Thiết kế sơ bộ mẫu tàu du lịch chở 50 khách bằng vật liệu composite hoạt động ở vịnh Nha Trang

Là sinh viên năm cuối em may mắn được nhà trường, khoa Kỹ Thuật Giao Thông giao cho đề tài nghiên cứu: “Thiết kế sơ bộ tàu du lịch chở 50 khách bằng vật liệu Composite FRP hoạt động ở vị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

= = =

   = = =

MAI ĐÌNH NAM

THIẾT KẾÂ SƠ BỘ MẪU TÀU DU LỊCH CHỞ 50 KHÁCH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE HOẠT

ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐÓNG TÀU THỦY

GVHD: ThS HUỲNH VĂN NHU

NHA TRANG - 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

= = =

   = = =

MAI ĐÌNH NAM

THIẾT KẾÂ SƠ BỘ MẪU TÀU DU LỊCH CHỞ 50 KHÁCH BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE HOẠT

ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐÓNG TÀU THỦY

GVHD: ThS HUỲNH VĂN NHU

NHA TRANG - 2013

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: MAI ĐÌNH NAM MSSV: 51130952 Lớp: 51ĐT1

Địa chỉ liên hệ: Phòng 116- KTX K5, Trường ĐHNT

Tên đề tài: Thiết kế sơ bộ tàu du lịch trở 50 khách bằng vật liệu Composite (FRP)

hoạt động ở Vịnh Nha Trang

Cán bộ hướng dẫn: ThS HUỲNH VĂN NHU

I ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:

1 Đối tượng nghiên cứu: Tàu chở 50 khách, vỏ Composite

2 Phạm vi nghiên cứu: Lập hồ sơ thiết kế sơ bộ cho tàu chở 50 khách, vật liệu Composite

3 Mục tiêu của đề tài: Củng cố kiến thức cho sinh viên, giúp sinh viên nắm bắt được quá trình thiết kế một con tàu, từ đó nâng cao kiến thức bản thân

II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

LỜI NÓI ĐẦU

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

Chương 2: YÊU CẦU KINH TẾ - KỸ THUẬT ĐỐI VỚI DU LỊCH

Chương 3: XÂY DỰNG HỒ SƠ THIẾT KẾ SƠ BỘ TÀU CHỞ KHÁCH BẰNG VẬT LIỆU FRP HOẠT ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG

Quá trình thiết kế sơ bộ bao gồm các công việc được tiến hành theo trình tự sau:

1 Xây dựng nhiệm vụ thư

2 Từ yêu cầu của nhiệm vụ thư, trên cơ sở phương trình trọng lượng và phương trình dung tích, xác định sơ bộ các kích thước chính như chiều dài, chiều rộng,

chiều cao, mớn nước

3 Dựa trên cơ sở các kích thước chính và hệ số hình dáng đã được xác định trên

đây, tiến hành xây dựng bản vẽ đường hình xác định hình dáng vỏ tàu, tính và vẽ đường cong thủy lực và tỉ lệ Bonjean

4 Tính toán kết cấu, tính toán trang thiết bị và bố trí chung, tính trọng tâm trọng

lượng tàu, tính các trường hợp tải, kiểm tra ổn tính

5 Tính sức cản, trên cơ sở đó lựa chọn máy chính, đảm bảo đạt tốc độ yêu cầu của

tàu (khoảng 9-11hl/h)

Chương 4: THẢO LUẬN KẾT QUẢ

III.KẾ HOẠCH THỜI GIAN:

Chương 3: Xây dựng hồ sơ thiết kế sơ bộ tàu du lịch vật liệu FRP:

Xác định các đặc điểm hình học của tàu, vẽ đường hình tàu:

Nha Trang, ngày 04 tháng 03 năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ tên sinh viên : Mai Đình Nam

MSSV : 51130952 Lớp : 51DT-1 Ngành : Kỹ Thuật Tàu Thủy Mã ngành : 18.06.10 Tên đề tài : Thiết kế sơ bộ tàu du lịch trở 50 khách bằng vật liệu Composite(FRP) hoạt động ở Vịnh Nha Trang Số Trang Đồ Án : 80 Số Trang Phụ : 10 Số Chương : 04 Số Tài Liệu tham Khảo : 9 Hiện Vật : 03 CD + 3 bản thuyết minh NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ………

………

………

………

………

………

………

………

KếtLuận………

………

………

NhaTrang, ngày……tháng……năm 2013

Cán bộ hướng dẫn :

THS.Huỳnh Văn Nhu

PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên : Mai Đình Nam

MSSV : 51130952 Lớp : 51DT-1 Ngành : Kỹ Thuật Tàu Thủy Mã ngành : 18.06.10 Tên Đề tài : Thiết kế sơ bộ tàu du lịch trở 50 khách bằng vật liệu Composite (FRP) hoạt động ở Vịnh Nha Trang Số Trang Đồ Án : 80 Số Trang Phụ: 10 Số Chương : 04 Số Tài Liệu tham Khảo: 9 Hiện Vật : 03 CD + 3 bản thuyết minh NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Đánh giá chung: ………

………

Nha Trang, ngày……tháng……năm 2013

CÁN BỘ PHẢN BIỆN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN iii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH x

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.1 TỔNG QUAN .2

1.2 VẬT LIỆU COMPOSITE .2

1.3 PHÂN LOẠI TÀU KHÁCH 7

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .7

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: 7

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: 7

1.4.3 Mục đích nghiên cứu: 7

Chương 2: YÊU CẦU KINH TẾ - KỸ THUẬT ĐỐI VỚI DU LỊCH 8

2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT .8

2.1.1 Các yêu cầu đối với kích thước chính .8

2.1.2.Các yêu cầu với đường hình 10

2.2 YÊU CẦU KINH TẾ 10

2.2.1 Tồng giá thành chế tạo con tàu .10

2.2.2 Chi phí bảo dưỡng 11

2.2.3.Chi phí sử dụng thấp .11

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỒ SƠ THIẾT KẾ SƠ BỘ TÀU CHỞ KHÁCH BẰNG VẬT LIỆU FRP HOẠT ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG 12

3.1 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CHÍNH VÀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG HÌNH: 12

