Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình tàu cánh ngầm bằng vật liệu Composite

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên : HUỲNH NGỌC ĐOAN Lớp: 51TTDT-2 Ngành : Đóng tàu Mã : Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

oo0oo

HUỲNH VĂN VƯƠNG HUỲNH NGỌC ĐOAN NGUYỄN VĂN QUYẾT PHÙNG MINH TOÀN

Nha Trang, tháng 07 năm 2013

Trang 2

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên : HUỲNH NGỌC ĐOAN Lớp: 51TTDT-2

Ngành : Đóng tàu Mã :

Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng

vật liệu composite”

Số trang: 143 Số chương:5 Số tài liệu tham khảo: 16

Hiện vật: - 03 đĩa CD

- Bản vẽ

- Mô hình tàu

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

………

Kết luận………

Nha trang, ngày… tháng… năm 2013

Cán bộ hướng dẫn

Th.S Huỳnh Văn Nhu

Trang 3

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : HUỲNH NGỌC ĐOAN Lớp: 51TTDT-2

Số trang: 143 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 16

- Bản vẽ

- Mô hình tàu

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

………

Điểm phản biện………

Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013 CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Nha Trang, ngày….tháng… năm 2013

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

Trang 4

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN VĂN QUYẾT Lớp: 51TTDT-2

- Bản vẽ

- Mô hình tàu

………

Trang 5

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN VĂN QUYẾT Lớp: 51TTDT-2

- Bản vẽ

- Mô hình tàu

………

ĐIỂM CHUNG

Trang 6

Họ và tên sinh viên : PHÙNG MINH TOÀN Lớp: 51TTDT-2

- Bản vẽ

- Mô hình tàu

………

Trang 7

Họ và tên sinh viên : PHÙNG MINH TOÀN Lớp: 51TTDT-2

- Bản vẽ

- Mô hình tàu

………

ĐIỂM CHUNG

Trang 8

Họ và tên sinh viên : HUỲNH VĂN VƯƠNG Lớp: 51TTDT-2

- Bản vẽ

- Mô hình tàu

………

Trang 9

Họ và tên sinh viên : HUỲNH VĂN VƯƠNG Lớp: 51TTDT-2

- Bản vẽ

- Mô hình tàu

………

ĐIỂM CHUNG

Trang 10

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên nhóm sinh viên: MSSV Lớp

1 : Nguyễn Văn Quyết MSSV: 51131281 51DT-2

Chuyên ngành: Đóng tàu thủy

Cán bộ hướng dẫn: Ths Huỳnh Văn Nhu

- Nội dung thực hiện

Trang 11

Thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng vật liệu composite

II NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI TÀU CÁNH NGẦM

1.3 PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH

2.2 CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁC HỆ SỐ THỦY ĐỘNG CÁNH 2.3 CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU VỎ COMPOSITE

2.3.1 Đặc điểm vỏ tàu composite

2.3.2 Yêu cầu đối với vật liệu composite dùng trong đóng tàu

2.3.3 Lựa chọn phương pháp gia công

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

3.2.1 Những yêu cầu cơ bản khi phân khoang tàu

3.2.2 Sử dụng phần mềm Autoship thiết kế vỏ tàu

3.2.3 Bố trí chung toàn tàu

Trang 12

Chương 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM

4.1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU CÁNH NGẦM

4.1.1 Lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo

4.1.2 Chế tạo vỏ tàu

4.1.3 Chế tạo trụ cờ, lan can và lắp trụ cờ lan can

4.1.4 Căn chỉnh và lắp cánh ngầm vào vỏ tàu

4.1.5 Gia công các chi tiết hệ động lực

4.1.5 Chuẩn bị các linh kiện phục vụ cho mô hình tàu cánh ngầm

4.1.6 Hệ động lực và hệ thống điều khiển tàu

4.2 CHẠY THỬ NGHIỆM TÀU CÁNH NGẦM

4.2.1 Thử nghiệm tính nổi của tàu

4.2.2 Thử nghiệm tính ổn định của tàu

4.2.3 Thử nghiệm tính năng của cánh

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1 KẾT LUẬN

5.2 KIẾN NGHỊ

III KẾ HOẠCH THỜI GIAN

- Chương 1,2: Đặt vấn đề, cơ sở lý thuyết (từ ngày 25/2 đến ngày 5/3/2013)

- Chương 3: Tính toán thiết kế (từ ngày 6/3 đến ngày 25/04/2013)

- Chương 4: Chế tạo thử nghiệm (từ ngày 26/04 đến ngày 25/06/2013)

- Chương 5: Kết luận và kiến nghị (từ ngày 25/6 đến hết)

- Hoàn thành báo cáo: Trước 03/7

Nha Trang, ngày 09 tháng 03 năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN Ths Huỳnh Văn Nhu

Trang 13

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là một trong số những quốc gia sở hữu rất nhiều vũng, vịnh và đảo lớn nhỏ rất đẹp xếp vào loại hàng đầu thế giới Việt Nam cũng là nước sỡ hữu hơn 1 triệu

Km2 biển và đường bờ biển dài 3260 Km Vì vậy đất nước chúng ta rất có tiềm lực phát triển mạnh về du lịch biển đảo, muốn hướng ra biển thì chúng ta cần phải có phương tiện vận chuyển nhanh và phù hợp với nhiều người cũng như sự phát triển của đất nước Vì vậy, chúng ta cần có phương tiện vận chuyển hiện đại và đạt tốc độ nhanh, làm việc êm,

ổn định và tàu cánh ngầm là phương án hợp lý

Là sinh viên nghành đóng tàu chúng tôi nhận thấy điều đó và mong muốn đóng góp chút ít sức lực của mình để phát triển nghành du lịch biển đảo Vì vậy, chúng tôi đã quyết định tìm hiểu và nghiên cứu về tàu cánh ngầm Do đó, nhóm đã chọn đề tài tốt

nghiệp là “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm bằng vật liệu composite”

Sau một thời gian làm việc miệt mài, với sự nổ lực cố gắng của từng thành viên

trong nhóm cùng với sự chỉ dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Th.S Huỳnh Văn Nhu, đến nay đề tài của chúng tôi đã hoàn thành, tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế và

thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để luận văn của chúng tôi được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Trang 14

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TLTN

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP……… … i

LỜI NÓI ĐẦU……… … ii

MỤC LỤC……… …iii

DANH MỤC KÝ HIỆU……… … iv

DANH MỤC CÁC BẢNG……… …v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ……….vi

