáo sư V.G.Vlaxôp 43

III.2.2.4 Kết quả tính toán đối với từng trường hợp 46

III.2.2.4.1 Trường hợp đỉnh sóng nằm tại ¾ chiều dài tàu tính từ phía lái 46

III.2.2.4.2 Trường hợp đỉnh sóng nằm tại 1/4 chiều dài tàu tính từ phía

lái 53

III.2.2.4.3 Trường hợp đáy sóng nằm tại 1/ 2 chiều dài tàu 58

III.2.2.4.3 Trường hợp tàu nằm trên đỉnh sóng 63

III.3.TÍNH TAY ĐÒN ỔN ĐỊNH TRÊN ĐỈNH SÓNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TẠI BỂ THỬ QUỐC GIA ĐAN MẠCH 68

KẾT LUẬN 74

ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC 78

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là nước có sông dài biển rộng, với nguồn tài nguyên sinh vật thủy-hải sản vô cùng phong phú và đa dạng Để tận dụng và khai thác nguồn tài nguyên quý giá này, chúng ta cần phải có những phương tiện và công cụ đánh bắt Tàu thuyền là một trong những công cụ đánh bắt vô cùng quan trọng

Hàng năm nước ta thu về hàng trăm tỷ đồng, giải quyết hàng ngàn lao động từ khai thác hải sản, ngoài ra nước ta còn có hàng ngàn đội tàu đang ngày đêm vươn xa biển đông để thu về cho đất nước nguồn tài nguyên phong phú của biển cả Làm thế nào để hoàn thiện công cụ và phương tiện đánh bắt, để con người có thể đi xa hơn đánh bắt được nhiều hơn nữa Điều đó chỉ có thể thực hiện khi con tàu được đóng mới phải đảm bảo các tính năng hợp lý nhất để con tàu ra khơi được an toàn nhất và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

Nghành đóng tàu nước ta đang phát triển rất mạnh cả về chiều sâu và chiều rộng Đến nay chúng ta có thể thiết kế và đóng thành công nhiều con tàu có tải trọng lớn hàng chục nghìn tấn Có công nghệ hiện đại, trình độ kỹ thuật cao ngành đóng tàu Việt Nam đã và đang có những bước đột phá lớn lao trong khu vực cũng như trên thế giới

Bên cạnh thế mạnh kể trên chúng ta không thể không nhắc đến đội ngũ đánh bắt cá của nước ta vì đây là nhân tố quyết định cho kinh tế biển phát triển một thế mạnh của kinh tế Việt Nam Vì vậy chúng ta cần quan tâm đến vấn đề này nhiều hơn Đội ngũ tàu đánh bắt cá nước ta đang cần những bàn tay góp sức xây dựng để hoàn thiện và hoạt động hiệu quả hơn

Xu hướng của ngành đánh bắt hải sản ở nước ta hiện nay là vươn khơi, mở rộng ngư trường để đánh bắt nhiều hơn và tạo điều kiên cho tài nguyên biển gần bờ tái tạo Tuy nhiên việc triển khai vấn đề nay đang gặp không ít những khó

khăn thậm chí là rào cản Yếu tố quyết định để vươn khơi đó chính là cần có một công cụ hiệu quả để hoạt động và đánh bắt ở khơi xa nơi có điều kiện tự nhiên vô cùng phức tạp Trong khi đó tàu thuyền chúng ta mới chỉ đáp ứng một phần nhỏ Nổi lo an toàn khi làm việc trên biển là lớn nhất đối với mỗi ngư dân Thế nhưng yếu tố quyết định nhiều nhất đến sự an toàn của tàu thuyền chính là tính ổn định của tàu một vấn đề vô cùng khó khăn mà từ trước đến nay nhiều nhà khoa học trên thế giới chú tâm giải quyết nhưng vẫn chưa đạt được kết quả như mong muốn Đã có rất nhiều phương pháp tính ổn định nhưng tất cả đều không thể đánh giá chính xác mức độ ổn định cho một con tàu do các phương pháp đều tính trên cơ sở những phép toán gần đúng

Trước tình hình đó, tôi được nhà trường, khoa cơ khí và bộ môn tàu thuyền

tin tưởng giao cho đề tài: ”Tính tay đòn ổn định bằng phương pháp trực tiếp”

đây là phương pháp do thầy Pgs-Ts Nguyễn Quang Minh sau một thời gian nghiên cứu đã đề nghị, phương pháp cho phép đánh giá tay đòn ổn định không chỉ trên nước tĩnh mà còn trên sóng rất chính xác

Đề tài này gồm có 3 chương, trong đó sẽ phân tích cụ thể đặc điểm, phương pháp tính ổn định và những kết quả thu được

Đến nay đề tài đã hoàn thành, tôi xin chân thành cảm ơn thầy Pgs-Ts Nguyễn Quang Minh đã giúp đỡ rất tận tình Ngoài ra tôi xin cảm ơn trường Đại Học Thủy Sản, khoa Cơ Khí, Bộ Môn Tàu Thuyền, các thầy cô và các bạn sinh viên đã giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này

Mặc dù được sự giúp đỡ tận tình của thầy và các bạn, song do trình độ chuyên môn còn hạn chế, thời gian có hạn, nên thiếu sót là điều không thể tránh khỏi Rất mong quý thầy cô đánh giá phê bình và sự góp ý của các bạn

Nha Trang, ngày Tháng 11 năm 2005

CHƯƠNG I

ĐẶT VẤN ĐỀ

I.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH KINH TẾ THUỶ SẢN Ở TỈNH ĐÀ NẴNG

Đà Nẵng là một tỉnh có tiềm năng lớn về biển, có bờ biển kéo dài hơn 89km tính theo mép nước từ đèo Hải Vân đến giáp giới với tỉnh Quảng Nam, biển Đà Nẵng có độâï sâu tăng rất gấp, thuộc nơi có độ sâu bậc nhất của biển Việt Nam và tiếp giáp với Đại Dương Đáy biển có độ dốc cao, gồ ghề là nơi cư trú của hàng trăm loài hải sản với nhiều loại có giá trị kinh tế cao Các yếu tố về địa chất, khí hậu là những nhân tố quan trọng tạo điều kiện thuận lợi cho kinh tế biển của Đà Nẵng trở thành ngành kinh tế mũi nhọn không chỉ ở Việt Nam và cả khu vực Đông Nam Á

Sớm nhận thấy tìm năng đó lãnh đạo thành phố tập trung mọi nguồn lực thúc đẩy phát triển Tỉnh luôn chú trọng đầu tư công nghệ mới không ngừng đưa các tiến bộ khoa học kĩ thuật, xây dựng cơ sở hạ tầng Cùng với sự chuyển dịch mạnh mẽ cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp hoá_hiện đại hoá Đà Nẵng đã và đang có những bước đi vững chắc để phát triển kinh tế thuỷ sản Đến nay về

cơ bản ngành thuỷ sản củûa Đà Nẵng đã đạt được những thành quả khá khả quang và có thể nói Kinh tế thuỷ sản đang đóng một vai trò rất quan trọng và là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của tỉnh Với diện tích ngư trường hơn 15.000km2 hàng năm sản lượng hải sản đánh bắt được trên dưới 30.000tấn Kim nghạch xuất khẩu thuỷ sản hàng năm tăng 14_15%/năm, các sản phẩm trên thị trường ngày càng phong phú và có chất lượng cao có sức cạnh tranh trên thị trường trong nước và thế giới, đặc biệt là các loài hải sản quí hiếm như Hải Sâm,