3.1.1 Xây dựng nhiệm vụ thư: 12

3.1.1.1 Nhiệm vụ chung: 12

3.1.1.2 Các yêu cầu khi xây dựng nhiệm vụ thư: 12

3.1.1.3 Nhiệm vụ thiết kế: 12

3.1.2 Giải phương trình trọng lượng và phương trình dung tích xác định sơ bộ kích thước tàu thiết kế : 13

3.1.2.1 Xác định sơ bộ lượng chiếm nước D: 13

3.1.2.2 Lựa chọn chiều chìm thiết kế T: 15

3.1.2.3 Lựa chọn tỷ số T H : 15

3.1.2.4 Lựa chọn hệ số diện tích mặt đường nước α: 16

3.1.2.5 Lựa chọn hệ số diện tích mặt cắt ngang β: 17

3.1.2.6 Tính, chọn các hệ số δ, tỷ số H B , và chiều dài tàu L: 17

3.1.3 Thiết kế đường hình tàu: 21

3.1.3.4 Tính và vẽ đường cong thủy lực và tỉ lệ Bonjean: 23

3.2 Thiết kế bố trí chung: 31

3.2.1 Giới thiệu chung: 31

3.2.1.1 Công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng: 31

3.2.1.2 Các thông số cơ bản và tỉ số kích thước của tàu: 31

3.2.2 Lựa chọn hệ thống kết cấu: 32

3.2.3 Bố trí chung tàu thiết kế: 32

3.2.3.1 Đặc điểm bố trí tàu khách thiết kế: 32

3.2.3.2 Bố trí và phân chia các khoang: 33

3.3 Tính toán thiết kế kết cấu: 35

3.3.1 Vật liệu: 35

3.3.1.1 Đặc trưng vật lý của vật liệu FRP: 35

3.3.1.2 Trọng lượng riêng của nhựa và sợi: 36

3.3.1.3 Xác định chiều dày lớp FRP: 36

3.3.1.4 Xác định trọng lượng riêng của tấm FRP: 36

3.3.2 Độ bền vật liệu: 37

3.3.3 Tính chọn kết cấu theo Qui Phạm: 38

3.3.3.1.Lớp vỏ: 38

3.3.3.2 Chiều dày tối thiểu của boong: 41

3.3.3.3 Sườn, dầm dọc mạn : 42

3.3.3.4 Đà ngang đáy: 44

3.3.3.5 Đà ngang buồng máy: 44

3.3.3.6 Dầm dọc đáy: 44

3.3.3.7 Xà boong: 45

3.3.3.8 Sống dọc dưới boong: 47

3.3.3.10 Vách kín nước: 48

3.3.3.11 Nẹp vách: 48

3.4 Tính ổn định tàu thiết kế: 51

3.4.1 Kiểm tra ổn tính ban đầu: 51

3.4.1.1 Trường hợp 1: 51

3.4.1.2 Trường hợp 2: 52

3.4.1.3 Trường hợp 3: 52

3.4.1.4 Trường hợp 4: 53

3.4.2 Kiểm tra ổn tính trong trường hợp góc nghiêng lớn có tính đến ảnh hưởng của biên độ lắc: 54

3.4.2.1 Tính diện tích và tọa độ tâm chịu gió: 55

3.4.2.2 Xác định đồ thị ổn định tĩnh và động: 55

3.4.2.2.1 Trường hợp 1: Tàu đủ khách, 100% dự trữ: 58

3.4.2.2.2 Trường hợp 2: Tàu đủ khách , 10% dự trữ: 58

3.4.2.2.3 Trường hợp 3: Tàu không khách, 100% dự trữ: 59

2.4.1.4.4 Trường hợp 4: Tàu không khách,1 0% dự trữ: 59

3.4.3 Kiểm tra theo quy phạm đóng tàu việt Nam trong vùng hạn chế III: 62

3.4.4 Kiểm tra ổn định khi khách tập trung một bên mạn: 64

3.4.4 Kiểm tra ổn định khi tàu quay vòng: 64

3.5: Tính sức cản và chọn máy tàu: 65

3.5.1 Lựa chọn phương pháp tính sức cản: 65

3.5.2 Tính sức cản vỏ tàu: 66

3.5.2.1 Các thông số chính của tàu: 66

3.5.2.2 Các thông số tính sức cản: 67

3.5.3.1 Các thông số của tàu: 73

3.5.3.2 Tính và chọn các thông số mở đầu: 74

3.5.3.3 Tính để chọn máy: 74

Chương 4: THẢO LUẬN KẾT QUẢ 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng so sánh các tính năng chủ yếu giữa thép, nhôm, gỗ, vật liệu FRP 6

Bảng 3.1: Bảng tính các yếu tố tĩnh thủy lực .26

Bảng 3.2: Bảng công thức tính diện tích mặt cắt ngang và mômen diện tích 28

Bảng 3.3: Kết quả tính Bonjean .29

Bảng 3.4 Trị số của C 40

Bảng 3.5: Tổng hợp kết cấu .49

Bảng 3.6: Tính ổn tính ban đầu .54

Bảng 3.7: Diện tích và tọa độ tâm chịu gió 55

Bảng 3.8: Bảng giá trị hàm fi( )θ 56

Bảng 3.9: Bảng tính các giá trị hình học quy đổi 57

Bảng 3.10: Bảng tính cánh tay đòn ổn định tĩnh, động ứng với các trường hợp tải trọng: 58

Bảng 3.11: Bảng xác định hệ số tải trọng động 63

Bảng 3.12: Bảng thông số sức cản .76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Đồ thị thủy tĩnh .27

Hình 2: Đồ thị bonjean .31

Hình 3: Đồ thị ổn định 60

Hình 4: Đồ thị sức cản 72

Hình 5 : Đồ thị Ne; D = f(n) 77

LỜI NÓI ĐẦU

Được thực hiện đồ án tốt nghiệp là mong ước của nhiều sinh viên trước khi

ra trường, nó giúp cho sinh viên có thể tổng hợp lại được rất nhiều kiến thức đã được học ở nhà trường và giúp sinh viên có thêm nhiều kiến thức mới có thêm nhiều kinh nghiệm hơn trong thực tế ngành nghề mình đã học Để có được những kiến thức mới, ôn lại được kiến thức cũ và có thêm kinh nghiệm quý báu thì đồ án thực hiện phải đạt được chất lượng tốt nhất

Thiết kế tàu là một công đoạn khó trong ngành tàu thủy, nó đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức vững về các môn học: Lý thuyết tàu, sức bền tàu, kết cấu tàu và có kinh nghiệm thực tế trong tính toán thiết kế

Để tạo điều kiện cho sinh viên tiếp cận với thực tế, làm quen với việc giải quyết những vấn đề cụ thể, sau thời gian học tập em đã được nhà trường giao cho

thực hiện đề tài với nội dung: “Thiết kế sơ bộ tàu du lịch trở 50 khách bằng vật

liệu Composite (FRP) hoạt động ở Vịnh Nha Trang”

Qua thời gian tìm hiểu, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS.Huỳnh Văn Nhu, cùng với sự động viên giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn, em đã hoàn thành nội dung đề tài

Nội dung đề tài gồm bốn phần:

Chương 1: Đặt vấn đề

Chương 2: Yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với tàu du lịch

Chương 3: Xây dựng hồ sơ thiết kế sơ bộ tàu chở khách bằng vật liệu Composite hoạt động ở Vịnh Nha Trang

Chương 4: Thảo luận kết quả

Song với thời gian thực hiện không nhiều cùng với trình độ còn hạn chế nên

đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô và các bạn đã động viên giúp đỡ

em trong quá trình thực hiện đề tài, đặc biệt em xin cảm ơn thầy giáo ThS.Huỳnh Văn Nhu đã hướng dẫn em rất tận tình trong thời gian thực hiện đề tài

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 TỔNG QUAN

Như chúng ta đã biết những năm gần đây, ở nước ta nhu cầu thiết kế và đóng mới các loại tàu khách bằng vật liệu Composite để phục vụ các nhu cầu tuần tra, cứu hộ, du lịch…ngày càng tăng