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI TÀU CÁNH NGẦM 1

1.2.1 Tình hình nghiên cứu tàu cánh ngầm trên thế giới 1

1.2.2 Tình hình nghiên cứu về tàu cánh ngầm trong nước 5

1.3 PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU 6

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

2.1 ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH 7

2.2 CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁC HỆ SỐ THỦY ĐỘNG CÁNH 8

2.2.1 Profile cánh 8

2.2.2 Góc tấn 11

2.2.3 Số Reynolds (Rn ) 11

2.2.4 Tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng (AR) 12

2.2.5 Độ chìm sâu tương đối h 13

2.3 CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU VỎ COMPOSITE 14

2.3.1 Đặc điểm vỏ tàu composite 14

2.3.2 Yêu cầu đối với vật liệu composite dùng trong đóng tàu 15

2.3.3 Lựa chọn phương pháp gia công 16

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 17

3.1 THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH 17

3.1.1 Xây dựng nhiệm vụ thư 17

3.1.2 Phương pháp thiết kế 17

3.1.3 Xác định đặc điểm hình học của tàu cánh ngầm 19

3.1.4 Thiết kế đường hình tàu 21

3.1.5 Thiết kế cánh ngầm 25

3.1.6 Ổn định 54

3.1.7 Sức cản 66

3.2 THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG 77

3.2.1 Những yêu cầu cơ bản khi phân khoang tàu ……77

3.2.2 Sử dụng phần mềm Autoship thiết kế vỏ tàu 79

3.2.3 Bố trí chung toàn tàu 82

3.3 THIẾT KẾ KẾT CẤU 93

3.3.1 Kết cấu cơ bản 93

Trang 15

3.3.2 Kiểm tra độ bền dọc 99

3.4 TÍNH TOÁN HỆ ĐỘNG LỰC 105

3.4.1 Bố trí máy chính và hệ thống phục vụ máy chính 105

3.4.2 Máy chính 105

3.4.3 Lắp đặt hệ động lực 105

3.4.4 Cụm Diesel – máy phát 106

3.4.5 Các hệ thống tàu 106

3.4.6 Hệ trục 110

3.4.7 Thiết kế chân vịt 116

3.4.8 Trang thiết bị 119

Chương 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 122

4.1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU CÁNH NGẦM 122

4.1.1 Lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo 122

4.1.2 Chế tạo vỏ tàu 123

4.1.3 Chế tạo trụ cờ, lan can và lắp trụ cờ lan can 128

4.1.4 Căn chỉnh và lắp cánh ngầm vào vỏ tàu 130

4.1.5 Gia công các chi tiết hệ động lực 131

4.1.6 Chuẩn bị các linh kiện phục vụ cho mô hình tàu cánh ngầm 133

4.1.7 Hệ động lực và hệ thống điều khiển tàu 136

4.2 CHẠY THỬ NGHIỆM TÀU CÁNH NGẦM 139

4.2.1 Thử nghiệm tính nổi của tàu 139

4.2.2 Thử nghiệm tính ổn định của tàu 139

4.2.3 Thử nghiệm tính năng của cánh 139

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 142

5.1 KẾT LUẬN 142

5.2 KIẾN NGHỊ 142

TÀI LIỆU THAM KHẢO 143

Trang 16

FAR – Hệ số phụ thuộc tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng cánh

FB – Lực nâng phần cánh nghiêng hai bên cánh chính

Trang 17

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 : Bảng hệ số lực nâng, lực cản và tỷ số lực nâng trên lực cản của cánh

Profile NACA 63-412 có số RN = 3.000.000 theo góc tấn α 10

Bảng 3.1: Bảng so sánh hệ số lực nâng cánh, hệ số lực cản, tỷ số lực nâng và lực cản một số loại biên dạng cánh thường dùng để chế tạo cánh tàu cánh ngầm 35

Bảng 3.2 : Bảng tính hệ số phụ thuộc độ chìm phần nghiêng cánh sau khi tàu bay 39

Bảng 3.3: Bảng so sánh hệ số lực nâng cánh, hệ số lực cản, tỷ số lực nâng và lực cản một số loại biên dạng cánh thường dùng để chế tạo cánh tàu cánh ngầm 42

Bảng 3.4 : Bảng tính hệ số phụ thuộc độ chìm phần nghiêng cánh sau khi tàu bay 47

Bảng 3.5 Giá trị trung bình tính cho cả đoạn 52

Bảng 3.6: Kết quả tính lực nâng và lực cản của cánh và thanh đỡ theo tốc độ 71

Bảng 3.7: Bảng tính lượng chiếm nước và chiều chìm tàu theo tốc độ 72

Bảng 3.8: Bảng sức cản thân tàu theo tốc độ 74

Bảng 3.9: Bảng tổng hợp tính sức cản tàu theo tốc độ 75

Trang 18

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 : Tàu cánh ngầm của Enrico Forlanini 1

Hình 1.2 : Phác hoạ tàu HD-4 2

Hình 1.3: (a) Chiếc trimaran Williwaw của David Keiper 3

(b)Chiếc Jetfoil tốc độ cao của Boeing chở 400 khách 3

Hình 1.4 : Tàu XCH-4 của Mỹ 3

Hình 1.5 : Tàu High Point, 110 tấn 4

Hình 1.6 : Tàu Flagstaff, 62 tấn 5

Hình 2.1: Tốc độ dòng chảy bao cánh và áp lực trên bề mặt cánh 7

Hình 2.2: Sự phân bố áp lực trên bề mặt cánh 7

Hình 2.3: Một số loại profile cánh 9

Hình 2.4: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản cánh profile NACA 4415 10

Hình 2.5: Áp lực lên bề mặt cánh thay đổi khi góc tấn α thay đổi 11

Hình 2.6: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản và tỷ số lực nâng trên lực cản cánh theo số Rn và góc tấn α 12

Hình 2.7: Đồ thị và bảng hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng cánh 13