Tôm Hùm, Bào Ngư, Ngọc Trai…

Đà Nẵng nay đã trở thành trung tâm về phát triển kinh tế biển, sản lượng thuỷ sản không những đáp ứng đầy đủ nhu cầu của thành phố mà còn được xuất

khẩu khắp trong nước và thế giới với chất lượng sản phẩm đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng, cụ thể theo thống kê của bộ thủy sản _nông lâm thành phố Sản lượng đánh bắt hải sản năm 2004 ước đạt 36.700 tấn, tăng 5,5% so với năm 2003, trong đó sản lượng hải sản đánh bắt xa bờ chiếm 40%

Giá trị sản xuất thuỷ sản năm 2004 ước đạt 400,4 tỉ đồng, bằng 101,6% kế hoạch, tăng 9,2% so với năm 2003 và cho đến hai tháng đầu năm 2005 đã tăng 8,3% so với cùng kì năm 2004

Ngành nuôi trồng thuỷ sản cũng đang phát triển rất mạnh Đến nay diện tích nuôi trồng thuỷ sản là 795ha Trong đó 245ha diện tích nuôi tôm ước đạt sản lượng 556 tấn, trung bình từ 3_4 tấn/ha Diện tích nuôi cá nước ngọt 550ha, sản lượng đạt 503 tấn, bình quân đạt 0,9 tấn/ha, và đã thu hút nhiều ngươi dân chuyển đổi từ kinh tế nông nghiệp sang nuôi trồng thuỷ sản đạt năng suất rất cao, tăng thu nhập nhiều lần

Hiện nay cơ cấu kinh tế thuỷ sản của tĩnh đã hình thành rất nhiều ngành nghề đa dạng và phong phú Một số nghề đem lại hiệu quả kinh tế cao như nghề câu mực khơi, lưới cản, giả cào, lưới rê, lưới vây…đặc biệt tỉnh đang triển khai chương trình đánh bắt cá xa bờ hứa hẹn những nguồn lợi mới có giá trị

Đội ngũ tàu thuyền đánh bắt thuỷ sản cũng tăng nhanh về số lượng và chất lựơng Nếu năm 1985, bình quân công suất một tàu là 15CV, thì năm 1997 đến

2004 tăng lên 35,4CV, gấp 2 lần so với giai đoạn 20 năm sau giải phóng (1975 – 1995) Số lượng tàu từ 45CV trở lên cũng phát triển vượt bậc từ 160 chiếc lên

491 chiếc, trong đó tàu từ 90CV trở lên là 152 chiếc… Bên cạnh đó Đà Nẵng đã chủ trương phát triển nhanh đội ngũ tàu cá có công suất lớn đồng thời hoán cải hàng loạt tàu có công suất nhỏ để đánh bắt xa bờ nhằm khai thác mọi tiềm năng sẵn có ở khơi xa, tạo điều kiện tái tạo nguồn lợi thuỷ sản ven bờ Mục tiêu của

tỉnh đến năm 2010 sẽ đóng mới loạt tàu 130_150 chiếc có công suất từ 200CV trở lên, và hoán cải hơn 800 tàu có công suất nhỏ

Đà Nẵng được xem là tỉnh đi đầu trong việc ứng dụng và chuyển giao các tiến bộ kỹ thuật Hiện nay cơ sở hạ tầng phục vụ cho khai thác thuỷ sản của thành phố khá hiện đại Các khu công nghiệp chế biến thuỷ sản xuất khẩu, các trung tâm thương mại hải sản… ngày càng mở rộng cả về qui mô lẫn chất lượng đã góp phần giải quyết đầu ra cho các sản phẩm Ngoài ra công tác đảm bảo an toàn cho tàu đi biển cũng được giám sát chặt chẽ hơn, các hệ thống thông tin liên lạc ngày càng hiện đại, tương lai mạng thông tin liên lạc ICOM sẽ được thành phố xây dựng tại bán đảo Sơn Trà, các tàu đánh cá được trang bị bộ đàm để thường xuyên liên lạc để nắm bắt diễn biến thới tiết, ngư trường đánh bắt và liên lạc với các tàu thuyền khác để hổ trợ lẫn nhau

I.2 THỰC TRẠNG CÔNG TÁC THIẾT KẾ VÀ ĐẢM BẢO AN TOÀN TÀU THUYỀN CỦA TỈNH

Hiện nay hàng loạt các tàu đánh cá tại Đà Nẵng chủ yếu được thiết kế theo tàu mẫu đó là đường hình lý thuyết tàu được thay đổi từ một tàu mẫu nào đó và phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệâm của người thiết kế Nếu bản chất của thiết kế nói chung trong đó có thiết kế đường hình lý thuyết tàu phải là kết quả sáng tạo của người thiết kế dựa trên những yêu cầu nhiệm vụ thư thì cho đến nay chúng ta vẫn phải chấp nhận cách thiết kế thiếu chủ động, sáng tạo và không đem lại kết quả như mong muốn, Có thể nói đây là vấn đề đáng boăn khoăn và cần khắc phục trong công tác thiết kế không chỉ riêng Đà Nẵng, bởi lẽ các yếu tố đường hình lý thuyết là những thước đo chính xác nhất về các tính năng hàng hải của một con tàu, nó phải là kết quả của một thuật toán thiết kế tối ưu chứ không phải được phân tích định tính, dựa vào những kinh nghiệm không có cơ sở khoa học xác thực, sự thiếu sáng tạo trong khi thiết kế đường hình lý thuyết tàu

đã dẫn đến rất nhiều hạn chế, người thiết kế gặp gặp khó khăn khi muốn thay đổi một tính năng nào đó của tàu, mà yếu tố quan trọng nhất đểå tạo ra một con tàu tốt là người thiết kế phải biết dung hoà các tính năng tàu sao cho phù hợp với yêu cầu của nhiệm vụ thư thiết kế chẳng hạn như loại tàu, công dụng, tốc độ, vùng hoạt động…

Với cách thiết kế như hiện nay nhìn chung các mẫu tàu cá tại khu vực Đà Nẵng đảm bảo độ bền, độ an toàn cần thiết Tuy nhiên các tàu ở đây phải chấp nhận một nhược điểm nào đó Đây cũng chính là điều thường gặp trong khi thiết kế đường hình theo tàu mẫu Chẳng hạn khi một con tàu đạt được độ ổn định cao thì buột nó phải chấp nhận những nhược điểm kéo theo như tàu lắc mạnh, tốc độ giảm đáng kể làm cản trở khi thao tác và đánh bắt Vậy làm thế nào để có một con tàu vừa ổn định, lắc êm và đạt tốc độ cần thiết, câu trả lời không đâu xa chính là bài toán thiết kế đường hình lý thuyết tàu Cách thiết kế và quản lý đường hình lý thuyết tàu theo trực giác và cảm tính là nguyên nhân sâu xa của tất cả các khó khăn khi tính toán thiết kế mà chủ yếu dựa vào đường hình