Nha Trang lại là một trong những vịnh đẹp nhất ở Viêt Nam Nơi đây sở hữu một hệ sinh thái đặc trưng của một vùng biển nhiệt đới, được bao quanh bởi nhiều đảo lớn nhỏ tạo nên một điều kiện thuận lợi cho việc phát triển du lịch biển

Hiện nay ở Nha Trang cũng đã có nhiều đội tàu phục vụ viêc du lịch biển, nhưng phần lớn là các loại tàu gỗ với thiết kế đã lỗi thời Vì thế việc phát triển đội tàu bằng vật liệu Composite với nhiều kiểu dáng mới sẽ làm thu hút khách du lịch hơn, làm cho ngành du lịch biển Nha trang phát triển mạnh mẽ

Là sinh viên năm cuối em may mắn được nhà trường, khoa Kỹ Thuật Giao Thông giao cho đề tài nghiên cứu: “Thiết kế sơ bộ tàu du lịch chở 50 khách bằng vật liệu Composite (FRP) hoạt động ở vịnh NHA TRANG” với sự hướng dẫn của thầy giáo ThS.Huỳnh Văn Nhu Em hy vọng sẽ hoàn thành tốt và góp một phần nhỏ vào giải pháp giúp phát triển ngành du lịch biển Nha Trang

1.2 VẬT LIỆU COMPOSITE

Vật liệu truyền thống làm vỏ tàu tại nước ta thường là gỗ và thép Tuy nhiên, hiện nay nguồn gỗ đang cạn kiệt, nếu đóng quá nhiều tàu bằng gỗ thì nguy cơ phá rừng càng cao, gây hại cho môi trường Tàu vỏ thép thì có khả năng đảm bảo nhiệm

vụ đặt ra, song thực tế sử dụng cho thấy tàu vỏ thép bị ăn mòn nhanh và việc bảo dưỡng tàu vỏ thép vừa khó khăn vừa tốn kém

Cả hai loại vật liệu truyền thống này khi làm vỏ tàu đòi hỏi quy trình bảo dưỡng rất nghiêm khắc Tàu vỏ gỗ thì phải kéo lên bờ định kỳ, với chu kỳ hết sức ngắn tùy thuộc vào vùng biển, thông thường mỗi năm phải làm vỏ ít nhất hai lần Yêu cầu thường xuyên đưa tàu vào ụ hoặc lên đà để bảo dưỡng Sự phát triển mạnh

mẽ của công nghệ hiện đại dẫn đến nhu cầu to lớn về những vật liệu đồng thời có nhiều tính chất cần thiết mà các vật liệu truyền thống khi đứng riêng rẽ không thể

có được Vật liệu kết hợp hoặc vật liệu Composite ra đời vừa đáp ứng được nhu cầu cấp bách đó vừa là sản phẩm của những công trình nghiên cứu trong nữa sau của thế kỷ XX nhằm khai thác, phát triển quy luật kết hợp – một quy luật phổ biến trong tự nhiên Đồng thời với kết quả đó, ngành khoa học hiện đại về Composite cũng xuất hiện

1.2.1 Định nghĩa và phân loại

a Định nghĩa:

Composite là một hỗn hợp gồm ít nhất hai pha hay hai thành phần vật liệu

Sự kết hợp này nhằm hạn chế nhược điểm của vật liệu này bằng ưu điểm của vật liệu kia, tạo nên sản phẩm có cơ tính khác hẳn các vật liệu ban đầu Tuy nhiên định nghĩa này không đầy đủ Vật liệu Composite phải được xác định theo ba tiêu chuẩn

- Cả hai chất thành phần phải có tỷ lệ hợp lý (ví dụ như hơn 5%)

- Chỉ khi các pha thành phần có cơ tính khác nhau và cơ tính của vật liệu Composite khác một cách đáng kể với cơ tính của vật liệu thành phần Ví dụ như chất dẻo, mặc dù trong thành phần có một lượng các chất bôi trơn, chất chống tia cực tím, các chất vì mục tiêu thương mại như giảm giá thành và dễ chế biến…, nhưng không thỏa mãn tiêu chuẩn thứ hai do vậy không được xem là vật liệu Composite

- Trong vật liệu Composite, các vật liệu thành phần không được hòa tan hẳn vào nhau Do vậy một hợp kim có vi kết cấu hai pha được tạo ra trong quá trình đông rắn của kim loại nóng chảy đồng nhất không được xem là vật liệu Composite Tuy nhiên nếu các phần tử gốm, không biết vì một lý do nào đó được hòa trộn với kim loại để tạo nên vật liệu bao gồm kim loại có chứa các phần tử gốm, thì vật liệu

đó chính là vật liệu Composite

Về phương diện hóa học, Composite có hai pha (hoặc nhiều hơn) riêng biệt, được phân ra bởi mặt phân cách riêng biệt Thành phần liên tục tồn tại với khối

lượng lớn hơn trong Composite được gọi là nền Theo quan điểm thông thường các

đặc tính của nền được cải thiện nhờ sự phối hợp với thành phần khác để tạo nên vật liệu Composite Composite có thể là nền gốm, kim loại hoặc polymer Các polymer

có sức bền và môđun đàn hồi thấp; gốm cứng vững và giòn; kim loại có sức bền và môđun đàn hồi trung bình, và có tính dễ kéo thành sợi

Thành phần thứ hai được gọi là cốt, có tác dụng làm tăng cơ tính cho vật liệu nền Thông thường cốt cứng hơn, khỏe hơn và có độ cứng vững cao hơn vật liệu nền Cốt có ít nhất một kích thước rất bé (khoảng 500µm) Đặc trưng hình học của pha gia cường là một trong những thông số chính để xác định tính có hiệu quả của vật liệu gia cường; nói cách khác, cơ tính của vật liệu Composite là một hàm của hình dáng và kích thước của sợi vật liệu gia cường Vật liệu gia cường thường ở dưới dạng sợi hay hạt

b Phân loại

 Theo bản chất vật liệu nền:

Theo bản chất nền, vật liệu Composite được chia làm 3 nhóm:

- Composite nền kim loại (như hợp kim nhôm, hợp kim titan) với cốt là các dạng sợi: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (cacboon, silic)

- Composite nền khoáng (gốm) với cốt là các dạng: sợi kim loại (Bo), hạt gốm (cacbua, nitơ)

- Composite nền polymer (nhựa, cao su)

Theo hình dáng vật liệu cốt:

- Vật liệu Composite cốt sợi: gồm các Composite có cốt sợi ở dạng sợi Sợi được sử dụng có thể ở dạng liên tục, có thể ở dạng gián đoạn (sợi ngắn, sợi vụn)

- Vật liệu Composite cốt hạt: gồm các Composite có cốt ở dạng hạt

Vật liệu Composite được sử dụng trong ngành công nghiệp tàu thủy là FRP

FRP là một tổ hợp giữa cốt sợi thủy tinh với nhựa polyester không no tỉ

lệ trọng lượng nhựa trong thành phần vật liệu từ 50 đến 70% và sợi thủy tinh chiếm

tỉ lệ trọng lượng từ 30 đến 50% khác với vật liệu làm đồ gia dụng

1.2.2 Ưu nhược điểm của vật liệu FRP

a Ưu điểm:

- Có độ bền vững cao, trọng lượng nhẹ

- Có độ cứng hóa học tốt, tính cơ học cao

- Chịu được biến dạng uốn, chịu tác dụng liên tục

- Bị giòn khi nhiệt độ thay đổi cao

Do đó để khắc phục nhược điểm trong kết cấu vật liệu FRP người ta dùng các loại nhựa polyester theo mục đích sử dụng, kết hợp các tỉ lệ pha trộn giữa nhựa và các chủng loại vải sợi cốt thủy tinh Sử dụng các loại cấu trúc chất làm độn vật liệu cốt (các loại vải thủy tinh)

c Ưu điểm của việc ứng dụng vật liệu FRP trong chế tạo tàu thủy

Xét một trọng lượng vật tư cần đưa vào tàu cùng kích thước và tính năng có thể nhận thấy nhờ tỉ trọng bản thân nhỏ, còn giới hạn bền không quá nhỏ so với thép nên số lượng vật tư cần của FRP sẽ nhỏ hơn Tính chất này cho phép làm giảm lượng giãn nước của tàu FRP và điều này có lợi cho việc làm tăng tốc độ tàu hoặc làm giảm công suất máy

Vật liệu FRP ra đời đã 50 năm, những vỏ tàu đầu tiên bằng vật liệu FRP trong những năm 1940 – 1950 trên cơ sở công nghệ chưa tiên tiến vẫn còn bền vững cho đến ngày nay Từ thực tế cho thấy vật liệu FRP phù hợp trong việc đóng mới tàu thủy, FRP không bị thẩm thấu, không bị lão hóa nhanh, sinh vật biển không có khả năng xâm thực và phá hoại vật liệu này Nhờ tính chất này việc bảo dưỡng cỏ tàu FRP dễ dàng hơn không cần lên đà vào ụ nếu vỏ chưa bị sự cố trầm trọng

Thực tế sử dụng loại tàu đã có tại Việt Nam cho thấy vật liệu FRP có khả năng giải quyết các vấn đề sau:

- Đảm bảo độ bền kết cấu cho tàu đi biển cở vừa và nhỏ

- Khối lượng vật tư vỏ tàu FRP nhỏ, lượng chiếm nước tàu nhỏ vì vậy tốc độ tàu được cải thiện theo hướng tăng lên

- Chi phí bảo dưỡng tàu không đáng kể, công việc cạo hà, sơn lườn không nhất thiết phải vào ụ

- Quy trình công nghệ làm vỏ tàu FRP đơn giản, nhờ đó người ta có thể chế tạo vỏ tàu đạt các tính năng cần thiết mà không sợ gặp khó khăn khi thi công, với ưu điểm đó khả năng cải thiện tính đi biển rất rõ ràng, an toàn tàu, tính ổn định có thể dự tính trước khi thi công và chế tạo

- Qua thực tế sử dụng của một số đơn vị cho thấy tàu vỏ FRP có nhiều ưu điểm hơn tàu vỏ thép

Tổ hợp vật liệu FRP có một số tính năng sau:

- Độ bền cơ học (kéo, nén, uốn) tương đương với thép có cùng bề dày

- Vật liệu FRP nhẹ gấp 4 – 5 lần so với thép

- Sửa chữa đơn giản, nhanh chóng hơn nhiều so với các loại vật liệu khác

- Không bị nước biển ăn mòn oxy hóa, đặc biệt là không bị hàu hà bám đục phá

- Dưới đây là bảng so sánh các tính năng chủ yếu giữa thép, nhôm, gỗ, vật liệu FRP Trọng lượng trên một m2 diện tích vỏ tàu dài 14 (m) được tính như sau cho các loại vật liệu khác nhau, trong đó đã tính cả vật tư làm các nẹp gia cường kết cấu

Bảng1.1: Bảng so sánh các tính năng chủ yếu giữa thép, nhôm, gỗ, vật liệu FRP

Trọng lượng riêng (t/m3) 0,78 – 0,82 7,8 1,6 – 1,7 2,6

1.3 PHÂN LOẠI TÀU KHÁCH

Theo quy định của “ Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép, phần IA quy định chung về hoạt động và giám sát kỹ thuật ” tàu khách là tàu biển chở hơn

12 hành khách Trong đó hàng khách là bất kì người nào có mặt trên tàu trừ thuyền trưởng, thuyền viên hoặc những người có mặt trên tàu và trẻ em dưới một tuổi

Nhóm 1: Tàu cỡ nhỏ hoạt động ở vùng biển gần bờ, sức chở không quá 50 khách

Có kết cấu một boong , đơn giản, dùng để vận chuyển khách phục vụ du lịch biển đảo và vận chuyển khách ở quãng đường gần

Nhớm II: Tàu cao tốc có lượng chiếm nước lớn, sức chở 100 khách chạy với vận

tốc lớn ≥ 22hl/h Có kết cấu và hình dáng đặc trưng và tương đối phức tạp

Nhóm III: Tàu khách viễn dương, với sức chở có thể lên đến nghìn người vục vụ

việc du lịch và vận chuyển khách giữa các châu lục trên thế giới Tàu được trang bị

hệ thống trang thiết bị và nội thất tương đối hiện đại

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

Tàu chở 50 khách, vỏ Composite (FRP)

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:

Lập hồ sơ thết kế sơ bộ cho tàu chở 50 khách, vật liệu FRP

1.4.3 Mục đích nghiên cứu:

Củng cố kiến thức cho sinh viên, giúp sinh viên nắm bắt được quá trình thiết

kế một con tàu, từ đó nâng cao kiến thức bản thân

Chương 2: YÊU CẦU KINH TẾ - KỸ THUẬT ĐỐI VỚI TÀU DU LỊCH

Yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với tàu khách du lịch là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong quá trình thiết kế tàu khách du lịch

Đối với tàu khách du lịch thì quan trọng đó là mức độ tiện nghi, tính an toàn

và thẩm mỹ của con tàu là một số yêu cầu rất quan trọng, nó quyết định đến tính kinh tế và hiệu quả hoạt động của con tàu

2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT

Đặc điểm hình học, bao gồm các kích thước chính của bản vẽ đường hình (hình dáng, hình học), là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến các tính năng hàng hải của con tàu Đối với tàu du lịch thì hình dáng hình học ảnh hướng rất lớn đến giá trị của con tàu, do đó việc phân tích và lựa chọn họp lí đặc điểm hình học có vai trò và ý nghĩa rất quan trọng

2.1.1 Các yêu cầu đối với kích thước chính

Để đáp ứng tốt yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với tàu khách du lịch thì các kích thước chính của tàu phải đảm bảo:

- Đảm bảo được diện tích và khoảng không gian cần thiết để bố trí chỗ ngồi của hành khách và các thành phần tải trọng có mặt trên tàu như hàng hoá, trang thiết bị, các dự trữ khác

- Các kích thước chính của tàu nên có giá trị nhỏ nhỏ vừa phải nhằm đảm bảo trọng lượng và giá thành tàu là thấp nhất

- Tỷ số giữa các kích thước chính nằm trong giới hạn cho phép nhằm đảm bảo các tính năng hàng hải của tàu, nhất là tính năng ổn định