Hình 2.8: Đồ thị hệ số ảnh hưởng độ chìm sâu FS 14

Hình 3.1 : Quá trình thiết kế sơ bộ 18

Hình 3.2: Tuyến hình tàu mẫu 21

Hình 3.3: Tuyến hình thiết kế tàu cánh ngầm 22

Hình 3.4 : Tuyến hình sau khi chỉnh trơn và bảng tọa độ tuyến hình 23

Hình 3.5 : Chuyển tuyến hình qua autoship để tính nhanh các yếu tố thủy tĩnh 24

Hình 3.6 : Tab tính nhanh các yếu tố thủy tĩnh thân tàu bằng AutoShip 24

Hình 3.7: Cấu hình tàu cánh ngầm 25

Hình 3.8: Tàu cánh ngầm có cánh chìm nông 26

Hình 3.9 : Tàu cánh ngầm có cánh chìm trung bình 26

Hình 3.10: Tàu cánh ngầm có hệ thống cánh tầng 27

Hình 3.11: Hệ thống cánh thủy lực 27

Hình 3.12: Hệ thống cánh Aquavion 28

Hình 3.13: Cấu trúc hệ thống cánh tàu cánh ngầm 28

Hình 3.14: Kết cấu cánh sau theo tính toán sơ bộ 31

Hình 3.15: Kết cấu cánh trước tàu cánh ngầm 32

Trang 19

Hình 3.16: Biên dạng cánh của tàu cánh ngầm 32

Hình 3 17: Các chế độ làm việc của tàu cánh ngầm 33

Hình 3.18: Các phần lực nâng tác động lên cánh sau khi hoạt động 34

Hình 3.19: Đồ thị hệ số lực nâng của cánh có biên dạng NACA 4412 theo góc tấn và số Reynolds 36

Hình 3.20: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản và tỷ số trên lực cản của cánh có biên dạng NACA 4412 theo góc tấn 37

Hình 3.21: Các phần lực nâng tác động lên cánh trước khi hoạt động 41

Hình 3.22: Đồ thị hệ số lực nâng của cánh có biên dạng NACA 4412 theo góc tấn và số Reynolds 43

Hình 3.23: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản và tỷ số trên lực cản của cánh có biên dạng NACA 4412 theo góc tấn 44

Hình 3.24 : Thanh đỡ cánh cánh sau 49

Hình 3.25 : Thanh đỡ cánh trước 49

Hình 3.26 : Thanh đỡ trục chân vịt 50

Hình 3.27: Lực tác động lên tàu cánh ngầm khi tàu nghiêng ngang 54

Hình 3.28: Lực tác động lên tàu có cánh ngầm cánh gập chữ V khi tàu nghiêng ngang 56

Hình 3.29: Lực tác động lên tàu cánh ngầm cánh hình cung khi tàu nghiêng ngang 56

Hình 3.30: Đồ thị sức cản tàu cánh ngầm 66

Hình 3.31: Các chế độ làm việc của tàu cánh ngầm 69

Hình 3.32: Đồ thị hệ số lực nâng và lực cản cánh NACA 4412 theo số Reynols và góc tấn 70

Hình 3.33: Đồ thị hệ số lực nâng và lực cản cánh NACA 0021 theo số Reynols và góc tấn 70

Hình 3.34: Đường cong sức cản tàu cánh ngầm ở chiều chìm và lượng chiếm nước đang xét 73

Hình 3.35: Bảng tính và đồ thị sức cản thân tàu ở mớn nước 1,34 m tính bằng Auto Power 74

Hình 3.36: Đồ thị sức cản tàu cánh ngầm 76

Hình 3.37: Bản vẽ tổng thể tàu 79

Hình 3.38: Bản vẽ sườn thực 79

Hình 3.39: Bản vẽ 3D 3 mặt chiếu 80

Trang 20

Hình 3.40 : Bản vẽ 3D Render trong Autoship 81

Hình 3.41 Buồng ở của thuyền trưởng và máy trưởng 82

Hình 3.42 Buồng ở của khoang khách và thuyền viên 83

Hình 3.43 : Buồng ăn 83

Hình 3.44 : Phòng vệ sinh 84

Hình 3.45 : Lối đi, cầu thang, hành lang 84

Hình 3.46 : Phao cứu sinh 86

Hình 3.47 : Bố trí cánh ngầm 86

Hình 3.48 Bố trí lan can 86

Hình 3.49: Bố trí ghế nghồi hành khách 87

Hình 3.50 : Bố trí neo 88

Hình 3.51 : Thiết bị vô tuyến 89

Hình 3.52 : Bố trí máy chính và hệ thống máy phụ 90

Hình 3.53 : Bản vẽ hai mặt cơ bản của tàu …….90

Hình 3.54 : Ảnh xếp bố trí ghế hành khách của một số tàu cánh ngầm 90

Hình 3.55 : Bản vẽ sàn lái và sàn khách 91

Hình 3.56: Tổng thể bố trí chung của tàu cánh ngầm 92

Hình 3.57 : Bản vẽ mặt cắt ngang 100

Hình 4.1 : Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo tàu bằng vật liệu Composite 123

Hình 4.2 : Tạo mặt cong thô vỏ dưỡng 124

Hình 4.3 : Làm trơn láng bề mặt cong của dưỡng 124

Hình 4.4 : Khuôn dưới 125

Hình 4.5 : Khuôn trên 125

Hình 4.6 : Quét lớp gen 125

Hình 4.7 : Trải Mat lên khuôn 125

Trang 21

Hình 4.8 : Trải vải 126

Hình 4.9 : Thả vách 126

Hình 4.10 : Tách vỏ tàu ra khỏi khuôn 126

Hình 4.11 : Vỏ tàu 126

Hình 4.12 : Vỏ chuẩn bị tách khuôn 127

Hình 4.13 : Đang tách khuôn 127

Hình 4.14 : Tách khuôn 127

Hình 4.15 : Vỏ tàu 127

Hình 4.16: Khoan lỗ lắp lan can 128

Hình 4.17: Tạo lan can tàu 128

Hình 4.18 : Gá lắp trụ cờ 129

Hình 4.19: Trụ cờ hoàn thiện và đèn tín hiệu 129

Hình 4.20 : Lắp cánh trước vào vỏ tàu 130

Hình 4.21 : Lắp cánh sau vào vỏ tàu 130

Hình 4.22: Gá lắp và tiện đầu ra trục máy 131

Hình 4.23: Lắp đầu ra của trục máy vào động cơ 131

Hình 4.24 : Tiện ống bạc trục chân vịt 132

Hình 4.25 : Ống bao trục chân vịt 132

Hình 4.26: Ballink 133

Hình 4.27 : Chống nước 133

Hình 4.28 : Trục mềm, ống đồng 133

Hình 4.29 : Chân vịt 134

Hình 4.30 : Ống tép lông 134

Hình 4.31 : Pin sạc 134

Hình 4.32 : Con chó 134

Hình 4.33 : Dây nối 135

Hình 4.34 RX 135

Hình 4.35 : Bộ điều khiển 135

Hình 4.36 : Servo 135

Hình 4.37: Hệ động lực dùng máy cưa YAMATA 136

Hình 4.38: Bánh lái, chân vịt và hệ trục chân vịt 137

Hình 4.39: Servo điều khiển động cơ và bánh lái 137

Trang 22

Hình 4.40 : Sản phẩm cuối cùng 138 Hình 4.41: Tàu nổi ổn định và quay trở cơ động 139 Hình 4.42: Tàu chạy đà 140 Hình 4.43: Tàu bắt đầu nổi trên cánh ngầm 140 Hình 4.44: Tàu nổi hoàn toàn trên cánh ngầm 141