Rõ ràng công tác thiết kế tàu ở tỉnh Đà Nẵng chưa thể gọi là tốt mặc dù hàng năm số lượng tàu đóng mơí và hoán cải là rất lớn, cho đến nay tổng số tàu của tỉnh đã lên đến hơn 2.019 chiếc, và nhìn chung các tàu cũng đáp ứng được các tính năng cần thiết Tuy nhiên những kết quả đạt được vẫn chưa tương xứng với những tiềm năng mà tỉnh hiện có Công tác thiết kế và đóng mới vẫn được thực hiện thủ công, các cơ sở đóng tàu chỉ hoạt động với qui mô nhỏ, trang thiết

bị đã cũ kỉ lạc hậu, trình độ tay nghề của công nhân còn hạn chế không thể đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật và độ chính xác cao trong công nghệ đóng tàu

Về công tác đảm bảo an toàn tàu thuyền tại Đà Nẵng như thế nào? Khó có thể trả lời một khi mỗi năm thiệt hại về người và của là rất lớn Điểm qua một số công tác đảm bảo an toàn cho người đi biển cụ thể như công tác thiết kế,

đóng mới, hoán cải, sửa chữa và đăng kí tàu thuyền được giám sát rất chặt chẽ Đặc biệt tỉnh đã chia đội đánh bắt thành nhiều tổ để tiện quản lý và giúp đỡ nhau trong quá trình đánh bắt Ngoài ra tỉnh còn luôn chú trọng đầu tư trang thiết

bị thông tin liên lạc hiện đại, đào tạo thuỷ thủ, hướng dẫn các biện pháp an toàn khi đi biển, thành lập đội cứu hộ…

Đà Nẵng là tỉnh thực hiện tốt vấn đề an toàn tàu thuyền, vậy nguyên nhân các tai nạn tàu thuyền là do đâu? Tuy không có những số liệu thống kê chính xác nguyên nhân các tai nạn tàu thuyền ở đây nhưng theo kết quả điều tra trên thế giới cho thấy tai nạn lật tàu do thiếu ổn định chiếm đa số, rõ ràng trách nhiệm không chỉ thuộc vào công tác thiết kế tàu mà đây chính là vấn đề đã tồn tại nhiều năm qua mặt dù các nhà khoa học trên thế giới đã chú tâm giải quyết nhưng vì một lý do nào đó bài toán ổn định chưa được giải quyết thoả đáng

I.3 PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT

Trước xu thế muốn vươn khơi để làm chủ và khai thác những ngư trường rộng lớn sánh vai với các tỉnh bạn và khu vực Vấn đề an toàn tàu thuyền khi khai thác thuỷ sản xa bờ là một rào cản và thách thức rất lớn đối với ngư dân Đà Nẵng Trong đó bài toán ổn định luôn chiếm một vị trí quan trọng đặc biệt Hầu hết các tàu bị tai nạn là do nguyên nhân khách quan tàu thiếu ổn định, số khác

do các nguyên nhân chủ quan người sử dụng tàu thiếu hiểu biết hoặc tàu đánh bắt xa bờ không kịp chạy về ngư trường khi gặp bão…

Đà Nẵng đã đầu tư rất nhiều trong công tác đảm bảo an toàn tàu thuyền thế nhưng hàng năm vẫn có rất nhiều tai nạn tàu thuyền xảy ra làm tổn thất tài sản tính mạng và là nổi lo lắng đối với các ngư dân Cũng dễ hiểu khi yếu tố ổn định là nguyên nhân chính của tai nạn lật tàu Bởi lẽ hiện nay vẫn chưa có một phương pháp tính chính xác nào về mức độ ổn định của tàu Do đặc điểm phức tạp của bề mặt vỏ tàu có dạng cong đặc biệt nên các tính toán lý thuyết khi đưa

về tính diện tích, thể tích được giới hạn bởi các đường cong đều thực hiện theo thuật toán gần đúng Xét về bài toán ổn định sẽ rất khó khăn khi thực hiện các phép tính phản ánh đúng điều kiện làm việc của con tàu Cụ thể trong bài toán tính ổn định người ta mô hình hoá bài toán tàu trên nước tĩnh sau đó cộng thêm sự giảm thiểu ổn định của tàu khi làm việc trên sóng một lượng mômen cần thiết Hơn nữa mức độ ổn định của con tàu lại được giám sát bởi các tiêu chuẩn quá cứng nhắc, các tiêu chuẩn được xây dựng trên các cơ sở lý luận riêng và bị bó hẹp trong một số trường hợp nhất định nên không có một tiêu chuẩn nào làm thước đo tối ưu cho mức độ ổn định của tàu, và cho đến nay chúng ta vẫn phải sử dụng các tiêu chuẩn của nước ngoài Thực tế cho thấy hầu hết các tàu khi làm việc trong điều kiện bình thường đều đảm bảo an toàn nhưng khi gặp trường hợp sóng to gió lớn tàu sẽ không có cơ may thoát khỏi

Bài toán ổn định cho tàu như đã trình bày ở trên không chỉ phụ thuộc vào công tác thiết kế, mà còn liên quan đến các công đoạn thi công, và sử dụng tàu khi khai thác Đến nay chúng ta có thể hy vọng đến những giải pháp thiết thực Hiện nay công nghệ tin học đã hỗ trợ rất nhiều trong công nghệ đóng tàu, các công đoạn phóng dạng, khai triển, chế tạo các chi tiết kết cấu vỏ mỏng có dạng cong phức tạp… đã được máy tính xử lý và đạt độ chính xác cao

Một trong những hướng đi mới hứa hẹn là hàm hoá đường hình lý thuyết tàu, nghĩa là các đường cong của đường hình sẽ được viết dưới dạng các hàm giải tích tường minh, liên tục Trước hết có nhiều cơ sở để tin vào kết quả hàm hoá đường hình lý thuyết tàu sẽ là công cụ hiệu quả để giải quyết trọn vẹn bài toán ổn định, cụ thể là bài toán thiết kế đường hình và tính toán các yếu tố đường hình sẽ được thực hiện chính xác khi các số liệu của đường hình được quản lý chặt chẽ, các phép tính sẽ được thực hiện độc lập không còn phụ thuộc vào các số liệu đo đạc thủ công thiếu chính xác từ đường hình Bên cạnh đó với

sự hỗ trợ của công nghệ tin học chúng ta có thể viết các thuật toán lập trình để tính tay đòn ổn định khá thuận lợi và chính xác không chỉ trên nước tĩnh mà cả

trên sóng, đồng thời mở ra cho bài toán nhiều hướng giải quyết

I.4 ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Trước hiện trạng tài nguyên thuỷ sản gần bờ ngày càng cạn kiệt Việc triển khai chương trình khai thác hải sản xa bờ là ước ao lớn nhất của ngư dân Đà Nẵng vào lúc này Tuy nhiên vấn đề an toàn tàu thuyền khi đánh bắt xa bờ cũng chính là mối quan tâm hàng đầu của ngư dân ở đây Đã đến lúc phải có những biện pháp thiết thực để hợp lý hoá tất cả các vấn đề, cụ thể chúng ta phải giải quyết bài toán an toàn cho tàu đi biển theo một hướng mới