Chiều dài L của tàu có ảnh hưởng quyết định đến mọi công việc bố trí trên tàu và có ảnh hưởng đến trọng lượng vỏ tàu được thiết kế Chiều dài L lớn thì công việc bố trí tàu, bố trí trang thiết bị trên tàu dễ dàng hơn, tuy nhiên sẽ làm tăng khối lượng vỏ tàu ảnh hưởng đến tốc độ của tàu Nếu chiều dài L của tàu nhỏ thì sẽ làm cho công việc bố trí các phương tiện trên tàu trở nên khó khăn hơn Vì vậy cần phải

lựa chọn chiều dài L của tàu một cách hợp lý, phải đảm bảo kết hợp hài hòa giữa yêu cầu về sức chở của tàu và yêu cầu về tốc độ của tàu

Chiều rộng B của tàu có ảnh hưởng quyết định đến tính năng của tàu Chiều rộng B lớn thì làm cho việc cân bằng dễ dàng hơn, ổn định động khá tốt, tuy nhiên

ổn định dọc và tính êm sẽ giảm Chiều rộng B nhỏ đưa đến những điều tệ hại cho phương tiện, B quá nhỏ sẽ không đảm bảo ổn định ban đầu như mong đợi, ổn định động của tàu kém

Đồng thời tỷ lệ L/B có ảnh hưởng lớn đến chọn chiều rộng B Như vậy có thể thấy được rằng chọn chiều rộng B cho tàu cỡ nhỏ chạy nhanh là công việc mang tính chất dung hòa, theo đó B được chọn trên cơ sở thỏa mãn rất nhiều điều kiện khá ngược nhau

Tỷ lệ H/T có ảnh hưởng đến tính ổn định và sức cản của con tàu Lựa chọn

tỷ lệ H/T phải đảm bảo đủ mạn khô theo yêu cầu của quy phạm, phải đủ lực nổi dự trữ Do vậy cần phải lựa chọn tỷ số H/T một cách hợp lý vì:

- Nếu mớn nước T không thay đổi, tăng chiều cao mạn H thì lúc này trọng tâm tàu bị nâng cao, ổn định ban đầu của tàu giảm, giảm bớt tình trạng hắt sóng lên mặt boong, làm tăng chiều cao kiến trúc thượng tầng, lực cản do gió tác dụng vào tàu tăng, không có lợi về mặt tốc độ

- Và nếu mớn nước T không thay đổi, giảm chiều cao mạn H thì lúc này trọng tâm tàu tương đối thấp, ổn định ban đầu của tàu được tăng lên, lực cản do gió tác dụng vào tàu giảm, tuy nhiên ổn định động của tàu giảm, sóng hắt lên mặt boong Các hệ số hình dáng của tàu cũng có ảnh hưởng đến các tính năng của tàu

- Hệ số diện tích mặt đường nước α có ảnh hưởng nhiều đến một số tính năng của tàu Nếu hệ số α lớn, bán kính ổn định ngang ban đầu ro sẽ lớn, lúc này tính ổn định của tàu sẽ tăng lên Nếu α lớn diện tích mặt đường nước sẽ lớn, lúc này mặt boong sẽ được mở rộng thuận tiện cho việc thao tác và đi lại trên tàu Nếu α quá bé, nguy hiểm nhất là tính ổn định của tàu giảm, điều này không thể cho phép đối với tàu du lịch, α nhỏ diện tích mặt boong thu nhỏ đôi chút nhưng trên cơ sở vẫn ổn định cho tàu

- Hệ số thể tích chiếm nước δ có ảnh hưởng lớn đối với các tính năng của tàu, đặc biệt đối với tàu cao tốc Nếu hệ số δ lớn thì sức cản tác dụng vào tàu sẽ lớn, công suất có ích của tàu bị giảm nhưng bù lại sức chở của tàu tương đối lớn Nếu hệ số δ lớn thì cũng làm giảm bán kính ổn định ngang của tàu, đồng thời làm giảm độ cao tâm nổi ban đầu ZCo Điều này làm cho chiều cao tâm ổn định ban đầu

ho giảm dẫn đến tính ổn định của tàu bị giảm Ngược lại nếu hệ số δ nhỏ, lúc này tính ổn định của tàu được tăng lên, đồng thời sức cản giảm nên tốc độ của tàu được cải thiện, đáp ứng được yêu cầu của thiết kế

Như vậy, trong quá trình thiết kế tàu thì ta cần phải lựa chọn các kích thước chính, tỷ số giữa các kích thước chính và các hệ số hình dáng của tàu một cách hợp

lý sao cho phải đảm bảo được các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật đối với tàu Trong phạm vi của đề tài này và ở khu vực Việt Nam, thì các kích thước chính, các tỷ lệ giữa các kích thước chính và các hệ số hình dáng của tàu sẽ được lựa chọn trên cơ

sở xử lý số liệu thống kê các tàu mẫu đang hoạt động có hiệu quả đồng thời phân tích các ưu nhược điểm của các mẫu tàu

2.1.2 Các yêu cầu với đường hình

Yêu cầu kỹ thuật đối với tàu bằng vật liệu FRP là đường hình tàu phải tạo được lực nâng lớn khi chạy để có thể chuyển sang chế độ lướt nhanh chóng và đường hình tàu phải đơn giản để quá trình chế tạo vỏ tàu dễ dàng hơn

Đường hình tàu có ảnh hưởng rất lớn đến tính năng hàng hải của tàu, đặc biệt là tính năng tốc độ Vì vậy công việc quan trọng nhất của người thiết kế là phải phân tích để lựa chọn được đường hình tàu phù hợp với yêu cầu của nhiệm vụ thư

2.2 YÊU CẦU KINH TẾ

2.2.1 Tồng giá thành chế tạo con tàu

Tổng giá thành của con tàu phụ thuộc vào các giá thành thành phần như: giá thành chế tạo vỏ tàu, giá thành máy chính và máy phụ cho tàu, giá thành các trang thiết bị tàu

Để tổng giá thành của tàu là thấp nhất thì cần phải giảm các giá thành thành phần, hình dáng – kích thước của tàu là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến giá thành

thành phần Vì vậy, ta cần phân tích lựa chọn các đặc điểm hình học của tàu hợp lý

để giảm vật liệu chế tạo vỏ tàu, giảm chi phí đóng mới

Để giảm vật liệu chế tạo vỏ tàu thì cần phải lựa chọn đường hình đơn giản

và cần tính toán kết cấu sao cho vừa đủ bền để giảm vật liệu chế tạo kết cấu thân tàu Lúc này việc chế tạo vỏ tàu và các kết cấu thân tàu không mất nhiều thời gian, tốn vật liệu ít hơn, vừa giảm được chi phí vật liệu vừa giảm được thời gian hoàn thành con tàu, nâng cao hiệu quả kinh tế

2.2.2 Chi phí bảo dưỡng

Vật liệu làm vỏ tàu có ảnh hưởng đến quy trình bảo dưỡng vỏ tàu Mỗi lần bảo dưỡng rất tốn chi phí nhiều và tốn thời gian nên rất ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của tàu Các vật liệu đóng tàu như gỗ và thép thường có khối lượng nặng và rất dễ bị nước biển ăn mòn hoặc bị lão hóa vì thế quy trình bảo dưỡng đối với thân tàu được đóng bằng hai loại vật liệu này là nghiêm khắc hơn, thường xuyên phải được đưa vào ụ hoặc lên đà để kiểm tra phần vỏ Công việc này rất tốn kinh phí và thời gian, do đó sẽ không đảm bảo được yêu cầu kinh tế đối với tàu du lịch