Trang 23

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Tàu cao tốc nói chung có tốc độ chạy rất nhanh có tàu trên 100 km/h, và tàu cánh ngầm nói riêng cũng thuộc nhóm tàu cao tốc có tốc độ chạy cao Tàu thường dùng làm tàu tốc hành để chở hành khách và hàng hoá, ngoài ra tàu còn được sử dụng trong các lĩnh vực quân sự như tàu phóng lôi, tàu thường được sử dụng trên biển, sông, hồ v v

Hệ thống cánh gắn dưới đáy tàu có tác dụng nâng tàu nổi lên trên mặt nước khi tàu chạy , làm giảm sức cản của nước nên tàu có thể đạt tốc độ cao và giảm tiêu hao nhiên liệu

Trong những năm gần đây, ở nước ta cũng đã nhập khẩu tàu cánh ngầm nhưng chủ yếu chỉ để vận chuyển khách trên các tuyến đường thuỷ như ở tuyến thành phố Hồ Chí Minh, Vũng Tàu, Phú Quốc, Vinpeal Land (Nha Trang), Hải Phòng

Hiện tại ở nước chúng ta đang rất phát triển du lịch, biển là nguồn khai thác du lịch vô tận mà bất cứ công ty du lịch hay nhà nước đều muốn hướng tới, mà chúng ta muốn đưa hành khách ra các đảo cũng như du lịch trên biển thì cần sử dụng những loại tàu cao tốc chạy với tốc độ cao nhưng vẫn êm và ổn định nên nhóm đã tìm hiểu và đề

nghị khoa, bộ môn giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm

mô hình tàu cánh ngầm bằng vật liệu composite” để làm đề tài tốt nghiệp cho khóa

học

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI TÀU CÁNH NGẦM

1.2.1 Tình hình nghiên cứu tàu cánh ngầm trên thế giới [11]

Trước chiến tranh thế giới lần thứ II

Vào năm 1861, Thomas Moy thử nghiệm cánh máy bay trong nước vì theo ông, thử nghiệm cánh máy bay trong nước cho được độ chính xác cao hơn trong không khí Nhờ vậy, Moy đã phát hiện được đặc tính của cánh chuyển động trong nước Trong khoảng thời gian từ năm 1895 đến 1916, anh em nhà Meacham ở Chicago (Mỹ) là những người đầu tiên thiết kế và thử nghiệm thành công tàu cánh ngầm đúng nghĩa, thật ra họ đã chế tạo ra một máy bay mà ngày nay được công nhận là tàu cánh ngầm Năm 1906, một

kỹ sư người Ý tên Enrico Forlanini đã gắn một số cánh bậc thang lên thân tàu trọng lượng 1,2 tấn, lắp máy công suất 60 HP, chạy trên hồ Maggiore Tàu đã nổi lên được và chạy với tốc độ 36,93 HL/h (hình 1.1)

Trang 24

Hình 1.1 : Tàu cánh ngầm của Enrico Forlanini

Hình 1.2 : Phác hoạ tàu HD-4

Giáo sư Oscar Tietjens, một nhà tiên phong trong nghiên cứu tàu cánh ngầm, đã sử dụng các lá thép có bề mặt dạng hình vòng cung sắc cạnh để làm các cánh ngầm Kết cấu này khá đơn giản, nhưng lại rất hiệu quả và đảm bảo tàu có độ ổn định cao Năm 1932, khi thử nghiệm trên dòng sông chảy qua thành phố Philadelphia của Mỹ, chiếc tàu cánh ngầm 0,23 tấn chế tạo thủ công của ông đã đạt tới tốc độ 21,72 HL/h Giáo sư Oscar Tietjens sau đó đã trở lại nước Đức và tiếp tục các nghiên cứu phát triển tàu cánh ngầm của mình song song với nghiên cứu của Baron von Schertel (Hà Lan) Năm 1938, sử dụng một số đổi mới của Bell và Badwin, Philip L.Rhodes đã chế tạo được tàu cánh ngầm Miss USA có chiều dài 10,7 m lượng chiếm nước 2,95 tấn, động cơ 650 HP và đã đạt được kỷ lục thế giới về tốc độ lúc bây giờ là 80 HL/h

Sau chiến tranh thế giới thứ II

Tàu cánh ngầm được nghiên cứu và phát triển mạnh và nhà khoa học có vai trò quan trọng trong lịch sử tàu cánh ngầm là Christopher Hook Năm 1945, tại Cowles nước Anh, ông đã chế tạo hệ thống lực nâng thân tàu bởi các cánh ngầm phía trước, kết nối với thiết bị thăm dò mức nước (Feeler) để có thể liên tục điều chỉnh góc tấn của các cánh nâng phía trước nhằm kiểm soát độ cất cao của mũi tàu Trong thập niên 1950, Tiến sĩ

Trang 25

Vannevar Bush, cố vấn khoa học cho Tổng thống Mỹ bắt đầu công việc nghiên cứu thiết

kế tàu cánh ngầm trên con tàu trọng tải 3.500 tấn

Các mẫu tàu buồm cánh ngầm thường sử dụng cấu hình cánh thông thường, trong

đó mẫu tàu buồm cánh ngầm tốt nhất mang tên Williwaw của David Keiper là một chiếc trimaran (tàu ba thân) có chiều dài 9,75 m, được đóng năm 1970 (hình 1.4) Tính cho đến nay, chiếc tàu này đã chạy hành trình được vào khoảng 32.000 km, chủ yếu là tuyến hàng hải từ California đến Hawaii, New Zealand và ngược lại