Bài toán lớn đặt ra ở đây làm thế nào để biết chính xác mức độ ổn định của tàu để từ đó có những xử lý kịp thời khi tàu gặp sự cố Từ trước đến nay chúng ta thường tính toán tay đòn ổn định cho tàu chúng ta chấp nhận những mô hình tính gần đúng bởi tính phức tạp thuộc bản chất của bài toán, vì vậy kết quả mà phép tính mang lại không phản ánh đúng tất cả mọi trường hợp của tàu trong tự nhiên Trong lúc bài toán hàm hoá đường hình lý thuyết tàu cần có những kết quả thực nghiệm trước khi đưa vào ứng dụng, thiết nghĩ cần có những giải pháp kịp thời để giảm thiểu những tai nạn lật tàu do thiếu ổn định Điều quan trọng ở đây là chúng ta cần phải xây dựng một phương pháp tính đạt độ chính xác cao

Trong những năm gần đây trường Đại Học Thuỷ Sản đã xây dựng thành công một số phương pháp tính ổn định cho kết quả rất khả quang Một trong những phương pháp có thể giải quyết bài toán đảm bảo an toàn chống lật tàu thỏa đáng đó là pháp tính tay đòn ổn định tàu làm việc trên sóng bằng phương pháp trực tiếp của Pgs_Ts Nguyễn Quang Minh, với sự hỗ trợ của công nghệ tin học khi tính toán tay đòn ổn định của tàu chúng ta không chỉ bó hẹp trong phạm

vi tính trên nước tĩnh mà có thể thực hiện trực tiếp trên sóng Hy vọng tương lai không xa vấn đề an toàn tàu thuyền sẽ được giải quyết một cách trọn vẹn

Để giải quyết vấn đề thực tế đã tồn tại nhiều năm qua tôi được nhà trường trường giao cho đề tài “ Tính tay đòn ổn định tàu làm việc trên sóng bằng phương pháp trực tiếp” Tôi cảm thấy vấn đề nghiên cứu tính tay đòn ổn định trên sóng là rất cần thiết đối với đội ngũ tàu đánh bắt cá không chỉ ở tĩnh Đà Nẵng mà còn trong pham vi cả nước Trong phạm vi nghiên cứu đề tài này tôi chỉ thực hiện trên một mẫu tàu đánh bắt hải sản xa bờ thông dụng nhất thuộc tỉnh Đà Nẵng Nội dung nghiên cứu là tính toán tay đòn ổn định cho tàu khi làm việc trên sóng Do thời gian có hạn nên tôi không thể thực hiện hết tất cả các trường hợp tính toán mà chỉ tính cho một số trường hợp điển hình nhất sẽ được trình bày ở các chương sau

CHƯƠNG II LÝ THUYẾT ĐẢM BẢO AN TOÀN

CHỐNG LẬT TÀU

II.1 BẢN CHẤT ỔN ĐỊNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH

II.1.1 Bản chất ổn định

Ổn định là khả năng tàu có thể quay trở lại vị trí cân bằng ban đầu khi mômen ngoại lực làm tàu nghiêng ra khỏi vị trí ban đầu ngưng tác dụng

Đây được xem như một thuộc tính mà bất cứ tàu thuyền nào cũng có nếu không có khả năng quí giá này con tàu khó có thể hoạt động trong điều kiện tự

nhiên phức tạp Nhìn hình vẽ(II.1) chúng ta có thể hiểu được bản chất của ổn

định Khi tàu chịu tác dụng của mômen ngoại lực tàu sẽ bị đẩy nghiêng ra khỏi

vị trí cân bằng một góc (q >0) rõ ràng tâm nổi của tàu sẽ dịch chuyển về phía có thể tích nước tăng, trong khi đó trọng tâm của tàu vẫn không đổi Kết quả lực nổi g V sẽ tạo với lực P tác dụng cùng phương ngược chiều với nó một mômen ngẩu lực có xu hướng chống lại mômen nghiêng và dĩ nhiên khi mômen nghiêng thôi tác dụng ngẩu lực này sẽ đưa tàu về vị trí cân bằng

Hình (I.1): Bản chất ổn định và đồ thị ổn định Read

Độ lớn của mômen ngoại lực hay mức độ ổn định của tàu lớn hay nhỏ phụ thuộc hoàn toàn vào cánh tay đòn hồi phục (lhp) chính là khoảng cách giữa trọng

Chắn sóng

luợng P và lực đẩy thuỷ tĩnh g V vì vậây khi so sánh hay đánh giá tính ổn định người ta thường dựa trên tiêu chuẩn này

Theo hình (II.1) Xét tàu đang nằm cân bằng ở góc nghiêng q >0

Ta có : å MC O=0

Þ Mngh-D.yc.cosq -Dsinq (zc-zco)+Psinq(zg-zco)=0

Vì P=D=g V Þ M ngh=P(yc.cosq -sinq (zc-zco)-sinq(zg-zco) Tàu nằm cân bằng khi : Mngh=Mhp=P.lhp

Þ Mhp=P.lhp=P(yc.cosq -sinq (zc-zco)-sinq(zg-zco)

Þ lhp=yc.cosq -(zc-zco)sinq -(zg-zco)sinq (II.1) Nếu viết tại gốc toạ độ O ta có:

lhp=yc.cosq -zcsinq -zgsinq (II.2)

Ta thấy biểu thức (I.1) gồm hai thành phần độc lập nhau, thành phần thứ nhất gồm hai số hạng đầu phụ thuộc vào toạ độ tâm nổi (yc, zc, zco) tức là phụ thuộc vào hình dạng thân tàu vì vậy người ta gọi là tay đòn hình dạng (lhd) Thành phần còn lại chỉ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm (zg) nên gọi là tay đòn trọng lượng (ltl)

lhd= yc.cosq -zcsinq

ltl= zgsinq

Vậy ta có thể viết biểu thức (II.1) như sau: lhp= lhd+ ltl (II.3) Qua phân tích trên ta thấy bản chất của ổn định chính là mối quan hệ giữa mômen và cánh tay đòn hồi phục, một trong những đồ thị biểu diễn mối quan hệ này là đồ thị mang tên chuyên gia tàu thuỷ người Anh ông Read Đồ thị cho phép không chỉ khảo sát định tính mà cả định lượng mức độ ổn định của tàu tại chế độ tải trọng đang xét Trên đồ thị (hình II.1) ta thấy cánh tay đòn hồi phục càng dốc thì mức độ ổn định của tàu càng cao Độ dốc của đồ thị được xác định

dựa vào h0 gọi là độ cao tâm ổn định ban đầu Khi h0 lớn mômen hồi phục sẽ tăng nhanh, đuổi kịp và vượt giá trị mômen nghiêng chống lại sự quay của tàu Thay cho việc tính đạo hàm ta có thể xác định chiều cao tâm ổn định bằng phương pháp vẽ, từ gốc toạ độ dựng tiếp tuyến với đường cong l(q), tại vị trí

q=5703’ ta vẽ đường thẳng vuông góc với ox, khoảng cách tính từ giao điểm của đường thẳng này với trục ox là h0