Vật liệu FRP có khối lượng nhẹ, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và chi phí bảo dưỡng tàu không đáng kể, công việc cạo hà, sơn lườn không nhất thiết phải vào ụ, vì vật liệu FRP không bị nước biển ăn mòn oxy hóa và không bị hàu hà bám đục phá Và như vậy sẽ đảm bảo tốt yêu cầu kinh tế đối với tàu du lịch

2.2.3 Chi phí sử dụng thấp

Chi phí sử dụng của tàu chủ yếu là chi phí cho nhiên liệu trong quá trình khai thác, để chi phí sử dụng là thấp nhất thì cần phải chọn máy chính cho tàu có lượng tiêu hao nhiên liệu thấp nhất Tuy nhiên chi phí cho máy chính tàu phải thấp

Để thỏa cả hai điều kiện này thì ngoài việc lựa chọn đường hình hợp lý ta còn phải

có lựa chọn phương án bố trí hệ trục và tính chọn chân vịt tối ưu nhất để tăng hiệu suất đẩy của chân vịt cũng như tăng hiệu suất của động cơ, nhằm giảm công suất của máy chính

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỒ SƠ THIẾT KẾ SƠ BỘ TÀU CHỞ KHÁCH

BẰNG VẬT LIỆU FRP HOẠT ĐỘNG Ở VỊNH NHA TRANG

3.1 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CHÍNH VÀ THIẾT KẾ ĐƯỜNG HÌNH: 3.1.1 Xây dựng nhiệm vụ thư:

3.1.1.1 Nhiệm vụ chung:

Nhiệm vụ thư thiết kế là tài liệu đầu tiên do người thiết kế xây dựng dựa trên các 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: Các vấn đề như công dụng, vùng hoạt động, quy phạm áp dụng,…, một số các yếu tố cần đảm bảo như trọng tải, tốc độ…

3.1.1.2 Các yêu cầu khi xây dựng nhiệm vụ thư:

Khi xây dựng nhiệm vụ thư cần phải dựa trên cơ sở mục đích công tác thiết kế: + Căn cứ vào yêu cầu khách hàng

+ Căn cứ vào đặc điểm các khu du lịch và luồng lạch

+ Căn cứ vào công dụng và cỡ loại

+ Căn cứ vào yêu cầu qui phạm hiện hành

3.1.1.3 Nhiệm vụ thiết kế:

Công dụng và loại hình tàu:

+Tàu được thiết kế chở 50 khách phục vụ du lịch biển tại vịnh NHA TRANG +Vật liệu : composite

+Vùng hoạt động: Tàu được thiết kế cho phép hoạt động trong vùng hạn chế III, cách nơi cư trú không quá 20 hải lý

+Bố trí buồng máy: Phần đuôi tàu

+Boong và thượng tầng : Tàu thiết kế có 2 lầu, buồng lái bố trí boong tầng một phía mũi

+Đuôi và mũi tàu: Đuôi kiểu đuôi tuần dương hạm, mặt cắt ngang mũi tàu hình chữ V mũi tàu thông dụng hiện nay

+ Máy chính : Dùng động cơ diesel

+ Chân vịt: Tàu thiết kế bố trí 1 chân vịt

Thiết bị sinh hoạt, thuyền viên:

+ Số lượng thuyền viên: Khoảng 6 người trong đó 1 thuyền trưởng, 1 máy trưởng, 1 đầu bếp , 1 phụ bếp và 2 nhân viên phục vụ

+ Thiết bị sinh hoạt: 1 nhà vệ sinh, 1 nhà bếp, 1 buồng lái

3.1.2 Giải phương trình trọng lượng và phương trình dung tích xác định sơ bộ kích thước tàu thiết kế :

3.1.2.1 Xác định sơ bộ lượng chiếm nước D:

Theo sổ tay kỹ thuật đóng tàu T1 trang số 16 ta có :

η : hệ số tải trọng

Sức chở của tàu, deadweight (viết tắt DWT hoặc DW) được coi là hiệu số giữa lượng chiếm nước của tàu tại trạng thái đầy tải D = DT và trọng lượng tàu không D0

DWT = DT – D0

Như vậy trong DWT có cả thành phần hành khách và hành lý mang theo

cùng lượng dự trữ lương thực thực phẩm cho người trên tàu, dự trữ cho máy DWT = PPass + PFO

Đối với tàu du lịch chở khách thì thời gian chuyến biển tối đa là một ngày

đêm nên lượng dự trữ lương thực thực phẩm là rất ít nên ta chọn khối lượng của hành khách và thuyền viên cùng hành lý mang theo là 75kg cho một người, khối lượng dự trữ lương thực thực phẩm và nước sinh hoạt cho mỗi người là 15 kg

Từ nhiệm vụ thư thiết kế là tàu chở được 50 khách ta có thể xác định nhóm khối lượng này như sau:

Ppass = (0,075 + 0,015) x (i + n) (Tấn)

Với i: là số lượng hành khách trên tàu, i = 50 người

n: số lượng thuyền viên trên tàu, n = 6 người

→ Ppass = 0,09 x (50 + 6) = 5,04 (Tấn)

Thời gian hoạt động của tàu trong một chuyến biển khoảng (8 – 10) giờ, nên

ta có thể sơ bộ chọn lượng dự trữ nhiên liệu và dầu bôi trơn cho tàu là:

5,6

D

3.1.2.2 Lựa chọn chiều chìm thiết kế T:

Chiều chìm T là một trong những kích thước cơ bản của tàu Chiều chìm T phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó điều kiện tự nhiên nơi mà tàu hoạt động là yếu tố quan trọng nhất

Qua tìm hiểu thực tế được biết hầu hết các luồng lạnh, cảng cá tại Khánh Hòa có độ sâu trung bình từ (1,00 ÷÷ ÷ ÷1,5)m ứng với lúc thủy triều xuống thấp nhất Tại luồng đường đi của tàu có độ sâu khoảng từ: (2 ÷ ÷÷ ÷ 3)m

Căn cứ vào thực tế tìm hiểu một số tàu du lịch vỏ composite đã đóng (các tàu đã qua sử dụng và được đặt dưới cảng Cầu Đá và các tàu Long Phú giá trị của chiều chìm T nằm trong khoảng: 0 , 5≤ T ≤ 1 (m)

có ảnh hưởng đến tính ổn định và sức cản của tàu Khi lựa chọn tỷ

số này cần chú ý đến một số điểm sau:

+ Đảm bảo đủ mạn khô thỏa mãn yêu cầu quy phạm

+ Đủ dung tích của tàu

+ Chú ý đến tính ổn định của tàu

Nếu giữ nguyên chiều chìm T, tăng chiều cao mạn tàu H thì:

+ Giảm bớt tình trạng nước phủ boong tàu

+ Chiều cao mạn khô tăng, lực cản do gió tác dụng vào tàu tăng không có lợi cho tàu về tốc độ và ổn định