(a) (b) Hình 1.3: (a) Chiếc trimaran Williwaw của David Keiper

(b)Chiếc Jetfoil tốc độ cao của Boeing chở 400 khách

Ở Mỹ, tàu cánh ngầm đầu tiên XCH-4 của hải quân Mỹ do kỹ sư William P.Carl thiết

kế và chế tạo vào năm 1954 đã xác lập một kỷ lục tốc độ 64,65 HL/h (hình 1.4)

Hình 1.4 : Tàu XCH-4 của Mỹ

Tàu quân sự lớn nhất của Mỹ là Plainview với lượng chiếm nước lên đến 320 tấn, còn tàu dân sự lớn nhất là Jetfoil Boeing với lượng chiếm nước 109 tấn, chở 350 khách Một số tàu cánh ngầm chế tạo thời gian này vẫn còn hoạt động mãi cho đến ngày nay Thống kê của John Meyers đăng trên tạp chí IHS (International Hydrofoil Society), giới thiệu danh sách tên và năm chế tạo của một số các tàu cánh ngầm ở Mỹ như sau:

Năm 1958: Sealegs (R & D)

Năm 1960: Fresh-1 (R & D) Năm 1962 : High Point 110 tấn, Little squirt (R & D)

Trang 26

Năm 1968: Plainview 320 tấn, Flagstaff 62 tấn, Tucumcari 58 tấn

Năm 1972 : Swordfish, 60 tấn

Năm 1975: PHM-1 USS Pegasus 235 tấn

Năm 1973: Jetfoil 109 tấn (phà dân dân sự), HMS Speedy 109 tấn Năm 1981 : M161 Grumman 102 tấn

Năm 1982: PHM-3 USS Taurus1 240 tấn

Hình 1.5, 1.6 giới thiệu một số mẫu tàu cánh ngầm của Mỹ

Hình 1.5 : Tàu High Point, 110 tấn

Trang 27

Hình 1.6 : Tàu Flagstaff, 62 tấn

Đây là những năm hoàng kim của tàu cánh ngầm quân sự nhưng đến năm 1973, tất

cả đều ngưng hoạt động và đến 30/7/1993, cả 6 chiếc tàu cánh ngầm tuần tra mang tên lửa PHM (Patrol Missile Hydrofoil) còn lại của hải quân Mỹ ngưng hoạt động Nguyên nhân vì hải quân Mỹ gặp phải nhiều vấn đề lớn trong chế tạo tàu cánh ngầm, đặc biệt là

do khó khăn trong việc chế tạo hệ động lực và hình dáng của thân tàu phải đảm bảo sao cho tàu nhẹ và thấp, đây chính là điểm yếu của những cỗ máy tốc độ cao [11] Ngoài Mỹ

và Canada, một số nước khác trên thế giới cũng đã chế tạo hoặc sử dụng các tàu cánh ngầm lớn trong quân sự và dân sự như Nga, Thụy Sĩ, Ý, Israel và Nhật Bản

1.2.3 Tình hình nghiên cứu về tàu cánh ngầm trong nước

Ở nước ta hiện nay hầu như chưa có công trình nào nghiên cứu về tàu cánh ngầm nói chung Trong hai năm 2005 – 2006, theo kế hoạch công tác Khoa Học Công Nghệ (KHCN) của Bộ Khoa Học Công Nghệ và Bộ Giao Thông Vận Tải, Tập đoàn Công Nghiệp Tàu Thuỷ Việt Nam (Vinashin) giao cho Viện Khoa Học Công Nghệ Tàu Thuỷ thực hiện đề tài độc lập Nhà nước “Nghiên cứu các đặc trưng thuỷ động lực học của tàu cánh ngầm và tàu hai thân”, trong đó có nội dung học tập và thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm tại bể thử mô hình thuộc Viện Thiết Kế và Nghiên Cứu Tàu Thuỷ (CTO) ở thành phố Gdansk của Ba Lan Sau đó, Bộ Khoa Học Công Nghệ và Tập Đoàn Vinashin

đã cử đoàn cán bộ đi thực hiện đề tài từ 16/11/2006 đến 02/12/ 2006 tại Viện Thiết Kế và Nghiên Cứu Tàu Thuỷ CTO Trong thời gian tại Ba Lan, đoàn đã thực hiện một số nội dung học tập lý thuyết và chuyển giao công nghệ thử nghiệm mô hình tàu cánh ngầm, bao gồm những nội dung cụ thể như sau:

Quy trình thử mô hình tàu cánh ngầm

- Trao đổi kiến thức về tàu cánh ngầm, lý thuyết cánh nâng, tính toán ổn định dọc (độ chúi) và ổn định ngang của tàu cánh ngầm

- Tiến hành thử mô hình tàu cánh ngầm với các góc tấn khác nhau của hệ cánh nâng với các độ chúi dọc của tàu và sức cản tàu v v…

Trang 28

Riêng các tàu cánh ngầm đang sử dụng ở Việt nam hiện nay, hầu hết đều được nhập về từ nước ngoài và chủ yếu dùng vận chuyển hành khách trên các tuyến đường thủy nội địa Đối với khu vực phía Bắc, các tàu cánh ngầm hoạt động vận chuyển hành khách trên những tuyến đường thuỷ ở các thành phố biển như Hải Phòng, Hạ Long và Móng Cái Còn ở khu vực phía Nam, công ty Greenline nhập khẩu tàu cánh ngầm cao tốc dùng để vận chuyển hành khách nối giữa các thành phố Hồ Chí Minh, Vũng Tàu Các khu du lịch nổi tiếng ở Việt Nam như Vinpeal land cũng nhập khẩu tàu cánh ngầm, chủ yếu là từ Nga

có tốc độ 40 HL/h dùng để vận chuyển hành khách đi du lịch trên biển

- Vào năm 2011 thì có PGS.TS Trần Công Nghị đã nghiên cứu và thử nghiệm tàu cánh ngầm nhưng không thành công

- Hiện nay năm 2013 thì Viện Nghiên Cứu Chế Tạo Tàu Thuỷ cũng đang thử nghiệm lắp cánh ngầm chạy thử cho tàu khách nhưng vẫn đang trong quá trình hoàn thiện chưa có kết quả cuối cùng