Ngoài ra ta có thể xác định cánh tay đòn ổn định và mômen hồi phục tại các góc nghiêng nhỏ khi mà đồ thị được biểu diễn như một đường thẳng

q q

Tay đòn ổn định tĩnh chỉ xác định định tính mức độ ổn định của tàu trong khi đó tàu phải làm việc trong điều kiện phức tạp luôn chịu tác động của nhiều yếu tố bên ngoài vì vậy lý thuyết ổn định tìm cách xây dựng một công cụ hiệu quả để đánh giá ổn định đó chính là ổn định động

Ổn định động tàu xét trong trường hợp mômen nghiêng tác dụng lên tàu là một mômen động tàu nghiêng đột ngột và xuất hiện gia tốc góc

Bài toán đảm bảo an toàn chống lật tàu luôn tìm cánh giải quyết hai câu hỏi đó là tàu sẽ nghiêng như thế nào và giới hạn lớn nhất mà tàu có thể chịu đựng trước khi tai nạn xảy đến, và công cụ để thực hiện chính là đồ thị biểu diễn chung tay đòn ổn định tĩnh và ổn định động theo tỉ lệ xích thích hợp Tuy nhiên

cho đến nay bài toán ổn định vẫn chưa được giải quyết thỏa đáng khi lý thuyết ổn định đang chấp nhận sai số khi xác định tay đòn ổn định

Đến đây chúng ta có thể nhận thấy những tồn tại mà bấy lâu nay các nhà khoa học đang tìm cách giải quyết đó chính là xây dựng một phương pháp tính cho phép xác định chính xác tay đòn ổn định từ góc nghiêng q=(00-900) Bởi lẽ lý thuyết ổn định ban đầu không thể giải quyết vì nó được xây dựng với giả thuyết góc nghiêng của tàu nhỏ Lúc này các đường nước trước và sau khi nghiêng sẽ cắt nhau theo đường thẳng đi qua trọng tâm của hai đường nước Thực tế cho thấy ở những góc nghiêng lớn lý thuyết trên hoàn toàn không phù hợp Như vậy tâm nổi của tàu lúc này sẽ dịch chuyển theo một quĩ đạo phức tạp hơn chứ không theo đường tròn, elip hay theo một đường cố định nào Câu hỏi đăït ra là tại góc nghiêng đang xét thì toạ độ tâm nổi sẽ nằm tại đâu? Về mặt lý thuyết có thể xác định toạ độ tâm nổi theo các công thức sau

Xét trong hệ toạ độ 0xyz có thể viết công thức tính zc , yc như sau:

(II.5)

được chỉ bằng cách đo trực tiếp thủ công thiếu chính xác và các phép tính tích phân chỉ thực hiện gần đúng

Bài toán trở nên phức tạp hơn khi xét đến yếu tố môi trường, sự tương tác của môi trường đối với tàu rất phức tạp cụ thể tàu phải làm việc trên mặt nước có sóng, gió, dòng chảy và các tải trọng trên tàu luôn thay đổi…vì vậây việc xác định chính xác trạng thái nổi của tàu trong những điều kiện thực là rất khó Những khó khăn đặc thù của bài toán khiến cho đến nay khoảng trên dưới

60 phương pháp tính tay đòn ổn định vẫn chưa thể đáp ứng yêu cầu về bài toán

an toàn chống lật tàu, cho nên khi xác định mức độ ổn định định người ta thống nhất thực hiện theo hai bước là tính tay đòn ổn định trên nước tĩnh sau đó hiệu đính thêm sự giảm thiểu tay đòn khi tàu làm việc trên sóng chủ yếu bằng phương pháp thực nghiệm, tiếp sau đó là so sánh kết quả với các tiêu chuẩn Bài toán vốn đã mang trong mình nhiều sai số lại được kiểm tra bởi các tiêu chuẩn quá cứng nhắc và cũng được xây dựng trên cơ sở gần đúng Sự tích góp sai số qua nhiều bước tính toán của các phương pháp tính đã làm cho bài toán đảm bảo ổn định trở thành một thách thức lớn trong công tác đảm bảo an toàn tàu thuyền

II.1.2 Tiêu chuẩn ổn định

Kết quả thu được từ những phép tính định lượng mức độ ổn định như trình bày ở trên không thể cho ta biết chính xác khả năng ổn định của tàu Người sử dụng tàu không thể biết giới hạn ổn định của tàu là bao nhiêu cho đến khi tai nạn lật tàu xảy ra và gây những hậu quả không thể cứu vãn

Để xác định khả năng ổn định của tàu hiện nay các tiêu chuẩn ổn định được xem là những giải pháp duy nhất trong công tác quản lý an toàn tàu thuyền và hiệu quả mà nó mang lại vẫn chưa thoả đáng Mặt dù vẫn có những tiêu chuẩn được xây dựng dựa trên những lý luận khoa học và thực tiễn rất thuyết phục tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có một tiêu chuẩn chính thức nào làm

thước đo chính xác mức độ ổn định bởi lẽ các tiêu chuẩn được xây dựng từ những tình huống quá hiện hữu trong khi đó tàu phải làm việc trong những điều kiện vô cùng phức tạp hơn thế nữa hiện nay vẫn chưa có sự thống nhất giữa các tiêu chuẩn với nhau Xét riêng tại nước ta vẫn chưa có một tiêu chuẩn ổn định hoàn thiện nào của riêng mình mà vẫn sử dụng các tiêu chuẩn nước ngoài và rõ ràng sẽ không phù hợp với điều kiện làm việc đặc thù của đội tàu nghề cá nước

ta

Tuỳ theo cách đặt vấn đề mà hình thành nên các hệ tiêu chuẩn khác nhau Hiện nay đang tồn tại hai hệ tiêu chuẩn có giá trị là tiêu chuẩn vật lý và tiêu chuẩn thống kê

a) Tiêu chuẩn vật lý:

Tiêu chuẩn được xác lập từ việc giải bài toán lật tàu trên những nguyên tắc vật lý và toán học bằng cách mô hình hoá tải trọng tác dụng lên tàu sau đó thiết lập các phương trình vật lý, toán với các đại lượng có ý nghĩa quyết định tàu có

bị lật hay không và dựa vào đó để định mức mức độ an toàn của con tàu Về mặt lý luận tiêu chuẩn vật lý được xem là khoa học, sáng tạo và nó tạo điều kiện thuận lợi cho những sáng kiến mới tuy nhiên việc thực hiện rất khó và phức tạp buộc phải sử dụng những giải pháp gần đúng

Một trong những tiêu chuẩn được xây dựng trên cơ sở vật lý là tiêu chuẩn thời tiết của Nga được định nghĩa như sau:

Tàu được xem là ổn định nếu:

- Mng: Là mômen nghiêng của gió tác dụng lên tàu làm nghiêng tàu tại tải trọng đang xét

trong đó: Mng=0,001.P.Scg.Zatg (II.7) P: Là áp suất của gió xác định theo cấp gió cho trước