+ Trọng tâm của tàu bị nâng cao, ảnh hưởng đến tính ổn định ban đầu của tàu + Gây khó khăn trong thao tác khai thác

Nếu giữ nguyên chiều chìm T, giảm chiều cao mạn H:

+ Trọng tâm của tàu tương đối thấp, ổn định ban đầu của tàu được tăng lên + Lực cản do gió tác dụng vào tàu giảm

+ Thuận tiện trong khai thác

+ Chiều cao mạn khô thấp nên nước phủ lên boong tàu Điều này rất nguy hiểm vì tàu hoạt động xa bờ trong điều kiện sóng gió hết sức phức tạp

Nếu giữ nguyên H, giảm chiều chìm T của tàu

+ Sức cản tác dụng vào tàu giảm, tốc độ của tàu tăng lên Tuy nhiên tính ổn định cũng như tính lắc của tàu sẽ giảm mạnh Điều này rất nguy hiểm không thể chấp nhận được

Nếu giữ nguyên H, tăng chiều chìm T của tàu sẽ có lợi về cả hai mặt ổn định

và lắc Nhưng chiều chìm T của tàu bị khống chế bởi điều kiện tự nhiên nơi mà tàu hoạt động

Theo số liệu thống kê tàu khách thì tỷ số

3.1.2.4 Lựa chọn hệ số diện tích mặt đường nước α :

Hệ số α được xác định theo công thức : α =

LB

S

(3.2) Trong đó :

S : Diện tích mặt đường nước (m2)

L : Chiều dài tàu (m)

B : Chiều rộng tàu (m)

Hệ số α có ảnh hưởng nhiều đến một số tính năng của tàu

- Nếu α lớn thì bán kính ổn định ngang ban đầu ro (ro =

T

δ

βα

12

2 2

) sẽ lớn, lúc này tính ổn định của tàu sẽ tăng

- Nếu α lớn thì dẫn tới diện tích S sẽ lớn, lúc này mặt boong được mở rộng thuận tiện cho thao tác làm việc và đi lại trên tàu

- Nếu α lớn thì tính ổn định hướng của tàu sẽ giảm

Ngược lại:

- Nếu α quá bé thì nguy hiểm, nhất là tính ổn định làm cho tính ổn định của tàu sẽ giảm Điều này không cho phép đối với tàu du lịch

- Nếu α bé dần tới diện tích mặt boong bị thu hẹp, gây khó khăn không thuận tiện trong công việc, thao tác và đi lại trên tàu

- Theo số liệu thống kê tàu khách thì ta thấy hệ số α nằm trong khoảng 0,70 ≤≤≤≤ α ≤≤≤≤ 0,80

3.1.2.5 Lựa chọn hệ số diện tích mặt cắt ngang β :

Hệ số diện tích mặt cắt ngang β của tàu được tính theo công thức :

T B.

ω

β = (3.3) Trong đó :

ω : Diện tích mặt cắt ngang (m2)

B : Chiều rộng của tàu (m)

T : Chiều chìm trung bình của tàu ( m)

Hệ số β ít ảnh hưởng đến tính ổn định cũng như tính lắc của tàu, nên ở đây

hệ số β được chọn dựa theo dữ liệu thống kê

Theo số liệu thống kê tàu khách thì hệ số β nằm trong khoảng: 0,85 ≤≤≤≤ β ≤≤≤≤ 0,96

Ppass : Trọng lượng toàn bộ thuyền viên và hành khách kể cả hành lý

PEqui : Trọng lượng thiết bị của tàu

PR : Trọng lượng dự trữ toàn tàu

H LBT

γγγγ: Trọng lượng riêng của nước biển : γγγγ=1,025

δδδδ : Hệ số béo thể tích

q v: Khối lượng của tàu trên một đơn vị thể tích thân tàu (T/m3)

Hệ số q v này có thể được xác định bằng thực nghiệm như sau:

n

i H B L P n

0

(3.6) Trong đó :

i : Là khối lượng vỏ tàu trên một đơn vị thể tích thân tàu của tàu mẫu thứ i

Theo số liệu tính toán cho một số tàu kiểu này thì hệ số q v khi tính toán theo công thức (3.6) sẽ có giá trị khoảng là :

H

025 , 1

25 , 16 106 , 0

δ

=

(*)Tính Pm:

D = 16.25 tấn, V = 9 – 11 (hl/h)

Chọn sơ bộ khối lượng buồng máy và trang thiết bị khác khoảng PM = 2,40 (Tấn) Tính Pnl :

Với thời gian làm việc trên biển (h) t = 24 (h)

Khoảng cách từ biển đến nơi khai thác (hl) l = 20 (hl)

V: Tốc độ tàu (hl/h) V = 9 – 10 (hl/h)

Vậy nên chọn sơ bộ dầu dự trữ cho tàu khoảng 0,950 (Tấn)

Tính Pbt : Tính khối lượng dầu bôi trơn :

Với i: số lượng hành khách trên tàu, i = 50 người

n: số lượng thuyền viên trên tàu, n = 6 người

0,075 (T): là trọng lượng trung bình của mỗi người kể cả hành lý mang theo

⇒ Plttp = (12 + 3) x (i + n) = (12 + 3) x (50 + 6) = 840 (Kg) = 0,840 (Tấn) Tính PEqui

Với tàu nói chung, trọng lượng thiết bị trên tàu tùy thuộc vào kích thước con tàu, mức độ trang bị, ở đây ta sẽ tính WEqui dựa vào tàu mẫu

WEqui = 1,0 (Tấn)

Tính PR

Trọng lượng dự trữ cần thiết để bù đắp vào các sai số tính toán trong suốt quá trình thiết kế tàu và chế tạo tàu Thông lệ lượng dự trữ cho thiết kế mới chiếm khoảng 4 - 5% D0 Trong công thức này D0 đóng vai trò trọng lượng tàu không

Quan hệ giữa sức chở deadweight và trọng lượng tàu không, lượng chiếm nước được hiểu là:

62 , 1

Ta sẽ có rất nhiều phương án lựa chọn kích thước cho tàu thiết kế, căn cứ vào thông tin thực tiễn ta lựa chọn phương án và kiểm tra lại xem phù hợp hay không

Đường hình có quan hệ mật thiết đến tốc độ, tính ổn định, tính điều khiển, bố trí dung tích chở và công nghệ đóng sửa chữa tàu Để thỏa mãn yêu cầu này ta phải cân nhắc và suy tính

Do mối liên quan trên nên việc vẽ đường hình tàu phải phù hợp với đặc điểm hình học Ngoài ra đường hình dáng thân tàu phải đúng, đẹp, chính xác và phù hợp

3.1.3.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế đường hình tàu:

Việc thiết kế đường hình tàu thường dựa vào ba phương pháp chính:

T = 0,9 (m) H/T= 2,2 B/H= 2,5 L/B= 3,7

• Phương pháp thiết kế không theo tàu mẫu: hay còn được gọi là phương pháp độc lập, trong đó các thông số chính của tàu sẽ được xác định theo các đồ thị hay công thức kinh nghiệm xây dựng từ số liệu thử nghiệm thống kê trên các

mô hình thí nghiệm, của tàu thực tế và được các nhà lý thuyết và thực hành tàu phân tích, xử lý và tổng quát hóa thành cơ sở phương pháp thiết kế và luôn được điều chỉnh cho phù hợp với sự tiến bộ của các ngành khoa học kỹ thuật Theo phương pháp này, khối lượng tính toán sẽ rất lớn vì có liên quan đến tất cả các phương án, do đó cần thiết phải đặt vấn đề ứng dụng máy tính vào tự động hóa quá trính tính toán

• Phương pháp thiết kế tối ưu: khác với phương pháp biến phân, trong đó người thiết kế phải tiến hành so sánh và đối chiếu hàng loạt phương án thiết

kế áp dụng cho một sản phẩm, cụ thể là một con tàu được đặt lên bàn cân và kết quả của phép so sánh đó sẽ cho phép chọn ra một phương án tối ưu

• Phương pháp thiết kế theo tàu mẫu: hay còn gọi là phương pháp phụ thuộc, cho phép xác định các thông số và tính năng của tàu thiết kế từ các thông số

và tính năng của tàu mẫu Phương pháp này thường dựa vào một hay nhiều tàu mẫu có thông số gần sát tàu thiết kế và dựa trên cơ sở phương pháp đồng dạng hình học hoặc phương pháp biến phân tuyến tính để xác định các thông

số chính và tính năng của tàu thiết kế từ các thông số và tính năng của tàu mẫu Phương pháp này thường được dùng rộng rãi vì tàu mẫu là chỗ dựa vững chắc cho tàu thiết kế

Với lý do trên, phương pháp thiết kế đường hình của tàu này là phương pháp thiết kế theo tàu mẫu

3.1.3.3 Trình tự vẽ đường hình tàu:

Chọn tàu mẫu: Tàu mẫu là tàu du lịch cao tốc chở khách Tàu mẫu có L, B, T khác với tàu thiết kế (nhưng sai khác không nhiều) có α, β, δ gần bằng nhau

Tính chuyển đồng dạng bản vẽ tàu mẫu:

Gọi KL, KB, KT lần lượt là tỷ số giữa L1/L0, B1/B0, T1/T0

Trong đó:

L1, B1, T1: Là các kích thước cơ bản của tàu thiết kế

L0, B0, T0: Là các kích thước cơ bản của tàu mẫu

Từ bảng tọa độ đường hình kết hợp với 3 hình chiếu, ta tính chuyển thành

bảng tọa độ và các kích thước cơ bản của tàu thiết kế bằng cách nhân nó với các hệ

số KL, KB, KT tương ứng Lúc này ta sẽ có bảng tọa độ đường hình

Tính kiểm tra sơ bộ các hệ số α, β, δ nếu các hệ số này tính ra sai khác lớn so

với trong thiết kế đề ra thì phải hiệu chỉnh lại bảng tọa độ đường hình Nếu chỉ sai

khác nhỏ so với yêu cầu đề ra trong thiết kế thì coi như đường hình tàu thiết kế là

chấp nhận được

3.1.3.4 Tính và vẽ đường cong thủy lực và tỉ lệ Bonjean:

a Lựa chọn phương pháp tính yếu tố thủy lực và vẽ đường cong thủy lực:

Đường cong thủy lực biểu diễn sự thay đổi của các yếu tố tính nổi của tàu

theo mớn nước Để thuận lợi mà vẫn đảm bảo chính xác các yếu tố thủy lực của

thân tàu sẽ được tính theo phương pháp gần đúng (phương pháp hình thang) Tính

thủy lực của tàu bao gồm những yếu tố sau: α, β, δ, S(Z), V(Z), XC, Xf, ZC, R0, r0

Trình tự xây dựng:

- Tính các giá trị các yếu tố tĩnh thủy lực ở các mớn nước tàu Ti khác nhau

- Trong hệ toạ độ Oxy, với trục Oy biểu diễn các mớn nước Ti và tương ứng với

các mớn nước lấy theo trục Ox giá trị các yếu tố tính nổi tính cho mớn nước đó

theo các tỷ lệ xích nhất định

- Giá trị các yếu tố tính nổi ở mớn nước bất kỳ sẽ được xác định bởi giao điểm của

mớn nước tính theo tỷ lệ xích của trục tung với các đường cong tính nổi, tính theo

tỷ lệ xích trục hoành

- Thường chia 3 nhóm đồ thị có cùng gốc tọa độ là nhóm đường V, D, S = f(T),

nhóm Xc, Xf, Zc = f(T), nhóm α, β, δ = f(T), có ghi tỷ lệ xích trên các đường cong

Các bảng tính dùng để tính các yếu tố tính nổi cho một tàu cụ thể

-Tính các yếu tố MĐN

+Áp dụng phương pháp hình thang trong việc tính toán các yếu tố tính nổi

Dựa vào các công thức đã trình bày ở phần hướng dẫn thực hiện ta xây dựng bảng tính cho các đường nước tàu:

• Tính diện tích mặt đường nước S:

2

20 3

2 1

y y y

y y y

Sm S Sm S

S S S S

2

10

10

9

1 0

0 20 20

2 1 0

0 20 0

20 11

9 0

11 10

y y y

y y y

y y y

y y

y y

y y

L

X f

−

− + + + +

+

−+

+

+

=

2

2

8 0 8 2

1 0

8 8 0 0 8 8 1

1 0 0

S S S S

S S

X S X S X S X

S X

2 1 0

2 / 1

2

8 8

2 1 0

S S S

S S S S

S S S

S S S T

+

− + + + + +

3 0 3 20 3 20 3 19 3

2 3 1 3 0 2

2

y y y y y

y y

L dx

• Momen quán tính của diện tích mặt đường nước đối với trục y:

+ + +

2

5 ) (

5

) (

1 0 2

2 0 10 2 4

2 5 3 2

2

2

y y

L dx y x

i i L B

i i

T B

ω

β =

Hệ số thể tích chiếm nước δ:

i i i

i i

T B L

Bảng 3.1: Bảng tính các yếu tố tĩnh thủy lực

Đường nước STT Yếu tố

Hình 1: Đồ thị thủy tĩnh

b.Tính và vẽ đồ thị bonjean:

Với mỗi sườn tàu, từ kết quả tính diện tích phần chìm và mômen tĩnh phần chìm so với đáy, ta có thể vẽ hai đường cong miêu tả sự biến thiên của hai giá trị trên theo chiều chìm T Tập hợp toàn bộ các đường cong kiểu này, lập cho tất cả các sườn tính toán ta sẽ có được đồ thị có tên gọi tỉ lệ Bonjean

Họ đường cong trên đồ thị Bonjean là cơ sở tính thể tích phần chìm giả định, tâm nổi theo chiều dọc, chiều cao trước khi hạ thủy tàu, đồng thời là cơ sở tính chống chìm, phân khoan tàu

Diện tích mặt sườn tính đến chiều chìm T:

∆

=

1 0 0

k k

d

y y y y

y d ydz

ω

Mômen tĩnh so với trục Oy của mặt sườn:

k k

i i

d

y y y i d

Diện tích ω(m2)=

∆d.[3]

Tay đòn [2].[5]

Từng cặp tổng của cột [6] cộng vào từ trên xuống