1.3 PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU [1],[5]

Tàu cánh ngầm đã có mặt ở Việt Nam trước năm 90, tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa chế tạo được trong nước mà phải nhập từ nước ngoài Đối với loại tàu này, để đảm bảo cho tàu có thể bay được trong nước thì cần phải nghiên cứu thực nghiệm lâu dài và đòi hỏi vật liệu sử dụng tiên tiến, có độ cứng cao và trọng lượng nhẹ Thực tế đã cho thấy, hầu hết những chiếc tàu cánh ngầm được chế tạo thành công thường sử dụng kết cấu thân tàu bằng gỗ balsa và vật liệu composite sợi cácbon….v.v

Nguồn tài liệu về tàu cánh ngầm rất hiếm hoi và là bí mật của mỗi quốc gia Vì vậy, để chế tạo tàu cánh ngầm chúng tôi chỉ có thể dựa vào các hình ảnh, tạp chí đăng tải trên các website nước ngoài, kết hợp với việc nghiên cứu lý thuyết về cánh nâng để làm

cơ sở thiết kế tàu cánh ngầm phù hợp với con người, điều kiện Việt Nam

Về mặt phương pháp, để thiết kế, chế tạo tàu cánh ngầm trước tiên cần nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình tàu và thử nghiệm trong bể thử để thu thập số liệu cần thiết về kích thước, khối lượng và kết cấu hệ thống cánh ngầm, trong đó các thông số khối lượng thân tàu và hệ thống cánh ngầm sẽ đóng vai trò rất quan trọng và ảnh hưởng quyết định đến khả năng bay của tàu trên mặt nước

Do đây là tàu cánh ngầm chủ yếu chạy gần bờ biển với thời gian hoạt động không lâu nên chúng tôi chọn phạm vi nghiên cứu của tàu cánh ngầm thiết kế là tàu chạy trong vùng biển hạn chế III

Trang 29

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH [4], [11], [13]

Xét trường hợp đặt một cánh trong dòng chất lỏng hoặc chất khí đang chảy tới Theo định luật Bernoulli, sự khác nhau giữa tốc độ của dòng chảy bao quanh cánh ở mặt trên và mặt dưới sẽ dẫn đến sự thay đổi áp lực trên hai mặt cánh và chính do sự chênh lệch áp lực thủy động giữa hai mặt cánh làm xuất hiện lực nâng cánh (hình 2.1)

Hình 2.1: Tốc độ dòng chảy bao cánh và áp lực trên bề mặt cánh

Từ thí nghiệm này, người ta có thể xác định được các thành phần lực và mômen tác động lên cánh nằm trong dòng chảy, với phân bố áp lực tại mặt trên và mặt dưới trên biên dạng (profile) của cánh trong bài toán phẳng 2D có dạng như trên hình 2.2

Trang 30

h Do đó phần dưới đây sẽ giới thiệu cụ thể hơn ảnh hưởng của các yếu tố

kể trên đến thay đổi của các hệ số thủy động như đã nêu

2.2 CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁC HỆ SỐ THỦY ĐỘNG CÁNH 2.2.1 Profile cánh

Profile của cánh nâng hiện nay thường có khá nhiều dạng khác nhau, với mỗi loại

có những ưu nhược điểm riêng, và do đó hệ số lực nâng, lực cản cũng có sự khác nhau Vào những năm 1930, Ủy ban tư vấn hàng không quốc gia của Mỹ (the National Advisory Committee of Aeronautics - viết tắt NACA), tiền thân của NASA ngày nay, đã tiến hành thí nghiệm các loại profile cánh và đánh số một cách hệ thống (hình 2.3) Với mỗi loại profile cánh thử nghiệm, tiến hành xác định giá trị các hệ số lực nâng CL, hệ số lực cản CD, và hệ số mô men Cm theo giá trị số Reynolds (Rn) và góc tấn cánh Kết quả được lập thành bảng hoặc xây dựng thành đồ thị (bảng 2.1 và hình 2.4)

Trang 31

Hình 2.3: Một số loại profile cánh

Trang 32

Bảng 2.1 : Bảng hệ số lực nâng, lực cản và tỷ số lực nâng trên lực cản của cánh Profile NACA 63-412 có số RN = 3.000.000 theo góc tấn α

Hình 2.4: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản cánh profile NACA 4415

Trang 33

2.2.2 Góc tấn

Góc tấn α là góc tạo bởi dây cung cánh và phương chuyển động của dòng bao Góc tấn α cánh có ảnh hưởng rất lớn đến các hệ số lực nâng, lực cản và mômen cánh vì góc tấn cánh thay đổi sẽ làm thay đổi sự phân bố áp lực tác động lên bề mặt cánh Với giá trị số Rn nhất định, mỗi loại profile cánh sẽ có một góc tấn mà tại đó giá trị hệ số lực nâng đạt cực đại, tương tự cũng có một góc tấn mà hệ số lực cản đạt cực tiểu Tuy nhiên, cần lưu ý là hai giá trị góc tấn này không trùng nhau nên khi thiết kế cánh, tùy theo yêu cầu đặt ra mà tính chọn góc tấn cánh thích hợp (hình 2.5)

Hình 2.5: Áp lực lên bề mặt cánh thay đổi khi góc tấn α thay đổi

2.2.3 Số Reynolds (Rn ) [11]

Số Reynolds là đại lượng không thứ nguyên dùng biểu thị cho độ lớn tương đối giữa ảnh hưởng gây ra bởi quán tính và tính nhớt đến sự cản trở đối với dòng chảy Trường hợp cánh của tàu cánh ngầm có biên dạng cong chuyển động trong dòng nước, số Reynolds được tính theo công thức:

v

VD

R N  (2.4)

Trong đó : V - vận tốc dòng chảy bao quanh cánh, lấy bằng vận tốc cánh (m/s)

d - chiều dài dây cung cánh, lấy bằng chiều rộng cánh b (m)

ν - độ nhớt động học của nước = 106(m2/s) Thay các giá trị trên vào có thể rút gọn công thức tính số Reynolds cho cánh của tàu cánh ngầm là :