Scg: Diện tích mặt hứng gió của tàu

Zatg:Tay đòn của mômen nghiêng là khoảng cách đo theo phương thẳng đứng từ trọng tâm mặt hứng gió đến mặt nước

b) Tiêu chuẩn thống kê:

Tiêu chuẩn được xây dựng trên cơ sở thống kê những vụ tai nạn đắm tàu do thiếu ổn định và tìm ra những đại lượng đặc trưng quyết định khả năng ổn định hoặc ngược lại sau đó xác định giới hạn của các đại lượng này và thành lập tiêu chuẩn Tiêu chuẩn thống kê tỏ ra khá đơn giản, dễ sử dụng và phù hợp với thực tế Điểm hạn chế của tiêu chuẩn này khá bảo thủ làm hạn chế sáng tạo và tồn tại nhiều mâu thuẩn

Hiện nay việt nam đang sử dụng hệ tiêu chuẩn do tổ chức IMO đề xuất năm 1974 và thực tế cho thấy khá phù hợp với những mẩu tàu cá Việt Nam: Tiêu chuẩn này gồm một hệ với 6 điều kiện sau:

+ l q30 ³ 0 20 (m)+ q m ³ 25 0 ¸ 30 0

+ l d40 ³ 0 090 (m)+ l d40 -l d30 ³ 0 030 (m)Trong đó đối vơi những mẫu tàu cá thuộc các tỉnh miền nam Việt Nam theo một công trình ngiên cứu của Pgs-Ts Nguyễn Quang Minh tiêu chuẩn

lq 30³0.20(m) được xem là tiêu chuẩn tương đương với 6 hệ tiêu chuẩn trên Vì vậy khi sử dụng hệ tiêu chuẩn này khá đơn giản và thuận tiện

Từ tiêu chuẩn tương đương đó có thể thiết lập tiêu chuẩn chung đối với tập hợp tàu cá Việt Nam như sau

Công tác quản lý an toàn tàu thuyền dựa trên những tiêu chuẩn được trình bày ở trên hiện nay vẫn chưa giải quyết triệt để những tai nạn bởi tính phức tạp của các tiêu chuẩn nên sẽ rất khó khăn để chọn ra một tiêu chuẩn phù hợp Con tàu có thể đảm bảo tiêu chuẩn này nhưng chưa chắc đảm bảo yêu cầu tiêu chuẩn khác Hơn nữa bản thân các tiêu chuẩn vẫn tồn tại những mâu thuẩn thậm chí là nghịch lý, ngay trong tiêu chuẩn của tổ chức IMO được xem là phù hợp nhất nhưng vẫn tồn tại những hạn chế đó là người thiết kế sẽ khó chọn ra cho con tàu một trong 6 điều kiện quyết định ổn tính của tàu và khó có thể đảm bảo hoàn toàn 6 điều kiện trên

Vậy làm thế nào để khắc phục tình trạng trên? Thiết nghĩ cần phải giải quyết bài toán ổn định theo hướng mới, sẽ là không cần thiết sử dụng những tiêu chuẩn quá "cứng" trong đảm bảo ổn định tàu một khi chúng ta biết chính xác mức độ ổn định của con tàu Điểm qua một vài phương pháp tính ổn định điển hình dưới đây chúng ta sẽ hiểu hơn về bài toán cũng như những khó khăn còn tồn tại mà bao nhiêu năm nay các nhà khoa học đang tìm cách khắc phục

II.1.3 Các phương pháp tính tay đòn ổn định điển hình

Theo thống kê hiện nay đã có trên 60 phương pháp tính tay đòn ổn định khác nhau được các nhà khoa học nghiên cứu qua các thời kì Trong đó 2 phương pháp được đánh giá là hoàn thiện và đạt độ chính xác cao nhất là phương pháp của viện sỹ A.N.Crưlôp và phương pháp của Giáo sư V.N.Vlaxôp trong phạm vi

-úû

ù êë é

³

đề tài này tôi chỉ giới thiệu sơ qua về 2 phương pháp này để thấy những hạn chế vẫn còn tồn tại khiến cho bài toán ổn định chưa được giải quyết thoả đáng

Đặt vấn đề ở đây là tìm cách xác định toạ độ tâm nổi của tàu tại các góc nghiêng tính toán Trên nền tảng của lý thuyết vô cùng bé định lý Ơle phát biểu rằng khi tàu nghiêng một góc vô cùng bé lượng chiếm nước không đổi thì hai mặt đường nước đẳng tích trước và sau khi nghiêng sẽ cắt nhau theo một đường trục đi qua trọng tâm của cả hai mặt đường nước

Tại mỗi góc nghiêng tác giả chia nhỏ cung C0C thành nhiều cung theo các góc nghiêng ngang Lúc này các cung được chia được xấp xỉ như đường thẳng và được tính theo công thức:

q

d r c

ro: Là bán kính tâm ổn định tại góc nghiêng đang xét

jx: Mômen quán tính diện tích mặt đường nước đẳng tích

Hình (II.2): Mô hình tính ổn định theo Viện sỹ N.A crưlôp

Chiếu đoạn thẳng cici+1 = r0 d q lên các trục oy và oz ta được các vi phân

sau:

q q

DV = Vtr-Vph=0 (II.12) trong đó:

2

2 2

= ú

ú û

ù ê

ê ë

xđ

ph tr

u

khi DV=0 thì đó chính là đường nước đẳng tích cần vẽ sau đó tiếp tục vẽ đường nước thứ 2 nghiêng so với đường nước thứ nhất góc Dq và đi qua trọng tâm của đường nước này Tuy nhiên khi vẽ đường nước đẳng tích người thiết kế sẽ bắt gặp nhứng khó khăn từ bản vẽ đường hình lý thuyết tàu và buộc phải sử dụng các giải pháp gần đúng Dựa trên những đường nước đẳng tích ta tiến hành

đo đạt và tính toạ độ tâm nổi (yc, zc) bằng các công thức (II.11)

Về lý thuyết phương pháp này đạt độ chính xác khá cao vì được tính toán từ bản vẽ đường hình lý thuyết, các phép tính được đưa về dạng tích phân xác định Tuy nhiên khi áp dụng sai số của phương pháp này vẫn rất lớn ngay từ khi xác định đường nước đẳng tích thực tế bởi định lý Ơle chỉ đúng với những góc nghiêng nhỏ, hơn nữa việc thực hiện các phép tính từ những số liệu thiếu chính xác đã tạo nên sai số tích góp rất lớn không thể kiểm soát được và khối lượng tính toán của phương pháp là rất lớn

Phương pháp này là một cách tiếp cận đặc biệt tính gần đúng đồ thị ổn định của tàu Lúc này tay đòn ổn định hình dạng được xấp xỉ dưới dạng hàm sin như sau: l(q)hd1 = y c.cosq +(z c -z c0)sinq

q q

q q

trong đó : a1, a2, a3, a4 được xác định từ những điều kiện để đảm bảo sai số giữa hai đường cong trên là nhỏ nhất

Các điều kiện bao gồm:

- Hai đường cong có giao điểm tại 0: q=0 ® l(q)hd1= l(q)hd2

- Có tiếp tuyến chung tại 0: q=0 ®

) (

) ( ) (

)

q

q q

q

dl

dl dl

dl

=

- Tiếp tuyến chung tại q=90: q=90® 1 0 2 90 0

) (

) ( 90 )

q

q

dl

dl dl

dl

- Diện tích bằng nhau: ® q q q q

q q

d l d

0 1

Giải hệ phương trình trên tìm được các giá trị ai…và sau một số biến đổi tác giả đã xây dựng biểu thức xấp xỉ tay đòn hình dạng như sau:

l(q)hd = y c90f1(q) + (z c90-z c0)f2(q) +r0f3(q) +r90f4(q) (II.15) trong đó: f1(q), f2(q), f3(q), f4(q): là các hàm phụ thuộc vào góc q và có giá trị theo bảng

Phương pháp có những ưu điểm là đạt độ chính xác cao, khối lượng tính toán giảm đáng kể và là cơ sở cho bài toán tính ổn định theo hướng bài toán nghịch Tuy nhiên cho đến nay phương pháp này vẫn chưa được đề cập đến nhiều

Từ nhìn nhận những hạn chế từ bản vẽ đường hình và những phép tính gần đúng không mang lại những kết quả thiết thực trong giải quyết bài toán ổn định Đã thôi thúc các nhà khoa học tìm kiếm một phương pháp tính mới hiệu quả hơn Một trong những nhà khoa học quan tâm nhiều đến vấn đề này là Pgs_Ts Nguyễn Quang Minh và bước đầu đã cho những kết quả khả quang là phương pháp tính tay đòn ổn định dựa trên nguyên lý của phép biến hình Đưa bài toán từ mô hình không gian về bài toán phẳng từ đó tính toạ độ trọng tâm của mô hình phẳng đơn giản

Dựa vào lý thuyết đồng dạng, phép biến đổi aphin mở rộng cho phép ta chuyển từ tàu thực tế tính tay đòn ổn định về mô hình tàu ổn định tương đương có tâm nổi trên mọi góc nghiêng q = (00-900) trùng hoàn toàn với tàu cho trước Như ta thấy với tỉ lệ biến hình (II.16) mô hình tàu sau khi được biến đổi thành tàu trung gian 1 sẽ có chiều dài 1 đơn vị và đường hình thân trụ, và ở mỗi độ cao có kích thước nữa rộng bằng ½ diện tích MĐN của tàu tính toán

z ctg2 = z ctg1

2 1

)()(

1

ctg

z z L

y

a

Hình (II.3): Mô hình tàu ổn định tương đương

Do có đường hình thân ống nên tọa độ tâm nổi của nó trên mọi góc nghiêng trùng hoàn toàn với trọng tâm ZE,YE của diện tích phần chìm mặt cắt ngang giữa tàu tính toán trên cùng góc nghiêng

Vậy khi xác định tọa độ tâm nổi của tàu tính toán ta chỉ việc xác định mối quan hệ giữa tàu thật và tàu trung gian 2 là mối quan hệ tỉ lệ thuận với kích thước nửa chiều rộng đo theo mặt cắt ngang giữa

z ct = z ctg2 (II.19)

E E E

E

t c

y

y L y

L y y

2 /

2 : Hệ số biến đổi aphin theo chiều ngang tàu

YE: Tọa độ trọng tâm của ½ diên tích MĐN giữa của tàu tính toán hay tọa độ trọng tâm của ½ diên tích MCN của tàu thân trụ có chiều dài bằng chiều dài trung bình của tàu tính toán

L,a,h: Là trị trung bình tương ứng của chiều dài, hệ số diện tích các MĐN và tọa độ trọng tâm của ½ diện tích đối xứng của các MCN

Với phép biến hình aphin như trên phương pháp tính tay đòn theo phương pháp mới có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác đó chính là việc tính toán tiện lợi, chính xác Hơn nữa khối lượng tính toán giảm đáng kể cho phép xác định chính xác toạ độ tâm nổi và có nhiều ưu thế khi áp dụng vào các thuật toán lập trình

II.1.4 Phương pháp tính tay đòn ổn định bằng phương pháp trực tiếp của Pgs_Ts Nguyễn Quang Minh

* Lý thuyết tính tay đòn ổn định bằng phương pháp trực tiếp

Trong điều kiện đường hình lý thuyết tàu được thiết kế theo kinh nghiệm và các thông số được quản lý thủ công đã làm cho bài toán tính ổn định vốn đã không đơn giản khi tính trên nước tĩnh càng trở nên phức tạp khi xét đến yếu tố tàu làm việc trên sóng Chính vì thế bài toán tính ổn định cho tàu làm việc trên

sóng đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới tuy nhiên cho đến nay những nghiên cứu tính ổn định trên sóng bằng lý thuyết vẫn chưa đạt được kết quả như mong muốn mà chỉ dừng lại những ý tưởng nghiên cứu thực nghiệm ổn định của tàu khi làm việc trên sóng

Phương pháp tính tay đòn ổn định tàu làm việc trên sóng bằng phương pháp trực tiếp của Pgs_Ts Nguyễn Quang Minh có thể là huớng đi mới hiệu quả giải quyết thoả mãn sự mong đợi đối với bài toán tính ổn định tàu làm việc trên sóng bởi lẽ phương pháp được xây dựng dựa vào những nghiên cứu lý thuyết chặt chẽ cho phép giảm thiểu sai số trong các bước tính toán, phản ánh chính xác điều kiện làm việc thực tế của con tàu trong những tình huống phức tạp và sẽ rất đơn giản khi áp dụng kết quả hàm hoá đường hình lý thuyết tàu

Phương pháp được xây dựng trên cơ sở các phương pháp thuỷ tĩnh, đưa tàu về trạng thái cân bằng tàu trên mặt nước có sóng tức là tĩnh hoá hiện tượng lật tàu trên sóng Các bước tính toán được thực hiện khá đơn giản dựa vào các công cụ toán lý thuyết tàu và được thực hiện trực tiếp trên những góc nghiêng tính toán Tuy khối lượng tính toán có phần gia tăng so với tính trên nước tĩnh nhưng sẽ không khó khăn khi có sự trợ giúp của máy tính Kết quả thu được được kiểm nghiệâm khá gần với nghiên cứu thực nghiệm đã được công bố của Giáo sư Nheptraiep Iu.I

* Trình tự tính tay đòn ổn định trên sóng bằng phương pháp trực tiếp

- Thực hiện cân bằng tĩnh tàu trên sóng bao gồm các bước:

· Xác định kích thước và profin của sóng

Trong thực tế sóng biển là một hàm ngẩu nhiên ba chiều tuy nhiên do những hạn chế về mặt lý thuyết nên khi xây dựng mô hình sóng tính toán người

ta xem sóng có dạng điều hoà có dạng hai chiều và chiều cao sóng nhỏ hơn nhiều lần so với chiều dài sóng, trong mặt phẳng cắt ngang profin sóng có dạng hình sin hoặc cos