Trang 34

- Dòng chảy có Rn ≤ 2300 là dòng chảy tầng

- Dòng chảy có 2300 < Rn < 104: Dòng chảy chuyển tiếp từ chảy tầng sang chảy rối

- Dòng chảy có Rn ≥ 104là dòng chảy rối

Dòng chảy tầng có xu hướng tiêu thụ ít năng lượng hơn, hay nói cách khác là nó sinh ra lực cản nhỏ hơn, nhưng với cánh của tàu cánh ngầm thì dòng chảy tầng ít tồn tại Mặt khác, khi giá trị số Rn của dòng chảy quanh cánh càng lớn thì góc tấn của cánh tương ứng với hệ số lực nâng cực đại càng tăng và do đó hệ số lực nâng cực đại càng lớn Với giá trị số Rn thấp thì giá trị hệ số lực nâng tối đa thấp, góc tấn tối đa thấp hơn nhưng

tỷ số lực nâng trên lực cản lại cao do hệ số lực cản giảm, thể hiện ở hình 1.22

Hình 2.6: Đồ thị hệ số lực nâng, hệ số lực cản và tỷ số lực nâng trên lực cản cánh theo số

Rn và góc tấn α

2.2.4 Tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng (AR) [11]

Tỷ lệ giữa chiều dài trên chiều rộng của cánh (AR = l/b) có ảnh hưởng đến giá trị

hệ số lực nâng cánh (hoặc lực nâng cánh) mà cụ thể là làm giảm hệ số lực nâng cánh Tỷ

lệ này càng lớn thì ảnh hưởng của nó đến sự thay đổi của hệ số lực nâng CL càng ít Để xác định ảnh hưởng của tỷ lệ l/b đến hệ số lực nâng cánh CL thường sử dụng hệ số phụ thuộc tỷ số chiều dài trên chiều rộng cánh FAR tính theo công thức :

Trang 35

Hình 2.7: Đồ thị và bảng hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng cánh

2.2.5 Độ chìm sâu tương đối h [11]

Độ chìm sâu tương đối h=h/b, h cũng ảnh hưởng đến giá trị hệ số lực nâng CL của cánh Độ chìm sâu tương đối cánh h càng nhỏ thì càng làm giảm giá trị hệ số lực nâng của cánh CL Để xác định ảnh hưởng của độ chìm sâu tương đối h đến hệ số lực nâng cánh, có thể sử dụng hệ số phụ thuộc độ chìm sâu FS tính theo công thức, hoặc tra theo đồ thị hình 2.8

2

5,1222,0

Trang 36

Hình 2.8: Đồ thị hệ số ảnh hưởng độ chìm sâu FS

Như vậy, nếu hệ số lực nâng cánh CL mới chỉ xét đến sự phụ thuộc vào góc tấn và

số Reynolds thì khi tính lực nâng cánh có xét đến ảnh hưởng của tỷ số chiều dài trên chiều rộng cánh và độ chìm sâu tương đối, công thức tính lực nâng cánh sẽ là :

S AR

2.3 CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU VỎ COMPOSITE [13]

2.3.1 Đặc điểm vỏ tàu composite

Đối với các tàu làm bằng vật liệu gỗ hoặc thép, vỏ tàu được chế tạo từ nhiều tấm nhỏ ghép lại với nhau bằng bulong, chốt, đinh tán hay là phương pháp hàn Trong quá trình thi công, công việc có thể tiến hành liên tục hoặc gián đoạn tùy vào tình hình thời tiết, nguyên liệu hay nhân công… Ngược lại với những tàu làm bằng vật liệu composite,

vỏ tàu được tiếp xúc liền thành một khối thống nhất nên khi chế tạo phải có khuôn cho toàn bộ vỏ tàu Đồng thời, việc thi công vỏ tàu phải được tiến hành liên tục

Trước khi tách vỏ tàu ra khỏi khuôn phải gia cường các kết cấu bên trong như sườn, đà, vách dọc, vách ngang… Để đảm bảo vỏ tàu không bị biến dạng sau khi tách khuôn

Lớp sơn bề mặt vỏ tàu phải được sơn trước khi gia công, tức là phải sơn ngay trên

bề mặt của khuôn tiếp xúc trực tiếp với tàu

Vật liệu composite thường được hình thành ngay trong quá trình chế tạo, từ khâu pha chế đến khi trát lớp Do đó để có được vỏ tàu có chất lượng đòi hỏi phải có đội ngũ công nhân lành nghề, các thao tác phải cẩn thận và chính xác

Trang 37

2.3.2 Yêu cầu đối với vật liệu composite dùng trong đóng tàu

Hiện nay đóng tàu dùng vật liệu composite nền polyester không no cốt sợi thủy tinh

Theo yêu cầu của Đăng kiểm, các thành phần vật liệu như cốt sợi thủy tinh, nhựa chế tạo lớp, vật liệu lõi,…dùng trong chế tạo composite đều phải được kiểm tra thử nghiệm và phải được Đăng kiểm chấp nhận

* Đối với cốt sợi thủy tinh:

- Các tấm sợi băm cần kiểm tra theo các yêu cầu sau:

Hình dạng bên ngoài

Trọng lượng trên một đơn vị diện tích và sự sai lệch tối đa của trọng lượng đó

Tỷ số trọng lượng của chất bó còn dư

Độ bền kéo của sợi thủy tinh

Độ bền uốn và mômen đàn hồi uốn ghi nhận từ mẫu thử lớp

Độ bền kéo và mômen đàn hồi kéo ghi nhận từ mẫu thử lớp

- Sợi thô được tạo thành từ phương pháp phun phải được thử nghiệm và kiểm tra theo

6 yêu cầu giống như trên

* Đối với nhựa:

Nhựa tạo lớp dùng để chế tạo kết cấu thân tàu FRP phải được thử nghiệm và kiểm tra theo các yêu cầu sau:

- Độ nhớt và tính đồng nhất

- Thời gian đông cứng, thời gian xử lý tối thiểu và nhiệt độ phát nhiệt cực trị

- Trị số axit

- Độ hút nước của mẫu thử đúc

- Nhiệt độ chịu tải của mẫu thử đúc

- Độ cứng Barcol ghi nhận từ mẫu thử lớp

- Độ bền uốn và mômen đàn hồi uốn ghi nhận từ mẫu thử lớp

- Độ bền kéo và mômen đàn hồi kéo ghi nhận từ mẫu thử lớp

Các nguyên liệu khác:

- Các chất độn: Các chất độn với FRP để tăng các đặc tính như tính chống mòn, chịu lửa,… Các số liệu liên quan đến mục đích sử dụng, chủng loại đều phải được Đăng kiểm kiểm tra xem xét

- Chất xúc tác và chất gia tốc: Liều lượng và chủng loại của hai chất này đều được lựa chọn sao cho phù hợp với nhựa tạo lớp và tạo độ cứng Phải pha trộn đúng lúc

để không gây nhiệt cục bộ quá mức

- Vật liệu lõi để chế tạo kết cấu nhiều lớp:

+ Độ cứng phải được thử nghiệm và kiểm tra về: Tỷ trọng, độ bền nén và môđun đàn hồi nén, độ mềm, độ hút nước, độ bền kéo và môđun đàn hồi kéo, độ bền uốn và môđun đàn hồi uốn, độ bền cắt

Trang 38

+ Lõi phải được thử nghiệm và kiểm tra về: Tỷ trọng và dung lượng ẩm, độ bền nén và môđun đàn hồi nén dọc thớ, độ bền cắt Lõi để tạo hình các sườn, dầm dọc,… phải có tính chịu dầu, chịu styren, chịu nước và phải kết dính chặt với nhựa Polyester

+ Gỗ và gỗ dán phải được thử nghiệm và kiểm tra về: Độ bền nén và môđun đàn hồi nén, độ bền kéo và môđun đàn hồi kéo, độ bền uốn và môđun đàn hồi uốn,

độ bền cắt Gỗ và gỗ dán dùng để chế tạo các kết cấu cơ bản phải khô, không có khuyết tật và phải được Đăng kiểm công nhận

2.3.3 Lựa chọn phương pháp gia công

Chọn công nghệ khuôn tiếp xúc, trát bằng tay:

Khi dùng khuôn trát tay, khuôn có thể sử dụng mặt ngoài (gọi là khuôn đực) hoặc mặt trong (khuôn cái) Vật liệu hỗn hợp gồm sợi thủy tinh, nhựa nền và các chất phụ gia

đã định được trát theo từng lớp trên bề mặt khuôn Vật liệu tự đông cứng sau đó mà không cần gia nhiệt hoặc áp lực Để nhựa được thấm đều vào sợi và không có bọt khí, trong quá trình thao tác chúng ta thường dùng các loại cọ hoặc con lăn

Trang 39

Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ

3.1 THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH [1], [5], [7], [9]

3.1.1 Xây dựng nhiệm vụ thư

Ở Việt Nam hiện nay, tàu cánh ngầm chưa được thiết kế, chế tạo Cịn trên thế giới, loại tàu này đã được chế tạo, thử nghiệm và cũng đã thành cơng Đĩ là cơ sở để nhĩm thực hiện đề tài xây dựng nhiệm vụ thư và lựa chọn phương pháp thiết kế và chế tạo thử nghiệm tàu cánh ngầm phù hợp với điều kiện ở Việt Nam

Tàu cánh ngầm thuộc loại tàu dùng trong các hoạt động thể thao và du lịch với những đặc điểm chính như sau:

- Cơng dụng : tàu sử dụng trong du lịch

- Khu vực hoạt động : Biển hạn chế 3

- Sức chở : 108 người

- Hoạt động : thân tàu được nâng lên khỏi mặt nước với sức quay của chân vịt

- Qui phạm áp dụng:

Qui phạm phân cấp và đĩng tàu biển vỏ thép TCVN 6259 (2003)

Qui phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh (TCVN

6282 : 2003)

Qui phạm trang bị an toàn tàu biển, TCVN 6278 : 2003

3.1.2 Phương pháp thiết kế [1]

3.1.2.1 Các phương pháp thiết kế

Thiết kế tàu gồm cĩ 3 phương pháp thiết kế:

- Thiết kế theo tàu mẫu

- Phương pháp thiết kế khơng theo tàu mẫu

- Phương pháp thiết kế tối ưu

Trong các phương pháp trên thì chúng tơi lựa chọn phương pháp thiết kế theo tàu mẫu làm phương pháp thiết kế cho tàu cánh ngầm mà chúng tơi đang thiết kế

3.1.2.2 Các giai đoạn thiết kế

Thiết kế tàu nĩi chung thường gồm bốn giai đoạn là thiết kế sơ bộ và thiết kế kỹ thuật thiết kế cơng nghệ, thiết kế hồn cơng Thiết kế sơ bộ bao gồm các cơng việc gắn liền với việc xác định các đặc tính của tàu thiết kế Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, cần phải xây dựng được phương án xuất phát nhằm đáp ứng các yêu cầu của nhiệm vụ thư, tiếp sau là hàng loạt phương án về các kích thước và hệ số hình dáng Phương án kích thước và hình dáng của tàu thiết kế cần được phân tích và lựa chọn hợp lý dựa trên cơ sở các tiêu chuẩn đã cĩ và phương án xuất phát được coi là tàu mẫu gần với tàu thiết kế Cĩ thể hình dung các cơng việc chính của thiết kế sơ bộ qua sơ đồ mơ tả trên hình 2.1

Trang 40

Hình 3.1 : Quá trình thiết kế sơ bộ

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

(1) Từ các yêu cầu đặt ra trong nhiệm vụ thư, tính sơ bộ lượng chiếm nước tàu D thỏa mãn phương trình trọng lượng đã biết P = D = γ.V(3.1)

(2) Xác định sơ bộ các kích thước chính gồm chiều dài, chiều rộng, chiều cao, mớn nước

và các hệ số hình dáng của tàu

(3) Thiết kế đường hình phù hợp các kích thước và hệ số hình dáng đã xác định

(4) Thiết kế sơ bộ bố trí chung

đã ổn định, thiết bị, máy móc đã chọn, các bộ phận thiết kế tiến hành các công việc thiết

kế chi tiết và cụ thể hơn, mối liên hệ giữa các bộ phần trên tàu trở thành hiện thực hơn Trong giai đoạn này các sơ đồ lắp ráp được hoàn thiện, các thiết kế kết cấu triển khai đến chi tiết, từ đó sử dụng cho việc triển khai chế tạo và lắp ráp Thiết kế công nghệ là từ thiết

kế kỹ thuật chúng ta bóc tách kỹ các chi tiết Thiết kế hoàn công là sau khi chế tạo những chi tiết được sửa lại trong quá trình là việc sẽ được chỉnh sửa lại vào bản vẽ hoàn công

Định dạng
Số trang	165
Dung lượng	9,81 MB

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình tàu cánh ngầm bằng vật liệu Composite

Lựa chọn phƣơng pháp gia cơng

Bố trí chung tồn tàu