Phương trình sóng điều hoà hình sin được viết như sau:

y=x=hs.cosj (II.20) trong đo:ù

j: Được xác định từ quan hệ:

l p

p

C: Tốc độ truyền sóng bằng tốc độ của tàu:

l: Chiều dài bước sóng: l=Ltk

x: Tung độ profin sóng tại điểm có hoành độ x

h: Là chiều cao sóng được xác định theo công thức

ï

ï ỵ

ïï í

ì

³ -

=

<

+

-=

m khi

m h

m khi

m h

60 )

( 20

60 )

( 1 20

l l

l l

Hình (II.4): Phương pháp vẽ profin sóng

· Vẽ đường cong boong:

Độ cao của boong hay độ cong boong được tính theo công thức:

R=

50

i

Bi: Chiều rộng của tàu tại vị trí vẽ đường cong boong

Bằng phương pháp vẽ ta chia ¼ đường tròn và Bi ra thành n phần bằng nhau như hình vẽ Sau đó kẻ các đường thẳng từ những điểm đã chia ta được các giao điểm như hình, nối các giao điểm này lại ta sẽ được đường cong boong

Hình (II.5): Cách vẽ đường cong boong trên các sườn

· Tính và vẽ đường cong Vlaxôp

Tương ứng với từng mặt cắt ngang sau khi đã vẽ đường cong boong ta diện tích phần chìm của mặt cắt ngang và các mômen tĩnh theo các trục oy và oz: w/2;

Mw oy/2; Mw oz/2 Sau đó xây dựng các đường cong theo đề nghị của Vlaxôp.V.G

· Cân bằng tĩnh tàu trên sóng

Đặt đồ thị sóng trên đồ thị Bongien, tính toán và điều chỉnh vị trí tương đối của sóng trên đồ thị bắt đầu từ vị trí góc nghiêng ngang q=00 đến các góc nghiêng khác nhau, chẳng hạn Dq=100 cho đến 900 Mớn nước tại từng mặt cắt ngang được xác định chính là giao điểm của sóng với các sườn Khi xoay sóng rõ

sườn i

R i =B i /50

ràng diện tích và tâm nổi của tàu đã bị thay đổi, vì vậy để cân bằng tàu ta dịch chuyển sóng sao cho đảm bảo điều kiện

ỵ í

ì

=

=

ct cs

t s

x x

V V

các giá trị vs; xcs được tính dễ dàng theo các đường cong Vlaxôp vừa xây dựng

- Tính thể tích chiếm nước và các mômen của tàu theo biểu thức:

trong đó:

xm, xđ:là điểm tận cùng của sóng trên đồ thị bonjien

w q i, M wq i oy, M wq i oz: Diện tích phần chìm của mặt cắt ngang và mômen tĩnh của nó đối với các trục oy và oz

i q

Mwoy = Mw1oy + Mw2oy + Mw3oy – Mw4oy (II.28)

Mwoz = Mw1oz – Mw2oz – Mw3oz – Mw4oz

dz y M

i T i

2

10

2 1

dz y M

i T i

2

10

2 2

dz z y M

i

i c

T i

1 1

0 1

ị

=

w

dz z y M

i

i c

T i

2 2

0 2

Hình (II.6): Tính toán các đại lượng w q i, M wq i oy, M wq i oztheo các

đường cong của Vlaxôp trong đó:

y1i, y2i : Tung độ thứ i trên các MCN của các thành phần 1 và 2

yc3, yc4 : Tung độ trọng tâm của các thành phần 3 và 4

zc1i, zc2i : Cao độ thứ i trên các MCN của các thành phần 3 và 4

zc3, zc4 : Cao độ trọng tâm của các thành phần 3 và 4

· Tính toạ độ tâm nổi của tàu trên sóng tại các góc nghiêng tính toán:

2 1

2

2 1

2

ò

+ +

-

oz oz

L

L

L

L oz c

dx

dx M

M M

M dx

dx M y

4 3 2 1

4 3

2 1

.

.

w w w w w

w w

w w

ò

+ +

+

oy oy

L

L

L

L oy c

dx

dx M

M M

M dx

dx M z

4 3 2 1

4 3

2 1

.

.

w w w w w

w w

w w

w

· Có tọa độ tâm nổi của tàu tại vị trí góc nghiêng đang xét chúng ta có thể xác định cánh tay đòn ổn định của tàu theo biểu thức quen thuộc sau

q q

III.1.THÔNG TIN TÀU CHỌN ĐỂ TÍNH TOÁN

III.1.1 Cơ sở chọn tàu MDG 301-ĐNA

Qua tìm hiểu tôi quyết định chọn tàu MDG 301-ĐNA làm đối tượng tính toán trong luận văn tốt nghiệp của tôi vì:

- Thứ nhất tàu MDG 301-ĐNA đã được chọn và tính toán trong chuyên đề tốt nghiệp của anh Đỗ Văn Tình khóa 42TT1 nhưng trong đó chỉ tính toán cho một trường hợp điển hình là lúc tàu nằm trên đỉnh sóng trong khi đó con tàu trong tự nhiên phải hoạt động với những điều kiện vô cùng phức tạp Do tính phức tạp của bài toán ổn định cũng như sức bền mà từ trước đến nay chúng ta xem trường hợp tàu nằm trên đỉnh sóng và trên đáy sóng là ảnh hưởng đến độ

ổn định và độ bền của tàu nhất Tuy nhiên cho đến nay dựa vào những kết quả và độ chính xác mà phương pháp tính đã mang lại chúng ta có thể thực hiện trên các trường hợp khác có thể sẽ ảnh hưởng đến ổn định hơn Chọn tàu MDG 301-ĐNA để tính toán không ngoài mục đích hoàn thiện hơn kết quả tính toán và so sánh mức độ ổn định ở mỗi trường hợp khác nhau là như thế nào

- Thứ hai tàu MDG 301-ĐNA là loại tàu được đóng và sử dụng nhiều nhất hiện nay tại Đà Nẵng

- Thứ ba con tàu có đầy đủ những số liệu, thông tin chính xác đảm bảo cho việc tính toán

III.1.2 Thông tin về tàu MDG 301-ĐNA

Do những hạn chế khi thực hiện đề tài nay nên dưới đây tôi chỉ trình bày

những thông tin chính tàu cần thiết cho quá trình tính toán

- Giới thiệu về tàu MDG 301-ĐNA là mẩu tàu đánh bắt tôm, cá xa bờ thuộc tỉnh Đà Nẵng có công suất 165CV Tàu được lắp 1 máy chính công suất 165 CV

do hãng Yanmar (Nhật Bản) chế tạo, hệ trục chân vịt sản xuất tại Việt Nam

- Tàu có 1 boong chính, 1 chân vịt, 1 cabin và buồng máy được bố trí về phía đuôi tàu, boong tàu thao tác và khu vực hầm hàng được bố trí từ phần giữa tàu đến mũi tàu

- Các thông số chính của tàu:

Chiều dài lớn nhất : Lmax = 19,50 m

Chiều rộng lớn nhất: Bmax = 5,40 m

Chiều cao mạn : D = 2,35 m

Chiều cao đến be : H = 2,75 m

Chiều chìm trung bình: d = 1,80 m

- Đường hình tàu MDG 301-ĐNA: